劉 坤，陳泳霖，黃丹峰,2，柴建玉

(1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450001；2.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001)

石材是指從巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖中開(kāi)采出來(lái)的巖石，經(jīng)加工而成具各種形狀材料的總稱(chēng)[1]。近年來(lái)，我國(guó)石材行業(yè)迅速發(fā)展，在市場(chǎng)需求的刺激下，石材成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要消費(fèi)品。

東秦嶺造山帶是華北與揚(yáng)子兩陸塊的重要拼貼帶，其變形變質(zhì)與巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈[2-4]。多位學(xué)者對(duì)東秦嶺造山帶上金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)特征與地質(zhì)演化等方面進(jìn)行了重要的研究工作[5-9]，但非金屬礦產(chǎn)方面，如螢石、石墨、飾面石材等研究相對(duì)薄弱。近年在東秦嶺造山帶發(fā)現(xiàn)了神仙崖飾面用花崗巖礦床，經(jīng)勘查評(píng)價(jià)該礦床飾面用花崗巖礦石量1 672.70×104m3，荒料量515.66×104m3，資源儲(chǔ)量規(guī)模屬大型。本文結(jié)合神仙崖飾面用花崗巖礦床地質(zhì)勘查成果，對(duì)礦區(qū)地質(zhì)特征、控礦因素、礦石物理性能、礦床成因以及找礦標(biāo)志等方面進(jìn)行分析探討，為該地區(qū)后續(xù)找礦工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

河南南召神仙崖飾面用花崗巖礦床大地構(gòu)造位置處于秦嶺造山帶北秦嶺弧盆系二郎坪—信陽(yáng)早古生代島弧帶，加里東期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，成礦條件優(yōu)越(圖1)。

圖1 神仙崖飾面用花崗巖礦區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)河南省地質(zhì)調(diào)查院1∶5萬(wàn)石門(mén)幅地質(zhì)圖，2017年修編)

區(qū)域上出露地層單元主要為下古生界二郎坪群(Pz1E)，其被加里東期巖體侵入破壞，局部巖體中分布有二郎坪群捕擄體。二郎坪群主體為一套海相火山—沉積建造，主要巖石組合為鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)雜巖、枕狀熔巖與層狀鎂鐵質(zhì)熔巖、凝灰?guī)r與石英角斑巖、巨厚復(fù)理石層、放射蟲(chóng)硅質(zhì)巖等[8]。自下而上劃分為大廟組(Pz1d)、火神廟組(Pz1h)、小寨組(Pz1x)、枹樹(shù)坪組(Pz1b)；大廟組主要由碎屑巖和碳酸鹽巖組成，為一套火山沉積向正常沉積過(guò)渡的變質(zhì)沉積巖系；火神廟組主要為基性火山巖，夾少量硅質(zhì)巖、砂巖層，為一套弧后盆地型蛇綠巖組合；小寨組主要為泥質(zhì)碎屑巖，夾基性火山巖，為一套盆地邊緣沉積的類(lèi)復(fù)理石建造；抱樹(shù)坪組原巖以砂泥巖與沉凝灰?guī)r互層為主，組成深水復(fù)理石建造夾細(xì)碧質(zhì)巖石[9]。

區(qū)域上斷裂整體呈北西方向展布，其次為北東向，斷裂多為脆性斷裂，少量韌性剪切帶，斷層傾角集中于50～75°。北東向斷裂晚于北西向斷裂，前者將后者截切。

區(qū)域上出露五朵山花崗巖體，面積約1 420km2，呈巖基產(chǎn)出，為由石門(mén)、四棵樹(shù)、黃龍廟、寺莊等巖體組成的復(fù)式巖體，其為東秦嶺造山帶規(guī)模較大復(fù)式深成巖體之一[10]，主要巖石類(lèi)型為二長(zhǎng)花崗巖，其次為正長(zhǎng)花崗巖與花崗閃長(zhǎng)巖，巖體形成時(shí)代為451～414Ma[10-14]。區(qū)域上出露二郎坪群火山巖，呈捕擄體分布于研究區(qū)范圍內(nèi)，主要巖石類(lèi)型為細(xì)碧巖，其次為石英角斑巖，其形成時(shí)代為475～463Ma[9]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)大面積出露花崗巖體(圖2)，分布于礦區(qū)及其周?chē)膹V大地區(qū)，為五朵山巖體一部分，其主要巖石類(lèi)型為淺灰色細(xì)中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖。巖石具高硅、低鎂、富堿、強(qiáng)過(guò)鋁特征；微量元素呈Rb、Ba、K和Pb富集，Nb、Ta、P、Ti虧損狀態(tài)；稀土元素球粒隕石分配模式顯示輕、重稀土分餾明顯[12]。

圖2 神仙崖飾面用花崗巖礦區(qū)地質(zhì)圖

礦區(qū)內(nèi)無(wú)褶皺、斷裂構(gòu)造分布，但地表向深部約20m范圍內(nèi)節(jié)理、裂隙較為發(fā)育。礦區(qū)內(nèi)節(jié)理、裂隙主要分為5組，2組走向北東，3組走向北西(圖3)，傾角多在50～80°，存在少量緩傾的節(jié)理、裂隙。此外，礦區(qū)內(nèi)脈巖不發(fā)育，主要為后期充填的花崗偉晶巖脈，數(shù)量少，規(guī)模小，出露長(zhǎng)度3～5m，寬度15～30cm。

圖3 礦區(qū)范圍內(nèi)節(jié)理走向統(tǒng)計(jì)玫瑰花圖解

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

飾面用花崗巖礦體賦存于加里東期黑云母二長(zhǎng)花崗巖體中，礦體形態(tài)簡(jiǎn)單，連續(xù)性好，厚度穩(wěn)定，深部巖石完整性好，礦體最大控制垂深為149.90m。礦體主要巖石類(lèi)型為淺灰色細(xì)中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖。礦體內(nèi)節(jié)理不發(fā)育，偶見(jiàn)花崗偉晶巖脈。礦體圍巖為礦體上部風(fēng)化層，主要巖石類(lèi)型為灰黃色細(xì)中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖，圍巖中裂隙相對(duì)發(fā)育，成塊性差(圖4)。

圖4 神仙崖礦區(qū)L00號(hào)勘探線(xiàn)剖面圖

飾面用花崗巖礦體經(jīng)3條勘探線(xiàn)、3個(gè)淺鉆、以及5個(gè)鉆孔控制，在資源量估算范圍內(nèi)估算控制資源量973.10×104m3，荒料量306.50×104m3，推斷資源量699.60×104m3，荒料量209.16×104m3。估算范圍外巖石類(lèi)型與礦體基本一致，該區(qū)域仍有較大的成礦潛力。

3.2 礦石特征

(1)礦石物質(zhì)組成。

飾面用花崗巖礦石類(lèi)型為淺灰色細(xì)中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖。主要礦物成分為鉀長(zhǎng)石(42%±)、斜長(zhǎng)石(30%±)、石英(22%±)、黑云母(6%±)，以及微量磁鐵礦。礦石具細(xì)中?；◢徑Y(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。鉀長(zhǎng)石半自形—他形粒狀，粒徑1～5mm；斜長(zhǎng)石，他形粒狀—半自形板狀，粒徑0.6～3.5mm，零散分布；石英，他形粒狀，粒徑0.2～4mm，充填分布于長(zhǎng)石晶體之間；黑云母，片狀，粒徑0.3～2.0mm，零散分布(圖5)。

圖5 神仙崖礦區(qū)飾面用花崗巖礦石照片

(2)礦石化學(xué)組分。

化學(xué)組分是研究礦石利用價(jià)值的基礎(chǔ)，決定礦石的性質(zhì)及用途[15]。礦石SiO2含量為70.99%～72.89%，平均72.06%；TiO2含量為0.29%～0.32%，平 均0.30%；Al2O3含 量 為14.10%～15.12%，平 均14.45%；Fe2O3含 量 為0.89%～1.01%，平均0.94%；FeO含量為1.08%～1.27%，平 均1.17%；MnO含 量 為0.03%；MgO含 量 為0.58%～0.61%，平 均0.60%；CaO含 量為1.62%～2.02%，平 均1.84%；Na2O含 量 為2.32%～2.51%，平均2.44%；K2O含量為4.68%～4.84%，平均4.77%(表1)。整體而言，礦石化學(xué)特征與前人研究五朵山巖體中晚志留世花崗巖化學(xué)特征類(lèi)似，顯示富硅鉀、貧鎂鈉的特征，屬過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類(lèi)，且分異程度相對(duì)較高[12，14]。

表1 神仙崖礦床飾面用花崗巖礦石化學(xué)成分一覽表 (單位：%)

(3)礦石物理性能。

礦 石 體 積 密 度 為2.61～2.62g/cm3，平均2.62g/cm3，均≥2.56g/cm3；吸水率為0.35%～0.36%，平均0.35%，均≤0.60%；干 燥 彎 曲 強(qiáng) 度 為12.80～13.50MPa，平 均13.22MPa，均≥8.0MPa；水 飽 和 彎 曲 強(qiáng) 度為12.00～13.30MPa，平 均12.80MPa，均≥8.0MPa；干燥壓縮強(qiáng)度為133.00～137.00MPa，平均134.80MPa，均≥100MPa；水飽和壓縮強(qiáng)度為130.00～135.00MPa，平 均132.20MPa，均≥100MPa；耐磨性為35.00～38.00 (l/cm3)，平均37.25 (l/cm3)，均≥25 (l/cm3)(表2)，滿(mǎn)足工業(yè)用途天然花崗石荒料物理性能一般要求。

表2 神仙崖礦床飾面用花崗巖礦石物理性能一覽表

(4)礦石放射性。

天然石材多含有天然放射性核素，因而具有一定的放射性[15]。礦石內(nèi)照射指數(shù)IRa=0.1～0.2，均≤1.0；外照射指數(shù)Iγ=0.7～0.8，均≤1.3(表3)，礦石放射性水平分類(lèi)可滿(mǎn)足A類(lèi)裝飾裝修材料要求。

表3 神仙崖礦床飾面用花崗巖礦放射性水平一覽表

4 礦石加工技術(shù)性能

4.1 礦石可加工性能

為查明礦石加工技術(shù)性能，共采集5塊飾面用花崗巖荒料進(jìn)行鋸、切、磨等石材加工工藝測(cè)試(表4)，鋸切性1.40m2/h，磨拋性2.04m2/h，光澤度87.4，板材率(板材厚2cm)29.77m2/m3，均滿(mǎn)足飾面石材的質(zhì)量要求。礦石在切割過(guò)程中無(wú)崩邊、斷角、裂紋等現(xiàn)象，板材厚度較為穩(wěn)定；在拋光、磨光過(guò)程中無(wú)斷裂、裂紋現(xiàn)象。礦石加工后顏色與花紋基本一致，拼接性能良好，光澤度較高[16-17]。

表4 神仙崖礦床飾面用花崗巖礦石加工技術(shù)性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

4.2 礦石裝飾性能

花崗巖石材為天然飾面石材，礦區(qū)礦石自然類(lèi)型主要為淺灰色細(xì)中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖。經(jīng)加工成型的板材顏色整體為淺灰—灰白色，質(zhì)地較為堅(jiān)硬，礦物顆粒分布均勻且鑲嵌嚴(yán)密，形成花紋自然和諧，無(wú)色斑、色線(xiàn)、裂紋等缺陷，花紋、顏色、光澤渾然天成，可拼性?xún)?yōu)良[16-17]。

經(jīng)基本樣與標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)比，礦石色調(diào)、花紋穩(wěn)定，花色品種單一，為“芝麻灰”。板材產(chǎn)品所呈現(xiàn)的圖案、花紋無(wú)方向性，可任意拼接，顏色協(xié)調(diào)柔和，色澤適中悅目，放射性水平低(圖6)。通過(guò)與同類(lèi)型飾面石材市場(chǎng)行情相比較，該飾面石材應(yīng)屬于中—高檔花崗巖類(lèi)飾面石材。

圖6 “芝麻灰”板材產(chǎn)品照片

4.3 礦石綜合利用及質(zhì)量

傳統(tǒng)礦石利用研究多針對(duì)單一礦種進(jìn)行[18]，但花崗巖飾面石材礦床存在不成荒料的廢石與風(fēng)化層，按照綠色礦山綜合利用要求，有必要對(duì)其用途進(jìn)行探討。建筑石料是基礎(chǔ)建設(shè)中必不可少的一種礦產(chǎn)資源，隨著河道天然砂的采礦限制，礦山綠色開(kāi)采將成為主流趨勢(shì)[19]。本文對(duì)該礦床綜合利用部分(不成荒料的廢石與風(fēng)化層)作為建筑石料用花崗巖的可行性進(jìn)行探討(表5)，礦石抗壓強(qiáng)度 為153.86～197.23MPa，平 均174.12MPa，均≥80MPa，屬Ⅰ類(lèi)；堅(jiān)固性為4%～7%，平均5%，均≤8%，屬Ⅱ類(lèi)；壓碎指標(biāo)10%～18%，平均14%，均≤20%，屬Ⅱ類(lèi)；硫酸鹽及硫化物含量為0.1%，均≤0.5%，屬Ⅰ類(lèi)；堿集料反應(yīng)為0.02%～0.05%，均≤0.1%。由此，礦床綜合利用部分礦石質(zhì)量滿(mǎn)足建筑石料質(zhì)量要求，屬于Ⅱ類(lèi)建筑用石料。

表5 神仙崖礦床飾面用花崗巖的廢石質(zhì)量指標(biāo)測(cè)試一覽表

5 礦床成因及找礦標(biāo)志

5.1 礦床成因

礦床受五朵山巖體控制，五朵山巖體中黑云母二長(zhǎng)花崗巖類(lèi)為賦礦母巖。前人研究五朵山巖體的侵位時(shí)代為451.5±4.5～414.5±2.3Ma[11-14，20-21]，大致從中奧陶世持續(xù)至早泥盆世。多位學(xué)者將秦嶺造山帶東段古生代花崗巖的活動(dòng)劃分為陸緣俯沖、塊體碰撞以及碰撞晚期3個(gè)階段[22-24]，但時(shí)間節(jié)點(diǎn)略有爭(zhēng)議。陸緣俯沖階段花崗巖源區(qū)物質(zhì)主要為秦嶺巖群基底，塊體碰撞階段花崗巖主要由幔源物質(zhì)加入的下地殼熔融作用而形成，碰撞晚期階段花崗巖源區(qū)物質(zhì)主要為幔源巖漿混染了部分古老地殼物質(zhì)[23-24]。綜上，神仙崖飾面用花崗巖礦床成因類(lèi)型為巖漿礦床，成礦時(shí)代為加里東期，形成于同碰撞階段，其花崗巖源區(qū)物質(zhì)應(yīng)為北秦嶺中上地殼變沉積巖與幔源物質(zhì)混合形成。

5.2 找礦標(biāo)志

巖性標(biāo)志：飾面用花崗巖礦石類(lèi)型為淺灰色細(xì)中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖，礦石新鮮面呈淺灰色，花色為“芝麻灰”，塊狀構(gòu)造，其巖石類(lèi)型與花色為直接找礦標(biāo)志。

構(gòu)造標(biāo)志：飾面用花崗巖礦體為塊狀，節(jié)理、裂隙不發(fā)育。因此，遠(yuǎn)離區(qū)域主要構(gòu)造斷裂帶，且基巖裸露，地貌上呈陡崖處可作為間接找礦標(biāo)志。

6 結(jié)論

(1)礦床賦礦母巖為五朵山巖體中黑云母二長(zhǎng)花崗巖類(lèi)；礦石類(lèi)型為淺灰色細(xì)中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖；礦石顯示富硅鉀、貧鎂鈉的特征，屬過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類(lèi)，分異程度較高。

(2)礦區(qū)探獲飾面用花崗巖礦石量為1 672.70×104m3，荒料量515.66×104m3；礦石體積密度平均為2.62g/cm3；吸水率平均為0.35%；干燥壓縮強(qiáng)度平均為134.80MPa；水飽和壓縮強(qiáng)度平均為132.20MPa；干燥彎曲強(qiáng)度平均為13.22MPa；水飽和彎曲強(qiáng)度平均為12.80MPa；耐磨性平均為36.80 (1/cm3)。礦石滿(mǎn)足天然花崗石荒料物理性能一般要求。

(3)礦床飾面用花崗巖礦花色為“芝麻灰”，鋸切性1.40m2/h，磨拋性2.04m2/h，光澤度87.4，板材率29.77m2/m3。花崗巖礦質(zhì)地堅(jiān)硬，花紋單一，色澤適中，放射性水平低，具有良好的裝飾性能，可優(yōu)先作為飾面石材使用，不成荒料的廢石與風(fēng)化層可綜合用于生產(chǎn)建筑石料。

(4)礦床成因類(lèi)型為巖漿礦床，成礦時(shí)代為加里東期。該礦床的研究為五朵山花崗巖體的開(kāi)發(fā)利用提供參考與依據(jù)。