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        河南省淇縣二道莊礦區(qū)飾面石材用灰?guī)r礦地質特征及開發(fā)利用前景

        2022-11-03 02:46:44王振生馬騰飛
        礦產(chǎn)勘查 2022年8期
        關鍵詞:飾面圖解節(jié)理

        王振生,馬騰飛

        (1.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術研究中心, 河南 鄭州 450016; 2.河南省有色金屬地質礦產(chǎn)局第七地質大隊, 河南 鄭州 450016)

        0 引言

        天然石材是指從天然巖體中開采出來的,并經(jīng)加工成塊狀或板狀材料的總稱,凡具有一定塊度、強度、穩(wěn)定性、可加工性以及裝飾性能的天然巖石,均可作為天然建筑裝飾石材(冉文瑞等,2020;陳明華等,2021)。隨著我國建筑裝飾行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展,石材需求量大增。淇縣是豫北地區(qū)重要沉積巖類石材產(chǎn)地,以石灰?guī)r為主。二道莊飾面石材用灰?guī)r礦中心點地理坐標為東經(jīng)114°08′09″、北緯35°41′43″,位于淇縣縣城西北方10 km處,隸屬淇縣廟口鎮(zhèn)管轄。筆者團隊在礦區(qū)開展了飾面石材地質勘查工作,通過地質測量、勘探線剖面測量、鉆探及取樣測試等多種勘查方法和手段,基本查明了礦區(qū)地質、構造、主要礦體形態(tài)、規(guī)模和礦石質量;同時查明礦床開采技術條件,對飾面石材的加工技術性能進行初步研究,并計算礦山理論荒料率。估算控制資源量224.57×104m3(荒料量154.94×104m3),推斷資源量286.20×104m3(荒料量198.83×104m3),為礦區(qū)開發(fā)利用提供了依據(jù),也為周邊同類礦產(chǎn)的勘查和開發(fā)提供了重要參考。

        1 區(qū)域地質背景

        礦區(qū)位于華北板塊南部,屬于太行構造亞區(qū)之太行斷隆,其地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)山西分區(qū)太行山小區(qū)東部。區(qū)域構造為新華夏系隆起帶和第二沉降帶的過渡帶隆起一側。特點是以斷裂構造為主,伴有小型褶曲,構造形態(tài)以北東向斷裂構造為主,次為北西向。

        區(qū)域地層屬典型克拉通型沉積(圖1),區(qū)域地層由老到新發(fā)育有:太古界、震旦系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、新近系和第四系。寒武系、奧陶系地層分布相對較廣,多為碳酸鹽巖,產(chǎn)狀大多平緩,傾角5°~12°,局部接近水平。石炭系—二疊系局部出露,缺失元古界大部分、上奧陶統(tǒng)—下石炭統(tǒng)和三疊系—白堊系等地層。礦產(chǎn)類型以沉積礦產(chǎn)為主,與地層密切相關。

        圖1 二道莊礦區(qū)區(qū)域地質簡圖1—第四系全新統(tǒng)砂礫石層;2—第四系上更新統(tǒng)亞砂土、亞黏土;3—中奧陶統(tǒng)灰?guī)r;4—下奧陶統(tǒng)白云巖;5—上寒武統(tǒng)泥質灰?guī)r、白云質灰?guī)r、紫色頁巖及泥質灰?guī)r等;6—壓性斷層;7—張性斷層;8—性質不明斷層;9—礦區(qū)位置

        區(qū)域內(nèi)的礦產(chǎn)主要有煤、水泥灰?guī)r、化工灰?guī)r、白云巖、石英砂巖及飾面石材等。周邊雖有多處歷史遺留飾面石材采場(面),但總體開采規(guī)模較小。

        區(qū)域內(nèi)的巖漿巖主要是超基性、基性巖體,次為中性巖體。主要巖性為元古代偉晶巖、角閃閃長巖、細晶巖、輝綠巖;燕山期閃長巖、閃長玢巖;喜山期金伯利巖、苦橄玢巖等。

        2 礦區(qū)地質

        2.1 地層

        勘查區(qū)內(nèi)出露的地層較為簡單,古生界上寒武統(tǒng)張夏組二段(∈3z2)在全區(qū)大范圍出露,三段(∈3z3)僅在北部地勢較高處部分出露,區(qū)內(nèi)基巖出露良好,無覆蓋,可作為本區(qū)飾面石材主要產(chǎn)出層位(圖2),現(xiàn)分段描述如下:

        (1)上寒武統(tǒng)張夏組二段(∈3z2)。下部以灰白色厚層條帶狀鮞?;?guī)r為主,夾灰白色豆?;?guī)r、灰白色中厚層花斑狀(豹皮狀)灰?guī)r;中上部以灰白色中厚層狀花斑灰?guī)r為主,夾條帶狀鮞?;?guī)r?;ò郀罨?guī)r中發(fā)育生物活動留下的淺色條帶及團塊,形成花斑狀;條帶狀鮞?;?guī)r中含較多暗色鮞?;?guī)r組成的直徑3~5cm 的環(huán)形構造,為風暴成因(郭四輩等,2008;馬瑞申等,2011;陳芳,2014)。二段上部為薄層狀泥質條帶灰?guī)r,在01、02及03勘探線局部不完全出露,鉆孔揭露的垂直厚度5.29~5.89 m,單層厚約5~8 cm,層面間多見褐紅色鐵泥質,且層面凹凸不平,條帶一般為褐紅色,厚度約0.5~1.5 cm。該層在勘查區(qū)道路兩側局部出露,根據(jù)觀察極易沿層理方向破碎,不符合石材物理性能,不能作為石材使用。頂部為灰白色厚層條帶鮞?;?guī)r,巖石中含有淺色泥質條帶,鮞粒粒度約 0.5~1 mm。

        (2)上寒武統(tǒng)張夏組三段(∈3z3)。僅在02勘探線及以北地勢較高處部分出露,根據(jù)地表出露和巖心情況,三段下部巖性為厚層狀鮞粒灰?guī)r,鮞粒粒度較小,一般0.3~0.5 mm,礦物成份主要為方解石,占比60%~70%。

        圖2 二道莊礦區(qū)地質簡圖1—上寒武統(tǒng)鳳山組細晶白云巖;2—上寒武統(tǒng)長山組竹葉灰?guī)r;3—上寒武統(tǒng)崮山組竹葉灰?guī)r;4—上寒武統(tǒng)張夏組三段鮞?;?guī)r;5—上寒武統(tǒng)張夏組二段花斑狀灰?guī)r;6—勘探線及編號;7—鉆孔及編號;8—礦區(qū)范圍

        2.2 構造

        區(qū)內(nèi)構造簡單,嚴格受區(qū)域構造所制約??辈閰^(qū)內(nèi)地層呈單斜構造,地層傾向50°~71°,傾角8°~15°。礦區(qū)內(nèi)的構造以節(jié)理裂隙為主,是礦體主要的破壞因素,對荒料塊度及荒料率有重要影響(林輝,2010;于躍和趙民,2016;葉孔凱,2021)。

        根據(jù)節(jié)理裂隙專項調查,區(qū)內(nèi)斷裂構造不發(fā)育,主要以節(jié)理裂隙為主??辈閰^(qū)主要節(jié)理展布方向與區(qū)域地質構造方向總體一致,為近南北方向,傾向76°~82°、傾角73°~90°,節(jié)理裂隙面普遍以高角度出現(xiàn)。次級節(jié)理有兩組,走向大致相互垂直,一組呈北西西—南東東向,傾向6°~42°、傾角 77°~90°;另一組為北北東—南南西向,傾向100°~135°、傾角73°~90°。南北向主要節(jié)理長度最長約340 m,間距2~8 m,平均節(jié)理密度0.4條/m;次級節(jié)理最長不超過220 m,間距0.5~5 m,平均節(jié)理密度1.2條/m。節(jié)理帶寬度一般在0~10 cm。節(jié)理密度高的區(qū)段,荒料率相對較低,且產(chǎn)出大料、中料的比例也相對較低。

        根據(jù)本礦區(qū)內(nèi)10處體圖解荒料率測點內(nèi)節(jié)理分布情況,繪制了節(jié)理裂隙走向玫瑰圖(圖3)??梢姳緟^(qū)以近南北走向節(jié)理最為發(fā)育,可為日后確定主采方位提供參考依據(jù)。

        圖3 節(jié)理走向玫瑰花圖

        3 礦體地質

        3.1 礦體特征

        全區(qū)共劃分兩個礦體,分別是K1和K2礦體。K1礦體賦存于上寒武統(tǒng)張夏組二段中上部和三段底部,礦體出露完好,中部(03至02勘探線附近)歷史上經(jīng)少量開采(作為飾面石材),礦體總體賦存狀態(tài)連續(xù)、完整。礦層形態(tài)呈層狀,平面上受制于勘查范圍呈四邊形。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致,傾向50°~71°、傾角5°~10°。礦體南起0號勘探線東南約86 m,向北延伸至04勘探線以北,直至礦權邊界,南北長約558 m;礦體向西延伸至礦區(qū)邊界,向東延伸至礦山東部運輸?shù)缆贰5V體沿傾向延伸最大254 m(02勘探線)、最小205 m(01勘探線線)、平均230 m,分布標高+217~+302 m,埋深 0~68 m,礦體最大垂直厚度68 m,平均厚度26 m。礦體體圖解荒料率(Ht)由10個素描點統(tǒng)計得出,范圍在67.30%~79.00%,體積加權平均值為70.92%,校正后的理論荒料率為69.29%。采用平行斷面法(栗雪彬,2020;高孝敏等,2021)估算K1礦體控制資源量224.57×104m3(荒料量154.94×104m3,推斷資源量21.81×104m3(荒料量15.75×104m3)。

        K2礦體賦存于張夏組二段中下部,受地形和層位影響,礦體最上層僅在02勘探線西段和03勘探線中部礦山道路及兩側局部出露,深部由2個鉆孔揭露。礦體形態(tài)與K1礦體相似,產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致,傾向50°~71°、傾角5°~10°。礦體南起00線東南約86 m,向北延伸至04勘探線以北直至礦權邊界,南北長約518 m;礦體向西延伸至礦區(qū)邊界,向東延伸至礦山東部運輸?shù)缆?。礦體沿傾向延伸最大227 m(02勘探線)、最小203 m(01勘探線)、平均210 m,分布標高+200~+251 m,埋深 0~105 m,礦體最大垂直厚度51 m,平均厚度32 m。因被K1礦體覆蓋,地表出露很少,無法直接測定體圖解荒料率,理論荒料率采用K1礦體數(shù)值,估算K2礦體推斷資源量264.39×104m3(荒料量183.08×104m3)。

        3.2 礦石類型

        勘查區(qū)內(nèi)礦石巖性為鮞?;?guī)r、條帶鮞?;?guī)r、花斑狀灰?guī)r;石材分類屬于石灰?guī)r類;工業(yè)類型為飾面用灰?guī)r。根據(jù)對淇縣周邊石材廠調查走訪,周邊類似石材主要用于臺階踏步石、路肩石、各類碑牌、戶外地面磚等,飾面花紋不是影響其用途的主要因素。

        3.3 礦石成分

        3.3.1 結構和構造

        本區(qū)礦石自然類型為鮞?;?guī)r、條帶鮞?;?guī)r、花斑狀灰?guī)r。根據(jù)野外觀察結果,主要為鮞狀結構、砂屑結構等。構造以花斑狀、條帶狀、塊狀構造為主。

        3.3.2 礦石礦物成分和化學成分

        礦石的礦物成分比較簡單,主要以碳酸鹽類礦物為主,含微量的褐鐵礦和泥質。在礦層中主要以各種粒度的方解石為主,含量71%~98%;其次為白云石,含量一般2%~18%;另有微量鐵質、石英等。礦石化學成份主要有CaO、MgO和少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O 等。CaO含量44.75%~48.32%、MgO含量6.64%~10.83%、SiO20.71%~1.05%。

        3.4 夾石

        K1和K2礦體之間存在一層薄層狀泥質條帶灰?guī)r,由于層理密集且機械強度低,不能作為飾面石材使用。該層垂直厚度5.29~5.89 m。估算飾面用灰?guī)r礦量時作為夾石剔除,但仍可作為普通建筑石料用灰?guī)r礦對待。

        3.5 覆蓋層

        礦區(qū)巖層出露普遍較好,僅在02—04勘探線中部,由于修建礦區(qū)簡易道路及首采平臺形成一定數(shù)量土石渣堆積于坡面上或上部平臺上,平均厚度約0.5 m,共劃分4個頂板蓋層剝離塊段,剝離體積約0.85×104m3。

        4 飾面石材物理特征

        本區(qū)礦石為鮞粒灰?guī)r、條帶鮞?;?guī)r、花斑狀灰?guī)r,經(jīng)測試物理性能良好,完全可以滿足石灰石類飾面石材物理性能規(guī)范要求。其密度平均2.73 g/cm3,屬于高密度石灰石;耐磨性17~19 L/cm3,平均18 L/cm3;吸水率0.19%~0.20%,平均0.20%;干燥壓縮強度59~67 Mpa,平均62 Mpa;水飽和壓縮強度97~108 Mpa,平均103 Mpa;水飽和彎曲強度19.2~21.3 Mpa,平均20.1 Mpa。經(jīng)調查,本區(qū)礦石一般不做剖光高檔石材使用,主要用于臺階踏步石、路肩石、各類碑牌、戶外地面磚等,故本次未做光澤度測定,本次各項檢測結果見表1。

        表1 礦石荒料物理性能測試結果表

        4.1 裝飾性能

        本次共采集3組標準樣,基本涵蓋了本區(qū)礦石類型,加工成尺寸為30 cm×30 cm,厚度約3 cm的板材。從照片來看,總體花色均為深灰色,除3號外,圖案花色并不明顯(圖4)。目前,石灰石類飾面石材花色沒有統(tǒng)一定名,經(jīng)向周邊石材加工企業(yè)詢問,上述三類花色也沒有統(tǒng)一俗名,因此本次工作不再命名。

        圖4 標準樣照片①—鮞?;?guī)r花色特征;②—鮞粒條帶灰?guī)r花色特征;③—花斑狀灰?guī)r花色特征

        4.2 色斑、色線及荒料率

        K1、K2上下兩個礦體巖性變化均重復出現(xiàn)韻律,決定礦體荒料率大小的因素是礦體的節(jié)理、裂隙、色斑、色線等的發(fā)育程度,其中節(jié)理、裂隙發(fā)育的密集程度是影響荒料率的主要因素。本礦體節(jié)理、裂隙發(fā)育程度變化不大,色斑多表現(xiàn)為個別層理(特別是凹凸不平層理),局部常見褐紅色鐵質或泥質,此種色斑遇到水后容易導致飾面表面薄片狀脫落,從而造成飾面損壞板材報廢。色線也多由此原因形成,呈細脈狀紅褐色細條紋,板材極易沿色線紋理斷裂,還有少數(shù)方解石脈形成的細小白色條紋,但從地表和巖心看,發(fā)育較弱。

        本次采用體圖解荒料率(Ht)來測定圖解荒料率,其方法是根據(jù)統(tǒng)計平臺素描圖,按照臺段高度0.8 m(本區(qū)試采及周邊類似礦區(qū)臺段高度均為0.8 m)選擇兩個平行的斷面進行疊合,然后在疊合圖中的開采段內(nèi)截取荒料,統(tǒng)計不同類別塊度荒料的體積,計算出不同類別塊度荒料的荒料率和總荒料率(陳國棟等,2015;譚均,2015;張曉飛和劉曉燕,2017)。本次共選取10個測點,優(yōu)選布設于老采面上,單個測點測定面積為54 m2,累計測定面積540 m2。測點節(jié)理、裂隙素描圖的比例尺為1∶50,按大料、中料、小料組合測定的體圖解荒料率,可顯著提高體圖解荒料率(李宏穆等,2001;馬文昆,2020;李趙陽等,2021),測定范圍為67.30%~79.00%,用塊段體積加權后求得礦床平均值。根據(jù)現(xiàn)場平臺試采統(tǒng)計結果,PT7試采荒料率(Hs)為70.07%;體圖解荒料率(Ht)PT7為71.72%,從而得出校正系數(shù)(Kh)比值為97.70%,并以此校正系數(shù)來校正平均圖解荒料率,得出礦床(體)理論荒料率,并參荒料量估算(周文文等,2016;馮秋豐等,2021;孫才紅和司妍博,2021)。根據(jù)計算結果,礦體理論荒料率(Hl)為70.92%(表2)。

        表2 體圖解荒料率測定與計算結果一覽表

        5 資源開發(fā)與綜合利用

        二道莊礦區(qū)現(xiàn)有多處原遺留開采平臺,表明該區(qū)礦石歷史上曾被開發(fā)利用,開采條件較為成熟。本次估算礦床理論荒料率為70.92%,整體較高,可直接產(chǎn)出荒料量較大。根據(jù)礦山企業(yè)提供的初步開采方案,將來礦山擬采取露天臺階式開采方式,自上而下分層開采。采用直徑為210 cm、厚度為 10 mm 的圓盤鋸切割開采,單層開采厚度0.8 m,切割路徑布設間距為1.3 m,可優(yōu)先滿足中料規(guī)格荒料的開采(中料規(guī)格需滿足長寬高大于等于 200 cm×130 cm×80 cm)。為研究礦石加工技術性能,本次在二道莊礦區(qū)采集荒料樣品二件,規(guī)格分別為200 cm×130 cm×80 cm、230 cm×130 cm×80 cm。在淇縣當?shù)匾患沂募庸て髽I(yè)進行了加工,流程為:鋸割毛板—切斷—粗磨—精磨—修補。經(jīng)計算,板厚 3 cm 情況下,平均板材率28 m2/m3,礦石加工技術性能較好。按年開采規(guī)模10×104m3(我省允許的最低開采規(guī)模),每年可生產(chǎn)板材280×104m2,目前售價約70元/m2,年直接銷售收入可達1.96億元,將有效促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展,創(chuàng)造稅收和就業(yè)的新增長點。

        為進一步提高礦產(chǎn)資源綜合利用水平,本次還對采荒后剩余礦石(含夾石)進行了評價。在礦區(qū)采集有代表性樣品4組,并根據(jù)一般石料質量指標要求,測試了硫酸鹽及硫化物、堅固性、巖石抗壓強度、碎石壓碎指標及堿集料反應5個項目,各項測試結果均符合指標要求(表3),可加工成粒徑5~30 mm 的混凝土粗骨料,作為建筑石料加以綜合利用。因此,本區(qū)礦石作為飾面石材或建筑石料均具有較好的利用價值。

        表3 石料質量指標測定結果一覽表

        6 結論

        通過勘查工作,認為本區(qū)上寒武統(tǒng)張夏組二段、三段鮞粒灰?guī)r、條帶鮞?;?guī)r、花斑狀灰?guī)r適合作為飾面石材加以開發(fā)利用,礦石物理性能、裝飾性能等指標滿足一般工業(yè)指標。在礦區(qū)內(nèi)選取10處測點測定體圖解荒料率,并在一處試采平臺現(xiàn)場測定試采荒料率,對體圖解荒料率進行校正,估算了礦體理論荒料率和荒料量,研究了礦石加工技術性能和綜合利用問題。年采規(guī)模10×104m3情況下,板材年銷售收入可達1.96億元,采場和石材加工廠還可吸納勞動力,促進就業(yè),從而實現(xiàn)良好經(jīng)濟社會綜合效益。因此,認為本區(qū)飾面石材具有較好開發(fā)價值和前景。

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