四川省雷波縣足哈石灰巖礦的地質特征及質量評價

敬海興,魏宇,羅波,李俊俊,劉偉,王能

(四川省冶金地質勘查院,成都 610061)

0 引言

隨著四川省雷波縣鄉鎮建設和工農業生產的高速發展,作為建筑材料主要原料之一的石灰巖需求量將大幅提高。當前石灰巖供應量遠小于需求量的現狀已成為制約雷波縣經濟發展的因素之一。為保障雷波縣城鄉建設和工農業生產的健康發展,特對足哈一帶的石灰巖礦產進行勘查評價。

足哈石灰巖礦位于距雷波縣城約19 km的馬頸子鎮足哈村,灰巖出露面積為5.5012 km2。足哈礦區位于烏蒙山脈西北面的金沙江北岸,處于大涼山區向川中盆地的過渡地帶,地貌主要受構造和巖性的制約,屬構造侵蝕、剝蝕山地地貌,山頂及山脊多呈尖棱狀,綿延起伏;山體總體坡度為30°～60°,局部陡峭形成陡崖;沖溝發育,呈不對稱樹枝狀;區域地勢呈南高北低趨勢,礦區高程為1800～2820 m,相對高差達1020 m。區內植被覆蓋率較高。

1 礦區地質概況

1.1 地層

礦區所在區域地層屬于華南地層大區揚子地層區上揚子地層分區峨眉小區[1],出露的地層為康滇地軸沉積蓋層[2],自震旦系至第四系均有出露。礦區內出露地層(表1)主要有上奧陶統寶塔組,下志留統龍馬溪組、黃葛溪組和嘶風崖組,中二疊統陽新組,上二疊統峨眉山玄武巖組,第四系殘坡積層(圖1)。

圖1 足哈石灰巖礦區地質簡圖Fig.1 Geological sketch of limestone ore in Zuha area1.上二疊統峨眉山玄武巖組;2.中二疊統陽新組二段;3.中二疊統陽新組一段;4.下志留統嘶風崖組;5.下志留統黃葛溪組;6.整合接觸界線;7.平行不整合界線;8.地層產狀

表1 礦區地層系統Table 1 Stratigraphy units of the study area

(1)下志留統龍馬溪組(S1l)。分布于礦區南西角和北東角,為拉咪向斜的兩翼,總體呈NW向展布并延伸出區外。巖性為灰-灰黑色薄-厚層狀含碳質頁巖,夾灰黑色微-細晶灰巖團塊。與下伏寶塔組地層呈整合接觸[1],厚度82.56 m。

(2)下志留統黃葛溪組(S1hg)。分布于礦區南西部和北東部,為拉咪向斜的兩翼,南西翼厚度大于北東翼,總體呈NW向展布,礦區內出露面積約0.11 km2,兩端延出區外。巖性主要為泥質灰巖和鈣質泥巖。上部為灰-淺灰黃色薄-中層狀泥質灰巖;中部為灰-淺灰綠色泥質灰巖與灰-淺灰色薄層狀鈣質泥巖互層,夾灰綠色薄層狀泥巖;下部主要為淺灰-淺灰黃色薄-中層狀泥質灰巖夾灰黃色薄層含粉砂泥巖[1]。與下伏龍馬溪組呈整合接觸,厚度145.37～183.39 m。

(3)下志留統嘶風崖組(S1sf)。分布于礦區的南西部和北東部,為拉咪向斜的兩翼,北東翼厚度大于南西翼,總體呈NW向展布,兩端延出區外,礦區內出露面積約0.83 km2。巖性主要為灰-淺灰-灰綠色薄-中層狀泥巖、泥質粉砂巖。上部為淺灰-灰綠色薄-中層狀泥質粉砂巖;下部主要為灰-灰綠色薄層狀泥巖。與黃葛溪組的差異在于巖性組合不同,嘶風崖組主要為泥巖和泥質粉砂巖,巖石的鈣質含量很低,而黃葛溪組的巖性組合為泥質灰巖和鈣質泥巖,鈣質成分明顯高于嘶風崖組。與下伏黃葛溪組呈整合接觸①,厚度262.04～359.40 m。

(4)中二疊統陽新組(P2y)。在礦區內大面積分布,主要分布于拉咪向斜兩翼,總體走向為NW向,兩端延出區外,礦區內分布面積約2.52 km2,占礦區面積的46%。該組為礦區石灰巖礦的賦存層位,厚度602.11～703.61 m,與下伏嘶風崖組呈平行不整合接觸。根據其巖性、構造特征可將其分為二段。

陽新組一段:主要由細晶灰巖、團?；規r、生物碎屑微-細晶灰巖及少量含碳灰巖組成。上部為灰-深灰-灰黑色中-厚層狀生物碎屑微-細晶灰巖、團?；規r和生物碎屑泥-微晶灰巖;中部為淺灰-灰色中-厚層狀細晶灰巖;下部為深灰色-灰黑色薄-中層狀含碳灰巖①。其厚度254.49～269.77 m。

陽新組二段:主要為微晶灰巖和生物碎屑微晶灰巖。上部為灰-深灰色中-厚生物碎屑微晶灰巖;下部為淺灰-淺灰白色中-厚層狀微晶灰巖①。其厚度347.62～433.84 m。

(5)上二疊統峨眉山玄武巖組(P3em)。在礦區內大面積分布,主要分布于拉咪向斜核部,總體呈NW向展布,礦區內分布面積約1.87 km2,向北西延伸出區外。以深灰色-灰綠色斑狀玄武巖為主、次為灰綠色致密狀玄武巖,局部可見少量杏仁狀玄武巖。與下伏陽新組呈噴發不整合接觸①。

(6)第四系坡積層(Qdl)。分布于礦區南部,以坡積物為主,主要為含碎石砂土層,次為坡積斑狀玄武巖、致密狀玄武巖,表層為褐色-灰褐色腐殖土層。

1.2 構造

礦區位于揚子準地臺西部的涼山陷褶束東部,區內構造較為簡單,主要為拉咪向斜。

拉咪向斜構造貫穿整個礦區,總體呈NW向擴展的扇形狀(圖1),控制礦區石灰巖礦層的分布。礦區構造線為NW-SE向,背斜軸線弧形彎曲,樞紐波狀起伏,整體向南揚起,南段轉折端緊閉,核部出露上二疊統峨眉山玄武巖組,兩翼為中二疊統陽新組至上奧陶統寶塔組。兩翼地層產狀相對較緩,北東翼地層傾向216°～256°,傾角20°～45°;南西翼地層傾向38°～48°,傾角34°～41°。軸面W傾,樞紐產狀為117°∠3°,翼間角為102°,為開闊的直立水平向斜[3]。

2 礦體特征及礦石特征

石灰巖礦體分布于拉咪向斜的兩翼,呈NW走向貫穿整個礦區,平面上呈北西開口的U形狀展布(圖1)。其北東翼地表出露寬度400～780 m,延伸長約2.6 km;南西翼地表出露寬490～830 m,延伸長約2.1 km,礦層厚度>600 m;垂向上,礦體呈馬鞍狀形態產出?；規r礦體即為地層,北東翼地層產狀216°～256°∠20°～45°;南西翼地層產狀38°～48°∠34°～41°。

礦石類型以微晶-細晶灰巖、生物碎屑灰巖為主,次為含碳質灰巖。礦物成分簡單,主要礦物為方解石,絕大多數含量>90%,次為黏土礦物,含量約5%,少量的碳質、鐵質混合礦物,局部含少量生物碎屑、團粒等。生物碎屑由粒狀方解石集合體、單顆粒方解石或泥晶方解石集合體組成,形態多呈彎曲的長條狀、橢圓狀、螺旋狀等,最大粒徑約4 mm,主要為雙殼綱、有孔蟲、海百合綱等生物碎屑;膠結物呈不規則粒狀,粒徑0.004～0.03 mm,呈微晶分布于生物碎屑顆粒間,部分發生重結晶,重結晶為細晶方解石,呈不規則團狀分布。黏土礦物多為隱晶質,分布于方解石顆粒間。

3 礦石質量評價

3.1 水泥用灰巖質量評價

3.1.1 化學成分檢測

本次質量評價工作在I號礦體中進行采樣,共采集石灰巖礦石樣品76件。其中,鉆孔ZK001中采集樣品71件,鉆孔ZK801中采集樣品5件。

化學成分檢測顯示(表2),w(CaO)=39.69%～55.49%,平均53.62%。其中,73件樣品w(CaO)>48%,占樣品總數的96.05%;1件樣品w(CaO)=45%～48%,占樣品總數的0.42%;2件樣品w(CaO)<45%,占樣品總數的2.63%,其通過與上下12 m厚度范圍內礦層的加權平均后w(CaO)均達到45%以上,這2件樣品可不作為夾層剔除。

表2 Ⅰ號礦體石灰巖主要化學成分分析結果Table 2 Chemical analysis of limestone ore body Ⅰ

從單工程樣品平均品位數據可見,礦區單工程全部的平均值w(CaO)>48%,w(MgO)<3%。從各勘查線的平均值看差別不大,說明在整個礦區內CaO的質量分數相對較為穩定,無論在走向上還是傾向上無明顯的規律性變化。

3.1.2 化學有害成分

采集的76件石灰巖礦石樣品中,w(MgO)=0.35%～6.40%,平均值為0.86%,一般不大于3%,僅2件樣品>3%,w(MgO)<3%的74件,占樣品總數的97.37%。從厚度方向及橫向變化上觀察,規律性不明顯,僅有少量樣品超過2%,極個別樣品超過3%,一般多見于CaO質量分數較低的樣品中,有與CaO質量分數呈負相關現象。

因此,Ⅰ號礦體礦石質量達到部頒標準《石灰巖、水泥配料類:DZ/T 0213—2020》[4]中有關水泥用石灰巖礦石化學成分的要求(表3),大部分石灰巖達到水泥用石灰巖礦石Ⅰ級品的質量要求。

表3 水泥用石灰質原料礦石化學成分一般要求[4]Table 3 Chemical composition for cement-making limedtone

3.2 制灰用灰巖質量評價

通過計算灰巖樣品(76件)分析結果(表2),其中w(CaCO3+MgCO3)的最大值為100%,最小值為72.91%,加權平均值為97.49%,均可滿足制灰用石灰巖w(CaCO3+MgCO3)≥75%的標準[4]要求(表4)。

表4 制灰用石灰巖化學成分一般要求[4]Table 4 Chemical composition for lime-making limestone

3.3 建筑石料用灰巖質量評價

3.3.1 礦石物理性能

根據部頒標準《建筑用石料類:DZ/T0341—2020》[5]、《建筑用碎石、卵石:GB/T 14685—2011》[6]對建筑用石料的一般工業指標要求(表5),本次共采集物理性能樣品4件,堅固性、壓碎指標樣品4件,進行測試分析研究。

表5 建筑用石料物理性能及化學成分的一般要求[5]Table 5 Physical property and chemical composition for building construction limestone

測試結果(表6、表7)顯示,礦區石灰巖的天然密度為2.67～2.69 g/cm3,平均值為2.68 g/cm3;含水率0.43%～0.64%,平均0.51%;孔隙率1.10%～1.93%,平均1.45%;吸水率0.83%～1.03%,平均0.90%;抗壓強度(水飽和)31.50～37.93 MPa,平均35.17 MPa。堅固性(按質量損失計)1%～4%,平均2.5%;壓碎指標9%～10%,平均9.50%;硫化物及硫酸鹽SO3平均含量為0.125%;表觀密度2710～2730 kg/m3,平均2717.5 kg/m3。以上指標,均符合建筑用石料質量的一般要求。

表6 石灰巖礦石力學樣分析結果Table 6 Dynamic analysis of the limestone

表7 石灰巖礦石物理性能樣分析結果Table 7 Physical property analysis of the limestone

3.3.2 巖石放射性特征

本次工作共采集了3組石灰巖放射性樣品進行分析,表8為測試分析結果。

表8 內照射指數(IRa)和外照射指數(Ir)統計Table 8 Statistics of the internal irradiation index (IRa) and the external irradiation index (Ir)

放射性結果表明,礦石的內照射指數(IRa)<1.0,外照射指數(Ir)<1.0,符合《建筑材料放射性核素限量:GB 6566-2010》[7]的要求,其產銷和使用不受限制。

圖2a-b.深灰色生物碎屑灰巖:粒屑結構,塊狀構造,粒屑為生物碎屑,主要為介殼類、有孔蟲類、藻類等,均被方解石交代,礦物成分主要為方解石,少量黏土礦物和不透明礦物,巖石整體不含堿活性礦物;

圖2 灰巖樣品堿活性實驗結果Fig.2 Alkali activity experiments of the limeston a-b.深灰色生物碎屑灰巖:粒屑結構,塊狀構造,粒屑為生物碎屑,主要為介殼類、有孔蟲類、藻類等,均被方解石交代,礦物成分主要為方解石,少量黏土礦物和不透明礦物,巖石整體不含堿活性礦物;c-d.深灰色含生物碎屑微-細晶灰巖:具含生物碎屑微-細晶結構,塊狀構造,生物碎屑主要為介殼類、有孔蟲類、藻類等,均被方解石交代,礦物成分主要為方解石,少量黏土礦物和不透明礦物,巖石整體不含堿活性礦物

圖2c-圖2d.深灰色含生物碎屑微-細晶灰巖:具含生物碎屑微-細晶結構,塊狀構造,生物碎屑主要為介殼類、有孔蟲類、藻類等,均被方解石交代,礦物成分主要為方解石,少量黏土礦物和不透明礦物,巖石整體不含堿活性礦物;

3.3.3 巖石堿活性特征

根據采集的2件巖相堿活性樣分析判定(圖2),勘查區石灰巖不含堿-硅酸反應活性礦物、不含堿-碳酸鹽反應活性礦物,無潛在堿活性危險。

4 結語

(1)雷波縣足哈陽新組石灰巖礦的礦體內部結構簡單,礦體厚度穩定,地質構造簡單,礦區出露面積2.52 km2,資源儲量豐富,合理地開發利用可以為當地的經濟發展提供強有力的支撐。

(2)勘查工作采集的灰巖樣品顯示,w(CaO)平均53.62%,w(MgO)平均0.86%,w(SiO2)平均1.72%,w(SO3)平均0.08%,w(K2O+Na2O)平均0.02%,w(Fe2O3)平均0.10%,w(Al2O3)平均0.25%。其所有化學組分均滿足Ⅰ類水泥用要求。

(3)通過計算,勘查區石灰巖w(CaCO3+MgCO3)加權平均值為97.49%,滿足制灰用石灰巖w(CaCO3+MgCO3)>75%的標準。

(4)灰巖樣品的物理力學指標顯示,灰巖飽和抗壓強度均值為35.17 MPa,堅固性(質量損失)均值為2.5%,壓碎指標均值9.5%。各類指標變化系數小,均符合Ⅰ類建筑石料用要求。

注釋：

① 四川省地質調查院.中華人民共和國1∶5萬丁家坪幅區域地質圖說明書[R].成都: 四川省地質調查院,2018.