鄂西高橋廟建筑用砂礦床地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件分析

李雪峰 劉林 裴明松

摘要：近年來河道砂石開采引起的地質(zhì)災(zāi)害隱患逐漸引起重視，陸上建筑用砂礦床的勘查開發(fā)成為非金屬建材熱點。本文在詳細野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，以高橋廟礦床為研究對象，總結(jié)其礦床地質(zhì)特征，分析開采技術(shù)條件，以期為礦床下一步開采開發(fā)提供理論依據(jù)。白堊系上統(tǒng)跑馬崗組為礦層，礦石質(zhì)量良好，開采技術(shù)條件為以工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)復(fù)合問題為主的中等類型（II-4）。

關(guān)鍵詞：高橋廟；地質(zhì)特征；開采技術(shù)條件；跑馬崗組；鄂西；建筑用砂礦床

1.引言

由于建筑用砂石的需求增速加快，河道砂石資源已經(jīng)出現(xiàn)短缺，同時過量采集對環(huán)境造成危害，因此迫切需要新的建筑砂礦資源來替代（呂新前等，2008）。近年來鄂西地區(qū)工業(yè)化進程大大加快，但是長江中游河道砂石資源已日趨枯竭，同時過度開采造成的地質(zhì)災(zāi)害隱患增加（韓信，2010；張玉等，2018），因此陸地上建筑用砂礦床的勘查開發(fā)是該類非金屬礦產(chǎn)的重點方向（常存杰等，2013）。鄂西當(dāng)陽一帶白堊系上統(tǒng)跑馬崗組地層中砂巖質(zhì)地良好，已初步開發(fā)，但是其礦床地質(zhì)特征未有系統(tǒng)總結(jié)，開采技術(shù)條件，包括水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)條件還缺乏系統(tǒng)分析?；诖?，本文擬在詳細野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，以高橋廟礦床為研究對象，總結(jié)其礦床地質(zhì)特征，分析開采技術(shù)條件，以期為礦床下一步開采開發(fā)提供理論依據(jù)。

2.區(qū)域地質(zhì)

礦區(qū)位于揚子陸塊（II2）揚子周緣前陸盆地（II24）荊當(dāng)盆地（II24-3）南側(cè)的河溶凹陷中部。區(qū)域出露三疊系上統(tǒng)至第四系地層。

三疊系上統(tǒng)地層出露于遠安地塹東西兩側(cè)，呈北北西向長條形分布，白堊系地層分布于遠安地塹和河溶凹陷內(nèi)，為斷陷盆地內(nèi)山麓相紅色粗碎屑巖沉積。第四系地層零星散布于河谷、凹地、緩坡地帶，巖性為殘坡積、沖洪積含碎塊石（卵礫石）砂土。建筑用砂賦存于白堊系上統(tǒng)跑馬崗組地層中。區(qū)域上礦產(chǎn)主要有煤礦、銅鉛鋅礦及建筑用砂、玻璃用石英砂巖礦、陶瓷用粘土礦等建材類礦產(chǎn)。

3.礦區(qū)地質(zhì)

區(qū)內(nèi)分布地層主要為白堊系和第四系，斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造不發(fā)育，巖漿巖和變質(zhì)巖未出露，礦產(chǎn)為建筑用砂。

3.1地層

勘查區(qū)內(nèi)出露地層主要為白堊系上統(tǒng)跑馬崗組（K2p）及第四系（Q），根據(jù)地質(zhì)填圖、槽探及鉆孔資料，現(xiàn)將區(qū)內(nèi)地層特征由老至新分述如下：

第四系（Q）：主要散布于礦區(qū)南部、西部和北東部河溝、堰塘、農(nóng)田附近，成分為土黃色、紫紅色殘坡積物、腐植土、砂質(zhì)粘土等，砂質(zhì)粘土內(nèi)夾雜大小不一、松散狀泥質(zhì)細砂巖碎塊，碎塊無序狀排列。厚度較小，一般為0.1m～1.5m，上覆跑馬崗組地層，呈角度不整合接觸。

白堊系上統(tǒng)跑馬崗組（K2p）：灰白色、棕黃色、磚紅色厚～巨厚層狀中細粒石英砂巖；磚紅色石英砂巖分布不規(guī)律，多見磚紅色石英砂巖以脈狀、透鏡狀、共軛細脈狀等形式填充于棕黃色石英砂巖裂隙中（圖1），局部以層狀夾于棕黃色石英砂巖中。砂巖分選較均勻，磨圓度中等；礦物成分以石英為主，含長石、巖屑、鐵質(zhì)、泥質(zhì)等，巖石中可見黑色細小次棱角狀巖屑顆粒。砂巖中局部節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙被硅質(zhì)填充，因差異風(fēng)化可見節(jié)理紋（圖1）。區(qū)內(nèi)地層出露最大厚度69m，未見底。本層位是建筑用砂的賦礦層位，地層即為礦層。

3.2構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡單，為一單斜構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)較大褶皺、斷層等。地層走向為北西～南東，傾向50°，傾角1～8°。層理不清晰，局部可見小型揉皺層紋（圖1）。

3.3礦體地質(zhì)特征

本次勘查圈定礦體一個，即Ⅰ號礦體，礦體位于白堊系上統(tǒng)跑馬崗組（K2p）地層中，巖性為灰白色、棕黃色、磚紅色厚中細粒石英砂巖?；野咨?、棕黃色石英砂巖呈厚～巨厚層狀產(chǎn)出，磚紅色石英砂巖分布零散，多以脈狀、透鏡狀、共軛細脈狀等形式填充于棕黃色或灰白色石英砂巖中。礦區(qū)范圍內(nèi)100m標(biāo)高以上均為礦體，礦體形態(tài)為近北西走向的長條狀山脊，最高點169m，最低標(biāo)高100m，整體呈厚層狀產(chǎn)出，其產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，傾向50°，平均傾角3°。

礦體主要由6、4、2、0、1、3共六條勘查線，16個探槽和5個鉆孔控制。礦體頂板為第四系殘坡積層，未見底板，最低控制至100m。礦體平面上長約1300m，寬230m～570m，厚度0m～63.9m，平均為57m；其產(chǎn)狀穩(wěn)定，總體呈“中間厚、北東和南西兩邊薄”的特點。

4.礦石特征

4.1礦石成分

礦石礦物成分簡單，主要礦物成分為石英（圖2），含少量長石、巖屑、粘土礦物、黃鐵礦、褐鐵礦（附件）。

石英：無色～淺灰色，半透明，油脂光澤，次棱角狀、次圓狀碎屑，分布密集，以中粒～中細粒為主，粒徑一般0.3mm～0.4mm，含量80%～85%；

長石：次棱角狀碎屑，分布于石英碎屑間，粒徑一般為0.2mm～0.4mm，含量1%～3%；

巖屑：次棱角狀、次圓狀碎屑，分布于石英碎屑間，粒徑一般為0.2mm～0.4mm，含量1%～3%；

粘土礦物：微細粒、片狀，填充于碎屑間，粒徑一般0.001mm～0.01mm，含量一般8%～10%；

鐵質(zhì)：不規(guī)則分布于碎屑間，粒徑一般0.001mm～0.01mm，含量0%～5%（灰白色、淺黃色礦石中鐵質(zhì)含量不大于3%，磚紅色礦石鐵質(zhì)3%～5%）。

礦石化學(xué)成分以SiO2為主，其次為Al2O3、Fe2O3，含少量CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等。主要化學(xué)成分SiO2含量一般82.50%～94.77%，平均90.07%，變化系數(shù)3.43%；Al2O3含量2.53%～7.06%，平均4.93%，變化系數(shù)24.74%；Fe2O3含量 0.46%～2.22%，平均1.09%，變化系數(shù)39.08%，均屬于品位變化均勻類型。

4.2礦石類型及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石自然類型：根據(jù)顏色可將礦石劃分為灰白色—棕黃色砂巖和磚紅色砂巖。礦石為中粒、中細粒碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、砂狀構(gòu)造（圖2）。礦體大部分裸露地表，剝離物較少，主要為第四系殘坡積物，厚度為0.1～1.5m，剝離厚度薄，剝離量少，剝采比小于0.1∶1。

4.3礦石工程建筑質(zhì)量參數(shù)

本次研究隨機抽取3個鉆孔，分析測試3組組合樣，分別對其顆粒級配、含泥量、表觀密度、堆積密度、孔隙率、吸水率等指標(biāo)進行測試，其結(jié)果如下：

（1）顆粒級配（天然砂）。本礦區(qū)建筑用砂顆粒級配及細度模數(shù)見表1，顆粒級配曲線見圖3。砂的級配類別為III級天然砂，細度模數(shù)在細粒以下。

（2）含泥量及泥塊含量。含泥量為天然砂中粒徑小于75μm的顆粒含量。本礦區(qū)建筑用砂平均含泥量為11.1%。泥塊含量為砂中原粒徑大于1.18mm，經(jīng)水浸洗、手捏后小于600μm的顆粒含量。本次樣品中無粒徑大于1.18mm的泥塊，泥塊含量為0。

（3）有害物質(zhì)。砂巖中云母、輕物質(zhì)有機物、硫化物及硫酸鹽、氯化物等含量過高會影響礦石質(zhì)量，本礦區(qū)砂巖中有害物質(zhì)及含量均小于標(biāo)準(zhǔn)限量，詳見表2。

（4）表觀密度、松散堆積密度、孔隙率。本礦區(qū)建筑用砂表觀密度為2630-2650，松散堆積密度1290-1360，松散孔隙率48-51，均符合工業(yè)指標(biāo)，詳見表3。

（5）吸水率。本次檢測3組組合樣品飽和面干吸水率均小于0.1%，符合工業(yè)利用指標(biāo)。

5.開采技術(shù)條件

5.1水文地質(zhì)條件

礦區(qū)無地表水體，地形地貌為低山丘陵地貌，有利于自然排水。含水層為第四系松散孔隙水含水層和層狀砂巖層間裂隙水含水層，屬弱含水層，富水性弱。礦區(qū)為單獨水文單元，地表水與地下水沒有直接水動力聯(lián)系，大氣降水是礦坑主要充水源，涌水量受季節(jié)性降雨量控制。礦層位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以上，只要開采方法得當(dāng)，防治措施到位，發(fā)生礦坑積水可能性較小。礦區(qū)供水源有所欠缺，可滿足生活用水需要，工業(yè)用水需引水。綜合評價，礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度屬簡單類型。

5.2環(huán)境地質(zhì)條件

礦體大部分裸露地表，巖性單一，呈單斜層狀產(chǎn)出，無斷裂構(gòu)造，構(gòu)造簡單。礦層主要為層狀砂巖較軟弱工程地質(zhì)巖組，力學(xué)強度低，裂隙不甚發(fā)育，整體穩(wěn)定性較好。山體斜坡和采坑邊坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，但存在局部滑坡、坍塌的可能性。

開采過程中及開采終了將形成規(guī)模不等的不穩(wěn)定邊坡，在強降雨和其他外力作用下，可能誘發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)采取必要的防治措施。綜合評價，礦區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等類型。

5.3工程地質(zhì)條件

礦區(qū)處于地殼基本穩(wěn)定區(qū)，地震基本烈度Ⅵ度。礦山目前未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。礦業(yè)活動對水土資源影響有限，開采結(jié)束后須進行生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理。未來開采欠穩(wěn)定邊坡可能發(fā)生局部滑坡、坍塌、掉塊等地質(zhì)災(zāi)害。固體廢棄物應(yīng)科學(xué)堆放，無有毒有害成分。若采取必要的防治措施，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性較小。礦山環(huán)境地質(zhì)復(fù)雜程度屬中等類型。

5.4總體評價

綜上所述，礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度屬簡單類型；礦體為膠結(jié)程度較差的厚層狀石英砂巖，結(jié)構(gòu)較松散，屬較軟弱工程地質(zhì)巖組，開采后形成的邊坡經(jīng)降雨及外動力作用下，有發(fā)生局部坍塌、掉塊的可能性，礦山工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度屬于中等類型；采礦活動嚴(yán)重破壞原始地形地貌，環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜程度屬中等類型。按照《固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則》（GB/T13908-2002）附錄B礦床勘察類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，礦床開采技術(shù)條件為以工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)復(fù)合問題為主的中等類型（II-4）。

參考文獻：

[1]常存杰，高俊峰，趙坤，等.關(guān)于萊蕪市砂石土礦開采及管理現(xiàn)狀的調(diào)研報告[J].山東國土資源. 2013， 29（Z1）： 116-118.

[2]韓信.某小型露天砂石廠開采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害及其防治措施[J].湖南農(nóng)機. 2010， 37（07）： 216-217.

[3]呂新前，李春忠，陳程華.浙江省風(fēng)化殼型建筑用砂礦床地質(zhì)特征及開發(fā)應(yīng)用[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊. 2008（04）： 49-51.

[4]張玉，陳鐵林，任偉中，等.湖北省地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育環(huán)境和防治區(qū)劃現(xiàn)狀研究[J].災(zāi)害學(xué). 2018， 33（03）： 37-42.