石群建筑用變質(zhì)砂巖礦區(qū)地質(zhì)特征及綜合利用

宋晨成

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三三隊(duì)，廣東 肇慶 526060）

廣東省懷集縣大崗鎮(zhèn)石群礦區(qū)位于懷集縣城231°方向，直距24km 處，在區(qū)域上位于云開后加里東隆起區(qū)北東邊緣。本文詳細(xì)講述該礦區(qū)的地質(zhì)特征，并根據(jù)成礦地質(zhì)條件和礦床的成因類型，對(duì)礦區(qū)內(nèi)可能形成的共（伴生）礦產(chǎn)包括磚瓦用料、水泥配料用粘土、建設(shè)用砂進(jìn)行綜合利用評(píng)價(jià)。

1 礦區(qū)地質(zhì)

1.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層簡(jiǎn)單，出露地層有泥盆系中統(tǒng)信都組（D2x）、第四系殘坡積（Qhal）。

泥盆系中統(tǒng)信都組（D2x）：分布于整個(gè)礦區(qū)，原巖以石英砂巖、雜砂巖、泥巖為主，夾泥質(zhì)粉砂巖、（粉）砂質(zhì)頁(yè)巖等，受深部巖漿活動(dòng)影響，經(jīng)熱液接觸變質(zhì)作用，礦區(qū)內(nèi)巖石巖性主要為灰—深灰色變質(zhì)長(zhǎng)石石英雜砂巖，呈單斜狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀240°～260°∠20°～30°，根據(jù)鉆孔揭露，角巖均已重結(jié)晶呈致密塊狀，無層理。

第四系殘坡積（Qhal）：主要分布于山麓及山坡上，主要由砂質(zhì)粘土、少量巖石碎塊組成，厚度不均。根據(jù)地質(zhì)填圖及鉆孔揭露，礦區(qū)內(nèi)殘坡積層一般厚度1～5m，平均約2m。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造經(jīng)過，但受區(qū)域斷裂構(gòu)造影響，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育。裂隙面結(jié)合較緊密，局部略張開，多為碳酸鹽礦物充填，節(jié)理裂隙對(duì)礦體無明顯的破壞作用；巖石主要發(fā)育兩組節(jié)理，第一組產(chǎn)狀260°～300°∠50°～60°；第二組產(chǎn)狀10°～40°∠30～70°。節(jié)理裂隙對(duì)巖礦石無大的破壞作用，局部使巖礦石沿節(jié)理裂隙面破碎呈碎塊狀。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)無巖漿巖出露。

2 礦床特征

2.1 礦體特征

礦體巖性主要為變質(zhì)中細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖、角巖。礦體呈單斜狀產(chǎn)出，地層產(chǎn)狀240°～260°∠20°～30°，受礦區(qū)邊界的限制，礦體平面上呈不規(guī)則多邊形，南北向長(zhǎng)490～740m，東西向?qū)?60～530m，空間上總體呈倒梯形。根據(jù)鉆孔揭露情況，礦體賦存標(biāo)高190～360m，最小垂直厚度0m，最大垂直厚度170m，向四周及深部延伸至礦區(qū)外。礦體最小埋深10m，最大埋深50m。礦體上覆為全—半風(fēng)化變質(zhì)中細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖，四周及下部圍巖與礦體為同一巖性的微—未風(fēng)化變質(zhì)中細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖、角巖。

礦體上部覆蓋層較厚，分布于整個(gè)礦區(qū)范圍，厚度不均一。根據(jù)鉆孔揭露，覆蓋層總厚10～50m，平均約30m。其中，殘坡積層厚1～5m，平均約2m；全風(fēng)化層厚1～30m，平均約15m，半風(fēng)化層厚5～30m，平均約10m。

2.2 礦石類型及質(zhì)量

2.2.1 礦石物質(zhì)組成

礦石為變質(zhì)中細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖、黑云長(zhǎng)英角巖。

變質(zhì)中細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖呈灰黑—深灰色帶淺紫紅色，風(fēng)化后呈灰黃色—灰紫色，變余中細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石主要礦物有：石英70%、絹云母14%～15%、長(zhǎng)石7%～8%、綠泥石0%～6%、黑云母0%～4%、巖屑1%～2%、少量磷灰石、綠簾石、炭質(zhì)、電氣石、次生石英、次生綠簾石、次生碳酸鹽礦物及不透明礦物。

原巖碎屑物由石英、長(zhǎng)石和巖屑等組成，粒徑為中細(xì)粒，填隙物為泥質(zhì)和炭質(zhì)，泥質(zhì)已變質(zhì)結(jié)晶為絹云母、黑云母。石英呈次圓狀—次棱角狀，少量呈尖角狀，可能為火山晶屑，部分呈現(xiàn)為粒狀變晶，大小在0.05～0.8mm，一級(jí)灰白干涉色，較均勻面狀分布；長(zhǎng)石呈次圓狀—次棱角狀，粒徑0.05～0.4mm，可見微弱絹云母化或泥化，可識(shí)別為正長(zhǎng)石和鈉—更長(zhǎng)石，不均勻分布；巖屑呈次圓狀，粒徑0.1～0.3mm，成分為石英巖巖屑，不均勻分布在石英間；綠簾石呈他形粒狀，三級(jí)干涉色，粒徑0.03～0.1mm，零星分布。電氣石呈粒柱狀，多色性和反吸收性明顯，大小0.05～0.15mm 左右，零星分布；原巖填隙物主要為泥質(zhì)，泥質(zhì)已變質(zhì)結(jié)晶為絹云母、黑云母，絹云母呈二級(jí)干涉色，黑云母呈淺褐色，較均勻分布于碎屑物之間。炭質(zhì)呈黑色，呈粉塵狀或浸染狀分布于其他礦物間隙中；不透明礦物呈他形粒狀，粒徑0.02～0.3mm，不均勻分布。巖石后期受輕微構(gòu)造作用，局部可見裂隙，次生石英、綠簾石、碳酸鹽礦物沿裂隙充填，粒徑0.01～0.4mm，石英呈一級(jí)灰白干涉色，綠簾石呈三級(jí)干涉色，碳酸鹽礦物呈高級(jí)白干涉色。

黑云長(zhǎng)英角巖：呈灰黑色，綠簾長(zhǎng)英角巖呈灰淺綠色，角巖結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石主要礦物有：石英50%～55%、黑云母25%～32%、長(zhǎng)石10%、絹—白云母2%～7%、綠簾石0%～25%、少量磷灰石、電氣石、次生石英、次生綠泥石、次生碳酸鹽礦物及不透明礦物。

石英呈他形變晶粒狀，粒徑0.02～0.1mm，表面干凈明亮，一級(jí)灰白干涉色，無定向分布；長(zhǎng)石呈他形變晶粒狀，粒徑0.03～0.1mm，表面較臟雜，可見粘土化，不均勻分布；黑云母呈半自形—他形短片狀，片徑0.05～0.1mm，呈淺黃—褐色，較均勻無定向分布；綠簾石呈他形粒狀，粒徑0.05～0.2mm，二級(jí)不均勻的干涉色，零星分布；不透明礦物呈自形—他形粒狀，粒徑0.02～0.5mm，不均勻分布或沿裂隙分布。次生石英和次生綠泥石呈脈狀充填于巖石裂隙中，石英呈一級(jí)灰白干涉色，綠泥石呈淺綠色，脈寬0.1～0.5mm。

2.2.2 礦石化學(xué)成分

微—未風(fēng)化變質(zhì)砂巖礦石化學(xué)成份（%）：SiO2（68.60）、Al2O3（12.60）、Fe2O3（3.80）、TiO2（0.60）、K2O（3.70）、Na2O（1.40）、CaO（5.70）、MgO（2.20）、P2O5（0.20）、Cl-（0.20L）、LOl（1.00）、SO3（0.10）。

物理、化學(xué)性能：微—未風(fēng)化礦石表觀密度2600～2700kg/m3，平均2680kg/m3，礦石表觀密度達(dá)到不小于2500kg/m3的質(zhì)量指標(biāo)。微—未風(fēng)化礦石吸水率0.2%～0.4%，平均0.3%，礦石吸水率達(dá)到不大于1.0%的質(zhì)量指標(biāo)。礦石組合分析樣結(jié)果表明，微—未風(fēng)化礦石堅(jiān)固性1%～2%，礦石達(dá)到建筑用石料物理性能堅(jiān)固性不大于5%的Ⅰ類質(zhì)量指標(biāo)；微—未風(fēng)化變質(zhì)砂巖礦石壓碎指標(biāo)5%～7%，礦石達(dá)到建筑用石料物理性能壓碎指標(biāo)不大于10%的Ⅰ類質(zhì)量指標(biāo)；微—未風(fēng)化變質(zhì)砂巖礦石堿活性反應(yīng)0.2%～0.4%，礦石未達(dá)到堿活性不大于0.1%的質(zhì)量要求，有潛在堿—硅酸反應(yīng)危害，應(yīng)控制混凝土中的堿含量，或采用能抑制堿—骨料反應(yīng)的有效措施；微—未風(fēng)化變質(zhì)砂巖礦石硫酸鹽及硫化物含量0.4%～0.6%，礦石達(dá)到建筑用石料化學(xué)成分不大于1.0%的要求。

礦區(qū)半風(fēng)化巖石飽和抗壓強(qiáng)度5～50MPa，平均18MPa，半風(fēng)化變質(zhì)砂巖多呈碎塊狀，難于取樣，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，礦區(qū)半風(fēng)化變質(zhì)砂巖巖石不能滿足變質(zhì)巖類建筑用石料飽和抗壓強(qiáng)度要求；微—未風(fēng)化礦石飽和抗壓強(qiáng)度65～155MPa，平均100MPa，由此分析抗壓性能較好，均為硬質(zhì)巖石，礦區(qū)微—未風(fēng)化變質(zhì)砂巖礦石達(dá)到變質(zhì)巖類建筑用石料飽和抗壓強(qiáng)度大于60MPa的質(zhì)量指標(biāo)。

變質(zhì)砂巖礦石放射性內(nèi)照指數(shù)IRa最大值為0.2，外照射指數(shù)Iγ最大值為0.9，礦區(qū)建筑用變質(zhì)砂巖的放射性指標(biāo)符合建筑主體材料及A類裝修材料的技術(shù)指標(biāo)要求，其產(chǎn)銷和使用范圍不受限制，礦山在開采礦石過程中不會(huì)對(duì)采礦人員及周邊環(huán)境造成大的放射性影響。

3 綜合利用

3.1 礦區(qū)內(nèi)共（伴）生礦產(chǎn)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)成礦地質(zhì)條件和礦床的成因類型，對(duì)礦區(qū)內(nèi)可能形成的共（伴生）礦產(chǎn)包括磚瓦用料、水泥配料用粘土、建設(shè)用砂，并采集相應(yīng)的樣品進(jìn)行分析測(cè)試。

取變質(zhì)砂巖礦石進(jìn)行光譜半定量全分析，分析結(jié)果本區(qū)礦石微量元素含錳、鈦、鈹、砷、硼、鋯、錫、鎵、鈮、鉬、礬、銅、鋅、鎳、鈷、鉻、鍶、鋇等元素含量極微，無綜合利用價(jià)值。

另外新建礦山必須嚴(yán)格要求按綠色礦山標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建礦，要求按照減量化、資源化、再利用的原則，綜合開發(fā)利用共伴生礦產(chǎn)資源，科學(xué)合理利用廢石、尾礦等固體廢棄物及選礦廢水。因此，本次核實(shí)對(duì)礦區(qū)內(nèi)建筑用變質(zhì)砂巖礦上部覆蓋層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.2 覆蓋層產(chǎn)出特征

根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，建筑用變質(zhì)砂巖礦體上部覆蓋層自上而下可分為第四系殘坡積層、全風(fēng)化變質(zhì)砂巖層、半風(fēng)化變質(zhì)砂巖層三層：

第四系殘坡積層：土黃—淺紫紅色，主要成分為砂質(zhì)粘土、少量巖石碎塊及植物根系等，鉆孔揭露厚度為1～5m，平均厚度約2m。該層厚度不大，含砂率較低，可預(yù)留作為礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾的土壤資源。

全風(fēng)化變質(zhì)砂巖層：灰黃—土黃色，局部淺黃褐色，巖石已強(qiáng)烈風(fēng)化呈半巖半土狀，結(jié)構(gòu)松散，主要由石英、粘土及少量其他礦物等組成，鉆孔揭露厚度為1～30m，平均厚度約15m。

半風(fēng)化變質(zhì)砂巖層：以灰黃色、灰褐色為主，局部灰色，巖石風(fēng)化較強(qiáng)烈，巖石稍破碎，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，敲擊后易破碎，巖石具變余中細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要由石英、少量粘土、云母等組成；鉆孔揭露厚度為4～30m之間，平均厚度約10m。

3.3 全風(fēng)化變質(zhì)砂巖綜合評(píng)價(jià)

全風(fēng)化變質(zhì)砂巖含砂層即礦區(qū)范圍內(nèi)建筑用變質(zhì)砂巖礦體上覆蓋層中的全風(fēng)化變質(zhì)砂巖層，其受地質(zhì)界線及礦區(qū)范圍限制，平面上呈不規(guī)則多邊形，空間上整體呈似層狀多邊體，南北向長(zhǎng)480～730m，東西向?qū)?50～520m，賦存標(biāo)高200～380m，厚度1～30m，平均厚度約15m，埋深0～5m，向四周延伸至礦區(qū)外。

含砂層邊界由地質(zhì)界線、礦區(qū)邊界及開采邊坡限定，頂板為第四系殘坡積層，底板為半風(fēng)化變質(zhì)砂巖層。

全風(fēng)化變質(zhì)砂巖含砂層呈灰黃—土黃色，局部淺黃褐色，巖石已強(qiáng)烈風(fēng)化呈半巖半土狀，結(jié)構(gòu)松散，主要由石英、粘土及少量其他礦物等組成。

對(duì)全風(fēng)化變質(zhì)砂巖采集相應(yīng)的樣品進(jìn)行分析測(cè)試，具體情況如下：

磚瓦用料分析結(jié)果：SiO2含量66.50%～74.20%；Fe2O3含量5.80%～6.40%；Al2O3含量12.90%～16.10%；CaO含量0.04%～0.05%；MgO含量0.50%～0.80%；SO3含量0.02%～0.03%；K2O+Na2O含量0.90%～2.50%；燒失量4.70%～5.90%；塑性指數(shù)10.0%；粘土級(jí)顆粒含量14.0%，塵土級(jí)顆粒含量29.0%，砂土級(jí)顆粒含量17.0%，其中SiO2含量超出（53%～70%）的范圍，個(gè)別K2O+Na2O含量不在1%～5%的范圍，料燒失量低于7%～15%的范圍，礦區(qū)全風(fēng)化變質(zhì)砂巖未達(dá)到磚瓦用料的綜合利用要求。

水泥配料用粘土分析結(jié)果：MgO 含量0.50%～0.80%，平均0.70%；K2O+Na2O 含量0.90%～2.50%，平均1.50%；SO3含量0.02%～0.03%，平均0.03%；硅酸率（SM）2.95～3.95，平均3.55；鋁氧率（AM）2.50～2.90，平均2.60。礦區(qū)全風(fēng)化變質(zhì)砂巖可符合水泥配料用Ⅰ類粘土質(zhì)量要求。

建設(shè)用砂評(píng)價(jià):顆粒級(jí)配為中砂；含泥量8.6%～10.6%，平均值9.4%，泥塊含量6.0%～9.0%，平均值7.8%。不符合含泥量不大于5%，泥塊含量不大于2%建設(shè)用砂標(biāo)準(zhǔn)；有害物質(zhì)云母含量為0.1%～0.2%、輕物質(zhì)含量0.0%、有機(jī)物含量合格、硫化物及硫酸鹽含量小于0.1%；表觀密度2570～2590kg/m3，均為2580kg/m3；松散堆積密度1340～1390kg/m3，平均1360kg/m3；孔隙率47%～50%，平均48%。松散堆積密度不符合不小于1400kg/m3，孔隙率不符合不大于44%建設(shè)用砂要求。山砂樣的堅(jiān)固性（壓碎指標(biāo)）單級(jí)最大壓碎指標(biāo)均不符合不大于30%的要求。礦區(qū)全風(fēng)化變質(zhì)砂巖層原山砂樣不符合建設(shè)用砂的要求。

全風(fēng)化變質(zhì)砂巖層進(jìn)一步加工、淘洗后的砂樣評(píng)價(jià)：顆粒級(jí)配均為中砂；含泥量2.0%，泥塊含量1%；有害物質(zhì)云母含量0.0%，輕物質(zhì)含量0.0%，有機(jī)物含量合格，硫化物及硫酸鹽含量小于0.1%；表觀密度2580kg/m3；松散堆積密度1470kg/m3；孔隙率40%；堅(jiān)固性（壓碎指標(biāo)）砂樣質(zhì)量損失率5%，砂樣單級(jí)最大質(zhì)量損失30%。礦區(qū)全風(fēng)化變質(zhì)砂巖層經(jīng)進(jìn)一步加工、淘洗后砂樣符合建設(shè)用砂的要求。含砂率為25%，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高，因此全風(fēng)化變質(zhì)砂巖不作為綜合利用建設(shè)用砂原料。

全風(fēng)化變質(zhì)砂巖層綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：

（1）全風(fēng)化變質(zhì)砂巖層未能達(dá)到磚瓦用料的綜合利用要求。

（2）全風(fēng)化變質(zhì)砂巖層達(dá)到水泥配料用粘土的綜合利用要求。

（3）全風(fēng)化花崗巖層原砂不符合建設(shè)用砂的要求，需進(jìn)行淘洗等洗砂加工；經(jīng)進(jìn)一步加工后的全風(fēng)化花崗巖砂樣，各項(xiàng)指標(biāo)均符合建設(shè)用砂標(biāo)準(zhǔn)，天然砂級(jí)配區(qū)屬3區(qū)，級(jí)配類別為Ⅲ類，含砂率為25%，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高，因此全風(fēng)化變質(zhì)砂巖不作為綜合利用建設(shè)用砂原料。