云南昆玉地區(qū)石灰石礦山開(kāi)發(fā)及土層分布特點(diǎn)

楊 智，董澤偉，李雪蕊，秦 文

(云南省有色地質(zhì)局三〇六隊(duì)，云南 昆明 650216)

云南是國(guó)內(nèi)碳酸鹽巖分布面積較集中的區(qū)域之一，昆(明)至玉(溪)地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)，特殊的大地構(gòu)造位置，為石灰石礦的形成創(chuàng)造了良好的成礦環(huán)境和成礦條件，蘊(yùn)藏著豐富的石灰石礦資源。同時(shí)昆玉地區(qū)水泥用灰?guī)r、建筑石料用灰?guī)r分布眾多，區(qū)內(nèi)石灰石礦山全為露天開(kāi)采，大多無(wú)序開(kāi)采，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞較大。隨著國(guó)家對(duì)礦山生態(tài)環(huán)境的重視，樹(shù)立“綠水青山就是金山銀山”的理念，建設(shè)綠色礦山，發(fā)展綠色礦業(yè)是石灰石礦山發(fā)展的必由之路。石灰?guī)r礦山多為石灰?guī)r土，土地貧瘠，認(rèn)識(shí)石灰石礦山特點(diǎn)、石灰石土層形成及分布特點(diǎn)，有助于開(kāi)展礦山生態(tài)修復(fù)、土地復(fù)墾、水土保持及綠色礦山建設(shè)，合理的進(jìn)行表土的剝覆、土壤改良，具有理論和實(shí)際意義。

1 昆玉地區(qū)石灰石分布及利用

1.1 昆玉地區(qū)石灰石分布

昆玉地區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)川滇臺(tái)背斜與滇東臺(tái)褶帶之間，區(qū)內(nèi)震旦系至三疊系均有不同程度的石灰?guī)r地層出露(圖1)，大致分4個(gè)主要的碳酸鹽巖沉積階段：元古宙末晚震旦世、早古生代清虛洞期至紅花園期、晚古生代中泥盆世至早二疊世和中生代初期的早中三疊世[1]。

震旦系(Z)：上統(tǒng)陡山沱組及燈影組一般為白云巖，昆明至玉溪地區(qū)局部為灰?guī)r、泥灰?guī)r，厚20m～460m。

寒武系(∈)：以白云巖、砂巖、泥巖及磷塊巖為主，昆明周邊寒武系中下統(tǒng)夾灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，厚度可達(dá)200 m。

奧陶系(O)上中統(tǒng)、志留系(S)中統(tǒng)、泥盆系(D)中統(tǒng)在東川至昆明一帶，夾25m～75 m連續(xù)的灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r或泥灰?guī)r。

石炭系(C)：分布范圍與泥盆系相似，昆明地區(qū)石炭系幾乎全為灰?guī)r。下統(tǒng)下部多為不純的灰?guī)r及碎屑巖夾層或碎屑巖夾灰?guī)r，下統(tǒng)上部及中統(tǒng)，在全區(qū)范圍有連續(xù)的沉積，厚度300m～800 m。

二疊系(P)：下二疊統(tǒng)巖性幾乎全為灰?guī)r及燧石結(jié)核灰?guī)r(棲霞組和茅口組)，一般厚300m～600 m，為昆玉地區(qū)石灰石礦山主要開(kāi)采層位。

三疊系(T)：下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組下段也沉積100余m灰?guī)r。

1.2 昆玉地區(qū)石灰?guī)r主要開(kāi)采層位

昆玉地區(qū)石灰?guī)r沉積地層較多，成礦條件優(yōu)越，石灰石分布廣泛，潛在資源量豐富，目前開(kāi)采利用最多的為石炭系中統(tǒng)威寧組(C2w)石灰?guī)r及二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)石灰?guī)r。

石炭系中統(tǒng)威寧組(C2w)：以淺灰色、灰、深灰色厚～巨厚層狀生物碎屑灰?guī)r為主。CaO含量約51.12%～55.95%、MgO含量1.91%～0.10%、揮發(fā)組分(燒失量)約42.72%～43.31%。礦石主要礦物成分為方解石，含量>95%，次要礦物成分為白云石及少量鐵泥質(zhì)物，含量<5%，礦石中生物碎屑含量15%～30%。礦石內(nèi)聚力平均2.50MPa，內(nèi)摩擦角平均42.15°，抗拉強(qiáng)度平均2.50MPa，單軸抗壓強(qiáng)度平均44.20MPa。

二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)：主要為灰-灰白色厚-巨厚層狀隱晶-微晶粒狀含生物碎屑灰?guī)r。礦石CaO含量約52.65%～55.99%、MgO含量2.18%～0.02%、揮發(fā)組分(燒失量)約為42.72%～43.39%。礦石主要成分為方解石，含量>95%，隱晶(<0.01mm)它形微粒(0.01～0.03mm)，次為少量隱晶-微晶粒狀白云巖，礦石中生物碎屑含量15%～20%。礦石內(nèi)聚力平均1.72MPa，內(nèi)摩擦角平均45.55°，抗拉強(qiáng)度平均1.90MPa，單軸抗壓強(qiáng)度平均46.9MPa。

1.3 昆玉地區(qū)石灰?guī)r用途及礦山分布

石灰石以方解石為主要成分，其分布相當(dāng)廣泛，巖性均勻，具有導(dǎo)熱性、堅(jiān)固性、吸水性、不透氣性、隔音性、磨光性，很好的膠結(jié)性能及可加工性等優(yōu)良的性能?？芍苯永迷?，也可深加工應(yīng)用，是冶金、建材、化工、輕工、農(nóng)業(yè)等部門的重要工業(yè)原料。

昆玉地區(qū)石炭系中統(tǒng)威寧群(C2w)石灰?guī)r及二疊系中統(tǒng)茅口組(P1m)石灰?guī)r，其CaO含量高，含MgO低(表1)，礦石質(zhì)量?jī)?yōu)良，屬Ⅰ級(jí)品水泥用石灰質(zhì)原料礦。除昆明城區(qū)外各縣市均有水泥用灰?guī)r礦山分布，昆玉地區(qū)水泥用灰?guī)r礦山分布十余座。

表1 昆玉地區(qū)各水泥用灰?guī)r礦山礦石化學(xué)分析

昆玉地區(qū)石灰?guī)r由于軟硬程度適中，物理性能較好(表2)，石灰石易于開(kāi)采加工，作為建筑材料有著悠久的開(kāi)采歷史。石灰石直接破碎加工即可利用，不需選礦，礦石易碎性和易磨性較好，礦石的加工技術(shù)性能較簡(jiǎn)單。生產(chǎn)建筑用毛石、公分石、瓜子石及石粉用于建房、骨料及鋪路。目前昆玉地區(qū)石灰石作為建筑石料用灰?guī)r礦山開(kāi)采，除昆明城區(qū)及各保護(hù)區(qū)范圍，基本每一兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布一座礦山，建筑石料用灰?guī)r分布八十余座，石灰石礦山較多。

表2 昆玉地區(qū)各建筑石料用灰?guī)r礦石物理力學(xué)分析

2 昆玉地區(qū)石灰石礦山土壤類型

2.1 昆玉地區(qū)石灰石礦山土層形成過(guò)程

昆玉地區(qū)石灰石礦山土層形成主要為風(fēng)化成土，為石灰?guī)r中“雜質(zhì)及酸不容物”在遭受溶蝕、風(fēng)化、剝蝕過(guò)程中逐漸堆積形成的殘積土[4]，酸不溶物是其土壤發(fā)育的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。石灰?guī)r成土過(guò)程與溶蝕、巖石風(fēng)化及灰?guī)r風(fēng)化殼密切相關(guān)。由于石灰?guī)r剛脆的巖石力學(xué)性質(zhì)，早期在各種構(gòu)造應(yīng)力影響下，石灰?guī)r易形成大量的節(jié)理、裂隙或破碎帶。節(jié)理裂隙在近地表更為密集，加強(qiáng)了地表及近地表“水-巖”相互作用，再經(jīng)生物、氣候等自然風(fēng)化作用下形成風(fēng)化土。風(fēng)化殘積形成的土在重力和水作用下，堆積在地勢(shì)相對(duì)平緩或低洼帶堆積形成。高處土壤不斷被流失，基巖裸露，低凹處則接受沉積，形成較厚的松散堆積土或殘積土層[3]。

2.2 昆玉地區(qū)石灰石礦山土壤類型及質(zhì)量

昆玉地區(qū)石灰石礦山土壤為石灰?guī)r風(fēng)化殘坡積形成的巖性土，多屬石灰土亞類紅色石灰土，巖溶區(qū)巖隙與峰叢間零星分布有少量黑色石灰土。該類土主要特征為風(fēng)化成土速率慢，土壤侵蝕速率快，土壤有機(jī)碳易于積累，而營(yíng)養(yǎng)元素供給速率慢。

昆玉地區(qū)石灰石礦山石灰土具有機(jī)構(gòu)性好，土層淺薄，抗旱能力差，分布零星，耕作不便等特點(diǎn)。石灰土受強(qiáng)烈的風(fēng)化作用，土壤中鐵鋁含量高，母質(zhì)中碳酸鈣已被淋失，表現(xiàn)出明顯的脫硅富鋁化作用和灰化作用，已接近紅壤。呈紅色、黑色、紅棕色、黃棕色，土體與基巖面過(guò)度清晰，土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量較豐富，有機(jī)質(zhì)含量約10g/kg～50g/kg；土壤質(zhì)地為粘壤土、砂壤土，粘土礦物以高嶺石、蛭石為主，粘粒含量30%～50%。土壤PH6.0～7.1，呈中性至微堿性，有效土層厚度在0.1m～0.8m[1]。

昆玉地區(qū)石灰土腐殖質(zhì)層較薄、通透性差、不耐干旱，常見(jiàn)植被有云南松、旱冬瓜、柏樹(shù)及櫟類，灌木主要為火棘、清香木、車桑子、水馬桑及醉魚(yú)草屬植物。土地利用多以坡耕地為主，石灰土耕作層淺、耕性差、易受干旱，種植玉米、雜糧、薯類、小麥等作物。

3 昆玉地區(qū)石灰石礦山地貌與土壤分布關(guān)系

昆玉地區(qū)石灰石礦山多位于山地及丘陵區(qū)，分布于分水嶺、山脊、河谷、鞍部及山地與盆地接合地帶，斜坡或陡坡地形，礦山開(kāi)采高程幾十m至200m之間，地形落差較大。受地形地貌制約全為露天斜坡式開(kāi)采，由于石灰?guī)r在風(fēng)化溶蝕過(guò)程中存在明顯的差異風(fēng)化，形成強(qiáng)烈起伏的巖溶地貌，垂直巖溶微地貌發(fā)育且差異性大。土壤的分布受溶微地貌影響較大，以土被、土窩、土槽、土面的形態(tài)分布[2]。

昆玉地區(qū)石灰?guī)r礦山上部位于山峰、分水嶺地帶，地表巖溶形態(tài)以石芽、溶溝、溶槽及溶窩為主，部分礦山發(fā)育小型巖溶漏斗。微地貌發(fā)育使裸巖大面積出露，土壤貧瘠、土體跳躍式分布，地面起伏度大。該段土壤剖面發(fā)育不完整，常缺失土壤淀積層和母質(zhì)層，腐殖質(zhì)層直接覆于基巖之上，侵蝕較嚴(yán)重，易發(fā)生流失，臨時(shí)性干旱頻繁，土體連續(xù)性差，土層面積小，土層厚度約5cm～80cm；石灰?guī)r礦山中部位于山脊、溝谷等斜坡地帶，地表巖溶形態(tài)以溶溝、溶槽、巖溶裂隙及巖溶陡崖為主。地形較陡土壤難于附著，巖石大面積裸露、土壤貧瘠。土體主要以土窩、土槽形態(tài)分布，或直接屬裸巖區(qū)，土壤易發(fā)生流失；石灰?guī)r礦山下部位于鞍部及山地與盆地接合地帶，地形相對(duì)平緩，以巖溶洼地、巖溶漏斗發(fā)育為主。土體以土面的形態(tài)分布，土壤覆蓋比較均勻且面積相對(duì)較大，土層厚，礫石含量較少。該段土壤受坡殘積堆積形成，剖面發(fā)育完整，土層厚度1m～10m，最厚可達(dá)20余m。腐質(zhì)層約30m～80cm，淀積層較厚，母質(zhì)層10cm～200cm。巖土界面凹凸不平，凸起部分埋藏石芽，凹下部分為溶溝或溶槽，在幾m平距范圍內(nèi)，凸起和凹下高差可達(dá)10余m。

4 結(jié) 論

(1)昆玉地區(qū)石灰?guī)r地層自震旦系至三疊系均有不同程度出露，成礦條件優(yōu)越，潛在資源量豐富。目前最多的開(kāi)采利用石炭系中統(tǒng)威寧組(C2w)及二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)石灰?guī)r。

(2)昆玉地區(qū)石灰?guī)rCaO含量高，含MgO低，礦石質(zhì)量?jī)?yōu)良，屬Ⅰ級(jí)品水泥用石灰質(zhì)原料礦，少量為水泥用灰?guī)r礦山開(kāi)采；由于石灰?guī)r軟硬程度適中，物理性能較好，分布眾多建筑石料用灰?guī)r礦山。礦山均為露天開(kāi)采，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞較大。

(3)昆玉地區(qū)石灰石礦山土層形成主要為風(fēng)化成土，為石灰?guī)r風(fēng)化殘坡積形成的巖性土，屬石灰土亞類紅色石灰土。該類土風(fēng)化成土速率慢，侵蝕速率快，土壤有機(jī)碳易于積累，但營(yíng)養(yǎng)元素供給速率慢。具有機(jī)構(gòu)性好，土層淺薄，抗旱能力差，分布零星，耕作不便等特點(diǎn)。

(4)昆玉地區(qū)石灰石礦山多位于山地及丘陵區(qū)，斜坡或陡坡地形，露天斜坡式開(kāi)采。礦山垂直巖溶微地貌發(fā)育且差異性大，裸巖大面積出露，土壤貧瘠、土體跳躍式分布，地面起伏度大，土體連續(xù)性差，土層面積小。常以土被、土窩、土槽、土面的形態(tài)分布。

(5)昆玉地區(qū)水泥用灰?guī)r、建筑石料用灰?guī)r分布眾多，礦山露天多為無(wú)序開(kāi)采，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞較大。開(kāi)展礦山生態(tài)修復(fù)、土地復(fù)墾、水土保持及綠色礦山建設(shè)，合理的進(jìn)行表土的剝覆、土壤改良，具有理論和實(shí)際意義。