四川省雷波縣足哈石灰?guī)r礦的地質(zhì)特征及質(zhì)量評(píng)價(jià)

敬海興,魏宇,羅波,李俊俊,劉偉,王能

(四川省冶金地質(zhì)勘查院,成都 610061)

0 引言

隨著四川省雷波縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展,作為建筑材料主要原料之一的石灰?guī)r需求量將大幅提高。當(dāng)前石灰?guī)r供應(yīng)量遠(yuǎn)小于需求量的現(xiàn)狀已成為制約雷波縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展的因素之一。為保障雷波縣城鄉(xiāng)建設(shè)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的健康發(fā)展,特對(duì)足哈一帶的石灰?guī)r礦產(chǎn)進(jìn)行勘查評(píng)價(jià)。

足哈石灰?guī)r礦位于距雷波縣城約19 km的馬頸子鎮(zhèn)足哈村,灰?guī)r出露面積為5.5012 km2。足哈礦區(qū)位于烏蒙山脈西北面的金沙江北岸,處于大涼山區(qū)向川中盆地的過渡地帶,地貌主要受構(gòu)造和巖性的制約,屬構(gòu)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(fā)育,呈不對(duì)稱樹枝狀;區(qū)域地勢呈南高北低趨勢,礦區(qū)高程為1800～2820 m,相對(duì)高差達(dá)1020 m。區(qū)內(nèi)植被覆蓋率較高。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

礦區(qū)所在區(qū)域地層屬于華南地層大區(qū)揚(yáng)子地層區(qū)上揚(yáng)子地層分區(qū)峨眉小區(qū)[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(qū)內(nèi)出露地層(表1)主要有上奧陶統(tǒng)寶塔組,下志留統(tǒng)龍馬溪組、黃葛溪組和嘶風(fēng)崖組,中二疊統(tǒng)陽新組,上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組,第四系殘坡積層(圖1)。

圖1 足哈石灰?guī)r礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of limestone ore in Zuha area1.上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組;2.中二疊統(tǒng)陽新組二段;3.中二疊統(tǒng)陽新組一段;4.下志留統(tǒng)嘶風(fēng)崖組;5.下志留統(tǒng)黃葛溪組;6.整合接觸界線;7.平行不整合界線;8.地層產(chǎn)狀

表1 礦區(qū)地層系統(tǒng)Table 1 Stratigraphy units of the study area

(1)下志留統(tǒng)龍馬溪組(S1l)。分布于礦區(qū)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(qū)外。巖性為灰-灰黑色薄-厚層狀含碳質(zhì)頁巖,夾灰黑色微-細(xì)晶灰?guī)r團(tuán)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(tǒng)黃葛溪組(S1hg)。分布于礦區(qū)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(qū)內(nèi)出露面積約0.11 km2,兩端延出區(qū)外。巖性主要為泥質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖。上部為灰-淺灰黃色薄-中層狀泥質(zhì)灰?guī)r;中部為灰-淺灰綠色泥質(zhì)灰?guī)r與灰-淺灰色薄層狀鈣質(zhì)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(zhì)灰?guī)r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(tǒng)嘶風(fēng)崖組(S1sf)。分布于礦區(qū)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(qū)外,礦區(qū)內(nèi)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(zhì)粉砂巖。上部為淺灰-灰綠色薄-中層狀泥質(zhì)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(fēng)崖組主要為泥巖和泥質(zhì)粉砂巖,巖石的鈣質(zhì)含量很低,而黃葛溪組的巖性組合為泥質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖,鈣質(zhì)成分明顯高于嘶風(fēng)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(tǒng)陽新組(P2y)。在礦區(qū)內(nèi)大面積分布,主要分布于拉咪向斜兩翼,總體走向?yàn)镹W向,兩端延出區(qū)外,礦區(qū)內(nèi)分布面積約2.52 km2,占礦區(qū)面積的46%。該組為礦區(qū)石灰?guī)r礦的賦存層位,厚度602.11～703.61 m,與下伏嘶風(fēng)崖組呈平行不整合接觸。根據(jù)其巖性、構(gòu)造特征可將其分為二段。

陽新組一段:主要由細(xì)晶灰?guī)r、團(tuán)?；?guī)r、生物碎屑微-細(xì)晶灰?guī)r及少量含碳灰?guī)r組成。上部為灰-深灰-灰黑色中-厚層狀生物碎屑微-細(xì)晶灰?guī)r、團(tuán)?；?guī)r和生物碎屑泥-微晶灰?guī)r;中部為淺灰-灰色中-厚層狀細(xì)晶灰?guī)r;下部為深灰色-灰黑色薄-中層狀含碳灰?guī)r①。其厚度254.49～269.77 m。

陽新組二段:主要為微晶灰?guī)r和生物碎屑微晶灰?guī)r。上部為灰-深灰色中-厚生物碎屑微晶灰?guī)r;下部為淺灰-淺灰白色中-厚層狀微晶灰?guī)r①。其厚度347.62～433.84 m。

(5)上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組(P3em)。在礦區(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)分布面積約1.87 km2,向北西延伸出區(qū)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(fā)不整合接觸①。

(6)第四系坡積層(Qdl)。分布于礦區(qū)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(gòu)造

礦區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西部的涼山陷褶束東部,區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡單,主要為拉咪向斜。

拉咪向斜構(gòu)造貫穿整個(gè)礦區(qū),總體呈NW向擴(kuò)展的扇形狀(圖1),控制礦區(qū)石灰?guī)r礦層的分布。礦區(qū)構(gòu)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(yáng)起,南段轉(zhuǎn)折端緊閉,核部出露上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組,兩翼為中二疊統(tǒng)陽新組至上奧陶統(tǒng)寶塔組。兩翼地層產(chǎn)狀相對(duì)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(chǎn)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?guī)r礦體分布于拉咪向斜的兩翼,呈NW走向貫穿整個(gè)礦區(qū),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(tài)產(chǎn)出?；?guī)r礦體即為地層,北東翼地層產(chǎn)狀216°～256°∠20°～45°;南西翼地層產(chǎn)狀38°～48°∠34°～41°。

礦石類型以微晶-細(xì)晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r為主,次為含碳質(zhì)灰?guī)r。礦物成分簡單,主要礦物為方解石,絕大多數(shù)含量>90%,次為黏土礦物,含量約5%,少量的碳質(zhì)、鐵質(zhì)混合礦物,局部含少量生物碎屑、團(tuán)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(tài)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(jié)物呈不規(guī)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(fā)生重結(jié)晶,重結(jié)晶為細(xì)晶方解石,呈不規(guī)則團(tuán)狀分布。黏土礦物多為隱晶質(zhì),分布于方解石顆粒間。

3 礦石質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 水泥用灰?guī)r質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1.1 化學(xué)成分檢測

本次質(zhì)量評(píng)價(jià)工作在I號(hào)礦體中進(jìn)行采樣,共采集石灰?guī)r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(xué)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(shù)的96.05%;1件樣品w(CaO)=45%～48%,占樣品總數(shù)的0.42%;2件樣品w(CaO)<45%,占樣品總數(shù)的2.63%,其通過與上下12 m厚度范圍內(nèi)礦層的加權(quán)平均后w(CaO)均達(dá)到45%以上,這2件樣品可不作為夾層剔除。

表2 Ⅰ號(hào)礦體石灰?guī)r主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 2 Chemical analysis of limestone ore body Ⅰ

從單工程樣品平均品位數(shù)據(jù)可見,礦區(qū)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(gè)礦區(qū)內(nèi)CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較為穩(wěn)定,無論在走向上還是傾向上無明顯的規(guī)律性變化。

3.1.2 化學(xué)有害成分

采集的76件石灰?guī)r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(shù)的97.37%。從厚度方向及橫向變化上觀察,規(guī)律性不明顯,僅有少量樣品超過2%,極個(gè)別樣品超過3%,一般多見于CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的樣品中,有與CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)現(xiàn)象。

因此,Ⅰ號(hào)礦體礦石質(zhì)量達(dá)到部頒標(biāo)準(zhǔn)《石灰?guī)r、水泥配料類:DZ/T 0213—2020》[4]中有關(guān)水泥用石灰?guī)r礦石化學(xué)成分的要求(表3),大部分石灰?guī)r達(dá)到水泥用石灰?guī)r礦石Ⅰ級(jí)品的質(zhì)量要求。

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

3.2 制灰用灰?guī)r質(zhì)量評(píng)價(jià)

通過計(jì)算灰?guī)r樣品(76件)分析結(jié)果(表2),其中w(CaCO3+MgCO3)的最大值為100%,最小值為72.91%,加權(quán)平均值為97.49%,均可滿足制灰用石灰?guī)rw(CaCO3+MgCO3)≥75%的標(biāo)準(zhǔn)[4]要求(表4)。

表4 制灰用石灰?guī)r化學(xué)成分一般要求[4]Table 4 Chemical composition for lime-making limestone

3.3 建筑石料用灰?guī)r質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.3.1 礦石物理性能

根據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)《建筑用石料類:DZ/T0341—2020》[5]、《建筑用碎石、卵石:GB/T 14685—2011》[6]對(duì)建筑用石料的一般工業(yè)指標(biāo)要求(表5),本次共采集物理性能樣品4件,堅(jiān)固性、壓碎指標(biāo)樣品4件,進(jìn)行測試分析研究。

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

測試結(jié)果(表6、表7)顯示,礦區(qū)石灰?guī)r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(qiáng)度(水飽和)31.50～37.93 MPa,平均35.17 MPa。堅(jiān)固性(按質(zhì)量損失計(jì))1%～4%,平均2.5%;壓碎指標(biāo)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(biāo),均符合建筑用石料質(zhì)量的一般要求。

表6 石灰?guī)r礦石力學(xué)樣分析結(jié)果Table 6 Dynamic analysis of the limestone

表7 石灰?guī)r礦石物理性能樣分析結(jié)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?guī)r放射性樣品進(jìn)行分析,表8為測試分析結(jié)果。

表8 內(nèi)照射指數(shù)(IRa)和外照射指數(shù)(Ir)統(tǒng)計(jì)Table 8 Statistics of the internal irradiation index (IRa) and the external irradiation index (Ir)

放射性結(jié)果表明,礦石的內(nèi)照射指數(shù)(IRa)<1.0,外照射指數(shù)(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(chǎn)銷和使用不受限制。

圖2a-b.深灰色生物碎屑灰?guī)r:粒屑結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)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?guī)r樣品堿活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Alkali activity experiments of the limeston a-b.深灰色生物碎屑灰?guī)r:粒屑結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)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(xì)晶灰?guī)r:具含生物碎屑微-細(xì)晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)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(xì)晶灰?guī)r:具含生物碎屑微-細(xì)晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)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(jù)采集的2件巖相堿活性樣分析判定(圖2),勘查區(qū)石灰?guī)r不含堿-硅酸反應(yīng)活性礦物、不含堿-碳酸鹽反應(yīng)活性礦物,無潛在堿活性危險(xiǎn)。

4 結(jié)語

(1)雷波縣足哈陽新組石灰?guī)r礦的礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單,礦體厚度穩(wěn)定,地質(zhì)構(gòu)造簡單,礦區(qū)出露面積2.52 km2,資源儲(chǔ)量豐富,合理地開發(fā)利用可以為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐。

(2)勘查工作采集的灰?guī)r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(xué)組分均滿足Ⅰ類水泥用要求。

(3)通過計(jì)算,勘查區(qū)石灰?guī)rw(CaCO3+MgCO3)加權(quán)平均值為97.49%,滿足制灰用石灰?guī)rw(CaCO3+MgCO3)>75%的標(biāo)準(zhǔn)。

(4)灰?guī)r樣品的物理力學(xué)指標(biāo)顯示,灰?guī)r飽和抗壓強(qiáng)度均值為35.17 MPa,堅(jiān)固性(質(zhì)量損失)均值為2.5%,壓碎指標(biāo)均值9.5%。各類指標(biāo)變化系數(shù)小,均符合Ⅰ類建筑石料用要求。

注釋：

① 四川省地質(zhì)調(diào)查院.中華人民共和國1∶5萬丁家坪幅區(qū)域地質(zhì)圖說明書[R].成都: 四川省地質(zhì)調(diào)查院,2018.