江油二郎庙地区天井山组石灰岩特征及用途

刘 亮，余长荣，赵相国，卢以成，吕 行，谭英波

(四川省地矿局川西北地质队，四川 绵阳 621010)

1 引言

研究区位于龙门山中段前山带边缘，泥盆系到三叠系碳酸盐岩地层发育[1-4]，尤以三叠系天井山组石灰岩最受关注，作为传统优质水泥用灰岩，其分布面积广，厚度稳定，矿石品位高。但其用途过于单一，近年来在江油含增一带虽有部分矿山用作钙粉、建筑石材用，但相关方面的研究仍显薄弱，其可利用范围有待进一步探讨。鉴于此，选择在江油市北东方向45km处的二郎庙镇高坝村进行研究，了解其地质特征，探讨各类用途的可行性，以期为绿色矿山建设和地方经济提供参考和依据。

2 地质概况

2.1 地层

研究区属上扬子地层分区前龙门山地层小区，区域上从泥盆系到白垩系均有分布[5-7]，区内主要为中三叠统雷口坡组(T2l)、天井山组(T2tj)、上三叠统须家河组(T3x)和第四系全新统(Qh)。雷口坡组(T2l)岩性为浅灰色厚—块状白云岩夹薄层状灰质白云岩、石灰岩。天井山组(T2tj)分布于整个矿区，受构造影响，地层倒转，呈北东—南西向展布，下部岩性为灰白色厚层块状微晶灰岩、微晶粒屑(球粒为主)灰岩；上部以灰白色厚层状微晶灰岩为主，夹浅灰色粉晶灰岩，顶部出现黄灰色厚层状微晶砂屑灰岩，并含少量燧石结核。厚253.9m。与雷口坡组(T2l)呈整合接触。须家河组(T3x)岩性为黄褐色中厚层状砂岩夹灰绿色页岩。第四系全新统(Qh)为黄灰色粘士、亚粘士及残积、坡积物，厚度＜1.5m。

2.2 构造

研究区位于龙门山前缘推覆—冲断带与四川陆盆的川西北前陆盆地交接部位(图1)。由于受印支运动晚幕的强烈构造作用，存在一系列走向北东—南西向深断裂，沿塑性地层滑动，喜山运动使构造进一步发展，形成现今的构造格局[8-9]。研究区位于马角坝至罗家坝断裂带南西段的天井山背斜之南东翼，区内见有次级小断层，但断距小，延伸不远，对矿层的连续性影响不大。局部地方可见揉皱，主要见于须家河组(T3x)的页岩、砂岩地层中。

3 矿体及矿石特征

3.1 矿体特征

图1 研究区构造位置略图(据文献[1]修改)

矿体产于中三叠统天井山组(T2tj)地层中。区内该地层倒转，呈层状产出，近南北走向，倾向265～280°，岩层倾角20～35°。矿体走向延伸＞2km，产出稳定，连续性、均匀性和完整性好，厚度＞300m，出露标高640～830m。矿体顶板为雷口坡组(T2l)白云岩，底板为上三叠统须家河组(T3x)的砂岩、页岩。

3.2 矿石特征

矿石主要为灰白色厚层块状微晶灰岩、黄灰色厚层状微晶砂屑灰岩、厚层状浅灰色粉晶灰岩，镜下鉴定结果如下。

(1)灰白色厚层块状微晶灰岩。

岩石具微晶结构，块状构造。岩石由方解石(98%)、生物碎屑(2%)组成。少量生物碎屑杂乱分布于方解石中。方解石：粒径0.005～0.03mm，少量0.03～0.06mm，无色，细小颗粒呈彼此镶嵌状产出，具高级白干涉色，茜素红染色为红色。生物碎屑：由方解石充填，粒径0.2～0.6mm，无色，为腕足、海百合等生物碎屑，呈杂乱分布。岩石中裂隙由方解石脉充填。

(2)黄灰色厚层状微晶砂屑灰岩。

岩石具微晶砂屑结构，块状构造。岩石由砂屑(65%)、填隙物(35%)组成，砂屑杂乱分布，微晶方解石充填其间。砂屑：粒径0.1～1.8mm，次棱角状—圆状，由方解石组成，杂乱分布。茜素红染色红色。填隙物：方解石组成，粒径0.005～0.03mm，少量 0.03～ 0.06mm 和 0.06～ 0.15mm，高级白干涉色，茜素红染色红色。岩石裂隙由方解石脉充填。

(3)浅灰色粉晶灰岩。

岩石具粉晶结构，块状构造。由方解石(100%)组成。方解石：他形粒状， 粒度0.03～0.06mm为主，少量 0.005～ 0.03mm 和 0.06～ 0.2mm。具高级白干涉色，茜素红染色为红色。岩石中裂隙由方解石脉充填。

3.3 矿石化学成分

根据矿区内采取的样品分析数据(表1)可知，矿石的CaO含量达49.61%～55.74%，平均53.90%，组分均一，含量稳定；K2O含量为0.04%～0.28%，平均0.09%；Na2O含量为0.01%～ 0.033%，平均0.02%；SO3含量为 0.02% ～ 0.60%，平均 0.13%；MgO 含 量 0.39% ～ 3.04%， 平 均 1.30%；SiO2含量 为 0.25% ～ 5.68%， 平 均 1.29%；TFe2O3含 量为 0.046% ～ 0.48%， 平 均 0.14%；Al2O3含 量 为0.06% ～ 0.99%，平均 0.26%。

表1 天井山组石灰岩化学组分 (单位：%)

3.4 矿石物理力学性质

3.4.1 岩石饱和抗压强度

单轴饱和抗压强度是重要的力学指标。本次共采集4组样品(表2)，测试前加工成立方体，尺寸50×50×50(mm)，浸泡48h后，采用YAW4206全自动压力试验机(编号为YT41)进行测试。天井山组石灰岩单轴饱和抗压强度在51.3～70.4MPa之间，平均值60.65MPa。

表2 岩石饱和抗压强度分析结果

3.4.2 碎石压碎指标

压碎指标用于衡量岩石在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，是衡量岩石力学性质的指标。本次共采集4组样品进行测试(表3)，碎石压碎指标值在8.1%～9.4%之间，平均值8.6%；样品碎石压碎指标均＜10%。

表3 碎石压碎指标分析结果

3.4.3 坚固性 (质量损失 )

坚固性(质量损失)用于测定岩石试样经饱和硫酸盐溶液浸泡与烘干循环后，不发生显著破坏或强度降低的性能。本次共采集4组样品(表4)，其值采用硫酸钠溶液法经5次循环后的质量损失，样品坚固性1%～3%，平均值2%，均＜5%。

表4 坚固性分析结果

4 用途探讨

本次用途探讨质量标准参考DZ/T2013-2002《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》分类标准(表5、表6、表7、表8)。

4.1 水泥

水泥作为基建用量最大的矿产资源，是经济社会发展的重要保障，历来受到人们重视[10-12]，天井山组石灰岩CaO含量达49.61%～55.74%；K2O+Na2O 含 量 为 0.05% ～ 0.31%；SO3含 量 为0.02% ～ 0.60%；MgO 含量 0.39% ～ 3.04%，平均1.30%；SiO2含量为 0.25% ～ 5.68%，平均 1.29%；均符合I类水泥用要求(表5)。

表5 水泥用石灰质原料矿石化学成分一般要求

4.2 冶金、溶剂、制碱

溶剂冶金用对组分要求特别高，天井山组石灰岩CaO含量平均可达53.90%，除一件生物碎屑灰岩不能作为黑色冶金溶剂、制碱石灰岩用外(表6、表7)，其余样品均达标，且多数矿石可达有色冶金溶剂用(表7)，在实际生产过程中，生物碎屑灰岩由于颜色较深，为深灰色，与微晶灰岩、砂屑灰岩肉眼即可判别，可将其作为夹石剔除。其余7件样品CaO平均含量可达54.5%，有害组分 MgO 平均 1.26%，SO2平均含量 0.66%，SO3平均含量为0.065%，K2O+Na2O平均含量为0.079%，P含量＜0.01%。经过优选，天井山组微晶灰岩完全可以达到溶剂冶金、制碱石灰岩用要求。

表6 黑色冶金熔剂石灰岩化学成分一般要求 (单位：%)

表7 有色冶金熔剂、电石、制碱石灰岩化学成分一般要求 (单位：%)

4.3 建筑碎石(骨料)

建筑碎石近年来的用量不断增大，且随着江河及其沿岸的禁采，矿山生产人工机制碎石成为一种趋势。对于碳酸盐岩作为建筑碎石用，不少学者对其进行了论证评价[13-15]，传统用作水泥、溶剂冶金等对于组分要求特别高，因而多数石灰岩矿产资源未能进行有效利用，甚至作为夹石剔除，而作为建筑碎石用可以很好的解决矿石综合利用的问题，其仅对SO3含量有要求(表8)。研究区天井山组石灰岩SO3含量为0.02%～0.60%，平均0.13%，完全可达到I类石料的要求。天井山组石灰岩单轴饱和抗压强度51.3～70.4MPa，平均值60.65MPa；坚固性1%～3%，平均值2%；压碎指标8.1%～9.4%，平均值8.6%；所有指标均符合建筑石料用要求，多数指标可达到优质石料要求。

表8 碎石质量一般要求

5 结论

研究区石灰岩矿质纯，化学组分CaO含量达49.61% ～ 55.74%；K2O 含量为 0.04% ～ 0.28%；Na2O含量为0.01%～0.033%；SO3含量为0.02%～0.60%；MgO 含 量 0.39% ～ 3.04%；SiO2含 量 为0.25% ～ 5.68%；TFe2O3含量为 0.046% ～ 0.48%；Al2O3含量为 0.06% ～ 0.99%。

石灰岩物理力学性质：单轴饱和抗压强度51.3～ 70.4MPa，平均值 60.65MPa；坚固性1% ～2%，平均值2%；压碎指标值8.1%～9.4%，平均值 8.6%。

中三叠统天井山组石灰岩资源量丰富，可广泛运用于水泥、溶剂、制碱等各个领域，通过本次评价，可有效提高资源利用效率，具有较好的社会经济效益。对江油二郎庙及周边地区矿产资源的保护、合理开发和利用具有参考和指示意义。