阿拉善左旗巴彦诺日公矿区饰面石材花岗岩矿地质特征

赵明 钱洪夫 刘炎东 李萌 刘丙秋

1 中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京 100013

2 中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072754

3 广东省海洋资源与近岸工程重点实验室(中山大学)，广东 广州 510006

4 中化地质矿山总局，北京 100013

花岗岩是一种所有矿物成分均为结晶体的岩石，按照结晶颗粒的大小，可分为细粒、中粒、粗粒及斑状花岗岩等。其颜色和光泽决定于长石、云母及暗色矿物含量，通常呈灰色、黄色、蔷薇色及红色。优质花岗岩，晶粒细且均匀，构造紧密，光泽明亮。天然饰面花岗石石材耐磨、耐腐蚀、抗风化，色彩艳丽、质地优良。花岗岩作为内外饰面装饰的视觉效果美观且耐久，广泛应用于各类建筑物内外装饰、化工防腐容器、家庭生活用具等诸多用途。

针对饰面石材矿矿床，前人开展了大量研究工作[1-3]。杜琬蓉、刘才伟、刘清风等学者进行了饰面石材矿矿床地质特征和矿床类型及成因分析等方面的研究[4-6]；同时，也有很多学者对饰面石材构成质量一般要求的装饰性能、放射性、荒料及荒料率、板材率等进行了评述[6-10]；对开采技术条件的分析研究也得到了不少学者的关注[11-13]，在此基础上，一些学者研究了饰面岩矿石资源和储量的估算方法[14,15]；还有学者探讨了矿山开采可能引发的地质灾害[16-18]。

内蒙古自治区阿拉善左旗饰面石材花岗岩矿产资源较为丰富[8,12,19-20]，目前已形成一定的开采规模并取得不错的经济效益。巴彦诺日公矿区饰面石材花岗岩矿，位于阿左旗巴彦浩特镇西北约200km，隶属巴彦诺日公苏木管辖。为满足石材开发需要，在研究区普查、详查工作基础上，中化地质矿山总局化工地质调查总院开展了地质填图、地质剖面测量、加密钻探工程、试采荒料等饰面石材花岗岩矿开发经济意义的预可行性研究。本文以项目工作报告为基础，详细评价矿床地质特征和矿石质量等，以期为矿山投资开发建设可行性研究和矿山建设初步设计提供依据。

1 区域地质概况

阿拉善左旗巴彦诺日公矿区，位于内蒙古自治区阿拉善左旗巴彦浩特镇西北约200km，地处阿拉善左旗巴彦诺日公苏木查干敖包嘎查境内。研究区交通较为便利，周边已有数十家花岗岩矿开采加工企业，其经济运行状况均属良好。区域内尚有岩金、铜、小型铁矿、水晶石、黄玉、芙蓉石及辉绿岩等矿山企业。

从区域大地构造来看，该区位于华北地台-阿拉善台隆巴彦诺日公断隆西部。区域上出露以岩浆岩为主，中、新生界产状较平缓，因而所表现的构造形迹多为断裂构造（图1）。区域上主要以断裂构造为主，主要分布有一组走向上呈北西向展布的压扭性断裂，长度一般为4～20km。断裂切割海西期晚期花岗岩，断裂带由花岗碎裂岩组成。

从区域地层特征来看，该区在古生代属华北地层大区(V)、晋冀鲁豫地层区(V4)、阴山地层分区(V43)，中-新生代属阿拉善地层区（2）、潮水地层分区（21）。区域上缺失地层较多，出露地层主要有二叠系（P）、白垩系（K）、古近系（E）、新近系（N）和第四系（Q），新生界与中生界为平行不整合接触，中生界与下古生界为角度不整合接触。

图1 区域构造纲要图Fig.1 Regional tectonic outline map

区域内岩浆岩广泛分布，出露侵入岩主要有：奥陶系、志留系、二叠系和三叠系。岩石组合以黑云母花岗岩、花岗岩居多，斜长花岗岩、二长花岗岩次之，钾长花岗岩、花岗闪长岩较少，花岗斑岩、流纹斑岩及石英斑岩等浅成侵入岩一般呈脉状产出。矿区内主要岩石类型为二叠纪黑云二长花岗岩，饰面石材花岗岩矿赋存其中。

2 矿床地质特征

矿区地势上相对其外围属于一个低缓慢坡、微起形山梁。花岗岩等岩体以正地形或平地平坦裸露地表。该矿区主要分布有V1和V2两个矿体，其主要矿体特征描述如下。

2.1 矿体特征

V1 矿体呈北东向长条状出露，控制深度在风化层以下50m 左右。花岗岩体基本裸露，地势较平坦（图2）。矿体长约880m，宽约290m，面积约为265000m2。矿体平均厚度51.84m，厚度变化系数约为4.9%，厚度稳定。矿石总体呈浅肉红色，荒料花色较均一，完整度较好。矿体内发育有≥2m 的夹石（裂隙破碎带）2 处，厚度分别为3.30m、3.91m。矿体中西段发育2 处孤立花岗细晶岩脉（图3），呈北东向不规则状展布，产状近于直立。花岗细晶岩脉破坏了矿体的连续性和块体完整度，作为夹石剔除。

图2 V1 花岗岩矿体地形地貌Fig.2 Topography of V1 granite orebody

图3 花岗细晶岩脉Fig.3 Granitic vein of V1 granite orebody

V2 矿体呈近东西向不规则五边形出露，控制深度在风化层以下50m 左右。矿体长约530m，宽约290m，面积约为120000m2。矿体平均厚度为51.33m，厚度变化系数约为2.6%，厚度稳定。矿石总体呈浅红色，荒料花色较均一，色线、色斑较少，完整度较好。矿体内发育1 个近东西向展布，长约18m，宽约4.5m 的花岗细晶岩脉，近直立，作为夹石剔除。花岗细晶岩脉对矿体的形态、规模起到了控制作用，但对矿体的完整性影响不大。

2.2 矿体节理/裂隙发育情况

走向节理玫瑰花图如图4 所示。对花岗岩矿体内节理裂隙统计结果显示，矿体内主要发育两组节理：其中一组走向290°～320°，主要倾向NE，倾角75°～80°；另一组走向20°～45°，倾向SE，倾角69°～80°，两组节理走向交角50°～80°。裂隙和节理面平直光滑，分离性好，张开度较小，内无充填物。

矿体线裂隙率是沿勘查线不等间距分段在出露较好的基岩面上进行统计的。矿体面裂隙率情况在节理裂隙观察统计点进行统计，在V1矿体中布设7 处节理裂隙观察统计点，在V2矿体中布设2 处节理裂隙观察统计点。V1 矿体中主要发育两组节理，其中一组走向 285°～303°，倾向NE、SW，倾角73°左右；另一组走向180°～218°，倾向SE，倾角75°左右，两组节理走向交角85°～105°。统计显示，V1 矿体线裂隙率最高0.8 条/m，最低0.2 条/m，平均0.28 条/m，面裂隙率0.025 条/m2。V2 矿体中主要发育两组节理，其中一组走向307°～333°，倾向NE、SW，倾角75°左右；另一组走向175°～232°，倾向SE、NW，倾角70°左右，两组节理走向交角101°～132°。统计显示，V2 矿体线裂隙率最高0.7 条/m，最低0.1 条/m，平均0.20条/m，面裂隙率0.028 条/m2。

图4 节理裂隙走向玫瑰花图Fig.4 Rosy diagram of joint statistics in the granite deposit

3 花岗岩石材质量

装饰性能及物理性能决定了矿石的品种及档次，物理性能及放射性水平决定了矿石的使用价值及用途[21]。本文主要依据装饰性能、放射性水平分类、物理性能、荒料及荒料率等指标，判断该花岗岩饰面石材的矿石质量。

3.1 矿石颜色和花纹

在V1和V2矿体采取的标准样制成的饰面板材，外观呈浅肉红色（图5），且在矿体深部颜色及矿石质量特征较为稳定（图6）。这些标准样以及饰面板材颜色均一、稳定，色差微小，可拼性好，硬度高，强度大，耐磨损，不易变色，无孔隙，无裂纹，无有害矿物、色线、色斑等。据其抛光样品特征以及相邻矿山已定商业名称，该饰面板材的颜色、粒度、花纹及物理性能等与当地特色品种“诺尔红”二级品相接近。

图5 V1 矿体标准样Fig.5 Standard sample of V1 granite orebody

图6 V1 矿体钻孔岩芯Fig.6 Drill core of V1 granite orebody

3.2 矿物组成

饰面石材花岗岩矿体矿石岩性均为黑云二长花岗岩。中-粗粒（粒径0.4～6mm）花岗结构，块状构造，局部似斑状构造；斑晶为碱性长石、斜长石，粒径一般为5～10mm，个别可达20mm，斑晶约占10%左右，呈板柱状。主要矿物成分为石英（25%～30%）、碱性长石（40%±）、斜长石（20%～30%）；次要矿物为黑云母和角闪石（5%～10%）。石英，它形粒状，普遍破碎，表面裂纹、裂隙发育，充填于长石间隙，并包裹交代、熔蚀长石。碱性长石：主要为微斜条纹长石及条纹长石，多呈半自形板柱状，包裹并交代斜长石小晶体，个别被石英穿孔交代。斜长石，半自形-自形板柱状，环带发育。黑云母呈大小不等的半自形片状，粒径0.1～1.5mm。角闪石呈半自形柱状，多与黑云母伴生分布。矿物大小不等，粒径一般0.5～10mm 之间。

金属矿物（1%～3%）由磁铁矿、赤铁矿及微量黄铁矿组成。磁铁矿多呈受熔蚀的半自形圆粒状、椭圆粒状及不规则针柱状，粒径0.005～0.63mm，零星散布及沿裂隙分布。副矿物：主要由绿帘石、磷灰石、榍石等组成，含量小于1%。

3.3 放射性

为了解本区花岗岩放射性是否符合建筑物内外墙体装饰的规范要求，开展了放射性检测。在2 个矿体内共采取了11 件矿石样品进行了放射性核素分析（表1），在宁夏地质矿产中心实验室完成测试工作。采用放射化学的方法测定镭-226（226Ra）、钍-232（232Th）、钾-40（40K）放射性核素的比活度，计算出花岗石石材内照射指数和外照射指数，按标准对矿体的放射性核素限量做出评价。

表1 矿石样品放射性检测结果Table 1 Radioactive test result of the granite

测试结果表明各矿体的镭-226（226Ra）、钍-232（232Th）、钾-40（40K）、铀-238（238U）放射性核素的比活度，平均值分别为CRa=31.4Bq.kg-1、CTh=47.9Bq.kg-1、CK=1018.4Bq.kg-1、U=32.18Bq.kg-1，内照射指数平均值IRa=CRa/200=0.15＜1.0，外照射指数平均值Iɤ=CRa/370＋CTh/260＋CK/4200=0.52＜1.3。根据内照射指数平均值IRa和外照射指数平均值Iɤ 来判断，其放射性水平应属于A 类[21]。因此，该矿区饰面花岗岩石符合放射性核素限量的要求，可用于所有建筑物的内、外饰面，其产销和使用范围不受限制。

3.4 物理技术指标

为了解矿石的物理技术性能，在各矿体中采集具代表性物性实验样，共计物理力学性质样11组（包括干燥压缩强度、水饱和压缩强度、干燥弯曲强度、水饱和弯曲强度，耐磨度、吸水率、体积密度样各11 件，冻融循环压缩强度10 件、抗剪强度样2 件，共89 件）。该实验由宁夏地质矿产中心实验室承做。各矿体矿石物理性能测定结果见表2。

表2 矿石物理力学性能测定结果Table 2 Test results of physical and mechanical properties of the granite

花岗石石材的物理-力学性能主要指标中，压缩强度≥100Mpa，弯曲强度≥8Mpa，吸水率≤0.60%，体积密度≥2.56g/cm3，因此符合石材产品物理性能要求。

3.5 矿体荒料率的计算

首先，在矿体位置上布设了节理裂隙面观察统计点。节理裂隙观察统计点选择在各矿体露头较好、风化层较浅（＜0.50m）、能够充分反映深部节理裂隙分布情况、具有代表性的基岩面位置处。对统计点逐一进行节理裂隙面统计、测定工作，可以最大限度的真实反映该组节理发育情况及对矿石荒料的影响程度。

然后，以节理裂隙观察统计为基础，运用体图解法进行了体图解荒料率的计算，确定各个矿体的平均体图解荒料率Ht。

采用体图解荒料率的计算公式为：

式中：Ht1-体图解荒料率（%）；v1、v2、…vn-大、中、小各类荒料规格体积（m3）；v观-观测统计点体积（m3）。

采用节理裂隙下延1m 图解荒料率测定法，截取荒料的类别和块度，假定开采台段高1.0m，采掘带宽度2m，开采长度为18～24m。

各矿体内的各节理裂隙统计点的体图解荒料率经加权计算后，得到该矿体的平均体图解荒料率Ht。计算公式为：

式中：Ht-矿体平均体图解荒料率（%）；v1、v2、…vn-各节理裂隙统计点的各类荒料规格总体积（m3）；v观1、v观2、…v观n-各观测统计点体积（m3）。

V1 和 V2 矿体的体图解荒料率分别为40.99%、40.66%（表3）。V1 矿体T17-8 试采区节理统计点统计体图解荒料率（Ht）为44.25%，通过试采确定的试采荒料率（Hs）为40.27%。因此，本区荒料率校正系数Kh=40.27÷44.25=0.91。产生结果偏差原因主要是：表层节理裂隙比新鲜岩石面上的节理裂隙发育，造成表层荒料率偏低。

各矿体校正后理论荒料率（Hl）的计算公式为：

式中：Ht-各矿体体图解荒料率（%），Kh-荒料率校正系数（Kh=0.91）。

校正后的各矿体理论荒料率为：V1 矿体（37.30%）；V2 矿体（37.00%）（表4）。经探矿权人验收并同意，本次工作采取以试采荒料率（Hs）校正后的各个矿体的理论荒料率（Hl）来确定每个矿体最终资源储量估算的参数是可靠的。

表3 各矿体的体图解荒料率（Ht）结果Table 3 Body graphic rate of quarrystone of ore bodies

表4 各矿体校正后理论荒料率（Hl）统计表Table 4 Statistical table of corrected theoretical rate of quarrystone (Hl) of orebody

4 结论

本文通过对巴彦诺日公矿区饰面石材花岗岩矿研究，主要取得以下认识。

（1）矿床地质方面，该矿区主要圈定两处矿体，其中V1 矿体为主矿体，长880m，宽290m，平均厚度51.84m；整体看，矿体规模较大，形态比较稳定，厚度稳定，构造破碎较少。

（2）石材质量方面，矿石为浅肉红色二长花岗岩，中粗粒结构，矿石花色品种简单，分布均匀；通过物理力学试验样品测试，饰面石材花岗岩矿压缩强度、弯曲强度、耐磨率、吸水率等均符合规范要求，放射性检测也符合国家规定标准；理论荒料率为37.00%～37.30%，试采荒料率（40.27%）大于18%，满足一般工业指标要求规定。

（3）根据该饰面板材的颜色、花纹、光泽度、矿物成份、物理性能及装饰效果，并比照目前同类饰面石材市场行情，该饰面石材应属中-高档花岗岩类饰面石材。该类矿体在矿区周边仍有较大范围的分布，因此该类矿床资源远景较大。

荒料率是露天矿山生产中一项重要的指标，建议在矿山生产之后，依据实际情况及时调整完善。下一步将开展资源量的估算研究，对矿床的地质勘查和开发利用提出建议。