河南南召神仙崖饰面用花岗岩矿床地质特征及加工性能浅析

刘 坤，陈泳霖，黄丹峰,2，柴建玉

(1.河南省地质调查院，河南 郑州 450001；2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，河南 郑州 450001)

石材是指从岩浆岩、沉积岩、变质岩中开采出来的岩石，经加工而成具各种形状材料的总称[1]。近年来，我国石材行业迅速发展，在市场需求的刺激下，石材成为我国经济建设的重要消费品。

东秦岭造山带是华北与扬子两陆块的重要拼贴带，其变形变质与岩浆活动十分强烈[2-4]。多位学者对东秦岭造山带上金属矿产成矿地质特征与地质演化等方面进行了重要的研究工作[5-9]，但非金属矿产方面，如萤石、石墨、饰面石材等研究相对薄弱。近年在东秦岭造山带发现了神仙崖饰面用花岗岩矿床，经勘查评价该矿床饰面用花岗岩矿石量1 672.70×104m3，荒料量515.66×104m3，资源储量规模属大型。本文结合神仙崖饰面用花岗岩矿床地质勘查成果，对矿区地质特征、控矿因素、矿石物理性能、矿床成因以及找矿标志等方面进行分析探讨，为该地区后续找矿工作提供参考。

1 区域地质背景

河南南召神仙崖饰面用花岗岩矿床大地构造位置处于秦岭造山带北秦岭弧盆系二郎坪—信阳早古生代岛弧带，加里东期岩浆活动强烈，成矿条件优越(图1)。

图1 神仙崖饰面用花岗岩矿区域地质简图(据河南省地质调查院1∶5万石门幅地质图，2017年修编)

区域上出露地层单元主要为下古生界二郎坪群(Pz1E)，其被加里东期岩体侵入破坏，局部岩体中分布有二郎坪群捕掳体。二郎坪群主体为一套海相火山—沉积建造，主要岩石组合为镁铁—超镁铁质杂岩、枕状熔岩与层状镁铁质熔岩、凝灰岩与石英角斑岩、巨厚复理石层、放射虫硅质岩等[8]。自下而上划分为大庙组(Pz1d)、火神庙组(Pz1h)、小寨组(Pz1x)、枹树坪组(Pz1b)；大庙组主要由碎屑岩和碳酸盐岩组成，为一套火山沉积向正常沉积过渡的变质沉积岩系；火神庙组主要为基性火山岩，夹少量硅质岩、砂岩层，为一套弧后盆地型蛇绿岩组合；小寨组主要为泥质碎屑岩，夹基性火山岩，为一套盆地边缘沉积的类复理石建造；抱树坪组原岩以砂泥岩与沉凝灰岩互层为主，组成深水复理石建造夹细碧质岩石[9]。

区域上断裂整体呈北西方向展布，其次为北东向，断裂多为脆性断裂，少量韧性剪切带，断层倾角集中于50～75°。北东向断裂晚于北西向断裂，前者将后者截切。

区域上出露五朵山花岗岩体，面积约1 420km2，呈岩基产出，为由石门、四棵树、黄龙庙、寺庄等岩体组成的复式岩体，其为东秦岭造山带规模较大复式深成岩体之一[10]，主要岩石类型为二长花岗岩，其次为正长花岗岩与花岗闪长岩，岩体形成时代为451～414Ma[10-14]。区域上出露二郎坪群火山岩，呈捕掳体分布于研究区范围内，主要岩石类型为细碧岩，其次为石英角斑岩，其形成时代为475～463Ma[9]。

2 矿区地质特征

矿区内大面积出露花岗岩体(图2)，分布于矿区及其周围的广大地区，为五朵山岩体一部分，其主要岩石类型为浅灰色细中粒黑云母二长花岗岩。岩石具高硅、低镁、富碱、强过铝特征；微量元素呈Rb、Ba、K和Pb富集，Nb、Ta、P、Ti亏损状态；稀土元素球粒陨石分配模式显示轻、重稀土分馏明显[12]。

图2 神仙崖饰面用花岗岩矿区地质图

矿区内无褶皱、断裂构造分布，但地表向深部约20m范围内节理、裂隙较为发育。矿区内节理、裂隙主要分为5组，2组走向北东，3组走向北西(图3)，倾角多在50～80°，存在少量缓倾的节理、裂隙。此外，矿区内脉岩不发育，主要为后期充填的花岗伟晶岩脉，数量少，规模小，出露长度3～5m，宽度15～30cm。

图3 矿区范围内节理走向统计玫瑰花图解

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

饰面用花岗岩矿体赋存于加里东期黑云母二长花岗岩体中，矿体形态简单，连续性好，厚度稳定，深部岩石完整性好，矿体最大控制垂深为149.90m。矿体主要岩石类型为浅灰色细中粒黑云母二长花岗岩。矿体内节理不发育，偶见花岗伟晶岩脉。矿体围岩为矿体上部风化层，主要岩石类型为灰黄色细中粒黑云母二长花岗岩，围岩中裂隙相对发育，成块性差(图4)。

图4 神仙崖矿区L00号勘探线剖面图

饰面用花岗岩矿体经3条勘探线、3个浅钻、以及5个钻孔控制，在资源量估算范围内估算控制资源量973.10×104m3，荒料量306.50×104m3，推断资源量699.60×104m3，荒料量209.16×104m3。估算范围外岩石类型与矿体基本一致，该区域仍有较大的成矿潜力。

3.2 矿石特征

(1)矿石物质组成。

饰面用花岗岩矿石类型为浅灰色细中粒黑云母二长花岗岩。主要矿物成分为钾长石(42%±)、斜长石(30%±)、石英(22%±)、黑云母(6%±)，以及微量磁铁矿。矿石具细中粒花岗结构、块状构造。钾长石半自形—他形粒状，粒径1～5mm；斜长石，他形粒状—半自形板状，粒径0.6～3.5mm，零散分布；石英，他形粒状，粒径0.2～4mm，充填分布于长石晶体之间；黑云母，片状，粒径0.3～2.0mm，零散分布(图5)。

图5 神仙崖矿区饰面用花岗岩矿石照片

(2)矿石化学组分。

化学组分是研究矿石利用价值的基础，决定矿石的性质及用途[15]。矿石SiO2含量为70.99%～72.89%，平均72.06%；TiO2含量为0.29%～0.32%，平 均0.30%；Al2O3含 量 为14.10%～15.12%，平 均14.45%；Fe2O3含 量 为0.89%～1.01%，平均0.94%；FeO含量为1.08%～1.27%，平 均1.17%；MnO含 量 为0.03%；MgO含 量 为0.58%～0.61%，平 均0.60%；CaO含 量为1.62%～2.02%，平 均1.84%；Na2O含 量 为2.32%～2.51%，平均2.44%；K2O含量为4.68%～4.84%，平均4.77%(表1)。整体而言，矿石化学特征与前人研究五朵山岩体中晚志留世花岗岩化学特征类似，显示富硅钾、贫镁钠的特征，属过铝质花岗岩类，且分异程度相对较高[12，14]。

表1 神仙崖矿床饰面用花岗岩矿石化学成分一览表 (单位：%)

(3)矿石物理性能。

矿 石 体 积 密 度 为2.61～2.62g/cm3，平均2.62g/cm3，均≥2.56g/cm3；吸水率为0.35%～0.36%，平均0.35%，均≤0.60%；干 燥 弯 曲 强 度 为12.80～13.50MPa，平 均13.22MPa，均≥8.0MPa；水 饱 和 弯 曲 强 度为12.00～13.30MPa，平 均12.80MPa，均≥8.0MPa；干燥压缩强度为133.00～137.00MPa，平均134.80MPa，均≥100MPa；水饱和压缩强度为130.00～135.00MPa，平 均132.20MPa，均≥100MPa；耐磨性为35.00～38.00 (l/cm3)，平均37.25 (l/cm3)，均≥25 (l/cm3)(表2)，满足工业用途天然花岗石荒料物理性能一般要求。

表2 神仙崖矿床饰面用花岗岩矿石物理性能一览表

(4)矿石放射性。

天然石材多含有天然放射性核素，因而具有一定的放射性[15]。矿石内照射指数IRa=0.1～0.2，均≤1.0；外照射指数Iγ=0.7～0.8，均≤1.3(表3)，矿石放射性水平分类可满足A类装饰装修材料要求。

表3 神仙崖矿床饰面用花岗岩矿放射性水平一览表

4 矿石加工技术性能

4.1 矿石可加工性能

为查明矿石加工技术性能，共采集5块饰面用花岗岩荒料进行锯、切、磨等石材加工工艺测试(表4)，锯切性1.40m2/h，磨抛性2.04m2/h，光泽度87.4，板材率(板材厚2cm)29.77m2/m3，均满足饰面石材的质量要求。矿石在切割过程中无崩边、断角、裂纹等现象，板材厚度较为稳定；在抛光、磨光过程中无断裂、裂纹现象。矿石加工后颜色与花纹基本一致，拼接性能良好，光泽度较高[16-17]。

表4 神仙崖矿床饰面用花岗岩矿石加工技术性能指标统计表

4.2 矿石装饰性能

花岗岩石材为天然饰面石材，矿区矿石自然类型主要为浅灰色细中粒黑云母二长花岗岩。经加工成型的板材颜色整体为浅灰—灰白色，质地较为坚硬，矿物颗粒分布均匀且镶嵌严密，形成花纹自然和谐，无色斑、色线、裂纹等缺陷，花纹、颜色、光泽浑然天成，可拼性优良[16-17]。

经基本样与标准样对比，矿石色调、花纹稳定，花色品种单一，为“芝麻灰”。板材产品所呈现的图案、花纹无方向性，可任意拼接，颜色协调柔和，色泽适中悦目，放射性水平低(图6)。通过与同类型饰面石材市场行情相比较，该饰面石材应属于中—高档花岗岩类饰面石材。

图6 “芝麻灰”板材产品照片

4.3 矿石综合利用及质量

传统矿石利用研究多针对单一矿种进行[18]，但花岗岩饰面石材矿床存在不成荒料的废石与风化层，按照绿色矿山综合利用要求，有必要对其用途进行探讨。建筑石料是基础建设中必不可少的一种矿产资源，随着河道天然砂的采矿限制，矿山绿色开采将成为主流趋势[19]。本文对该矿床综合利用部分(不成荒料的废石与风化层)作为建筑石料用花岗岩的可行性进行探讨(表5)，矿石抗压强度 为153.86～197.23MPa，平 均174.12MPa，均≥80MPa，属Ⅰ类；坚固性为4%～7%，平均5%，均≤8%，属Ⅱ类；压碎指标10%～18%，平均14%，均≤20%，属Ⅱ类；硫酸盐及硫化物含量为0.1%，均≤0.5%，属Ⅰ类；碱集料反应为0.02%～0.05%，均≤0.1%。由此，矿床综合利用部分矿石质量满足建筑石料质量要求，属于Ⅱ类建筑用石料。

表5 神仙崖矿床饰面用花岗岩的废石质量指标测试一览表

5 矿床成因及找矿标志

5.1 矿床成因

矿床受五朵山岩体控制，五朵山岩体中黑云母二长花岗岩类为赋矿母岩。前人研究五朵山岩体的侵位时代为451.5±4.5～414.5±2.3Ma[11-14，20-21]，大致从中奥陶世持续至早泥盆世。多位学者将秦岭造山带东段古生代花岗岩的活动划分为陆缘俯冲、块体碰撞以及碰撞晚期3个阶段[22-24]，但时间节点略有争议。陆缘俯冲阶段花岗岩源区物质主要为秦岭岩群基底，块体碰撞阶段花岗岩主要由幔源物质加入的下地壳熔融作用而形成，碰撞晚期阶段花岗岩源区物质主要为幔源岩浆混染了部分古老地壳物质[23-24]。综上，神仙崖饰面用花岗岩矿床成因类型为岩浆矿床，成矿时代为加里东期，形成于同碰撞阶段，其花岗岩源区物质应为北秦岭中上地壳变沉积岩与幔源物质混合形成。

5.2 找矿标志

岩性标志：饰面用花岗岩矿石类型为浅灰色细中粒黑云母二长花岗岩，矿石新鲜面呈浅灰色，花色为“芝麻灰”，块状构造，其岩石类型与花色为直接找矿标志。

构造标志：饰面用花岗岩矿体为块状，节理、裂隙不发育。因此，远离区域主要构造断裂带，且基岩裸露，地貌上呈陡崖处可作为间接找矿标志。

6 结论

(1)矿床赋矿母岩为五朵山岩体中黑云母二长花岗岩类；矿石类型为浅灰色细中粒黑云母二长花岗岩；矿石显示富硅钾、贫镁钠的特征，属过铝质花岗岩类，分异程度较高。

(2)矿区探获饰面用花岗岩矿石量为1 672.70×104m3，荒料量515.66×104m3；矿石体积密度平均为2.62g/cm3；吸水率平均为0.35%；干燥压缩强度平均为134.80MPa；水饱和压缩强度平均为132.20MPa；干燥弯曲强度平均为13.22MPa；水饱和弯曲强度平均为12.80MPa；耐磨性平均为36.80 (1/cm3)。矿石满足天然花岗石荒料物理性能一般要求。

(3)矿床饰面用花岗岩矿花色为“芝麻灰”，锯切性1.40m2/h，磨抛性2.04m2/h，光泽度87.4，板材率29.77m2/m3。花岗岩矿质地坚硬，花纹单一，色泽适中，放射性水平低，具有良好的装饰性能，可优先作为饰面石材使用，不成荒料的废石与风化层可综合用于生产建筑石料。

(4)矿床成因类型为岩浆矿床，成矿时代为加里东期。该矿床的研究为五朵山花岗岩体的开发利用提供参考与依据。