河南南召五峰顶饰面用大理岩矿床地质特征及综合利用

刘 坤，王 玺，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)

大理岩是由灰岩、白云岩、白云质灰岩等碳酸盐岩经区域变质作用或接触交代变质作用而形成[1-2]。随着建筑装饰行业的发展，饰面用大理岩石材发展前景十分广阔[3-5]。

东秦岭造山带为华北陆块与扬子陆块之间重要拼贴带，其成矿地质条件十分优越[6-8]。近年来在东秦岭造山带发现了五峰顶饰面用大理岩矿床，经勘查评价该矿床饰面用大理岩矿石量960.07×104m3，荒料量336.80×104m3。本文以五峰顶饰面用大理岩矿床地质勘查成果为基础，对矿区地质特征、矿石物理性能、综合利用等方面进行分析探讨，为该地区后续找矿与勘查工作提供参考。

1 区域地质背景

五峰顶饰面用大理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早古生代岛弧带(图1)，变形变质与岩浆活动较为强烈。

图1 五峰顶饰面用大理岩矿区大地构造位置简图(据文献[9]修改)

区域上出露地层单元主要为下古生界二郎坪群大庙组(Pz1d)、火神庙组(Pz1h)与小寨组(Pz1x)，以及上三叠统太山庙组(T3t)。大庙组主要岩石类型为大理岩、黑云石英片岩等，原岩主要为灰岩、石英砂岩、泥质粉砂岩等，属滨海—浅海沉积，为含矿层位。火神庙组主要岩石类型为细碧质凝灰砾岩、细碧岩、石英角斑岩等，具典型海底火山强烈喷发、喷溢活动沉积特征。小寨组主要岩石类型为黑云斜长片岩、黑云石英片岩等，以含堇青石、红柱石、十字石等变质矿物为特征，为典型的深水复理石沉积建造。太山庙组主要岩石类型为砾岩、长石石英砂岩、粉砂质泥岩等，其自下而上碎屑粒度由粗变细，正粒序层理明显，为一个较大的沉积旋回(表1)。

表1 五峰顶饰面用大理岩矿区域地层简表

区域主构造线方向为北西向，断裂不发育，其走向以北西向为主，倾向多在200°～240°，倾角多在45°～75°。由于板山坪闪长岩体与五朵山花岗岩体的侵入，致使区域构造形态相对复杂，整体表现为以大庙组为核部，火神庙组为两翼，轴面向北东方向倾斜的复式背斜构造。

区域上主要侵入岩为北部的板山坪闪长岩体与南部的五朵山花岗岩体。板山坪岩体主要岩石类型为闪长岩、英云闪长岩等，侵位时代为496～486Ma，与扬子陆块向华北陆块之下俯冲事件密切相关，形成于板块碰撞初期阶段[10]。五朵山岩体主要岩石类型为黑云母二长花岗岩，成岩物质来源于地壳[11]，侵位时代为448～432Ma，形成于陆陆碰撞所导致的陆壳加厚环境[11-12]。

2 矿区地质特征

矿区内出露地层为下古生界二郎坪群大庙组(Pz1d)，其沿主构造线方向展布，呈单斜产出，产状整体向南西方向陡倾。自下而上(自北东向南西)划分为4个岩性段(图2)。

图2 五峰顶饰面用大理岩矿区地质简图

大庙组第一岩性段(Pz1d1)分布于矿区北东部，岩石类型为灰色条纹状中细粒石英大理岩；大庙组第二岩性段(Pz1d2)分布于矿区中北部，岩石类型为灰黄色变石英角斑岩；大庙组第三岩性段(Pz1d3)分布于矿区中南部，岩石类型为浅灰白色厚层状粗中粒大理岩与浅灰红色条纹条带状中细粒石英大理岩互层，该岩性段中浅灰红色条纹条带状中细粒石英大理岩即为饰面用大理岩矿赋矿母岩；大庙组第四岩性段(Pz1d4)分布于矿区南西侧，岩石类型为灰黄色变石英角斑岩，与大理岩之间表现为整合接触关系。

矿区内岩层呈单斜产出，走向北西，倾向约200°～240°，倾角较陡，约55°～75°，局部近直立。矿区内断裂与岩脉不发育，偶见辉绿岩脉、闪长岩脉等。岩脉宽约0.5～1m，多呈顺层状产出。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

五峰顶饰面用大理岩矿体赋存于下古生界二郎坪群大庙组第三岩性段(Pz1d3)大理岩中，主要岩石类型为浅灰红色条纹条带状中细粒石英大理岩。矿体内节理不发育，偶见辉绿岩脉。矿体围岩主要岩石类型为浅灰红色劈理化中细粒石英大理岩与浅灰白色厚层状粗中粒大理岩，围岩较矿体相对破碎，且灰白色大理岩花色与矿体差异较大。

矿体呈似层状产出，形态规则，连续性好，厚度稳定。矿体产状向南西方向陡倾，倾向207°～236°，倾角62°～79°，平均产状222°∠73°。矿体沿走向长约950m，工程控制最大垂深203.36m，工程控制最大斜深228.71m，真厚度29.35～130.76m，平均厚度83.46m，厚度变化系数40.18%(图3)。

图3 五峰顶饰面用大理岩矿区Ⅱ00勘探线示意图

矿区范围内估算饰面用大理岩矿控制资源量578.81×104m3，荒料量203.05×104m3，推断资源量381.26×104m3，荒料量133.75×104m3。

3.2 矿石特征

(1)矿石物质组成。

五峰顶饰面用大理岩矿石主要岩石类型为浅灰红色条纹条带状中细粒石英大理岩。主要矿物为方解石，含量约95%；次要矿物为石英，含量约5%；微量矿物黄铁矿，含量小于1%(图4)。矿石具粒状变晶结构，条纹条带状、厚层状构造，定向构造。方解石遇稀盐酸剧烈起泡，茜素红染色显红色，变晶粒状，多数粒径在1～2mm，相邻颗粒间呈齿状镶嵌结合，长轴大致定向排列。石英变晶粒状，粒径在0.03～0.06mm，零散分布在方解石间。黄铁矿微量，半自形粒状，粒径在0.02～0.06mm，零星分布。

图4 五峰顶矿区饰面用大理岩矿石照片

(2)矿石化学组分。

化学组分是研究矿石利用价值的基础，也决定着矿石的性质与用途[3](表2)。矿石SiO2含量 为0.75%～2.96%，平 均1.73%；Al2O3含 量为0.29%～1.35%，平 均0.81%；Fe2O3含 量为0.21%～0.56%，平 均0.34%；CaO含 量 为53.00%～54.75%，平 均53.94%；MgO含 量 为0.37%～0.61%，平均0.49%；MnO含量为0.02%～ 0.05%，平均0.03%。整体而言，矿石化学组分均一，杂质含量较少，CaO含量较高，化学成分差异与组分含量变化对饰面用大理岩矿质量基本无影响。

表2 五峰顶饰面用大理岩矿石化学分析结果一览表(单位：%)

(3)矿石物理性能。

物理性能是检验大理石类饰面石材质量的核心指标(表3)。矿石体积密度为2.7g/cm3；吸水率为0.08%～0.09%，平均0.09%；干燥压缩强度为77～83MPa，平均79MPa；水饱和压缩强度为71～78MPa，平均74MPa；干燥弯曲强度为12.4～13.5MPa，平均13.0MPa；水饱和弯曲强度为11.8～13.1MPa，平均12.6MPa；耐磨性为12 (l/cm3)。由此，矿石满足方解石大理石类饰面石材物理性能一般要求。

表3 五峰顶饰面用大理岩矿石物理性能一览表

(4)矿石放射性。

天然大理石石材含有少量天然放射性核素，因此可能具有一定的放射性[3](表4)。矿石内照射指数IRa=0.0，外照射指数Iγ=0.1，达到A类装饰装修材料要求。

表4 五峰顶饰面用大理岩矿石放射性水平一览表

4 矿石加工技术性能

五峰顶矿山现已开采，加工生产“晚霞红”饰面用大理岩矿(图5)。矿山利用串珠锯将巨型荒料(规格6m×4m×2m)从矿体中分割而出，若该荒料花色纯正、质地均匀、块度完整，则直接用于生产观赏石。若荒料完整度较差，则沿裂隙面进行分割整型，切割成为标准六面体。之后运输至加工厂，切割为板材，根据市场需求加工为最终成品。

图5 “晚霞红”板材产品照片

为进一步查明矿石加工技术性能，选取5块饰面用大理岩荒料(规格2m×0.8m×1.6m)进行锯、切、磨等加工工艺测试(表5)。光泽度78°～83°，平均81°；板材率(厚2cm)27.50%～32.50%，平均29.75%，达到饰面石材质量标准。此外，矿石在加工切割过程中无断角、崩边现象，在抛光磨光过程中无断裂、裂纹现象[13-14]。

表5 五峰顶饰面用大理岩矿石加工技术性能指标统计表

5 矿石综合利用

五峰顶饰面用大理岩矿床综合利用部分为饰面石材不成荒废渣与矿体围岩，按照绿色矿山建设标准，需对其用途进行研究[15-16]。饰面石材不成荒废渣岩石类型与矿体一致，为浅灰红色中细粒石英大理岩。矿体围岩主要岩石类型为浅灰白色粗中粒大理岩与浅灰红色劈理化中细粒石英大理岩。本文对综合利用部分中浅灰红色石英大理岩作为建筑石料(表6)，以及浅灰白色大理岩作为方解石矿的可行性进行探讨(表7)。

表6 五峰顶矿区浅灰红色石英大理岩建筑石料质量指标测定结果一览表

表7 五峰顶矿区浅灰白色大理岩化学分析结果一览表

浅灰红色石英大理岩抗压强度为62～70MPa，平均67MPa；坚固性为3%～6%，平均5%；碎石压碎指标为15%～19%，平均17%；硫酸盐及硫化物为0.0%～0.3%，平均0.2%，碱集料反应为0.01%～0.05%，平均0.03%。由此，矿区浅灰红色石英大理岩矿石质量达到Ⅱ类建筑石料质量标准。

浅灰白色大理岩矿石SiO2含量为0.16%～0.90%，平 均0.48%；Al2O3含 量 为0.07%～0.39%，平 均0.18%；Fe2O3含量为0.05%～0.10%，平均0.08%；MgO含 量 为0.30%～0.49%，平 均0.40%；MnO含 量 为0.003%～0.036%，平 均0.018%；CaO含量 为，55.37%～56.00%，平 均55.58%；白 度 为87.1～93.6，平均90.5。因此，矿区浅灰白色大理岩达到了一般重质碳酸钙工业指标。

6 结论

(1)矿床赋矿母岩为下古生界二郎坪群大庙组第三岩性段浅灰红色大理岩，矿石类型为浅灰红色条纹条带状中细粒石英大理岩，花色为“晚霞红”；矿区探获饰面用大理岩矿石量960.07×104m3，荒料量336.80×104m3。

(2)矿石体积密度平均为2.70g/cm3，吸水率平均为0.09%，干燥压缩强度平均为79MPa，水饱和压缩强度平均为74MPa，干燥弯曲强度平均为13.0MPa，水饱和弯曲强度平均为12.6MPa，耐磨性平均为12 (l/cm3)，光泽度平均为81，板材率平均为29.75%，矿石满足方解石大理石类饰面石材物理性能一般要求。

(3)矿床不成荒废渣与围岩可综合利用，其中浅灰红色石英大理岩达到Ⅱ类建筑石料质量标准，浅灰白色大理岩达到了一般重质碳酸钙工业指标。