石群建筑用变质砂岩矿区地质特征及综合利用

宋晨成

（广东省有色金属地质局九三三队，广东 肇庆 526060）

广东省怀集县大岗镇石群矿区位于怀集县城231°方向，直距24km 处，在区域上位于云开后加里东隆起区北东边缘。本文详细讲述该矿区的地质特征，并根据成矿地质条件和矿床的成因类型，对矿区内可能形成的共（伴生）矿产包括砖瓦用料、水泥配料用粘土、建设用砂进行综合利用评价。

1 矿区地质

1.1 地层

矿区内出露地层简单，出露地层有泥盆系中统信都组（D2x）、第四系残坡积（Qhal）。

泥盆系中统信都组（D2x）：分布于整个矿区，原岩以石英砂岩、杂砂岩、泥岩为主，夹泥质粉砂岩、（粉）砂质页岩等，受深部岩浆活动影响，经热液接触变质作用，矿区内岩石岩性主要为灰—深灰色变质长石石英杂砂岩，呈单斜状产出，产状240°～260°∠20°～30°，根据钻孔揭露，角岩均已重结晶呈致密块状，无层理。

第四系残坡积（Qhal）：主要分布于山麓及山坡上，主要由砂质粘土、少量岩石碎块组成，厚度不均。根据地质填图及钻孔揭露，矿区内残坡积层一般厚度1～5m，平均约2m。

1.2 构造

矿区内无大的断裂构造经过，但受区域断裂构造影响，岩石节理裂隙发育。裂隙面结合较紧密，局部略张开，多为碳酸盐矿物充填，节理裂隙对矿体无明显的破坏作用；岩石主要发育两组节理，第一组产状260°～300°∠50°～60°；第二组产状10°～40°∠30～70°。节理裂隙对岩矿石无大的破坏作用，局部使岩矿石沿节理裂隙面破碎呈碎块状。

1.3 岩浆岩

矿区内无岩浆岩出露。

2 矿床特征

2.1 矿体特征

矿体岩性主要为变质中细粒长石石英杂砂岩、角岩。矿体呈单斜状产出，地层产状240°～260°∠20°～30°，受矿区边界的限制，矿体平面上呈不规则多边形，南北向长490～740m，东西向宽460～530m，空间上总体呈倒梯形。根据钻孔揭露情况，矿体赋存标高190～360m，最小垂直厚度0m，最大垂直厚度170m，向四周及深部延伸至矿区外。矿体最小埋深10m，最大埋深50m。矿体上覆为全—半风化变质中细粒长石石英杂砂岩，四周及下部围岩与矿体为同一岩性的微—未风化变质中细粒长石石英杂砂岩、角岩。

矿体上部覆盖层较厚，分布于整个矿区范围，厚度不均一。根据钻孔揭露，覆盖层总厚10～50m，平均约30m。其中，残坡积层厚1～5m，平均约2m；全风化层厚1～30m，平均约15m，半风化层厚5～30m，平均约10m。

2.2 矿石类型及质量

2.2.1 矿石物质组成

矿石为变质中细粒长石石英杂砂岩、黑云长英角岩。

变质中细粒长石石英杂砂岩呈灰黑—深灰色带浅紫红色，风化后呈灰黄色—灰紫色，变余中细粒砂状结构，块状构造。矿石主要矿物有：石英70%、绢云母14%～15%、长石7%～8%、绿泥石0%～6%、黑云母0%～4%、岩屑1%～2%、少量磷灰石、绿帘石、炭质、电气石、次生石英、次生绿帘石、次生碳酸盐矿物及不透明矿物。

原岩碎屑物由石英、长石和岩屑等组成，粒径为中细粒，填隙物为泥质和炭质，泥质已变质结晶为绢云母、黑云母。石英呈次圆状—次棱角状，少量呈尖角状，可能为火山晶屑，部分呈现为粒状变晶，大小在0.05～0.8mm，一级灰白干涉色，较均匀面状分布；长石呈次圆状—次棱角状，粒径0.05～0.4mm，可见微弱绢云母化或泥化，可识别为正长石和钠—更长石，不均匀分布；岩屑呈次圆状，粒径0.1～0.3mm，成分为石英岩岩屑，不均匀分布在石英间；绿帘石呈他形粒状，三级干涉色，粒径0.03～0.1mm，零星分布。电气石呈粒柱状，多色性和反吸收性明显，大小0.05～0.15mm 左右，零星分布；原岩填隙物主要为泥质，泥质已变质结晶为绢云母、黑云母，绢云母呈二级干涉色，黑云母呈浅褐色，较均匀分布于碎屑物之间。炭质呈黑色，呈粉尘状或浸染状分布于其他矿物间隙中；不透明矿物呈他形粒状，粒径0.02～0.3mm，不均匀分布。岩石后期受轻微构造作用，局部可见裂隙，次生石英、绿帘石、碳酸盐矿物沿裂隙充填，粒径0.01～0.4mm，石英呈一级灰白干涉色，绿帘石呈三级干涉色，碳酸盐矿物呈高级白干涉色。

黑云长英角岩：呈灰黑色，绿帘长英角岩呈灰浅绿色，角岩结构，块状构造。矿石主要矿物有：石英50%～55%、黑云母25%～32%、长石10%、绢—白云母2%～7%、绿帘石0%～25%、少量磷灰石、电气石、次生石英、次生绿泥石、次生碳酸盐矿物及不透明矿物。

石英呈他形变晶粒状，粒径0.02～0.1mm，表面干净明亮，一级灰白干涉色，无定向分布；长石呈他形变晶粒状，粒径0.03～0.1mm，表面较脏杂，可见粘土化，不均匀分布；黑云母呈半自形—他形短片状，片径0.05～0.1mm，呈浅黄—褐色，较均匀无定向分布；绿帘石呈他形粒状，粒径0.05～0.2mm，二级不均匀的干涉色，零星分布；不透明矿物呈自形—他形粒状，粒径0.02～0.5mm，不均匀分布或沿裂隙分布。次生石英和次生绿泥石呈脉状充填于岩石裂隙中，石英呈一级灰白干涉色，绿泥石呈浅绿色，脉宽0.1～0.5mm。

2.2.2 矿石化学成分

微—未风化变质砂岩矿石化学成份（%）：SiO2（68.60）、Al2O3（12.60）、Fe2O3（3.80）、TiO2（0.60）、K2O（3.70）、Na2O（1.40）、CaO（5.70）、MgO（2.20）、P2O5（0.20）、Cl-（0.20L）、LOl（1.00）、SO3（0.10）。

物理、化学性能：微—未风化矿石表观密度2600～2700kg/m3，平均2680kg/m3，矿石表观密度达到不小于2500kg/m3的质量指标。微—未风化矿石吸水率0.2%～0.4%，平均0.3%，矿石吸水率达到不大于1.0%的质量指标。矿石组合分析样结果表明，微—未风化矿石坚固性1%～2%，矿石达到建筑用石料物理性能坚固性不大于5%的Ⅰ类质量指标；微—未风化变质砂岩矿石压碎指标5%～7%，矿石达到建筑用石料物理性能压碎指标不大于10%的Ⅰ类质量指标；微—未风化变质砂岩矿石碱活性反应0.2%～0.4%，矿石未达到碱活性不大于0.1%的质量要求，有潜在碱—硅酸反应危害，应控制混凝土中的碱含量，或采用能抑制碱—骨料反应的有效措施；微—未风化变质砂岩矿石硫酸盐及硫化物含量0.4%～0.6%，矿石达到建筑用石料化学成分不大于1.0%的要求。

矿区半风化岩石饱和抗压强度5～50MPa，平均18MPa，半风化变质砂岩多呈碎块状，难于取样，风化裂隙较发育，矿区半风化变质砂岩岩石不能满足变质岩类建筑用石料饱和抗压强度要求；微—未风化矿石饱和抗压强度65～155MPa，平均100MPa，由此分析抗压性能较好，均为硬质岩石，矿区微—未风化变质砂岩矿石达到变质岩类建筑用石料饱和抗压强度大于60MPa的质量指标。

变质砂岩矿石放射性内照指数IRa最大值为0.2，外照射指数Iγ最大值为0.9，矿区建筑用变质砂岩的放射性指标符合建筑主体材料及A类装修材料的技术指标要求，其产销和使用范围不受限制，矿山在开采矿石过程中不会对采矿人员及周边环境造成大的放射性影响。

3 综合利用

3.1 矿区内共（伴）生矿产综合评价

根据成矿地质条件和矿床的成因类型，对矿区内可能形成的共（伴生）矿产包括砖瓦用料、水泥配料用粘土、建设用砂，并采集相应的样品进行分析测试。

取变质砂岩矿石进行光谱半定量全分析，分析结果本区矿石微量元素含锰、钛、铍、砷、硼、锆、锡、镓、铌、钼、矾、铜、锌、镍、钴、铬、锶、钡等元素含量极微，无综合利用价值。

另外新建矿山必须严格要求按绿色矿山标准进行建矿，要求按照减量化、资源化、再利用的原则，综合开发利用共伴生矿产资源，科学合理利用废石、尾矿等固体废弃物及选矿废水。因此，本次核实对矿区内建筑用变质砂岩矿上部覆盖层进行综合评价。

3.2 覆盖层产出特征

根据地质勘查结果，建筑用变质砂岩矿体上部覆盖层自上而下可分为第四系残坡积层、全风化变质砂岩层、半风化变质砂岩层三层：

第四系残坡积层：土黄—浅紫红色，主要成分为砂质粘土、少量岩石碎块及植物根系等，钻孔揭露厚度为1～5m，平均厚度约2m。该层厚度不大，含砂率较低，可预留作为矿山地质环境保护与土地复垦的土壤资源。

全风化变质砂岩层：灰黄—土黄色，局部浅黄褐色，岩石已强烈风化呈半岩半土状，结构松散，主要由石英、粘土及少量其他矿物等组成，钻孔揭露厚度为1～30m，平均厚度约15m。

半风化变质砂岩层：以灰黄色、灰褐色为主，局部灰色，岩石风化较强烈，岩石稍破碎，节理裂隙稍发育，敲击后易破碎，岩石具变余中细粒砂状结构，块状构造；主要由石英、少量粘土、云母等组成；钻孔揭露厚度为4～30m之间，平均厚度约10m。

3.3 全风化变质砂岩综合评价

全风化变质砂岩含砂层即矿区范围内建筑用变质砂岩矿体上覆盖层中的全风化变质砂岩层，其受地质界线及矿区范围限制，平面上呈不规则多边形，空间上整体呈似层状多边体，南北向长480～730m，东西向宽450～520m，赋存标高200～380m，厚度1～30m，平均厚度约15m，埋深0～5m，向四周延伸至矿区外。

含砂层边界由地质界线、矿区边界及开采边坡限定，顶板为第四系残坡积层，底板为半风化变质砂岩层。

全风化变质砂岩含砂层呈灰黄—土黄色，局部浅黄褐色，岩石已强烈风化呈半岩半土状，结构松散，主要由石英、粘土及少量其他矿物等组成。

对全风化变质砂岩采集相应的样品进行分析测试，具体情况如下：

砖瓦用料分析结果：SiO2含量66.50%～74.20%；Fe2O3含量5.80%～6.40%；Al2O3含量12.90%～16.10%；CaO含量0.04%～0.05%；MgO含量0.50%～0.80%；SO3含量0.02%～0.03%；K2O+Na2O含量0.90%～2.50%；烧失量4.70%～5.90%；塑性指数10.0%；粘土级颗粒含量14.0%，尘土级颗粒含量29.0%，砂土级颗粒含量17.0%，其中SiO2含量超出（53%～70%）的范围，个别K2O+Na2O含量不在1%～5%的范围，料烧失量低于7%～15%的范围，矿区全风化变质砂岩未达到砖瓦用料的综合利用要求。

水泥配料用粘土分析结果：MgO 含量0.50%～0.80%，平均0.70%；K2O+Na2O 含量0.90%～2.50%，平均1.50%；SO3含量0.02%～0.03%，平均0.03%；硅酸率（SM）2.95～3.95，平均3.55；铝氧率（AM）2.50～2.90，平均2.60。矿区全风化变质砂岩可符合水泥配料用Ⅰ类粘土质量要求。

建设用砂评价:颗粒级配为中砂；含泥量8.6%～10.6%，平均值9.4%，泥块含量6.0%～9.0%，平均值7.8%。不符合含泥量不大于5%，泥块含量不大于2%建设用砂标准；有害物质云母含量为0.1%～0.2%、轻物质含量0.0%、有机物含量合格、硫化物及硫酸盐含量小于0.1%；表观密度2570～2590kg/m3，均为2580kg/m3；松散堆积密度1340～1390kg/m3，平均1360kg/m3；孔隙率47%～50%，平均48%。松散堆积密度不符合不小于1400kg/m3，孔隙率不符合不大于44%建设用砂要求。山砂样的坚固性（压碎指标）单级最大压碎指标均不符合不大于30%的要求。矿区全风化变质砂岩层原山砂样不符合建设用砂的要求。

全风化变质砂岩层进一步加工、淘洗后的砂样评价：颗粒级配均为中砂；含泥量2.0%，泥块含量1%；有害物质云母含量0.0%，轻物质含量0.0%，有机物含量合格，硫化物及硫酸盐含量小于0.1%；表观密度2580kg/m3；松散堆积密度1470kg/m3；孔隙率40%；坚固性（压碎指标）砂样质量损失率5%，砂样单级最大质量损失30%。矿区全风化变质砂岩层经进一步加工、淘洗后砂样符合建设用砂的要求。含砂率为25%，经济价值不高，因此全风化变质砂岩不作为综合利用建设用砂原料。

全风化变质砂岩层综合评价结果：

（1）全风化变质砂岩层未能达到砖瓦用料的综合利用要求。

（2）全风化变质砂岩层达到水泥配料用粘土的综合利用要求。

（3）全风化花岗岩层原砂不符合建设用砂的要求，需进行淘洗等洗砂加工；经进一步加工后的全风化花岗岩砂样，各项指标均符合建设用砂标准，天然砂级配区属3区，级配类别为Ⅲ类，含砂率为25%，经济价值不高，因此全风化变质砂岩不作为综合利用建设用砂原料。