云南昆玉地区石灰石矿山开发及土层分布特点

杨 智，董泽伟，李雪蕊，秦 文

(云南省有色地质局三〇六队，云南 昆明 650216)

云南是国内碳酸盐岩分布面积较集中的区域之一，昆(明)至玉(溪)地处扬子准地台，特殊的大地构造位置，为石灰石矿的形成创造了良好的成矿环境和成矿条件，蕴藏着丰富的石灰石矿资源。同时昆玉地区水泥用灰岩、建筑石料用灰岩分布众多，区内石灰石矿山全为露天开采，大多无序开采，对生态环境破坏较大。随着国家对矿山生态环境的重视，树立“绿水青山就是金山银山”的理念，建设绿色矿山，发展绿色矿业是石灰石矿山发展的必由之路。石灰岩矿山多为石灰岩土，土地贫瘠，认识石灰石矿山特点、石灰石土层形成及分布特点，有助于开展矿山生态修复、土地复垦、水土保持及绿色矿山建设，合理的进行表土的剥覆、土壤改良，具有理论和实际意义。

1 昆玉地区石灰石分布及利用

1.1 昆玉地区石灰石分布

昆玉地区位于扬子准地台川滇台背斜与滇东台褶带之间，区内震旦系至三叠系均有不同程度的石灰岩地层出露(图1)，大致分4个主要的碳酸盐岩沉积阶段：元古宙末晚震旦世、早古生代清虚洞期至红花园期、晚古生代中泥盆世至早二叠世和中生代初期的早中三叠世[1]。

震旦系(Z)：上统陡山沱组及灯影组一般为白云岩，昆明至玉溪地区局部为灰岩、泥灰岩，厚20m～460m。

寒武系(∈)：以白云岩、砂岩、泥岩及磷块岩为主，昆明周边寒武系中下统夹灰岩、白云质灰岩，厚度可达200 m。

奥陶系(O)上中统、志留系(S)中统、泥盆系(D)中统在东川至昆明一带，夹25m～75 m连续的灰岩、泥质灰岩或泥灰岩。

石炭系(C)：分布范围与泥盆系相似，昆明地区石炭系几乎全为灰岩。下统下部多为不纯的灰岩及碎屑岩夹层或碎屑岩夹灰岩，下统上部及中统，在全区范围有连续的沉积，厚度300m～800 m。

二叠系(P)：下二叠统岩性几乎全为灰岩及燧石结核灰岩(栖霞组和茅口组)，一般厚300m～600 m，为昆玉地区石灰石矿山主要开采层位。

三叠系(T)：下统永宁镇组下段也沉积100余m灰岩。

1.2 昆玉地区石灰岩主要开采层位

昆玉地区石灰岩沉积地层较多，成矿条件优越，石灰石分布广泛，潜在资源量丰富，目前开采利用最多的为石炭系中统威宁组(C2w)石灰岩及二叠系中统茅口组(P2m)石灰岩。

石炭系中统威宁组(C2w)：以浅灰色、灰、深灰色厚～巨厚层状生物碎屑灰岩为主。CaO含量约51.12%～55.95%、MgO含量1.91%～0.10%、挥发组分(烧失量)约42.72%～43.31%。矿石主要矿物成分为方解石，含量>95%，次要矿物成分为白云石及少量铁泥质物，含量<5%，矿石中生物碎屑含量15%～30%。矿石内聚力平均2.50MPa，内摩擦角平均42.15°，抗拉强度平均2.50MPa，单轴抗压强度平均44.20MPa。

二叠系中统茅口组(P2m)：主要为灰-灰白色厚-巨厚层状隐晶-微晶粒状含生物碎屑灰岩。矿石CaO含量约52.65%～55.99%、MgO含量2.18%～0.02%、挥发组分(烧失量)约为42.72%～43.39%。矿石主要成分为方解石，含量>95%，隐晶(<0.01mm)它形微粒(0.01～0.03mm)，次为少量隐晶-微晶粒状白云岩，矿石中生物碎屑含量15%～20%。矿石内聚力平均1.72MPa，内摩擦角平均45.55°，抗拉强度平均1.90MPa，单轴抗压强度平均46.9MPa。

1.3 昆玉地区石灰岩用途及矿山分布

石灰石以方解石为主要成分，其分布相当广泛，岩性均匀，具有导热性、坚固性、吸水性、不透气性、隔音性、磨光性，很好的胶结性能及可加工性等优良的性能。可直接利用原石，也可深加工应用，是冶金、建材、化工、轻工、农业等部门的重要工业原料。

昆玉地区石炭系中统威宁群(C2w)石灰岩及二叠系中统茅口组(P1m)石灰岩，其CaO含量高，含MgO低(表1)，矿石质量优良，属Ⅰ级品水泥用石灰质原料矿。除昆明城区外各县市均有水泥用灰岩矿山分布，昆玉地区水泥用灰岩矿山分布十余座。

表1 昆玉地区各水泥用灰岩矿山矿石化学分析

昆玉地区石灰岩由于软硬程度适中，物理性能较好(表2)，石灰石易于开采加工，作为建筑材料有着悠久的开采历史。石灰石直接破碎加工即可利用，不需选矿，矿石易碎性和易磨性较好，矿石的加工技术性能较简单。生产建筑用毛石、公分石、瓜子石及石粉用于建房、骨料及铺路。目前昆玉地区石灰石作为建筑石料用灰岩矿山开采，除昆明城区及各保护区范围，基本每一两个乡镇分布一座矿山，建筑石料用灰岩分布八十余座，石灰石矿山较多。

表2 昆玉地区各建筑石料用灰岩矿石物理力学分析

2 昆玉地区石灰石矿山土壤类型

2.1 昆玉地区石灰石矿山土层形成过程

昆玉地区石灰石矿山土层形成主要为风化成土，为石灰岩中“杂质及酸不容物”在遭受溶蚀、风化、剥蚀过程中逐渐堆积形成的残积土[4]，酸不溶物是其土壤发育的主要物质基础。石灰岩成土过程与溶蚀、岩石风化及灰岩风化壳密切相关。由于石灰岩刚脆的岩石力学性质，早期在各种构造应力影响下，石灰岩易形成大量的节理、裂隙或破碎带。节理裂隙在近地表更为密集，加强了地表及近地表“水-岩”相互作用，再经生物、气候等自然风化作用下形成风化土。风化残积形成的土在重力和水作用下，堆积在地势相对平缓或低洼带堆积形成。高处土壤不断被流失，基岩裸露，低凹处则接受沉积，形成较厚的松散堆积土或残积土层[3]。

2.2 昆玉地区石灰石矿山土壤类型及质量

昆玉地区石灰石矿山土壤为石灰岩风化残坡积形成的岩性土，多属石灰土亚类红色石灰土，岩溶区岩隙与峰丛间零星分布有少量黑色石灰土。该类土主要特征为风化成土速率慢，土壤侵蚀速率快，土壤有机碳易于积累，而营养元素供给速率慢。

昆玉地区石灰石矿山石灰土具有机构性好，土层浅薄，抗旱能力差，分布零星，耕作不便等特点。石灰土受强烈的风化作用，土壤中铁铝含量高，母质中碳酸钙已被淋失，表现出明显的脱硅富铝化作用和灰化作用，已接近红壤。呈红色、黑色、红棕色、黄棕色，土体与基岩面过度清晰，土壤有机质和养分含量较丰富，有机质含量约10g/kg～50g/kg；土壤质地为粘壤土、砂壤土，粘土矿物以高岭石、蛭石为主，粘粒含量30%～50%。土壤PH6.0～7.1，呈中性至微碱性，有效土层厚度在0.1m～0.8m[1]。

昆玉地区石灰土腐殖质层较薄、通透性差、不耐干旱，常见植被有云南松、旱冬瓜、柏树及栎类，灌木主要为火棘、清香木、车桑子、水马桑及醉鱼草属植物。土地利用多以坡耕地为主，石灰土耕作层浅、耕性差、易受干旱，种植玉米、杂粮、薯类、小麦等作物。

3 昆玉地区石灰石矿山地貌与土壤分布关系

昆玉地区石灰石矿山多位于山地及丘陵区，分布于分水岭、山脊、河谷、鞍部及山地与盆地接合地带，斜坡或陡坡地形，矿山开采高程几十m至200m之间，地形落差较大。受地形地貌制约全为露天斜坡式开采，由于石灰岩在风化溶蚀过程中存在明显的差异风化，形成强烈起伏的岩溶地貌，垂直岩溶微地貌发育且差异性大。土壤的分布受溶微地貌影响较大，以土被、土窝、土槽、土面的形态分布[2]。

昆玉地区石灰岩矿山上部位于山峰、分水岭地带，地表岩溶形态以石芽、溶沟、溶槽及溶窝为主，部分矿山发育小型岩溶漏斗。微地貌发育使裸岩大面积出露，土壤贫瘠、土体跳跃式分布，地面起伏度大。该段土壤剖面发育不完整，常缺失土壤淀积层和母质层，腐殖质层直接覆于基岩之上，侵蚀较严重，易发生流失，临时性干旱频繁，土体连续性差，土层面积小，土层厚度约5cm～80cm；石灰岩矿山中部位于山脊、沟谷等斜坡地带，地表岩溶形态以溶沟、溶槽、岩溶裂隙及岩溶陡崖为主。地形较陡土壤难于附着，岩石大面积裸露、土壤贫瘠。土体主要以土窝、土槽形态分布，或直接属裸岩区，土壤易发生流失；石灰岩矿山下部位于鞍部及山地与盆地接合地带，地形相对平缓，以岩溶洼地、岩溶漏斗发育为主。土体以土面的形态分布，土壤覆盖比较均匀且面积相对较大，土层厚，砾石含量较少。该段土壤受坡残积堆积形成，剖面发育完整，土层厚度1m～10m，最厚可达20余m。腐质层约30m～80cm，淀积层较厚，母质层10cm～200cm。岩土界面凹凸不平，凸起部分埋藏石芽，凹下部分为溶沟或溶槽，在几m平距范围内，凸起和凹下高差可达10余m。

4 结 论

(1)昆玉地区石灰岩地层自震旦系至三叠系均有不同程度出露，成矿条件优越，潜在资源量丰富。目前最多的开采利用石炭系中统威宁组(C2w)及二叠系中统茅口组(P2m)石灰岩。

(2)昆玉地区石灰岩CaO含量高，含MgO低，矿石质量优良，属Ⅰ级品水泥用石灰质原料矿，少量为水泥用灰岩矿山开采；由于石灰岩软硬程度适中，物理性能较好，分布众多建筑石料用灰岩矿山。矿山均为露天开采，对生态环境破坏较大。

(3)昆玉地区石灰石矿山土层形成主要为风化成土，为石灰岩风化残坡积形成的岩性土，属石灰土亚类红色石灰土。该类土风化成土速率慢，侵蚀速率快，土壤有机碳易于积累，但营养元素供给速率慢。具有机构性好，土层浅薄，抗旱能力差，分布零星，耕作不便等特点。

(4)昆玉地区石灰石矿山多位于山地及丘陵区，斜坡或陡坡地形，露天斜坡式开采。矿山垂直岩溶微地貌发育且差异性大，裸岩大面积出露，土壤贫瘠、土体跳跃式分布，地面起伏度大，土体连续性差，土层面积小。常以土被、土窝、土槽、土面的形态分布。

(5)昆玉地区水泥用灰岩、建筑石料用灰岩分布众多，矿山露天多为无序开采，对生态环境破坏较大。开展矿山生态修复、土地复垦、水土保持及绿色矿山建设，合理的进行表土的剥覆、土壤改良，具有理论和实际意义。