四川省雷波县足哈石灰岩矿的地质特征及质量评价

敬海兴,魏宇,罗波,李俊俊,刘伟,王能

(四川省冶金地质勘查院,成都 610061)

0 引言

随着四川省雷波县乡镇建设和工农业生产的高速发展,作为建筑材料主要原料之一的石灰岩需求量将大幅提高。当前石灰岩供应量远小于需求量的现状已成为制约雷波县经济发展的因素之一。为保障雷波县城乡建设和工农业生产的健康发展,特对足哈一带的石灰岩矿产进行勘查评价。

足哈石灰岩矿位于距雷波县城约19 km的马颈子镇足哈村,灰岩出露面积为5.5012 km2。足哈矿区位于乌蒙山脉西北面的金沙江北岸,处于大凉山区向川中盆地的过渡地带,地貌主要受构造和岩性的制约,属构造侵蚀、剥蚀山地地貌,山顶及山脊多呈尖棱状,绵延起伏;山体总体坡度为30°～60°,局部陡峭形成陡崖;冲沟发育,呈不对称树枝状;区域地势呈南高北低趋势,矿区高程为1800～2820 m,相对高差达1020 m。区内植被覆盖率较高。

1 矿区地质概况

1.1 地层

矿区所在区域地层属于华南地层大区扬子地层区上扬子地层分区峨眉小区[1],出露的地层为康滇地轴沉积盖层[2],自震旦系至第四系均有出露。矿区内出露地层(表1)主要有上奥陶统宝塔组,下志留统龙马溪组、黄葛溪组和嘶风崖组,中二叠统阳新组,上二叠统峨眉山玄武岩组,第四系残坡积层(图1)。

图1 足哈石灰岩矿区地质简图Fig.1 Geological sketch of limestone ore in Zuha area1.上二叠统峨眉山玄武岩组;2.中二叠统阳新组二段;3.中二叠统阳新组一段;4.下志留统嘶风崖组;5.下志留统黄葛溪组;6.整合接触界线;7.平行不整合界线;8.地层产状

表1 矿区地层系统Table 1 Stratigraphy units of the study area

(1)下志留统龙马溪组(S1l)。分布于矿区南西角和北东角,为拉咪向斜的两翼,总体呈NW向展布并延伸出区外。岩性为灰-灰黑色薄-厚层状含碳质页岩,夹灰黑色微-细晶灰岩团块。与下伏宝塔组地层呈整合接触[1],厚度82.56 m。

(2)下志留统黄葛溪组(S1hg)。分布于矿区南西部和北东部,为拉咪向斜的两翼,南西翼厚度大于北东翼,总体呈NW向展布,矿区内出露面积约0.11 km2,两端延出区外。岩性主要为泥质灰岩和钙质泥岩。上部为灰-浅灰黄色薄-中层状泥质灰岩;中部为灰-浅灰绿色泥质灰岩与灰-浅灰色薄层状钙质泥岩互层,夹灰绿色薄层状泥岩;下部主要为浅灰-浅灰黄色薄-中层状泥质灰岩夹灰黄色薄层含粉砂泥岩[1]。与下伏龙马溪组呈整合接触,厚度145.37～183.39 m。

(3)下志留统嘶风崖组(S1sf)。分布于矿区的南西部和北东部,为拉咪向斜的两翼,北东翼厚度大于南西翼,总体呈NW向展布,两端延出区外,矿区内出露面积约0.83 km2。岩性主要为灰-浅灰-灰绿色薄-中层状泥岩、泥质粉砂岩。上部为浅灰-灰绿色薄-中层状泥质粉砂岩;下部主要为灰-灰绿色薄层状泥岩。与黄葛溪组的差异在于岩性组合不同,嘶风崖组主要为泥岩和泥质粉砂岩,岩石的钙质含量很低,而黄葛溪组的岩性组合为泥质灰岩和钙质泥岩,钙质成分明显高于嘶风崖组。与下伏黄葛溪组呈整合接触①,厚度262.04～359.40 m。

(4)中二叠统阳新组(P2y)。在矿区内大面积分布,主要分布于拉咪向斜两翼,总体走向为NW向,两端延出区外,矿区内分布面积约2.52 km2,占矿区面积的46%。该组为矿区石灰岩矿的赋存层位,厚度602.11～703.61 m,与下伏嘶风崖组呈平行不整合接触。根据其岩性、构造特征可将其分为二段。

阳新组一段:主要由细晶灰岩、团粒灰岩、生物碎屑微-细晶灰岩及少量含碳灰岩组成。上部为灰-深灰-灰黑色中-厚层状生物碎屑微-细晶灰岩、团粒灰岩和生物碎屑泥-微晶灰岩;中部为浅灰-灰色中-厚层状细晶灰岩;下部为深灰色-灰黑色薄-中层状含碳灰岩①。其厚度254.49～269.77 m。

阳新组二段:主要为微晶灰岩和生物碎屑微晶灰岩。上部为灰-深灰色中-厚生物碎屑微晶灰岩;下部为浅灰-浅灰白色中-厚层状微晶灰岩①。其厚度347.62～433.84 m。

(5)上二叠统峨眉山玄武岩组(P3em)。在矿区内大面积分布,主要分布于拉咪向斜核部,总体呈NW向展布,矿区内分布面积约1.87 km2,向北西延伸出区外。以深灰色-灰绿色斑状玄武岩为主、次为灰绿色致密状玄武岩,局部可见少量杏仁状玄武岩。与下伏阳新组呈喷发不整合接触①。

(6)第四系坡积层(Qdl)。分布于矿区南部,以坡积物为主,主要为含碎石砂土层,次为坡积斑状玄武岩、致密状玄武岩,表层为褐色-灰褐色腐殖土层。

1.2 构造

矿区位于扬子准地台西部的凉山陷褶束东部,区内构造较为简单,主要为拉咪向斜。

拉咪向斜构造贯穿整个矿区,总体呈NW向扩展的扇形状(图1),控制矿区石灰岩矿层的分布。矿区构造线为NW-SE向,背斜轴线弧形弯曲,枢纽波状起伏,整体向南扬起,南段转折端紧闭,核部出露上二叠统峨眉山玄武岩组,两翼为中二叠统阳新组至上奥陶统宝塔组。两翼地层产状相对较缓,北东翼地层倾向216°～256°,倾角20°～45°;南西翼地层倾向38°～48°,倾角34°～41°。轴面W倾,枢纽产状为117°∠3°,翼间角为102°,为开阔的直立水平向斜[3]。

2 矿体特征及矿石特征

石灰岩矿体分布于拉咪向斜的两翼,呈NW走向贯穿整个矿区,平面上呈北西开口的U形状展布(图1)。其北东翼地表出露宽度400～780 m,延伸长约2.6 km;南西翼地表出露宽490～830 m,延伸长约2.1 km,矿层厚度>600 m;垂向上,矿体呈马鞍状形态产出。灰岩矿体即为地层,北东翼地层产状216°～256°∠20°～45°;南西翼地层产状38°～48°∠34°～41°。

矿石类型以微晶-细晶灰岩、生物碎屑灰岩为主,次为含碳质灰岩。矿物成分简单,主要矿物为方解石,绝大多数含量>90%,次为黏土矿物,含量约5%,少量的碳质、铁质混合矿物,局部含少量生物碎屑、团粒等。生物碎屑由粒状方解石集合体、单颗粒方解石或泥晶方解石集合体组成,形态多呈弯曲的长条状、椭圆状、螺旋状等,最大粒径约4 mm,主要为双壳纲、有孔虫、海百合纲等生物碎屑;胶结物呈不规则粒状,粒径0.004～0.03 mm,呈微晶分布于生物碎屑颗粒间,部分发生重结晶,重结晶为细晶方解石,呈不规则团状分布。黏土矿物多为隐晶质,分布于方解石颗粒间。

3 矿石质量评价

3.1 水泥用灰岩质量评价

3.1.1 化学成分检测

本次质量评价工作在I号矿体中进行采样,共采集石灰岩矿石样品76件。其中,钻孔ZK001中采集样品71件,钻孔ZK801中采集样品5件。

化学成分检测显示(表2),w(CaO)=39.69%～55.49%,平均53.62%。其中,73件样品w(CaO)>48%,占样品总数的96.05%;1件样品w(CaO)=45%～48%,占样品总数的0.42%;2件样品w(CaO)<45%,占样品总数的2.63%,其通过与上下12 m厚度范围内矿层的加权平均后w(CaO)均达到45%以上,这2件样品可不作为夹层剔除。

表2 Ⅰ号矿体石灰岩主要化学成分分析结果Table 2 Chemical analysis of limestone ore body Ⅰ

从单工程样品平均品位数据可见,矿区单工程全部的平均值w(CaO)>48%,w(MgO)<3%。从各勘查线的平均值看差别不大,说明在整个矿区内CaO的质量分数相对较为稳定,无论在走向上还是倾向上无明显的规律性变化。

3.1.2 化学有害成分

采集的76件石灰岩矿石样品中,w(MgO)=0.35%～6.40%,平均值为0.86%,一般不大于3%,仅2件样品>3%,w(MgO)<3%的74件,占样品总数的97.37%。从厚度方向及横向变化上观察,规律性不明显,仅有少量样品超过2%,极个别样品超过3%,一般多见于CaO质量分数较低的样品中,有与CaO质量分数呈负相关现象。

因此,Ⅰ号矿体矿石质量达到部颁标准《石灰岩、水泥配料类:DZ/T 0213—2020》[4]中有关水泥用石灰岩矿石化学成分的要求(表3),大部分石灰岩达到水泥用石灰岩矿石Ⅰ级品的质量要求。

表3 水泥用石灰质原料矿石化学成分一般要求[4]Table 3 Chemical composition for cement-making limedtone

3.2 制灰用灰岩质量评价

通过计算灰岩样品(76件)分析结果(表2),其中w(CaCO3+MgCO3)的最大值为100%,最小值为72.91%,加权平均值为97.49%,均可满足制灰用石灰岩w(CaCO3+MgCO3)≥75%的标准[4]要求(表4)。

表4 制灰用石灰岩化学成分一般要求[4]Table 4 Chemical composition for lime-making limestone

3.3 建筑石料用灰岩质量评价

3.3.1 矿石物理性能

根据部颁标准《建筑用石料类:DZ/T0341—2020》[5]、《建筑用碎石、卵石:GB/T 14685—2011》[6]对建筑用石料的一般工业指标要求(表5),本次共采集物理性能样品4件,坚固性、压碎指标样品4件,进行测试分析研究。

表5 建筑用石料物理性能及化学成分的一般要求[5]Table 5 Physical property and chemical composition for building construction limestone

测试结果(表6、表7)显示,矿区石灰岩的天然密度为2.67～2.69 g/cm3,平均值为2.68 g/cm3;含水率0.43%～0.64%,平均0.51%;孔隙率1.10%～1.93%,平均1.45%;吸水率0.83%～1.03%,平均0.90%;抗压强度(水饱和)31.50～37.93 MPa,平均35.17 MPa。坚固性(按质量损失计)1%～4%,平均2.5%;压碎指标9%～10%,平均9.50%;硫化物及硫酸盐SO3平均含量为0.125%;表观密度2710～2730 kg/m3,平均2717.5 kg/m3。以上指标,均符合建筑用石料质量的一般要求。

表6 石灰岩矿石力学样分析结果Table 6 Dynamic analysis of the limestone

表7 石灰岩矿石物理性能样分析结果Table 7 Physical property analysis of the limestone

3.3.2 岩石放射性特征

本次工作共采集了3组石灰岩放射性样品进行分析,表8为测试分析结果。

表8 内照射指数(IRa)和外照射指数(Ir)统计Table 8 Statistics of the internal irradiation index (IRa) and the external irradiation index (Ir)

放射性结果表明,矿石的内照射指数(IRa)<1.0,外照射指数(Ir)<1.0,符合《建筑材料放射性核素限量:GB 6566-2010》[7]的要求,其产销和使用不受限制。

图2a-b.深灰色生物碎屑灰岩:粒屑结构,块状构造,粒屑为生物碎屑,主要为介壳类、有孔虫类、藻类等,均被方解石交代,矿物成分主要为方解石,少量黏土矿物和不透明矿物,岩石整体不含碱活性矿物;

图2 灰岩样品碱活性实验结果Fig.2 Alkali activity experiments of the limeston a-b.深灰色生物碎屑灰岩:粒屑结构,块状构造,粒屑为生物碎屑,主要为介壳类、有孔虫类、藻类等,均被方解石交代,矿物成分主要为方解石,少量黏土矿物和不透明矿物,岩石整体不含碱活性矿物;c-d.深灰色含生物碎屑微-细晶灰岩:具含生物碎屑微-细晶结构,块状构造,生物碎屑主要为介壳类、有孔虫类、藻类等,均被方解石交代,矿物成分主要为方解石,少量黏土矿物和不透明矿物,岩石整体不含碱活性矿物

图2c-图2d.深灰色含生物碎屑微-细晶灰岩:具含生物碎屑微-细晶结构,块状构造,生物碎屑主要为介壳类、有孔虫类、藻类等,均被方解石交代,矿物成分主要为方解石,少量黏土矿物和不透明矿物,岩石整体不含碱活性矿物;

3.3.3 岩石碱活性特征

根据采集的2件岩相碱活性样分析判定(图2),勘查区石灰岩不含碱-硅酸反应活性矿物、不含碱-碳酸盐反应活性矿物,无潜在碱活性危险。

4 结语

(1)雷波县足哈阳新组石灰岩矿的矿体内部结构简单,矿体厚度稳定,地质构造简单,矿区出露面积2.52 km2,资源储量丰富,合理地开发利用可以为当地的经济发展提供强有力的支撑。

(2)勘查工作采集的灰岩样品显示,w(CaO)平均53.62%,w(MgO)平均0.86%,w(SiO2)平均1.72%,w(SO3)平均0.08%,w(K2O+Na2O)平均0.02%,w(Fe2O3)平均0.10%,w(Al2O3)平均0.25%。其所有化学组分均满足Ⅰ类水泥用要求。

(3)通过计算,勘查区石灰岩w(CaCO3+MgCO3)加权平均值为97.49%,满足制灰用石灰岩w(CaCO3+MgCO3)>75%的标准。

(4)灰岩样品的物理力学指标显示,灰岩饱和抗压强度均值为35.17 MPa,坚固性(质量损失)均值为2.5%,压碎指标均值9.5%。各类指标变化系数小,均符合Ⅰ类建筑石料用要求。

注释：

① 四川省地质调查院.中华人民共和国1∶5万丁家坪幅区域地质图说明书[R].成都: 四川省地质调查院,2018.