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阿拉善左旗巴彥諾日公礦區(qū)飾面石材花崗巖礦地質(zhì)特征

2021-01-08 08:45趙明錢洪夫劉炎東李萌劉丙秋
化工礦產(chǎn)地質(zhì) 2020年4期
關(guān)鍵詞:飾面節(jié)理圖解

趙明 錢洪夫 劉炎東 李萌 劉丙秋

1 中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院,北京 100013

2 中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院,河北 涿州 072754

3 廣東省海洋資源與近岸工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中山大學(xué)),廣東 廣州 510006

4 中化地質(zhì)礦山總局,北京 100013

花崗巖是一種所有礦物成分均為結(jié)晶體的巖石,按照結(jié)晶顆粒的大小,可分為細(xì)粒、中粒、粗粒及斑狀花崗巖等。其顏色和光澤決定于長(zhǎng)石、云母及暗色礦物含量,通常呈灰色、黃色、薔薇色及紅色。優(yōu)質(zhì)花崗巖,晶粒細(xì)且均勻,構(gòu)造緊密,光澤明亮。天然飾面花崗石石材耐磨、耐腐蝕、抗風(fēng)化,色彩艷麗、質(zhì)地優(yōu)良?;◢弾r作為內(nèi)外飾面裝飾的視覺(jué)效果美觀且耐久,廣泛應(yīng)用于各類建筑物內(nèi)外裝飾、化工防腐容器、家庭生活用具等諸多用途。

針對(duì)飾面石材礦礦床,前人開(kāi)展了大量研究工作[1-3]。杜琬蓉、劉才偉、劉清風(fēng)等學(xué)者進(jìn)行了飾面石材礦礦床地質(zhì)特征和礦床類型及成因分析等方面的研究[4-6];同時(shí),也有很多學(xué)者對(duì)飾面石材構(gòu)成質(zhì)量一般要求的裝飾性能、放射性、荒料及荒料率、板材率等進(jìn)行了評(píng)述[6-10];對(duì)開(kāi)采技術(shù)條件的分析研究也得到了不少學(xué)者的關(guān)注[11-13],在此基礎(chǔ)上,一些學(xué)者研究了飾面巖礦石資源和儲(chǔ)量的估算方法[14,15];還有學(xué)者探討了礦山開(kāi)采可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害[16-18]。

內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善左旗飾面石材花崗巖礦產(chǎn)資源較為豐富[8,12,19-20],目前已形成一定的開(kāi)采規(guī)模并取得不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。巴彥諾日公礦區(qū)飾面石材花崗巖礦,位于阿左旗巴彥浩特鎮(zhèn)西北約200km,隸屬巴彥諾日公蘇木管轄。為滿足石材開(kāi)發(fā)需要,在研究區(qū)普查、詳查工作基礎(chǔ)上,中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院開(kāi)展了地質(zhì)填圖、地質(zhì)剖面測(cè)量、加密鉆探工程、試采荒料等飾面石材花崗巖礦開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)意義的預(yù)可行性研究。本文以項(xiàng)目工作報(bào)告為基礎(chǔ),詳細(xì)評(píng)價(jià)礦床地質(zhì)特征和礦石質(zhì)量等,以期為礦山投資開(kāi)發(fā)建設(shè)可行性研究和礦山建設(shè)初步設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

阿拉善左旗巴彥諾日公礦區(qū),位于內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善左旗巴彥浩特鎮(zhèn)西北約200km,地處阿拉善左旗巴彥諾日公蘇木查干敖包嘎查境內(nèi)。研究區(qū)交通較為便利,周邊已有數(shù)十家花崗巖礦開(kāi)采加工企業(yè),其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況均屬良好。區(qū)域內(nèi)尚有巖金、銅、小型鐵礦、水晶石、黃玉、芙蓉石及輝綠巖等礦山企業(yè)。

從區(qū)域大地構(gòu)造來(lái)看,該區(qū)位于華北地臺(tái)-阿拉善臺(tái)隆巴彥諾日公斷隆西部。區(qū)域上出露以巖漿巖為主,中、新生界產(chǎn)狀較平緩,因而所表現(xiàn)的構(gòu)造形跡多為斷裂構(gòu)造(圖1)。區(qū)域上主要以斷裂構(gòu)造為主,主要分布有一組走向上呈北西向展布的壓扭性斷裂,長(zhǎng)度一般為4~20km。斷裂切割海西期晚期花崗巖,斷裂帶由花崗碎裂巖組成。

從區(qū)域地層特征來(lái)看,該區(qū)在古生代屬華北地層大區(qū)(V)、晉冀魯豫地層區(qū)(V4)、陰山地層分區(qū)(V43),中-新生代屬阿拉善地層區(qū)(2)、潮水地層分區(qū)(21)。區(qū)域上缺失地層較多,出露地層主要有二疊系(P)、白堊系(K)、古近系(E)、新近系(N)和第四系(Q),新生界與中生界為平行不整合接觸,中生界與下古生界為角度不整合接觸。

圖1 區(qū)域構(gòu)造綱要圖Fig.1 Regional tectonic outline map

區(qū)域內(nèi)巖漿巖廣泛分布,出露侵入巖主要有:奧陶系、志留系、二疊系和三疊系。巖石組合以黑云母花崗巖、花崗巖居多,斜長(zhǎng)花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖次之,鉀長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖較少,花崗斑巖、流紋斑巖及石英斑巖等淺成侵入巖一般呈脈狀產(chǎn)出。礦區(qū)內(nèi)主要巖石類型為二疊紀(jì)黑云二長(zhǎng)花崗巖,飾面石材花崗巖礦賦存其中。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)地勢(shì)上相對(duì)其外圍屬于一個(gè)低緩慢坡、微起形山梁?;◢弾r等巖體以正地形或平地平坦裸露地表。該礦區(qū)主要分布有V1和V2兩個(gè)礦體,其主要礦體特征描述如下。

2.1 礦體特征

V1 礦體呈北東向長(zhǎng)條狀出露,控制深度在風(fēng)化層以下50m 左右?;◢弾r體基本裸露,地勢(shì)較平坦(圖2)。礦體長(zhǎng)約880m,寬約290m,面積約為265000m2。礦體平均厚度51.84m,厚度變化系數(shù)約為4.9%,厚度穩(wěn)定。礦石總體呈淺肉紅色,荒料花色較均一,完整度較好。礦體內(nèi)發(fā)育有≥2m 的夾石(裂隙破碎帶)2 處,厚度分別為3.30m、3.91m。礦體中西段發(fā)育2 處孤立花崗細(xì)晶巖脈(圖3),呈北東向不規(guī)則狀展布,產(chǎn)狀近于直立?;◢徏?xì)晶巖脈破壞了礦體的連續(xù)性和塊體完整度,作為夾石剔除。

圖2 V1 花崗巖礦體地形地貌Fig.2 Topography of V1 granite orebody

圖3 花崗細(xì)晶巖脈Fig.3 Granitic vein of V1 granite orebody

V2 礦體呈近東西向不規(guī)則五邊形出露,控制深度在風(fēng)化層以下50m 左右。礦體長(zhǎng)約530m,寬約290m,面積約為120000m2。礦體平均厚度為51.33m,厚度變化系數(shù)約為2.6%,厚度穩(wěn)定。礦石總體呈淺紅色,荒料花色較均一,色線、色斑較少,完整度較好。礦體內(nèi)發(fā)育1 個(gè)近東西向展布,長(zhǎng)約18m,寬約4.5m 的花崗細(xì)晶巖脈,近直立,作為夾石剔除?;◢徏?xì)晶巖脈對(duì)礦體的形態(tài)、規(guī)模起到了控制作用,但對(duì)礦體的完整性影響不大。

2.2 礦體節(jié)理/裂隙發(fā)育情況

走向節(jié)理玫瑰花圖如圖4 所示。對(duì)花崗巖礦體內(nèi)節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,礦體內(nèi)主要發(fā)育兩組節(jié)理:其中一組走向290°~320°,主要傾向NE,傾角75°~80°;另一組走向20°~45°,傾向SE,傾角69°~80°,兩組節(jié)理走向交角50°~80°。裂隙和節(jié)理面平直光滑,分離性好,張開(kāi)度較小,內(nèi)無(wú)充填物。

礦體線裂隙率是沿勘查線不等間距分段在出露較好的基巖面上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的。礦體面裂隙率情況在節(jié)理裂隙觀察統(tǒng)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),在V1礦體中布設(shè)7 處節(jié)理裂隙觀察統(tǒng)計(jì)點(diǎn),在V2礦體中布設(shè)2 處節(jié)理裂隙觀察統(tǒng)計(jì)點(diǎn)。V1 礦體中主要發(fā)育兩組節(jié)理,其中一組走向 285°~303°,傾向NE、SW,傾角73°左右;另一組走向180°~218°,傾向SE,傾角75°左右,兩組節(jié)理走向交角85°~105°。統(tǒng)計(jì)顯示,V1 礦體線裂隙率最高0.8 條/m,最低0.2 條/m,平均0.28 條/m,面裂隙率0.025 條/m2。V2 礦體中主要發(fā)育兩組節(jié)理,其中一組走向307°~333°,傾向NE、SW,傾角75°左右;另一組走向175°~232°,傾向SE、NW,傾角70°左右,兩組節(jié)理走向交角101°~132°。統(tǒng)計(jì)顯示,V2 礦體線裂隙率最高0.7 條/m,最低0.1 條/m,平均0.20條/m,面裂隙率0.028 條/m2。

圖4 節(jié)理裂隙走向玫瑰花圖Fig.4 Rosy diagram of joint statistics in the granite deposit

3 花崗巖石材質(zhì)量

裝飾性能及物理性能決定了礦石的品種及檔次,物理性能及放射性水平?jīng)Q定了礦石的使用價(jià)值及用途[21]。本文主要依據(jù)裝飾性能、放射性水平分類、物理性能、荒料及荒料率等指標(biāo),判斷該花崗巖飾面石材的礦石質(zhì)量。

3.1 礦石顏色和花紋

在V1和V2礦體采取的標(biāo)準(zhǔn)樣制成的飾面板材,外觀呈淺肉紅色(圖5),且在礦體深部顏色及礦石質(zhì)量特征較為穩(wěn)定(圖6)。這些標(biāo)準(zhǔn)樣以及飾面板材顏色均一、穩(wěn)定,色差微小,可拼性好,硬度高,強(qiáng)度大,耐磨損,不易變色,無(wú)孔隙,無(wú)裂紋,無(wú)有害礦物、色線、色斑等。據(jù)其拋光樣品特征以及相鄰礦山已定商業(yè)名稱,該飾面板材的顏色、粒度、花紋及物理性能等與當(dāng)?shù)靥厣贩N“諾爾紅”二級(jí)品相接近。

圖5 V1 礦體標(biāo)準(zhǔn)樣Fig.5 Standard sample of V1 granite orebody

圖6 V1 礦體鉆孔巖芯Fig.6 Drill core of V1 granite orebody

3.2 礦物組成

飾面石材花崗巖礦體礦石巖性均為黑云二長(zhǎng)花崗巖。中-粗粒(粒徑0.4~6mm)花崗結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,局部似斑狀構(gòu)造;斑晶為堿性長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石,粒徑一般為5~10mm,個(gè)別可達(dá)20mm,斑晶約占10%左右,呈板柱狀。主要礦物成分為石英(25%~30%)、堿性長(zhǎng)石(40%±)、斜長(zhǎng)石(20%~30%);次要礦物為黑云母和角閃石(5%~10%)。石英,它形粒狀,普遍破碎,表面裂紋、裂隙發(fā)育,充填于長(zhǎng)石間隙,并包裹交代、熔蝕長(zhǎng)石。堿性長(zhǎng)石:主要為微斜條紋長(zhǎng)石及條紋長(zhǎng)石,多呈半自形板柱狀,包裹并交代斜長(zhǎng)石小晶體,個(gè)別被石英穿孔交代。斜長(zhǎng)石,半自形-自形板柱狀,環(huán)帶發(fā)育。黑云母呈大小不等的半自形片狀,粒徑0.1~1.5mm。角閃石呈半自形柱狀,多與黑云母伴生分布。礦物大小不等,粒徑一般0.5~10mm 之間。

金屬礦物(1%~3%)由磁鐵礦、赤鐵礦及微量黃鐵礦組成。磁鐵礦多呈受熔蝕的半自形圓粒狀、橢圓粒狀及不規(guī)則針柱狀,粒徑0.005~0.63mm,零星散布及沿裂隙分布。副礦物:主要由綠簾石、磷灰石、榍石等組成,含量小于1%。

3.3 放射性

為了解本區(qū)花崗巖放射性是否符合建筑物內(nèi)外墻體裝飾的規(guī)范要求,開(kāi)展了放射性檢測(cè)。在2 個(gè)礦體內(nèi)共采取了11 件礦石樣品進(jìn)行了放射性核素分析(表1),在寧夏地質(zhì)礦產(chǎn)中心實(shí)驗(yàn)室完成測(cè)試工作。采用放射化學(xué)的方法測(cè)定鐳-226(226Ra)、釷-232(232Th)、鉀-40(40K)放射性核素的比活度,計(jì)算出花崗石石材內(nèi)照射指數(shù)和外照射指數(shù),按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)礦體的放射性核素限量做出評(píng)價(jià)。

表1 礦石樣品放射性檢測(cè)結(jié)果Table 1 Radioactive test result of the granite

測(cè)試結(jié)果表明各礦體的鐳-226(226Ra)、釷-232(232Th)、鉀-40(40K)、鈾-238(238U)放射性核素的比活度,平均值分別為CRa=31.4Bq.kg-1、CTh=47.9Bq.kg-1、CK=1018.4Bq.kg-1、U=32.18Bq.kg-1,內(nèi)照射指數(shù)平均值IRa=CRa/200=0.15<1.0,外照射指數(shù)平均值I?=CRa/370+CTh/260+CK/4200=0.52<1.3。根據(jù)內(nèi)照射指數(shù)平均值IRa和外照射指數(shù)平均值I? 來(lái)判斷,其放射性水平應(yīng)屬于A 類[21]。因此,該礦區(qū)飾面花崗巖石符合放射性核素限量的要求,可用于所有建筑物的內(nèi)、外飾面,其產(chǎn)銷和使用范圍不受限制。

3.4 物理技術(shù)指標(biāo)

為了解礦石的物理技術(shù)性能,在各礦體中采集具代表性物性實(shí)驗(yàn)樣,共計(jì)物理力學(xué)性質(zhì)樣11組(包括干燥壓縮強(qiáng)度、水飽和壓縮強(qiáng)度、干燥彎曲強(qiáng)度、水飽和彎曲強(qiáng)度,耐磨度、吸水率、體積密度樣各11 件,凍融循環(huán)壓縮強(qiáng)度10 件、抗剪強(qiáng)度樣2 件,共89 件)。該實(shí)驗(yàn)由寧夏地質(zhì)礦產(chǎn)中心實(shí)驗(yàn)室承做。各礦體礦石物理性能測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 礦石物理力學(xué)性能測(cè)定結(jié)果Table 2 Test results of physical and mechanical properties of the granite

花崗石石材的物理-力學(xué)性能主要指標(biāo)中,壓縮強(qiáng)度≥100Mpa,彎曲強(qiáng)度≥8Mpa,吸水率≤0.60%,體積密度≥2.56g/cm3,因此符合石材產(chǎn)品物理性能要求。

3.5 礦體荒料率的計(jì)算

首先,在礦體位置上布設(shè)了節(jié)理裂隙面觀察統(tǒng)計(jì)點(diǎn)。節(jié)理裂隙觀察統(tǒng)計(jì)點(diǎn)選擇在各礦體露頭較好、風(fēng)化層較淺(<0.50m)、能夠充分反映深部節(jié)理裂隙分布情況、具有代表性的基巖面位置處。對(duì)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)逐一進(jìn)行節(jié)理裂隙面統(tǒng)計(jì)、測(cè)定工作,可以最大限度的真實(shí)反映該組節(jié)理發(fā)育情況及對(duì)礦石荒料的影響程度。

然后,以節(jié)理裂隙觀察統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ),運(yùn)用體圖解法進(jìn)行了體圖解荒料率的計(jì)算,確定各個(gè)礦體的平均體圖解荒料率Ht。

采用體圖解荒料率的計(jì)算公式為:

式中:Ht1-體圖解荒料率(%);v1、v2、…vn-大、中、小各類荒料規(guī)格體積(m3);v觀-觀測(cè)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)體積(m3)。

采用節(jié)理裂隙下延1m 圖解荒料率測(cè)定法,截取荒料的類別和塊度,假定開(kāi)采臺(tái)段高1.0m,采掘帶寬度2m,開(kāi)采長(zhǎng)度為18~24m。

各礦體內(nèi)的各節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)點(diǎn)的體圖解荒料率經(jīng)加權(quán)計(jì)算后,得到該礦體的平均體圖解荒料率Ht。計(jì)算公式為:

式中:Ht-礦體平均體圖解荒料率(%);v1、v2、…vn-各節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)點(diǎn)的各類荒料規(guī)格總體積(m3);v觀1、v觀2、…v觀n-各觀測(cè)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)體積(m3)。

V1 和 V2 礦體的體圖解荒料率分別為40.99%、40.66%(表3)。V1 礦體T17-8 試采區(qū)節(jié)理統(tǒng)計(jì)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)體圖解荒料率(Ht)為44.25%,通過(guò)試采確定的試采荒料率(Hs)為40.27%。因此,本區(qū)荒料率校正系數(shù)Kh=40.27÷44.25=0.91。產(chǎn)生結(jié)果偏差原因主要是:表層節(jié)理裂隙比新鮮巖石面上的節(jié)理裂隙發(fā)育,造成表層荒料率偏低。

各礦體校正后理論荒料率(Hl)的計(jì)算公式為:

式中:Ht-各礦體體圖解荒料率(%),Kh-荒料率校正系數(shù)(Kh=0.91)。

校正后的各礦體理論荒料率為:V1 礦體(37.30%);V2 礦體(37.00%)(表4)。經(jīng)探礦權(quán)人驗(yàn)收并同意,本次工作采取以試采荒料率(Hs)校正后的各個(gè)礦體的理論荒料率(Hl)來(lái)確定每個(gè)礦體最終資源儲(chǔ)量估算的參數(shù)是可靠的。

表3 各礦體的體圖解荒料率(Ht)結(jié)果Table 3 Body graphic rate of quarrystone of ore bodies

表4 各礦體校正后理論荒料率(Hl)統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of corrected theoretical rate of quarrystone (Hl) of orebody

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)巴彥諾日公礦區(qū)飾面石材花崗巖礦研究,主要取得以下認(rèn)識(shí)。

(1)礦床地質(zhì)方面,該礦區(qū)主要圈定兩處礦體,其中V1 礦體為主礦體,長(zhǎng)880m,寬290m,平均厚度51.84m;整體看,礦體規(guī)模較大,形態(tài)比較穩(wěn)定,厚度穩(wěn)定,構(gòu)造破碎較少。

(2)石材質(zhì)量方面,礦石為淺肉紅色二長(zhǎng)花崗巖,中粗粒結(jié)構(gòu),礦石花色品種簡(jiǎn)單,分布均勻;通過(guò)物理力學(xué)試驗(yàn)樣品測(cè)試,飾面石材花崗巖礦壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、耐磨率、吸水率等均符合規(guī)范要求,放射性檢測(cè)也符合國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn);理論荒料率為37.00%~37.30%,試采荒料率(40.27%)大于18%,滿足一般工業(yè)指標(biāo)要求規(guī)定。

(3)根據(jù)該飾面板材的顏色、花紋、光澤度、礦物成份、物理性能及裝飾效果,并比照目前同類飾面石材市場(chǎng)行情,該飾面石材應(yīng)屬中-高檔花崗巖類飾面石材。該類礦體在礦區(qū)周邊仍有較大范圍的分布,因此該類礦床資源遠(yuǎn)景較大。

荒料率是露天礦山生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的指標(biāo),建議在礦山生產(chǎn)之后,依據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整完善。下一步將開(kāi)展資源量的估算研究,對(duì)礦床的地質(zhì)勘查和開(kāi)發(fā)利用提出建議。

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