湘西北吊井岩大理石矿床地质特征及开发应用

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　　摘  要  吊井岩大理石矿床属海相沉积碳酸盐岩类型，赋存于奥陶系中统牯牛潭组、宝塔组和下统分乡组地层中。矿体成层状，由4个矿层组成，分别产出绿云霞、红绿彩带石、溪州红和龟背石4种大理石品种，其物理性能良好，抗压强度为73.1-99.4 MPa，抗折强度为14.5-24.1 MPa，容重2.66-2.69g/cm3，吸水率0.26%-0.46%，抗冻性能合格。大理石石质细洁，镜面物像反映清晰，色彩绚丽，古朴典雅，丰富多彩。加工性、装饰性和拼接性良好，是一种优质的饰面石材，开发利用前景良好。
　　关键词  大理石矿;地质特征;开发应用;湘西北
　　中图分类号：P619.28+3                          文献标识码：A
　　Abstract： Diaojingyan marble deposits occurs in the Gunitan Formation， BaotaFormation of middle Ordovician and Fen xiang Formation of lower Ordovician. Marine sedimentary carbonate type deposit.Ore bodies occring in layer，is composed of 4 layers，rosyclouds，coloureribbon，xizhoustone，turtle checked respective. physical properties are good， absorbing rate 0.26 % -0.46 %， compressing strength 73.1-99.4 MPa，bucking strength 14.5-24.1 MPa，specific weight2.66-2.69 g/cm3， the satisfaction of antifreezingperformance.Fine texture of marble bright polished face，gorgeous and colourful， beautiful is simplicity， heavy with colour.Theprocessability，ornamenting and piece togegher performance are best， which is of an excellent quality of ornamental stone，showing a vast range of prospecting for exploitation and application.
　　Keywords： Marble deposit; geological feature; application; Northwest Hunan
　　0  引言
　　湘西北地区是湖南省石材资源重要产地，区内已发现石材产地276处，已知大型、特大型矿床3处;全区计109个品种[1]。其中永顺县大理石矿资源尤为丰富，品种较多，且较新颖[2-3]。吊井岩矿区及其周边的大理石矿位于永顺县中部，达大型矿产规模。本文对吊井岩大理石矿床地质特征及其开发应用进行了探讨，或可作为该地区及类似地区大理石矿找矿勘查及研究提供借鉴。
　　1  区域地质背景
　　区域构造位于扬子地台区东南缘，湘西北弧形构造带的弧外（八面山褶皱带）。在地层和沉积建造上，是一个在扬子旋回基础上发展起来的长期沉降单元[5]。自震旦纪以来到三叠纪除缺失泥盆系下统和石炭系外，其他各地层发育较全。在地层分区上，本区属湘西北区八面山小区[6]。中晚寒武系为台地边缘浅滩相区，岩石类型为高能环境的亮晶砾屑灰岩类。早、中奥陶系为台地-台地边缘浅滩相区，分别为亮晶内碎屑灰岩，和紫红色，次为灰绿色的泥质泥晶灰岩、含生物屑泥晶灰岩等。晚奥陶系为滨岸滞流盆发相区，沉积物为灰黑、黑色砂质页巖、炭质页岩等。早志留世早期（龙马溪期）沉积的龙马溪组，属半局限滨海岸至局限浅海盆地沉积环境，以炭质页岩沉积为主。本区域大理石主要赋存于奥陶系，该系下伏上寒武统耗子沱群连续沉积，上与下志留统龙马溪组整合或假整合接触（图1）。
　　区域构造与褶皱构造为主，呈NNE-NE向斜列展布，一般背斜紧密（紧闭行），向斜开阔，为典型的隔挡式褶曲。断裂一般不发育，多相伴褶皱发生，其走向与褶皱轴向近于一致，断层性质多为逆断层。就整个构造面貌而言，当属简单构造类型。区内未见岩浆岩出露。
　　区域非金属矿产主要有石灰岩、水泥石灰岩和大理石等。石灰岩和水泥石灰岩矿产出层位为奥陶系下头分乡组和南津关组的灰-灰黑色厚层状灰岩。大理石矿产出层位主要为奥陶系中统牯牛潭组上段的紫红色砾屑灰岩、砾屑含泥质灰岩和宝塔组的含生物屑泥粉晶灰岩和龟裂纹灰岩，以及下统分乡组中下部所夹的灰黑色灰岩。上述岩石经加工磨制、抛光后，颜色花纹美观，光泽度高，具较好的装饰性。区内大理石分布广泛，延长可达数十千米，厚度可达百余米，产状稳定，质量优良，资源丰富。
　　2  矿区地质
　　2.1地层
　　矿区出露地层由老至新简述如下（图2）：
　　（1）奥陶系下统大湾组（O1d）
　　为紫红色中厚-厚层瘤状泥质灰岩。厚度67-121m。
　　（2）奥陶系中统：包括、宝塔组。
　　牯牛潭组（O2g）：为区内大理石故的主要赋存层位。依据岩性特征及大理石品种类型，分为2个岩性段：
　　第1段（O2g1）：为紫红色中厚层瘤状泥质灰岩，底部为灰绿色非常非常砂质页岩夹灰岩透镜体。厚度16m。该层为矿层的直接底板。 　　第2段第1层（O2g2-1）：下部为灰绿色厚-巨厚层状砾屑灰岩，是绿云霞或绿松皮大理石赋存层位，岩性稳定。厚度2.39-4.52 m。上部为紫红色、灰绿色厚-巨厚层条带状砾屑灰岩。是红绿彩带石或红松皮大理石赋存层位，厚3.99-14.17 m。
　　第2段（O2b2）：为赭灰色厚层状龟裂纹灰岩，产介形虫、腹足类化石。厚度10.95～15.95 m。该层为龟背石一级品大理石赋存层位。
　　（3）奥陶系上统
　　临湘组（O3l）：为灰-灰绿色中厚层瘤状泥质灰岩，产三叶虫、介形虫、棘皮类化石。厚度11.39 m。该层为大理石矿层直接顶板。
　　五峰组（O3w）：为灰黑色页岩、粉砂质页岩夹少量硅质页岩薄层，岩石中见完整的笔石化石，厚度9.40m。与上伏地层呈整合或假整合接触。
　　（4）志留系下统龙马溪组（S1l）：为青灰色粉砂质页岩夹细-粉砂岩条带。
　　2.2构造
　　矿区位于沙达溪倒转背斜北西翼，为单斜构造。岩层走向20°～35°，倾向NW，倾角8°～20°。区内断裂仅有区域性的塔家湖-黎子坳断层从矿区东北隅通过，对矿层无破坏作用。区内节理裂隙不甚发育。在矿层中节理裂隙的分布有矿层底部多、中间少、上部多的变化趋势。矿层上覆岩层比下伏岩层节理裂隙发育，平面上无多大变化，线裂隙率为5条/m2。大部分为构造节理裂隙，地表有少量风化裂隙向深部逐渐消失。节理裂隙大多垂直层理分布，倾角大于70°。裂隙面平直，一般无充填物。裂隙在深部一般呈直线状，在地表部分常形成上宽底尖的“V”字形状，为地表水长期溶蚀而成。裂隙中大多数为方解石脉充填胶结。裂隙倾向极点多分布在20°～50°和100°～150°两个范围内，平面上呈2组共生节理，综上所述，矿区内的构造对大理石的成荒率影响不大。
　　3  矿床特征
　　3.1矿体产出特征
　　矿体赋存与奥陶系中统十字铺组第2段和宝塔组地层中（图3）。矿体呈层状产出，产状稳定，总体走向NNE，倾向NWW，倾角10°-20°。区内控制矿体长度1060-1160 m，矿体总厚65.96-80.84 m，无夹石存在。矿体厚度在走向上有中间两端逐渐变薄的趋势，沿倾斜方向有增大的趋势。矿体也在其装饰性（岩性、颜色、花纹、结构构造和光泽度等）特征上，经取样加工后的磨光样品观察，无论走向上还是倾向上变化均不大，可进行划分对比。
　　3.2大理石类型和品种及其化学特征
　　大理石类型为海相沉积型的碳酸盐岩类彩色大理石，即属于为变质的碳酸盐类岩类型。根据大理石的颜色、花纹及其装饰性，划分为绿云霞（或绿松皮）、绿彩带石（或红松皮）、溪州红、龟背石一、二级品等共5个品种。
　　（1）绿云霞：岩性为灰绿色条带状砾屑灰岩，泥粉晶结构，似砾状构造。据显微镜鉴定，矿石主要由泥粉晶方解石基质、部分白云石和少量钙质砂屑、生物碎屑和陆缘粉砂、石英组成，为基底接触式胶结。该品种颜色淡绿，色调明快，泥质条纹不均匀地分布构成了美观的花纹，形态似松皮。镜面光泽度较高，物像清晰，装饰性能良好，为本区大理石之上品。
　　（2）绿彩带石：岩性为紫红色夹绿色、肉红色砾屑灰岩。泥粉晶结构，似砾状、斑纹状构造。矿石是由泥粉晶方解石基质和部分黏土矿物、白云石、粉晶石英组成。岩石中发育有成岩作用期形成的黏土矿物的条纹。该品种色调以紫红色为主，兼有灰绿色、肉红色，使光面上具有色彩绚丽的花纹和彩带，图案别致，酷似松皮。具有一定的光泽度和成像性能，装饰性较好。
　　（3）溪州红：岩性上部和下部为紫红色砾屑含泥质灰岩，中部为紫红色砾屑灰岩。泥粉晶或含生物碎屑泥晶结构，不规则条纹状或似砾状构造。由于泥质成分的富集，地表显示条纹状构造。矿石由泥粉晶方解石基质组成，含少许陆缘粉砂石英和氧化铁质、白云石、绿泥石等。生物屑以介形虫、三叶虫、腹足类为主，棘皮次之。该品种颜色为紫红色，色彩均一，装饰性能良好，色调古朴、庄重;光泽度高，镜面物像反应清晰;板材易于拼接，是本区大理石中最佳品种，为高级建筑物饰面石材的佳品，是目前国内外最畅销的上等品种之一。
　　（4）龟背石二级品：岩性为赭灰色厚层状含生物碎屑粉晶灰岩。具生物屑粉晶结构。矿石由泥粉晶方解石基质和生物屑组成。生物屑以介形虫、三叶虫为主，棘皮类、腹足類次之。其大小不等，杂乱无章的分布在基质中。该品种颜色赭灰，微带棕红;质地细腻;光泽度很高，物像反应很清晰;光面上有生物碎屑构成的图像千姿百态、新颖别致，装饰性能好。
　　（5）龟背石一级品：岩性为赭灰色厚层状龟裂纹灰岩。生物屑泥粉晶结构。矿石由泥粉晶方解石基质和生物屑组成，含少量白云石、黏土质和氧化铁质。生物屑以介形虫、腹足类为主，三叶虫、棘皮次之。岩石中具不规则的成岩阶段形成的龟裂纹。该品种颜色为赭灰色，微带赭色。光面上龟裂纹清晰，图案古朴典雅，酷似龟背。板材光面龟纹生动，奇趣而富于神韵。光泽度很高，表面物像反应清晰;装饰性和拼接性能好，是目前国内外市场最畅销的高级饰面石材之一，也是本矿区之上品。
　　矿区大理石为以泥粉晶方解石、泥和以泥粉晶方解石、生物屑为主要的碳酸盐岩，含少量白云石、陆缘粉砂石英、黏土矿物、氧化铁质及生物屑等，为灰绿色或紫红色砾屑灰岩、赭色含生物碎屑泥粉晶灰岩、赭色龟裂状灰岩等。由表1可以看出，矿石的主要化学成分均以CaO为主，次为SiO2以及Al2O3、Fe2O3等，由于其他矿物或杂质元素的影响，故在化学成分上有一定的差异。
　　3.3大理石物理性质特征
　　大理石的物理性能是衡量大理石质量的主要指标。本次采样物性测试样品均由永顺县溪州大理石厂提供的吊井岩和氽岔板材试样，分别经湖南省建材产品质量监督检验站和湖南省建筑设计院测定。各品种物理性能良好（表2）。
　　（1）抗压、抗折强度：大理石的抗压、抗折强度取决于岩石的矿物成分、结构构造、节理裂隙及风化程度。矿区五个品种中的抗压强度红绿彩带石和龟背石接近于国标，但溪州红可能由于矿石中泥质成分较高，抗压强度受到影响，达不到国标。但其抗折强度三个品种均达到了国际规定的要求。 　　（2）吸水率、容重：吸水率是指大理石吸水的能力，它反映大理石内部所含空隙的数量、大小、分布和连通情况。一般吸水率低的大理石抗风化性能强，反之则弱。根据采样测试，平均吸水率溪州红为0.41%，红绿彩带石为0.26%，龟背石为0.46%，均低于国家标准≤ 0.6%。由此可见，三个品种的大理石抗风化性能均为良好，尤以红绿彩带石为最好。
　　容重测试是大理石的一项特殊指标，反映大理石单位体积的干重。本次测定的大理石的容重平均为2.66-2.69g/cm3，各品种变化只不大，均符合质量要求。
　　（3）抗冻性：作为室外建筑装饰材料，抗冻性能是衡量大理石质量优劣的标志。通常认为，在大理石处于潮湿状态下，经多次融冻而无显著破坏，其重量损耗不大于2%为好。通过对龟背石抗冻性能的测定表明：试样在饱和水后，在-20℃（误差±2℃）低温下，经15次循环融冻，其表面未见新裂纹，无重量损失，抗冻系数为4.8%。由此可知，本区大理石的抗冻性能是良好的。
　　（4）耐磨率：耐磨性除了是衡量大理石板材质量的标准外，还是大理石加工效率高低的一项指标。本区大理石的耐磨率，绿云霞为2.14，溪州红为1.81～2.96，龟背石为1.22，均在大理石耐磨率参照指标6.95～0.9范围内。
　　（5）光泽度：光泽度的高低是大理石装饰性能的重要标志之一。经用光电光测定，绿彩带石、绿云霞光泽度为85.4，溪州红分别为72.4、93.0，龟背石为100、97.0。表明本区大理石性能良好。
　　（6）放射性：本矿区对57件磨光样品进行了放射性检查测量，其放射性强度均低于5r。按规定，作为建筑装饰板材的大理石，要求其放射性强度不能大于15 r。本区大理石放射性强度低，完全符合要求。
　　3.4大理石的成荒率及成材率
　　成荒率是衡量大理石矿床有无开采价值的重要指标。成荒率的高度取决于裂隙的发育程度。本区大理石矿床中裂隙不甚发育，故理论成荒率较高（表3）。据矿区进行的6个裂隙统计点共978m2的理论成荒率统计资料，按JC202-76标准，截取成荒面积656.55 m2，平均理论荒料率达82.27%。
　　根据垂直层理和平行层理2个方向统计结果，垂直层理方向理论成荒率为81.88%，平行层理方向理论成荒率为85.57%。
　　从上述不同品种、不同方向、不同位置的理论成荒率统计可以看出，本区大理石理论成荒率变化不大。考虑到裂隙倾角的陡缓对大理石荒料影响和荒料的开采，依据长为2m、宽为1m、厚为1m的规格结合裂隙倾角进行了验证统计，得出L1平行层理的龟背石大理石的理论荒料率为68.6%。桉隐裂隙对大理石荒料的影响系数采用0.8计算，则为54.88%。
　　本矿区大理石的成材率溪州红为15～20m2/m3，龟背石为18～20m2/m3。
　　4  开发应用
　　湘西北地处云贵高原东侧，以武陵山脈为主体，亚热带山区气候宜人，良好的生态、清新的空气、优美的环境、优越的区域位置和便捷的交通条件，依托资源优势，为着力发展市场石材产业奠定了坚实的基础。
　　大理石工业是一个无废料工业。在开采加工时，需对废石和边角碎料进行综合利用。对于这种彩色大理石因其具有红、绿、赭三种不同的色彩，只要组合、利用、设计得好，就能创造出各种有价值的产品来。如将绿色、红色和赭褐色的碎石和石渣，加工成石米或石粉，用来生产彩色水磨石和外墙水刷石，除具有防火、耐久的特点外，而且美观大方，光泽如镜，其绚丽多姿与天然大理石的自然华贵的风格各具特色。在板材切割时，利用小块边角碎料再加工成精美的彩色雕刻工艺品、纪念牌、拼装壁画用量也很大，还可以制作生活用品，如桌面、灯座、钟表壳、茶具、酒具、烟具、花盆、钟座、台历板、文具等等，用途会更广。对于边角余料，还可以用于生产拼花大理石和冰纹大理石，若拼花得当，黏结得当，其价值不亚于正品板材，定能收到良好的经济效益。
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