試談普通建筑石料礦產地質勘查及技術方法

葉立鑫

(原福建省建材(控股)有限責任公司，福建 福州 350003)

1 概述

本文所述的普通建筑石料礦產是指除飾面石材、規格石料(建筑用條塊石、路沿石、鋪面石等)及工藝美術用石材之外的可破碎加工成不同粒度的建筑用碎石、機制砂(人工砂)的天然巖石。

隨著我國基礎設施建設和房地產業的迅速發展，對混凝土和建筑用砂、石料的需求量日益增多，且消耗量巨大。通常，混凝土中使用的骨料(砂、碎石)量約占混凝土質量的6/7左右，現全國每年僅混凝土骨料的消耗量近百億噸，可以說天然砂、石料礦產的年消耗量是固體礦產資源中消耗量最大的礦產。因此，必須加強對普通建筑石料礦產的地質勘查，查明其資源儲量情況，以滿足建設的需要。

目前我國對普通建筑石料礦產地質工作總體較薄弱，地質工作程度普偏較低，地質勘查中存在的問題較多，主要表現在以下幾個方面：

(1) 由于缺乏建筑石料礦產地質勘查規范，勘查工作缺乏統一的標準和要求，造成勘查程度和成果質量參差不齊，影響礦床開發和利用。

(2) 勘查類型和工程間距的確定缺乏統一的類比、參考依據，造成勘查線和工程布置普遍帶有隨意性、盲目性，從而影響勘查效果。

(3) 普遍以巖(礦)石加工產品(碎石、機制砂)的質量或技術標準作為地質勘查一般工業指標，導致圈礦標準和礦床評價參差不一。

(4) 原礦物性樣品采集和測試項目與加工產品的物性樣品采集和測試項目混淆在一起，且測試項目不全、不統一，從而影響礦石質量和用途評價。

(5) 在礦床開發經濟效益預評價中，常誤以原礦產量當作加工產品的產量進行經濟效益估算，使估算的經濟效益與實際相差較大。

由于存在上述問題，影響了礦床勘查工作程度和成果質量，給勘查報告和資源儲量評審造成困難，也影響了礦床的合理開發和利用。為了克服和扭轉此狀況，筆者結合建筑石料礦產資源儲量多年評審經驗和體會，對普通建筑石料礦產地質勘查工作程度及技術方法等提出以下探討意見和建議，供地質勘查參考。

2 地質勘查工作程度及技術方法探討

2.1 建筑石料礦產地質勘查程度

國土資源部國土資發[2007]68號《關于全面實施〈固體礦產資源/儲量分類〉國家標準和勘查規范有關事項的通知》中規定：“申請設立采礦權(含劃定礦區范圍)大中型煤礦應達到勘探程度；非煤礦山原則上應達到勘探程度；簡單礦床應達到詳查并符合開采設計要求(《礦產勘查開采分類型目錄》中第三類礦產除外)”。其中《礦產勘查開采分類型目錄》中所列的第三類礦產就包括了普通建筑材料用砂、石、粘土礦產。而68號文中所述的“簡單礦床”即指國標GB/T13908-2002《固體礦產地質勘查規范總則》中所劃分三種勘查類型中的第Ⅰ類型簡單礦床。由此可見，普通建筑石料礦產屬于第三類礦產中第Ⅰ勘查類型的簡單礦床，基于文中規定的第三類礦產“除外”，即可理解為不必做到詳查程度，也就是說不論大、中、小型規模建筑石料礦床均可只做到普查程度即可，提交推斷的(333)資源量(當有少量深部驗證鉆孔控制時，可探求少部分控制的資源量)；而礦區水文、工程及環境地質等開采技術條件的查明程度應滿足礦山建設設計的要求，也可理解為通過一般水文、工程地質調查達到“基本查明”即可。

2.2 勘查類型和工程間距的確定

普通建筑石料礦產常見的巖石(礦石)包括有：巖漿巖中分布廣泛的花崗巖、閃長巖、凝灰巖、安山巖等；變質巖中的片麻巖、混合巖類；沉積巖中的石灰巖、石英砂巖等，屬于第三類礦產，其勘查類型一般劃歸《固體礦產地質勘查規范總則》中的第一類型簡單礦床。但規范總則中沒有提出勘查類型相應的工程間距，而僅是規定為：“工程間距通常采用與同類礦床類比的辦法確定。”

目前，建筑用石料礦已有礦種勘查規范可類比的同類礦床，主要為飾面石材礦、石灰巖礦及玻璃用石英砂巖礦。飾面石材礦和玻璃用石英砂巖礦第Ⅰ勘查類型探求控制的資源量的工程間距為200～300m，而石灰巖礦第Ⅰ勘查類型相應控制的工程間距為400m。但在建筑石料礦實際勘查工作中通常采用較上述可類比的同類礦床第Ⅰ勘查類型的工程間距偏密，而且常以規范中探求控制的資源量的工程間距來探求(333)資源量，這顯然是不合理的。實際上，像建筑用花崗巖礦(或其他巖漿巖)勘查評價時，沒有像作為飾面用花崗巖礦需查明巖石顏色花紋、色線色斑、荒料塊度和荒料率等較特殊的要求，其勘查有一定的難度。對建筑石料礦來說，其勘查評價就相對簡單的多。

根據建筑石料礦床的一般產出特征，影響礦床勘查難易程度的主要地質因素一般有以下三種：

(1) 礦體內部結構復雜程度(巖石類型是否單一，或存在兩種以上巖石類型；是否存在需剔除的不可用夾石層或脈巖)。

(2) 浮土層和基巖風化層分布及厚度大小。

(3) 地質構造復雜程度(是否存在影響礦體連續性和礦體圈定的斷裂破碎帶)。

根據以上三種主要地質因素，筆者提出將建筑石料礦床劃分為以下的兩種勘查類型：

(1) 簡單Ⅰ-1類型：礦體內部結構簡單；浮土層和基巖風化層不發育，或厚度小(剝采比一般≤0.5∶1m3/m3)；地質構造簡單。

(2) 簡單Ⅰ-2類型(偏中等型)：礦體內部結構簡單偏中等復雜；浮土層和基巖風化層發育或厚度較大(剝采比超過0.5甚至超過1∶1m3/m3)；地質構造簡單偏中等復雜。

筆者總結多年來建筑石料礦地質勘查和礦山開采經驗教訓，結合對該類礦產地質勘查報告評審的經驗體會，提出上述兩種勘查類型的工程間距建議(見下表)供勘查時類比參考之用。

普通建筑石料礦產勘查類型及工程間距建議

考慮到在實際勘查工作中，經常會遇到劃定的勘查區(或采礦權)范圍面積較小的情況，這時盡可能采用表中工程間距的上限值，當采用上限值仍難以布置勘查線時，應以勘查區內至少布置2～3條勘查線為原則，適當采用較密的線距布置勘查線，以達到有效地控制礦體和便于估算資源儲量。

2.3 勘查方法、勘查手段及工程布置

在地方礦產資源規劃的開采區范圍內，通過地質踏勘，選定或圈出勘查區(擬定探礦權或采礦權)范圍。較理想的勘查區范圍一般應符合以下幾個條件：

(1) 巖(礦)體延展連續穩定，完整性較好。

(2) 出露良好，覆蓋層(浮土層)及基巖風化層厚度及剝采比小，開采技術條件簡單。

(3) 斷裂構造不發育，巖脈無或少。

(4) 礦區所處的交通運輸相對便利，離城鎮較近；附近無重要建構筑物、無生態林區及文物保護區等。

(5) 預估的礦石資源量能滿足擬建礦山規模和服務年限的需要。

根據建筑石料礦體的產出特征，通常采用平行勘查線法進行勘查。勘查工作以地表露頭地質觀測研究為主，填測制工作區地形地質圖和地質剖面圖。當礦體普遍被第四系浮土層覆蓋并在礦體上部存在基巖風化層時，應沿著勘查線布置槽井探工程予以揭露。當浮土層、風化層厚度較大，地表槽井探工程不能揭穿其厚度時，應改用淺鉆進行揭露控制，對基巖風化帶應根據不同風化程度和物理力學性能等特征劃分強、弱風化帶，并確定各帶分布和厚度。

地質填圖所采用的地形圖需儀器實測，小型礦區亦可采用小比例尺地形圖放大后經野外用儀器修測而成。測量精度與要求應按國標GB/T18341-2001《地質礦產勘查測量規范》執行。考慮到今后礦山開采及總平面布置的需要，地形圖測量范圍可根據實際情況適當擴大(一般擴大至擬定的礦界外約100～200m)。地形地質圖比例尺一般為1∶2000或1∶1000，地質剖面圖比例尺一般為1∶1000。

建筑石料礦區巖石和礦石類型一般較單一；礦體連續性、完整性較好，且變化較小；地質構造簡單；礦石質量變化較小，且越往深部礦石質量一般趨向越好，故屬簡單Ⅰ-1勘查類型時，深部礦體一般不需要布置巖心鉆探進行控制和驗證。若屬大中型礦床或當礦體內部結構或地質構造屬簡單偏中等的簡單Ⅰ-2勘查類型時，宜布置少量深部巖心鉆孔進行驗證控制。

2.4 采樣測試工作

為了查明建筑石料礦的礦石特征及質量情況，以滿足礦石加工和利用的需要，在勘查時需按不同巖(礦)石的巖性、礦石類型分別采集代表性樣品進行巖礦鑒定、物化性能和力學強度測定、化學全分析、礦石加工技術性能試驗等。其中巖礦鑒定除肉眼鑒定外，還應進行鏡下鑒定，以便正確定名。礦石物化性能采樣需按不同礦石類型分別采集原礦樣品和加工成碎石或機制砂產品的樣品。對原礦樣品(包括微風化、弱風化帶巖石)主要按工業指標要求的項目(如抗壓強度、硬度、吸水率、小體重或表觀密度等)進行測定；對礦石加工產品(碎石、機制砂)物化性能測定樣品是采自礦石加工技術性能試驗的產品或附近同類礦山加工破碎車間的產品，其采樣要求及物化性能測試項目和測試質量要求，需按照國標GB/T14684-2011及GB/T14685-2011中的規定執行，并對測試結果進行評價。至于礦石加工技術性能試驗樣品，則是采集地表及淺、深部一定數量有代表性原礦樣品(按不同巖性類型分別采樣然后組合而成)，委托有資質單位實驗室，采用破碎、研磨、篩分等工藝流程，制成不同規格粒度的碎石或機制砂，以評價礦石加工的難易程度及加工技術性能。當礦區附近已有同類型礦石的生產礦山和加工場時，可收集其加工生產方面的相關資料進行類比評價，此時可不必再采樣進行礦石加工技術性能試驗。

建筑用碎石產品物化性能測試項目通常包括：顆粒級配、針片狀顆粒含量、含泥量、泥塊含量、堅固性、壓碎指標、硫酸及硫化物含量(以SO3質量計)、有害雜質(有機物)含量、連續級配松散堆積空隙率、含水率及堆積密度(用戶有要求時)、堿集料反應試驗等。若有加工機制砂產品時，除測定上述項目外，還需加測：石粉含量、有害物質(云母、輕物質、氯化物等)含量。當產品用作高速公路面層石料，或鐵路道渣等特殊用途時，還需按相關行業標準要求加測相關物性項目(如磨耗率、磨光值、對瀝青的粘附性、軟石含量等)，并對測試結果進行評價。

需特別注意以下兩點：①在編寫勘查報告時，應將原礦石與加工產品(碎石、機制砂)的采樣和物化性能測試成果及評價分開敘述；②當原礦物化性能測試結果各項質量指標均合格，而其加工產品(碎石或機制砂)物化性能測試結果有時出現某些項目質量未能達標(如：顆粒級配、針片狀顆粒含量、含泥量、石粉含量等)，這可能是由于加工工藝設備選型或操作不當等原因造成的，并非是由于原礦質量問題所致，一旦對工藝設備進行調整完善或操作改進之后，一般即可達到標準要求。因此，遇到此種情況時需仔細分析原因，不宜輕易、簡單的作出否定結論。有時加工產品(碎石、機制砂)各項物化性能測試結果均達標，僅堿集料反應試驗結果超標(不合格)，若重做試驗結果仍為不合格時，則礦石只能作為一般民用建筑石料(如條石、塊石、毛角石等)用途進行評價。

2.5 放射性檢測

主要作為混凝土骨料用的建筑石料礦產勘查時，需進行放射性檢測，并按照國標GB/6566-2010《建筑材料放射性核素限量》進行評價。通常先采用巖石編錄方法沿著地質填圖路線或勘查線的天然及人工露頭上測量并導出γ照射量率，對礦床放射性水平作出初步評價。若巖石γ照射量率遠低于標準限量時，可不必再做天然放射性核素分析，只需在地質報告中敘述礦區各巖石γ編錄點位置及測定的數據并進行評價即可。若礦區巖石γ照射量率超標或在限量值上下波動時，則必須采樣測定巖石放射性比活度(放射性核素限量測試)，然后根據測定結果對礦區放射性水平作出結論評價。

2.6 水文、工程及環境地質等開采技術條件的查明程度

建筑石料礦床的勘查一般限定在當地最低侵蝕基準面以上，適宜采用露天開采的范圍內。因此，勘查時需在調查收集區域水文地質資料的基礎上，著重調查礦區含水層分布及其富水性，并收集長期水文地質觀測資料、調查地表徑流、排泄補給等條件，達到基本查明礦床(礦區)水文地質條件，同時提出供水水源、水量及水質情況。工程地質方面需初步劃分礦區工程地質巖組，采樣測定巖石力學強度，評價礦、巖石及露采邊坡穩定性，提出開采后可能產生的工程地質問題及防治措施，基本查明礦區工程地質條件。對礦區環境地質方面重點調查礦山開采及剝離對生態環境的影響及應采取的防治措施，基本查明礦區地質環境質量。

總之，通過礦床水文、工程和環境地質調查，對礦床開采技術條件總體需達到基本查明程度，以基本能滿足礦山建設設計需要為準。

2.7 工業指標

建筑石料礦產地質勘查一般工業指標包括礦石質量要求和開采技術條件兩個方面要求。礦石質量要求主要針對原礦的質量要求，而不是對加工產品(碎石、機制砂)的質量要求。在筆者評審過的建筑石料礦區勘查報告中經常發現將國標《建設用卵石、碎石》、《建設用砂》中的加工產品質量指標當作地質勘查工業指標，這是不合適的。對建筑石料礦來說，只要巖(礦)石新鮮，結構致密堅硬，力學強度高，則加工的碎石或機制砂主要物化性能指標(如堅固性、壓碎指標等)一般均能達到國標要求，除極個別礦區堿集料反應試驗結果有略超標外，其他如顆粒級配、針片狀顆粒含量、含泥量、泥塊含量、石粉含量、有害物質含量等只要選用合適的工藝流程、設備和操作條件，一般就能達標。由此可見，將加工產品的質量要求當作地質勘查工業指標顯然是不妥的。筆者總結多年建筑石料礦產地質勘查和礦山生產經驗，結合評審工作經驗體會，提出普通建筑石料礦產地質勘查一般工業指標建議如下，供參考。

2.7.1 礦石質量要求(作為加工砼骨料——碎石或機制砂用)

(1) 巖石新鮮，結構致密。

(2) 巖石力學強度高，在水飽和狀態下，巖石抗壓強度(壓縮強度)為：火成巖≥80MPa，變質巖≥60MPa，沉積巖≥30MPa。

(3) 巖石表觀密度或小體重≥2.6t/m3。

(4) 吸水率≤2.0%。

說明：加工的碎石或機制砂產品物化性能測試結果一般須達到國標《建設用卵石、碎石》、《建設用砂》中的技術標準，若主要物化指標(如壓碎值、堅固性、堿集料反應試驗)未能達標時，可改作為一般民用建筑石料(如條石、塊石、毛角石等)用途評價。

放射性γ強度必須測定和達標，此系通用要求，可不必列入指標。

2.7.2 開采技術條件要求

(1) 最低開采標高：一般不低于當地最低侵蝕基準面標高，若低于時，一般需通過技經論證。

(2) 夾石剔除：不能用作建筑石料的一定厚度(大中型礦床一般≥4m，小型礦床一般≥2m)的夾石層、脈巖、蝕變巖、有害物質聚積區、斷裂破碎帶等盡可能單獨圈出，參與剝離量計算。

(3) 采場最終邊坡角：松軟狀(含浮土、強風化層及弱風化層)≤45°，巖石狀≤60°。

(4) 采場最終底盤寬度：大中型礦≥60m，小型礦≥30m。

(5) 剝采比≤0.5∶1m3/m3。

(6) 爆破安全距離≥300m。

2.8 綜合利用評價

飾面石材礦一般采用人工楔裂法或機械鋸割法開采，而主要作為加工碎石、機制砂的建筑石料礦山，通常是采用鑿巖爆破方式進行開采。因此，首先通過調查看能否作為飾面石材礦的用途進行評價，若能作為飾面石材礦進行開發，則應以飾面石材礦勘查評價為主，然后對礦山開采后形成的邊角廢石料再加工成碎石或機制砂，這樣就能最大限度發揮資源綜合開發效益。筆者最近評審過一處已開采多年的飾面用花崗巖礦山(荒料及加工的板材出口到國外)，被封閉停產后改為建筑用石料礦區，對此做法感到有些不解，為何不允許繼續先開采飾面用花崗巖荒料，然后對邊角廢石料進行加工，制成碎石或機制砂，這樣既可綜合利用又不影響生態環境。

對于不能作為飾面石材礦開發的礦區，只能作為普通建筑石料礦進行勘查和開發利用，礦山開采的剝離物(土、廢石)一般可作為道路建設維護的填充料使用。對風化層中的石英砂可通過篩選獲取作為建筑砂。而加工碎石、機制砂產生的少量石粉可考慮作為制磚原料使用。故單一的建筑石料礦綜合利用評價相對較為簡單。

2.9 礦床開發經濟效益預評價

建筑石料礦勘查階段一般進行概略研究性質的經濟效益預評價，需在分析當地礦產品市場需求形勢的基礎上，初步確定礦山生產規模(包括原礦年產量、加工的碎石、機制砂年產量)、產品品種規格、產品出礦(廠)價格、年銷售收入、銷售成本、各類稅費(含增值稅、資源稅、資源補償費、企業所得稅等)、礦山總投資(含基建投資、生產流動資金)、年凈利潤、投資利稅率、投資回收期、投資收益率等，最后對項目的可行性及經濟效益得出初步的結論性評價。

需注意的是，在經濟效益預測中，不能將礦山原礦年產量當作加工的碎石、機制砂產品年產量進行經濟效益估算。因為原礦加工成碎石、機制砂后，雖重量基本未變，但加工產品的松散堆積體積變大，一般1m3原礦加工成產品后體積增加至1.5m3左右(視不同巖石松散系數而定)，而產品銷售是以體積計算的，故計算加工產品的產量時，原礦年產量需乘上礦石松散系數(多為1.5m3左右)及加工機制砂產品的產率(一般均在95%以上)之后才是加工產品的年產量，以此計算的企業經濟效益才是正確的。

3 綠色勘查

2017年3月22日，國土部等六部委聯發《關于加快建設綠色礦山的實施意見》中提出在地質勘查中應樹立“生態優先，綠色勘查”的理念，要求在地質勘查中嚴格落實勘查施工生態環境保護措施，切實做到依法勘查、綠色勘查，大力發展和推廣新技術新方法，健全綠色勘查技術標準體系，適度調整或替代對地表環境影響大的槽探等勘查手段，減少地質勘查對生態環境的影響等。為此，結合建筑石料礦產勘查的具體特點，提出以下建議：

(1) 在編制建筑石料礦勘查實施方案時，需融入和貫徹“生態優先、綠色勘查”的理念，做到同時設計、同時施工、同時驗收。綠色勘查相關的經費擬列入勘查預算中。

(2) 盡可能采用淺鉆替代槽井探，以揭穿、控制覆蓋層(含浮土層、風化層)分布及厚度。“以孔代溝”將極大減少對生態環境的影響。無法以淺鉆替代時，在施工槽井探和編錄后，應適時將其回填復土，恢復生態。

(3) 盡量將預查、普查或普查、詳查相結合連續進行，以減少多階段勘查、重復勘查而造成生態環境的破壞或減輕勘查對環境的負面影響。

(4) 在選擇勘查手段或鉆機類型時，盡可能選擇輕便化、易拆卸、易搬遷鉆機，以減少臨時道路修建、減小機臺面積，減少對環境的破壞和影響。

(5) 勘查結束后，及時進行全面生態恢復治理(包括道路恢復、復綠等)，與野外地質工作同時進行檢查、考核和驗收。

目前我國綠色勘查尚處于起步階段，有關綠色勘查標準、實施細則和相關政策等急待修訂出臺，以便有據可依，統一標準和實施，并在實施中不斷總結經驗，促進綠色勘查、綠色礦山建設的健康發展。

【參考文獻】

[1]中國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T13908-2002 固體礦產地質勘查規范總則[S].北京：中國標準出版社，2002.

[2]中國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T14685-2011 建設用卵石、碎石[S].北京：中國標準出版社，2011.

[3]中國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T14684-2011 建設用砂[S].北京：中國標準出版社，2011.