湖北當陽玉泉磚瓦用頁巖礦床地質特征及開發經濟意義分析

李雪峰 劉林 裴明松 漆雙林

摘要：鄂西當陽市是省級建筑陶瓷產業基地，對磚瓦用頁巖有大量的需求。本文總結了玉泉磚瓦用頁巖礦床地質特征，分析了開發經濟意義。礦區地層主要為白堊系跑馬崗組紫紅色泥巖和紫紅色粉砂質泥巖。通過資源形勢、資源遠景分析、礦石加工性能、礦山開發外部條件、礦床開采技術條件、采礦方案和規模的分析，認為礦床開發有較明顯的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：磚瓦用頁巖；地質特征；開發經濟意義；玉泉；鄂西

1.引言

鄂西當陽市是湖北省重點打造的省級建筑陶瓷產業基地，對磚瓦用頁巖需求量將增大（代永華和徐海峰，2019）。磚瓦用頁巖一直是重要的非金屬建材（方同明等，2012），鄂西一帶白堊系上統跑馬崗組地層中發育一套粉砂質泥巖、頁巖（梅紅專等，2017），已初步開發，但是其礦床地質特征未有系統總結，礦床開發經濟意義還缺乏系統分析。基于此，本文擬在詳細野外地質調查的基礎上，以玉泉磚瓦用頁巖礦床為研究對象，總結其礦床地質特征，分析開發經濟意義，以期為礦床下一步開采開發提供理論依據。

2.區域地質

研究區處于揚子陸塊區上揚子古陸塊褶皺帶遠安前陸盆地南部。遠安前陸盆地北鄰神農架-荊門臺坪褶皺帶，西跨遠安斷陷盆地，東、南鄰江漢拗陷盆地北西緣。屬華南地層大區揚子地層區上揚子地層分區江漢盆地小區。地層主要出露中生界和新生界，其中白堊系、古近系及第四系廣泛分布，中、晚三疊世至侏羅系為連續沉積的陸相地層，侏羅系至古近系以陸相紅色碎屑巖為主。區內未見巖漿巖出露。區域礦產主要有磷-鋁土礦-硫鐵礦-煤和煤層氣。

區域上磚瓦用頁巖主要分布于遠安盆地內，賦礦地層主要是三疊系九里崗組、白堊系跑馬崗組等地層，巖性為棕紅色、灰綠色薄-厚層狀泥巖、泥質粉砂巖、細砂巖等。九里崗組中上部灰黃色泥質粉砂巖、泥巖夾煤層（線），厚度變化較大。跑馬崗組地層為紫紅、灰綠色中厚層細粒長石石英砂巖、鈣質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖等，厚度較穩定，延伸較遠，為主要賦礦地層。

3.礦區地質

礦區地層主要為白堊系跑馬崗組，其次為少量第四系，斷裂構造和褶皺構造不發育，巖漿巖和變質巖未出露，礦產為磚瓦用頁（泥）巖。

3.1地層

白堊系上統跑馬崗組在測區及周邊大面積分布，區內全部構成礦體，呈一單斜產出，傾向55°～75°，傾角17°～25°；第四系為白堊系上統跑馬崗組的風化產物，并覆蓋于白堊系上統跑馬崗組之上，呈殘、坡積零星產出，為礦體之上的剝離體。

3.2構造

區內構造較簡單，主要表現為一單斜構造，地層傾向北東，傾角17°～25°，一般20°左右。局部可見少量節理裂隙，裂隙面局部可見寬度較窄的中等風化，但對礦石質量影響不大。

3.3礦體地質特征

主礦體Ⅰ號礦體，位于海拔90m以上之白堊系上統跑馬崗組地層，巖性為紫紅色薄-厚層狀泥巖和紫紅色、淺灰綠色中-薄層狀粉砂質泥巖，其形態受剝蝕程度或地形、地層產狀等控制，呈層狀產出，其產狀與地層產狀一致，傾向北東，傾角17°～25°。礦體范圍同礦區范圍，平面長最大280m，寬最大205m，垂直厚度0.6m～55.38m，總體呈“南西薄、中部及北東厚”的特點。賦存標高90m～145.38m，為褐黃色、土黃色、紫紅色坡積、殘積、腐殖土、粉土、砂質粘土，呈松散零星分布。

4.礦石特征

4.1礦石成分

紫紅色泥巖：主要由粘土礦物（如水云母、高嶺石、蒙脫石等）組成，其次為碎屑礦物（石英、長石、云母等），含少量赤鐵礦、褐鐵礦、針鐵礦等。

紫紅色粉砂質泥巖：與紫紅色泥巖的區別是石英和長石等礦物碎屑略高，其中石英含量20%～25%，長石10%～ 15%，粘土礦物65%左右、其他礦物10%左右。

區內礦石主要化學成分為SiO2，含量50.73%～55.88%，平均52.63%，其余依次為Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O等，而SO3含量較低（表1）。

4.2礦石結構構造

磚瓦用頁巖結構主要有泥質結構、粉砂質泥質結構等，構造有厚層狀構造、中-薄層狀構造和塊狀構造等。

4.3礦石加工技術

礦區南西側開采多年，利用的是白堊系上統跑馬崗組地層泥巖或粉砂質泥巖，經過頁（泥）巖與煤矸石混合→粉碎-過篩→攪拌→擠出成型→切坯→碼坯烘干→窯爐燒結→成品等生產工藝流程，生產的成品即為建筑用紅磚。具體的加工流程如下（圖1）：

（1）頁巖與煤矸石混合：使用挖機露天開采頁（泥）巖，并與采購的煤矸石進行混合，配比一般為煤矸石30%，頁（泥）巖為70%。

（2）粉碎：利用錘式破碎機對煤矸石原料進行破碎。

（3）過篩：用滾筒篩進行顆粒篩分處理，使得到的原料顆粒大小在2mm以下，其中2mm～50μm的占25%，50μm～ 5μm的占55%，小于5μm的占20%。大于2mm的原料顆粒由皮帶機送回粉碎。

（4）攪拌：所得原料經攪拌機加水攪拌，把攪拌好的原料輸入陳化庫陳化。

（5）擠出成型：經陳化完的原料輸入真空擠出機擠出成型。

（6）切坯：采用切坯機泥質坯體。

（7）碼坯烘干：將切坯得到的坯體碼放入干燥窯中干燥或烘干。

（8）窯爐燒結：將干燥好的坯體放入焙燒窯中焙燒。

（9）成品：將焙燒好的紅磚運送到碼放場地銷售。

本加工生產工藝由于采用高細破碎和陳化技術，提高坯料塑性；制坯采用高壓真空擠出成型，提高磚坯密實度，降低了磚內部傳熱，提高了磚的保溫性能。

5.開發經濟效益分析

5.1資源形勢分析

我國是世界主要的發展中國家，隨著國民經濟發展，人均收入及人民生活水平提高，辦公、家居環境的改善，市場對磚瓦及建筑陶瓷裝飾材料，包括磚瓦用頁巖需求量增大（韓永奇，2011）。

當陽市磚瓦用頁巖礦床規模大，分布集中，預測磚瓦用頁巖資源儲量多，資源潛力大。當陽市境內磚瓦用頁巖適合于生產磚瓦外，亦適合建筑陶瓷行業生產中、低檔地板磚、磚面墻，其產品是目前我國建筑行業的重要材料之一。

根據當陽市國民經濟發展規劃，當陽市將建成湖北省建陶產業基地。磚瓦用頁巖需求量將大幅上升，預測近期其原礦產品價格將保持上升趨勢。磚瓦用頁巖市場行情較好，銷路較好，開發磚瓦用頁巖可產生可觀的經濟效益。

5.2資源遠景分析及礦石加工性能

筆者對礦區周邊的地層、巖石和構造等情況進行了野外地質調查和室內分析，初步認為礦區西側分布有同類型的磚瓦用頁巖，經過下一步勘查可擴大其資源遠景。

礦區南西側磚瓦用頁巖已經完成工業化生產。礦體經過頁（泥）巖與煤矸石混合→粉碎-過篩→攪拌→擠出成型→切坯→碼坯烘干→窯爐燒結→成品等生產加工工藝流程就可得到磚瓦產品，加工技術成熟，加工工藝較簡單。

5.3礦山開發外部條件

研究區交通尚屬方便，附近磚瓦廠已投入磚瓦生產多年，可滿足本礦山磚瓦用頁巖資源開發。周邊電力、水利資源豐富，為磚瓦用頁巖開發、生產和生活等提供電力和水利保障。礦床周邊以農業為主，勘查區不屬于文物古跡保護區、自然保護區、風景區，當陽市城區擁有多家磚瓦生產企業和建筑陶瓷企業，省級建筑陶瓷產業基地已經形成，對磚瓦用頁巖需求量將增大，為區內磚瓦用頁巖開發利用提供了良好條件。

5.4礦床開采技術條件

礦區屬低矮丘陵地貌，未來擬開采工業礦體（K2p）賦存標高90m～145.38m，位于當地侵蝕基準面（工作區南西側沖溝，標高86m）之上，有利于未來露采場自然排水。未來露采場進水來源僅為大氣降水，采用逕流系數法對未來露采場進行涌水量估算，正常降雨量時，流入采礦場的水量為207m3/d；最大暴雨時流入采礦場的水量為7276m3/d。礦區水文地質勘查類型屬簡單。

露采邊坡地層以軟弱薄-中層狀泥巖夾粉砂質泥巖巖組為主，地質構造簡單，巖體穩定性好。礦區工程地質勘查類型屬簡單。

礦區屬地殼穩定區。勘查區內現狀地面與斜坡的穩定性較好，附近無污染源，礦石及廢石不易分解出有害組分。礦區地質環境質量屬良好。

綜合礦區水文地質、工程地質與環境地質條件，屬于開采技術條件簡單的礦床（Ⅰ型）。

5.5采礦方案及規模

礦區內磚瓦用頁巖主要位于白堊系上統跑馬崗組中，為紫紅色中-厚層狀泥巖夾紫紅中-薄層狀粉砂質泥巖，屬沉積型礦床。礦體走向長280m，傾向寬約205m，平均垂直厚度為35m，呈層狀產出，傾向北東，傾角17°～25°。

白堊系上統跑馬崗組之上的覆蓋層為風化殘、坡積紅土，也是燒磚瓦的好材料，分布有限且數量較少，不存在單獨估算資源儲量、剝離層的圈定及剝采比的計算等問題。開拓運輸方法為短距離轉運，開采方法適宜用挖掘機直接挖掘開采。

礦區磚瓦用頁巖擬采用露天開采，采用挖掘機直接開采，礦石不存在貧化率，礦區內控制的內蘊經濟資源量（332）可信度為90%，采礦回收率為100%。推斷的內蘊經濟資源量（333）可信度為70%，采礦回收率為100%。

5.6礦床開發經濟效益

勘查區經濟欠發達，居民收入偏低。通過磚瓦用頁巖礦產資源的開發，不僅可以安置部分勞動力就業，提高居民收入，還可增加當地稅收，經濟效益和社會效益較明顯。

6.結論

（1）玉泉磚瓦用頁巖礦體主要位于白堊系上統跑馬崗組紫紅色泥巖夾紫紅色粉砂質泥巖，礦石主要礦物成分為粘土礦物，主要化學成分為SiO2，其次為Al2O3、CaO、Fe2O3等，具中-厚層狀構造、中-薄層構造和塊狀構造等。

（2）礦區水文地質勘查類型屬“礦體位于當地侵蝕基面以上，未來露采場進水來源僅為大氣降水，水文地質條件簡單的礦床”；礦區工程地質勘查類型屬“以軟弱層狀泥巖、砂巖為主，工程地質復雜程度為簡單的礦床”；礦區環境地質類型屬質量屬“良好型”。整體上，礦山開采技術條件屬簡單型。

（3）未來礦山開發可獲得較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]代永華，徐海峰.新中國成立70年來當陽工業發展的實踐與思考[J].黨政干部論壇， 2019（12）： 41-43.

[2]方同明，黃淇，李小龍，等.北京西山下馬嶺組磚瓦用頁巖資源特征分析[J].磚瓦， 2012（11）： 5-10.

[3]韓永奇. 2011年我國建材市場走向何方[J].建材發展導向， 2011， 9（01）： 38-43.

[4]梅紅專，朱磊，李華兵.湖北省宜城市白堊系跑馬崗組地層區滑坡特征及成因分析[J].科技資訊， 2017， 15（20）： 130-131.