江油二郎廟地區(qū)天井山組石灰?guī)r特征及用途

劉 亮，余長(zhǎng)榮，趙相國(guó)，盧以成，呂 行，譚英波

(四川省地礦局川西北地質(zhì)隊(duì)，四川 綿陽(yáng) 621010)

1 引言

研究區(qū)位于龍門山中段前山帶邊緣，泥盆系到三疊系碳酸鹽巖地層發(fā)育[1-4]，尤以三疊系天井山組石灰?guī)r最受關(guān)注，作為傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)水泥用灰?guī)r，其分布面積廣，厚度穩(wěn)定，礦石品位高。但其用途過于單一，近年來在江油含增一帶雖有部分礦山用作鈣粉、建筑石材用，但相關(guān)方面的研究仍顯薄弱，其可利用范圍有待進(jìn)一步探討。鑒于此，選擇在江油市北東方向45km處的二郎廟鎮(zhèn)高壩村進(jìn)行研究，了解其地質(zhì)特征，探討各類用途的可行性，以期為綠色礦山建設(shè)和地方經(jīng)濟(jì)提供參考和依據(jù)。

2 地質(zhì)概況

2.1 地層

研究區(qū)屬上揚(yáng)子地層分區(qū)前龍門山地層小區(qū)，區(qū)域上從泥盆系到白堊系均有分布[5-7]，區(qū)內(nèi)主要為中三疊統(tǒng)雷口坡組(T2l)、天井山組(T2tj)、上三疊統(tǒng)須家河組(T3x)和第四系全新統(tǒng)(Qh)。雷口坡組(T2l)巖性為淺灰色厚—塊狀白云巖夾薄層狀灰質(zhì)白云巖、石灰?guī)r。天井山組(T2tj)分布于整個(gè)礦區(qū)，受構(gòu)造影響，地層倒轉(zhuǎn)，呈北東—南西向展布，下部巖性為灰白色厚層塊狀微晶灰?guī)r、微晶粒屑(球粒為主)灰?guī)r；上部以灰白色厚層狀微晶灰?guī)r為主，夾淺灰色粉晶灰?guī)r，頂部出現(xiàn)黃灰色厚層狀微晶砂屑灰?guī)r，并含少量燧石結(jié)核。厚253.9m。與雷口坡組(T2l)呈整合接觸。須家河組(T3x)巖性為黃褐色中厚層狀砂巖夾灰綠色頁(yè)巖。第四系全新統(tǒng)(Qh)為黃灰色粘士、亞粘士及殘積、坡積物，厚度＜1.5m。

2.2 構(gòu)造

研究區(qū)位于龍門山前緣推覆—沖斷帶與四川陸盆的川西北前陸盆地交接部位(圖1)。由于受印支運(yùn)動(dòng)晚幕的強(qiáng)烈構(gòu)造作用，存在一系列走向北東—南西向深斷裂，沿塑性地層滑動(dòng)，喜山運(yùn)動(dòng)使構(gòu)造進(jìn)一步發(fā)展，形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局[8-9]。研究區(qū)位于馬角壩至羅家壩斷裂帶南西段的天井山背斜之南東翼，區(qū)內(nèi)見有次級(jí)小斷層，但斷距小，延伸不遠(yuǎn)，對(duì)礦層的連續(xù)性影響不大。局部地方可見揉皺，主要見于須家河組(T3x)的頁(yè)巖、砂巖地層中。

3 礦體及礦石特征

3.1 礦體特征

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置略圖(據(jù)文獻(xiàn)[1]修改)

礦體產(chǎn)于中三疊統(tǒng)天井山組(T2tj)地層中。區(qū)內(nèi)該地層倒轉(zhuǎn)，呈層狀產(chǎn)出，近南北走向，傾向265～280°，巖層傾角20～35°。礦體走向延伸＞2km，產(chǎn)出穩(wěn)定，連續(xù)性、均勻性和完整性好，厚度＞300m，出露標(biāo)高640～830m。礦體頂板為雷口坡組(T2l)白云巖，底板為上三疊統(tǒng)須家河組(T3x)的砂巖、頁(yè)巖。

3.2 礦石特征

礦石主要為灰白色厚層塊狀微晶灰?guī)r、黃灰色厚層狀微晶砂屑灰?guī)r、厚層狀淺灰色粉晶灰?guī)r，鏡下鑒定結(jié)果如下。

(1)灰白色厚層塊狀微晶灰?guī)r。

巖石具微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由方解石(98%)、生物碎屑(2%)組成。少量生物碎屑雜亂分布于方解石中。方解石：粒徑0.005～0.03mm，少量0.03～0.06mm，無色，細(xì)小顆粒呈彼此鑲嵌狀產(chǎn)出，具高級(jí)白干涉色，茜素紅染色為紅色。生物碎屑：由方解石充填，粒徑0.2～0.6mm，無色，為腕足、海百合等生物碎屑，呈雜亂分布。巖石中裂隙由方解石脈充填。

(2)黃灰色厚層狀微晶砂屑灰?guī)r。

巖石具微晶砂屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由砂屑(65%)、填隙物(35%)組成，砂屑雜亂分布，微晶方解石充填其間。砂屑：粒徑0.1～1.8mm，次棱角狀—圓狀，由方解石組成，雜亂分布。茜素紅染色紅色。填隙物：方解石組成，粒徑0.005～0.03mm，少量 0.03～ 0.06mm 和 0.06～ 0.15mm，高級(jí)白干涉色，茜素紅染色紅色。巖石裂隙由方解石脈充填。

(3)淺灰色粉晶灰?guī)r。

巖石具粉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。由方解石(100%)組成。方解石：他形粒狀， 粒度0.03～0.06mm為主，少量 0.005～ 0.03mm 和 0.06～ 0.2mm。具高級(jí)白干涉色，茜素紅染色為紅色。巖石中裂隙由方解石脈充填。

3.3 礦石化學(xué)成分

根據(jù)礦區(qū)內(nèi)采取的樣品分析數(shù)據(jù)(表1)可知，礦石的CaO含量達(dá)49.61%～55.74%，平均53.90%，組分均一，含量穩(wěn)定；K2O含量為0.04%～0.28%，平均0.09%；Na2O含量為0.01%～ 0.033%，平均0.02%；SO3含量為 0.02% ～ 0.60%，平均 0.13%；MgO 含 量 0.39% ～ 3.04%， 平 均 1.30%；SiO2含量 為 0.25% ～ 5.68%， 平 均 1.29%；TFe2O3含 量為 0.046% ～ 0.48%， 平 均 0.14%；Al2O3含 量 為0.06% ～ 0.99%，平均 0.26%。

表1 天井山組石灰?guī)r化學(xué)組分 (單位：%)

3.4 礦石物理力學(xué)性質(zhì)

3.4.1 巖石飽和抗壓強(qiáng)度

單軸飽和抗壓強(qiáng)度是重要的力學(xué)指標(biāo)。本次共采集4組樣品(表2)，測(cè)試前加工成立方體，尺寸50×50×50(mm)，浸泡48h后，采用YAW4206全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)(編號(hào)為YT41)進(jìn)行測(cè)試。天井山組石灰?guī)r單軸飽和抗壓強(qiáng)度在51.3～70.4MPa之間，平均值60.65MPa。

表2 巖石飽和抗壓強(qiáng)度分析結(jié)果

3.4.2 碎石壓碎指標(biāo)

壓碎指標(biāo)用于衡量巖石在逐漸增加的荷載下抵抗壓碎的能力，是衡量巖石力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)。本次共采集4組樣品進(jìn)行測(cè)試(表3)，碎石壓碎指標(biāo)值在8.1%～9.4%之間，平均值8.6%；樣品碎石壓碎指標(biāo)均＜10%。

表3 碎石壓碎指標(biāo)分析結(jié)果

3.4.3 堅(jiān)固性 (質(zhì)量損失 )

堅(jiān)固性(質(zhì)量損失)用于測(cè)定巖石試樣經(jīng)飽和硫酸鹽溶液浸泡與烘干循環(huán)后，不發(fā)生顯著破壞或強(qiáng)度降低的性能。本次共采集4組樣品(表4)，其值采用硫酸鈉溶液法經(jīng)5次循環(huán)后的質(zhì)量損失，樣品堅(jiān)固性1%～3%，平均值2%，均＜5%。

表4 堅(jiān)固性分析結(jié)果

4 用途探討

本次用途探討質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)參考DZ/T2013-2002《冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》分類標(biāo)準(zhǔn)(表5、表6、表7、表8)。

4.1 水泥

水泥作為基建用量最大的礦產(chǎn)資源，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要保障，歷來受到人們重視[10-12]，天井山組石灰?guī)rCaO含量達(dá)49.61%～55.74%；K2O+Na2O 含 量 為 0.05% ～ 0.31%；SO3含 量 為0.02% ～ 0.60%；MgO 含量 0.39% ～ 3.04%，平均1.30%；SiO2含量為 0.25% ～ 5.68%，平均 1.29%；均符合I類水泥用要求(表5)。

表5 水泥用石灰質(zhì)原料礦石化學(xué)成分一般要求

4.2 冶金、溶劑、制堿

溶劑冶金用對(duì)組分要求特別高，天井山組石灰?guī)rCaO含量平均可達(dá)53.90%，除一件生物碎屑灰?guī)r不能作為黑色冶金溶劑、制堿石灰?guī)r用外(表6、表7)，其余樣品均達(dá)標(biāo)，且多數(shù)礦石可達(dá)有色冶金溶劑用(表7)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，生物碎屑灰?guī)r由于顏色較深，為深灰色，與微晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r肉眼即可判別，可將其作為夾石剔除。其余7件樣品CaO平均含量可達(dá)54.5%，有害組分 MgO 平均 1.26%，SO2平均含量 0.66%，SO3平均含量為0.065%，K2O+Na2O平均含量為0.079%，P含量＜0.01%。經(jīng)過優(yōu)選，天井山組微晶灰?guī)r完全可以達(dá)到溶劑冶金、制堿石灰?guī)r用要求。

表6 黑色冶金熔劑石灰?guī)r化學(xué)成分一般要求 (單位：%)

表7 有色冶金熔劑、電石、制堿石灰?guī)r化學(xué)成分一般要求 (單位：%)

4.3 建筑碎石(骨料)

建筑碎石近年來的用量不斷增大，且隨著江河及其沿岸的禁采，礦山生產(chǎn)人工機(jī)制碎石成為一種趨勢(shì)。對(duì)于碳酸鹽巖作為建筑碎石用，不少學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了論證評(píng)價(jià)[13-15]，傳統(tǒng)用作水泥、溶劑冶金等對(duì)于組分要求特別高，因而多數(shù)石灰?guī)r礦產(chǎn)資源未能進(jìn)行有效利用，甚至作為夾石剔除，而作為建筑碎石用可以很好的解決礦石綜合利用的問題，其僅對(duì)SO3含量有要求(表8)。研究區(qū)天井山組石灰?guī)rSO3含量為0.02%～0.60%，平均0.13%，完全可達(dá)到I類石料的要求。天井山組石灰?guī)r單軸飽和抗壓強(qiáng)度51.3～70.4MPa，平均值60.65MPa；堅(jiān)固性1%～3%，平均值2%；壓碎指標(biāo)8.1%～9.4%，平均值8.6%；所有指標(biāo)均符合建筑石料用要求，多數(shù)指標(biāo)可達(dá)到優(yōu)質(zhì)石料要求。

表8 碎石質(zhì)量一般要求

5 結(jié)論

研究區(qū)石灰?guī)r礦質(zhì)純，化學(xué)組分CaO含量達(dá)49.61% ～ 55.74%；K2O 含量為 0.04% ～ 0.28%；Na2O含量為0.01%～0.033%；SO3含量為0.02%～0.60%；MgO 含 量 0.39% ～ 3.04%；SiO2含 量 為0.25% ～ 5.68%；TFe2O3含量為 0.046% ～ 0.48%；Al2O3含量為 0.06% ～ 0.99%。

石灰?guī)r物理力學(xué)性質(zhì)：?jiǎn)屋S飽和抗壓強(qiáng)度51.3～ 70.4MPa，平均值 60.65MPa；堅(jiān)固性1% ～2%，平均值2%；壓碎指標(biāo)值8.1%～9.4%，平均值 8.6%。

中三疊統(tǒng)天井山組石灰?guī)r資源量豐富，可廣泛運(yùn)用于水泥、溶劑、制堿等各個(gè)領(lǐng)域，通過本次評(píng)價(jià)，可有效提高資源利用效率，具有較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)江油二郎廟及周邊地區(qū)礦產(chǎn)資源的保護(hù)、合理開發(fā)和利用具有參考和指示意義。