四川雷波黑波羅礦區玄武巖礦床地質特征及開發利用前景

奚旺

(1.中國建筑材料工業地質勘查中心四川總隊，四川 成都 610052；2.成都理工大學，四川 成都 610059)

玄武巖作為建筑用石料具有耐磨、吸水率低、抗壓性強、壓碎值低、抗腐蝕性強、瀝青粘附性好等優點，多被用于重點工程建設。玄武巖經熔融和一定的工藝制成的玄武巖玻璃纖維，可以紡織、加工成隔音和保溫材料，廣泛應用于航天、航空、軍工、消防、汽車、船舶、建筑、環保等新興產業領域，因而被稱為21世紀“綠色工業材料和新材料”，具有廣闊的市場需求和應用前景[1]。我國玄武巖分布雖然較為廣泛，但開發利用程度較低，主要作為建筑用石料，僅部分玄武巖可作為玄武巖玻璃纖維原料，因此尋找更高開發利用價值的玄武巖礦成為當下研究的重點與熱點。

1 區域地質背景

黑波羅礦區玄武巖礦床位于四川省西南邊緣橫斷山脈東段，金沙江北岸，大地構造位置位于上揚子古陸南緣、四川前陸盆地敘永—筠連疊加褶皺帶、甘洛—小江斷裂帶以東，處于四川西南部“川滇南北向構造帶”與四川盆地“新華夏系沉降帶”的交接地帶(圖1)，形成以褶皺為主、斷裂構造不甚發育的構造格局。區內褶皺主要包括樂都背斜、拉咪向斜、牛牛寨背斜等。它們大致均呈南北向或近南北向平行排列，成組出現，形成復式褶皺，軸面多直立或高角度西傾，少數向東傾。區內斷層主要有剎水壩—馬頸子斷層、上田壩斷層、硝灘斷層和猴兒溝斷層等，相互平行排列，斷面西傾，為沖(逆)斷層。區域地層除缺失泥盆系、石炭系外，從下震旦統到中下侏羅統均有出露。區內巖漿巖主要為晚二疊世峨眉山玄武巖(P3em)，廣泛分布于區內各地(圖2)，尤以剎水壩—馬頸子斷裂以西美姑依沃瓦覺、柳洪、龍頭山、大風頂一帶發育。玄武巖由暗綠色至灰黑色致密狀、斑狀、杏仁狀及氣孔狀玄武巖多旋回組成，可分為上、下兩個較大旋回及9個次級旋回。上旋回以杏仁狀玄武巖為主，致密狀次之，偶有斑狀者，由4個次級旋回組成，每旋回以致密狀玄武巖開始，杏仁狀玄武巖結束；下旋回以斑狀玄武巖為主，杏仁狀次之，由5個次級旋回組成。每旋回以斑狀、致密狀玄武巖開始，杏仁狀玄武巖結束。區內玄武巖具間歇性多期噴發特點，柱狀節理發育。

圖1 雷波地區構造綱要圖

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區地層除缺失泥盆系、石炭系外，從中寒武統到中三疊統均有出露，主要含礦層為上二疊統峨眉山玄武巖(P3em)，與上覆上二疊統龍潭組砂巖、頁巖及下伏中二疊統陽新組灰巖、白云巖呈假整合接觸關系。

上二疊統峨眉山玄武巖(P3em)分布于礦區東部及西部，位于黃毛壩背斜兩翼，礦區內以灰綠色少斑狀輝石玄武巖為主，偶夾有薄層杏仁狀玄武巖，其中杏仁體含量小于7%，零星出露氣孔狀玄武巖。呈北西—近南北向展布，黃毛壩背斜西翼輝石玄武巖流面產狀249～275°∠40～60°，礦區內出露最寬613m，走向上延伸4.54km，并分別沿西、南、北三個方向延伸出礦權范圍；黃毛壩背斜東翼玄武巖流面產狀235～250°∠30～34°，地層有倒轉現象，礦區內最寬出露約430m，走向上延伸1.97km，并分別沿北西、南東兩向延伸出礦權范圍。

2.2 構造

礦區褶皺構造為黃毛壩背斜，斷層為羿子壩斷層。

黃毛壩背斜：軸線呈北西—南北—南西向從礦區中部穿過，為向東凸出的弧形倒轉背斜，東翼倒轉。核部地層為寒武系，兩翼依次為奧陶系、志留系、二疊系。背斜軸面傾向西，一般為255～275°，傾角較陡，一般為50～70°，背斜西翼傾向為254～263°，傾角40～45°，背斜東翼傾向為236～260°，傾角30～75°。西翼傾向249～275°，傾角40～60°。羿子壩斷層(F1)呈近南北向從礦區范圍外北東側穿過，主要錯斷了下三疊統飛仙關組、銅街子組、嘉陵江組地層，斷層面傾向西，傾角為70～80°，為高角度沖斷層。

圖2 四川省雷波縣地區峨眉山玄武巖分布略圖

區內無基底構造出露，斷裂與褶皺關系密切，二者往往相伴出現。背斜緊密，向斜開闊。斷裂以南北向為主，多為高角度向西傾之沖斷層，裂隙發育，為玄武巖的噴發提供了良好的構造條件。礦區出露的玄武巖分布于攀西裂谷區，是以海陸交互相為主的大陸裂谷型玄武巖分區，甘洛—小江斷裂帶是本巖區峨眉山玄武巖主要的陸相噴發通道，沿著這條斷裂帶有一系列的火山噴發中心，峨眉山玄武巖覆蓋面積約27×104km2。

3 礦床地質特征

3.1 礦體分布特征

詳查區內玄武巖礦體分布于勘查區西南部回龍場鄉陸銀溝村馬哈營組，位于該玄武巖地層南段，為上二疊統峨眉山玄武巖(P3em)下旋回第一次級旋回(P3em2-1)，礦石為輝石玄武巖(圖3)。出露形態為不規則楔形，西邊界順探礦權西部邊界沿南北向展布，東邊界呈弧形展布。玄武巖出露標高820～1 660m，出露寬度104～603m，平均344m，由南至北逐漸變寬，呈似層狀產出，產出形態簡單，玄武巖流面傾向249～275°，傾角40～60°，平均51°，在露采境界內，礦體長度830m，出露寬440m，礦體厚度70.25～167.33m，平均111.46m。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石的自然類型及組構

礦石自然類型主要為灰綠色少斑狀輝石玄武巖，極少量杏仁狀、氣孔狀輝石玄武巖，具斑狀結構、間粒間隱結構，塊狀構造、杏仁狀構造等。礦石主要由斑晶和基質兩部分組成(圖4)，斑晶約占2%～10%，為典型基性斜長石，呈半自形板狀，粒度0.3～10mm，顆粒多見絹云母化。基質約占90%～98%，具間粒間隱結構，主要礦物成分為斜長石、輝石及隱晶質，斜長石微晶呈細小粒狀，與隱晶質混雜充填在斜長石微晶之間，見微弱綠泥石化。少量玄武巖具有杏仁體(圖5)，呈圓狀、橢圓狀或不規則狀，內部充填物主要為綠泥石、硅質及鐵質等。

3.2.2 礦石的化學成分

根據礦區2件化學全分析結果(表1)和20件少斑狀玄武巖、7件杏仁狀玄武巖、2件氣孔狀玄武巖礦石部分化學分析結果(表2)，礦區玄武巖SiO2平均含量 50.67%，Al2O3平均含量 13.45%，CaO平均含量 8.26%，MgO平均含量 4.00%，Fe2O3平均含量13.93%，K2O平均含量1.92%，Na2O平均含量2.16%，TiO2平均含量2.70%，SO3平均含量0.045%，Cl平均含量0.077%，P2O5平均含量0.21%，MnO平均含量0.19%，變化系數均小于10%。據Lebas MJ等[2]火成巖分類標準，礦區玄武巖為亞堿性玄武巖，具有明顯的高鐵(FeOT＞10%)、低堿(Na2O+K2O≈4)特征。Mg#范圍為0.32～0.34，而原始巖漿的Mg#范圍明顯集中在0.63～0.70[3]，可以看出黑波羅礦區玄武巖樣品的Mg#明顯偏低，代表經歷一定的分異過程。

圖3 玄武巖礦區地質圖

圖4 輝石玄武巖的斑晶及基質

圖5 輝石玄武巖的杏仁體

3.3.3 礦石的物理性能

黑波羅礦區玄武巖的物性測試是依據公路集料進行的測試，對礦區30件玄武巖礦石進行小體積質量測定、69組樣品進行烘干、飽和巖石抗壓強度力學試驗樣、8組樣品進行天然抗壓強度力學試驗、16組樣品進行天然抗剪強度測定，其各項物理力學性能指標均符合建筑用玄武巖(公路瀝青路面用粗集料)質量指標要求(表3)。

4 礦床成因探討

目前，峨眉山玄武巖的成因在學術界現已取得相對一致的認識。在20世紀八九十年代，峨眉山玄武巖以裂谷成因為主導[4-5]，而隨著近年來的研究逐漸深入，地幔柱成因已成為主流觀點[6-8]。由于地幔柱的上涌使地表在幾百萬年之內發生千米級的隆升，如果地幔柱發生在一個淺海相的沉積盆地環境，上覆地層會因抬升而遭受差異剝蝕和玄武巖的差異噴發及裂谷盆地的形成[9]。位于康滇古陸東緣的雷波區域，其玄武巖的噴發與康滇裂谷帶有著密切的聯系，區域內第一組南北向斷裂，主要分布在康滇隆起帶上，以安寧河斷裂、甘洛—小江斷裂和磨盤山—綠汁江斷裂為代表；第二組北東向斷裂，包括西部的小金河斷裂、箐河—程海斷裂，東南部的彌勒斷裂，這些古斷裂構造是峨眉山玄武巖漿的主要噴溢通道，這與沿著這些古斷裂玄武巖分布厚度較厚相一致。根據黑波羅礦區出露玄武巖巖石類型、組構及分布特征，主要為噴溢—溢流相，無爆發角礫巖相，玄武巖具有柱狀節理發育、斑狀結構、氣孔狀(杏仁狀結構)等特點，經歷結晶分異過程特征，可以解釋為距強烈噴發中心較遠的攀西裂谷邊緣相帶。因此，該礦床成因類型應該為陸相火山噴發型玄武巖礦床。

表1 黑波羅礦區玄武巖礦化學全分析結果 (單位：%)

表2 黑波羅礦區玄武巖礦部分化學分析結果(單位：%)

5 礦床開發利用前景

玄武巖具有廣泛的用途，主要用于建筑石料，還可用于玄武巖纖維和鑄石的原料。

5.1 建筑用玄武巖

據JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》，黑波羅礦區玄武巖礦石各項技術指標均符合公路瀝青路面用粗集料的原料要求。同時礦區處在西部大成都經濟發展圈內，要進行包括高速公路、高速鐵路、城市道路改造以及民用建筑等工程建設，這就需要大量優質的碎石料及人工砂，由于玄武巖礦石質量優越于其它巖石類的性能，故黑波羅礦區玄武巖礦石在該市場上的需求量很大，具有較大的開發利用價值。

表3 礦石物性測試結果

5.2 玻璃纖維用玄武巖

玄武巖纖維是一種以天然玄武巖拉制而成的無機非金屬材料，主要包括普通棉、超細棉和連續玄武巖纖維等種類[13]。整體而言，玄武巖玻璃纖維核心工藝技術是礦石熔融、拉絲[14]，而玄武巖要成功拉絲，需滿足一定的化學成分要求[15-17]，根據國內幾家玄武巖纖維廠數據對比顯示，黑波羅礦區玄武巖化學成分滿足各廠家生產用玄武巖化學指標，可作為玻璃纖維用玄武巖，建議進一步進行工業生產試驗。

5.3 其他用途探討

作為鑄石原料的玄武巖化學組分可有較寬的變化范圍，但物理性質要求結構均勻、未風化，礦物粒度越細越好，不含或少含斑晶[10-11]。黑波羅礦區玄武巖在化學成分上除MgO含量略低外，都符合鑄石用玄武巖技術指標(表4)，但在物理性質上出露地表礦石風化程度較高，且斑晶粒度0.3～10mm，故不適合作為鑄石用玄武巖。

黑波羅礦區玄武巖的主要成分與粘土相似[10]，據行業標準(DZ/T0213-2002)中水泥配料用粘土一般工業指標要求(表5)，黑波羅礦區玄武巖硅酸率不足，MgO含量高，堿含量略高，且物性指標上無塑性，硬度高，研磨性難與灰巖匹配，故不適合作為水泥配料用玄武巖。

6 結論

(1)根據黑波羅礦區出露玄武巖巖石類型、組構及分布特征，主要為噴溢—溢流相，無爆發角礫巖相，玄武巖具有柱狀節理發育、斑狀結構、氣孔狀(杏仁狀結構)等特點，經歷結晶分異過程特征，可以解釋為距強烈噴發中心較遠的攀西裂谷邊緣相帶，礦床成因類型應屬陸相火山噴發玄武巖礦床。

表4 鑄石用玄武巖化學成分對比 (單位：%)

表5 水泥配料用玄武巖化學成分對比 (單位：%)

(2)礦區開拓境界內資源量(332)+(333)1 510.2萬m3，達中型礦山規模，礦山總剝采比0.01∶1，開采技術條件良好。

(3)礦石質量滿足國內建筑用玄武巖、玻璃纖維用玄武巖的指標要求，礦石經濟價值好，礦床開發利用價值較高，應用前景廣闊。考慮到礦區位于川滇交界、西部大成都經濟發展圈內，在道路、鐵路及民用建筑建設領域具有廣大的市場需求，建議短期內以建筑用玄武巖為主，以最短的時間帶動地方經濟發展，同時注重產品的深度開發利用，探索玻璃纖維用玄武巖，實現從原材料初級產品向高科技、高附加值產品跨越。

(4)通過與鑄石原料、水泥配料等的質量要求對比，黑波羅礦區玄武巖不符合要求，故不適合作為鑄石用、水泥配料用玄武巖。