銅川市上店建筑石料用灰巖礦床地質特征及開發利用探討

范超鵬

(中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003)

銅川市上店建筑石料用灰巖礦距離西安市90km、渭南市80km，地理位置優越，交通便利。礦床賦礦層為馬家溝組上段(O2m2)，規模為大型礦床，質量等級為Ⅱ類。該礦山開采將有力保障關中地區建筑石料供應，具有一定的社會效益和經濟效益。本文在收集整理礦產勘查和礦山開發利用資料的基礎上總結了礦床地質特征，分析了開采技術條件，探討了礦山開發利用前景。對同類礦產勘查開發具有一定的參考意義。

1 區域地質概況

區域地層歸屬華北地層大區(I)晉冀魯豫地層區(I1)華北西南緣分區(I21)銅川—韓城小區(I12-2)(圖1)[1]。該構造區未見基底構造，出露的地層屬蓋層構造。區域出露地層有古生界奧陶系(O)、石炭系(C)、二疊系(P)、新生界第四系(Q4)[2]。

圖1 構造綱要圖

區域構造較復雜，褶皺斷裂發育。佛爺廟—馬子向斜軸總體呈北北西向展布，形態寬緩開闊，該向斜是礦區地層產狀的主要影響因素；柳樹灣—架子窩正斷層位于礦區北部，斷層面傾向南東，傾角65°左右。該斷層對礦區地層產狀有較明顯影響。

2 礦區地質特征

2.1 地層

(1)中奧陶統馬家溝組(O2m)。

礦區出露地層以中奧陶統馬家溝組上段(O2m2)為主，是礦區的含礦地層。主要分布于礦區的西部和南部，厚度大于260.2m。按巖性組合特征厘定為馬家溝組上段(O2m2)。馬家溝組上段共分為四層，巖性為厚—巨厚層狀灰巖，局部有厚0.3 ～0.5m白云質灰巖夾層。各巖性層之間為整合接觸：①第一巖性層(O2m2-1)出露于礦區西部溝谷，巖性為灰色、中—巨厚層狀灰巖，層狀構造或塊狀構造，礦物成分主要為方解石和少量白云石，局部見有白云質團塊，厚度大于34.9m；②第二巖性層(O2m2-2)出露于主梁西坡下部，巖性為厚—巨厚層狀灰巖夾中厚層內碎屑灰巖。礦物成分主要為方解石，次為白云石、泥質，粒屑為方解石砂屑，厚度32.5 ～48.3m，平均40.4m；③第三巖性層(O2m2-3)出露于主梁西坡中部，主要為淺灰色、中—厚層狀灰巖夾白云質灰巖，局部含生物碎屑，厚度78.5 ～88.6m，平均83.4m；④第四巖性層(O2m2-4)出露于主梁西坡上部和梁頂，淺灰—灰色、厚—巨厚層狀微晶、細晶灰巖，厚度85.5 ～117.6m，平均101.5m，未見頂。礦區地質圖見圖2。

圖2 礦區地質圖

(2)上石炭統本溪組(C2b)。

石炭系本溪組(C2b)巖性為淺灰—灰色粘土巖，礦區出露最大厚度約32m，平均厚度約16m。主要出露于礦區北部F1 斷層以北，出露面積小，與下伏地層呈角度不整合接觸。

(3)第四系(Q4)。

沉積物為殘坡積物、人工堆積物，主要分布于礦區東部梁頂及西北角溝谷當中，厚度5 ～10m。

2.2 構造

礦區內構造不發育，巖層總體呈單斜層狀，傾向東南，局部見次級褶皺，總體產狀為115°～154°∠10°～22°。礦區北段和西坡由于受柳樹灣—架子窩正斷層的影響，產狀局部向北或西微傾。發育有兩組節理, 走向分別為70°～80°、135°～140°。裂隙多見于近地表層，以風化裂隙、坡腳卸荷裂隙為主，巖溶裂隙較少。構造對礦體( 層) 的完整性、穩定性和礦石質量變化無明顯影響。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

礦體賦礦層為馬家溝組上段(O2m2)第一至第四巖性層，主要分布于主山脊的西側。巖性主要為淺灰—灰色、中—巨厚層灰巖，呈平緩的板狀體，礦物成分主要為方解石，含量95%～97%，其次為白云石，含量約2%～4%，微量泥質，含量小于1%；細晶、微晶結構。總體產狀115°～154°∠10°～22°。礦體出露南北長約820m，東西寬約670m；礦體厚度231.4 ～289.4m，平均260.2m。

3.2 礦石質量

根據DZ/T 0341-2020《礦產地質勘查規范建筑用石料類》建筑用石料一般工業指標要求，測試樣品飽和抗壓強度、堿活性反應( 巖相法)、堅固性、壓碎指標和硫酸鹽及硫化物含量等(表1)，并評價礦石質量。

表1 質量評價樣品

經測試，樣品堅固性為3.0%～3.8%，平均3.4%，質量等級達到Ⅰ類；飽和抗壓強度65.8 ～68.1MPa，平均66.9MPa，質量等級達到Ⅰ類；壓碎指標為12.0%～14.3%，平均值為13.15%，質量等級達到Ⅱ類；SO3含量0.015%～0.017%，平均0.016%，質量等級達到Ⅰ類。經巖相法測試分析，樣品為細晶灰巖，礦物成分主要為方解石，其次為白云石，含少量隱晶—微晶石英(2%)、鐵質等。方解石為不等晶結構，塊狀構造，該類型方解石不具堿碳酸鹽活性和堿硅活性[3]。

樣 品 主 要 化 學 成 分( 表2) 為CaO， 含 量41.50%～55.82%，平均54.59%；其次為MgO，含 量0.16% ～10.28%， 平 均0.58%；SiO2含 量0.17%～1.06%，平均0.65%；Al2O3含量0.074%～0.53%，平均0.28%；Fe2O3含量0.063%～0.16%，平均0.10%；樣品中SO3含量0.015%～0.017%，平均0.016%；樣品中游離硅(fSiO2)含量0.04%～0.76%，平均0.28%。

表2 化學全分析結果(單位：%)

礦石品質滿足建筑石料礦工業指標對礦石的質量要求，質量等級為Ⅱ類[4-5]。

3.3 礦床成因探討

礦區位于鄂爾多斯盆地南緣中奧陶統馬家溝組，以開闊局部半局限臺地和局限臺地沉積環境為主[6-10]。含礦層沉積巖為中奧陶統馬家溝組上段(O2m2)一到四層。第一層、第四層巖性相似層厚大，沉積物純凈，顏色淺，代表較強的水動力環境，較淺水深的開闊臺地沉積。第二層、第三層主體巖性和第一層、第四層相似，第二層局部夾砂屑灰巖，第三層局部夾白云質灰巖，局部見生物碎屑，由此可知第二層和第三層沉積環境仍然以開闊臺地為主，中間有間歇性的短期海平面上升和下降[11]，形成了白云質灰巖夾層和砂屑灰巖夾層。

4 開發利用探討

4.1 資源需求分析

礦區位于銅川市印臺區，距離西安市90km，渭南市80km，銅川市27km。地理位置優越，公路運輸交通便利。礦床規模為大型礦床，質量等級為Ⅱ類。隨著關中平原城市群、西安都市圈、西咸新區、重點領域農村基礎設施建設等一系列基建工程推進，建筑石料需求量旺盛。

4.2 開發條件

礦床高于最低侵蝕基準面，自然排水條件良好。礦坑邊坡和礦體底板為馬家溝組較堅硬的灰巖，邊坡穩定性良好。未來礦山生產主要為巖石物理破碎，礦石和廢渣不易分解出有害組分。礦區水文地質、工程地質條件簡單，地質環境質量良好，剝采比小，適宜露天開采。

礦區所在地電力供應充足，水資源較豐富，交通便捷，人力資源充足，為開發礦山提供了完備的外部條件。礦山開采將有力保障關中地區建筑石料供應，具有一定的社會效益和經濟效益。

5 結論

(1)礦床賦礦層為馬家溝組上段(O2m2)，出露南北長約820m，東西寬約670m，平均厚度約260.2m，礦床規模為大型礦床。

(2)礦石堅固性、飽和抗壓強度、壓碎值等指標滿足建筑石料礦工業指標對礦石的質量要求，質量等級為Ⅱ類。

(3)礦山水文地質、工程地質條件簡單，剝采比小，適宜露天開采。礦山開采將有力保障關中地區建筑石料供應，具有一定的社會經濟效益。