甘肅省永登縣花鹿坪石灰石礦廢石與圍巖綜合利用探討

白兆安，張龍海

（中國建筑材料工業地質勘查中心甘肅總隊，甘肅天水 741000）

永登花鹿坪石灰石礦是甘肅省最早發現的優質水泥用灰巖礦山之一，首次發現于1952年，先后多次開展了地質工作，為永登祁連山水泥有限公司的發展提供了原料支撐，為蘭州的經濟發展及城市建設做出了卓越貢獻[1]。本文論述了礦區的成礦地質背景，評價了圍巖的物理性能，分析了圍巖作為建筑石料的可行性，為同類礦山的資源綜合利用提供了參考。

1 區域地質背景

礦區大地構造上屬北祁連加里東褶皺帶東部的中堡—老虎山復式向斜的南翼。構造主體為南東東—北西西向。出露的地層主要為奧陶系中統中堡群火山碎屑巖，夾碳酸鹽巖及奧陶系中上統石灰巖、玄武巖、硅質板巖等組合，呈長條帶狀南東東—北西西向沿山脊溝梁展布[2-3]。另在藏民臺以北為志留系馬營溝組變粉砂碎屑巖和中基性火山巖等分布。各巖層大都裸露，多構成懸崖峭壁。僅礦區以南及西部為第三系、第四系砂礫碎屑、黃土沉積(圖1)。

圖1 花鹿坪石灰石礦區域地質略圖

本區位于祁呂系與古河西系的復合地帶，祁呂系其中部復合在古河西系構造形跡之上。作為整個褶皺束，褶皺和斷裂均較發育，區域構造線為北西西—東西向。西部邊緣分布著兩個傾伏向斜。

（1）南泥溝—魯家溝復向斜：該向斜較大部分在打柴溝幅內，僅其南部分布在該區域圖幅內，且比較完整，向斜明顯向北西傾伏，核部為下二疊統大黃溝群（P1Dh），兩翼及東南揚起端依次為下石炭統臭牛溝組（C1c）、下石炭統前黑山組（C1q）及上泥盆統沙流水群（D3Sh）。軸向呈連續的反“S”形，明顯的顯示了順向壓扭特征。兩翼傾向相向，傾角45°～65°，東部揚起端傾角20°～30°。

（2）大川向斜：位于圖幅西南大川一帶，該向斜由上新統臨夏組（N2l）組成，占據整個次沉降帶。軸向330°，東翼地層傾向南西，傾角10°，西翼地層傾向北東，傾角15°，屬極為平緩開闊的對稱向斜。該向斜多被第四系黃土、洪積層掩蓋。

區內斷層較發育，但分布比較集中，沿野蔥溝—馬家莊及魯家溝—石灰溝分布，均為逆斷層，以北西西向斷層為主，其次為北西向和北東向斷層。

（1）莊浪河斷裂：為測區河西系規模最大，反映最明顯的一條斷裂。展布方向為335°。該斷裂傾向北東東，傾角60°～90°。斷面呈舒緩波狀，破碎帶中見擠壓扁豆體、斷層泥等。

（2）華藏寺壓性斷裂：該斷裂為古河西系的復合斷裂。展布方向305°，出露長度13km。斷面傾向北北東，傾角50°～80°。破碎帶寬約100m，帶內巖石強烈破碎，并見斷層角礫巖、斷層泥、糜棱巖及擠壓透鏡體。沿該斷裂分布的下石炭統前黑山組（C1q）石膏層也呈碎團塊狀。兩側產狀明顯相交。地貌上呈明顯的負地形。

2 礦區地質特征

礦區出露地層較簡單，僅有奧陶系中統中堡群（O2Zh），該群為一套淺變質的槽型海相碎屑巖—碳酸鹽巖—硅質巖—火山巖建造。巖性主要由基性、中性和堿性火山巖、硅質巖、結晶灰巖、硅質板巖。總厚度大于2800m。根據巖性組合特征、巖相建造等，將該群自下而上分為十二個巖性段(圖2)。

圖2 花鹿坪石灰巖礦區地質圖

一巖組一巖段（O2Zh1-1）：分布于礦區南部，出露面積約0.031km2，地層產狀為20°∠39°，巖性主要為紅褐色硅質板巖，薄至中層結構，塊狀構造，巖石節理裂隙發育，裂隙面多見紅褐色氧化物充填。一巖組二巖段（O2Zh1-2）：分布于礦區南部，出露面積約0.041km2，地層產狀為21°∠67°，巖性主要為灰綠色蝕變玄武巖，斑狀結構，杏仁構造，巖石致密堅硬。一巖組三巖段（O2Zh1-3）：分布于礦區南部，出露面積約0.021km2，呈長條狀分布，地層產狀為21°∠67°，巖性主要為紅褐色硅質板巖。一巖組四巖段（O2Zh1-4）：分布于礦區南部，出露寬度約60m，面積約0.036km2，地層產狀為21°∠67°，巖性主要為灰綠色蝕變玄武巖。一巖組五巖段（O2Zh1-5）：分布于礦區中南部，出露面積約0.034km2，呈長條狀分布，地層產狀為30°∠50°，巖性主要為紅褐色硅質板巖。一巖組六巖段（O2Zh1-6）：分布于礦區中部，出露面積較大約0.207km2，地層產狀為30°∠50°，巖性主要為灰綠色蝕變玄武巖。一巖組七巖段（O2Zh1-7）：分布于礦區中部，基巖裸露，出露面積約0.079km2，呈長條狀分布，西部出露較寬，向東逐漸變窄，地層產狀為4°∠67°，巖性主要為紅褐色硅質板巖。奧陶系中統中堡群二巖組（O2Zh2-2）：該層分布于礦區中部，出露寬度約224m，巖性為灰色亮晶砂屑灰巖，細晶結構，塊狀構造，巖石巖性較穩定。三巖組一巖段（O2Zh3-1）：分布于礦區南部，出露面積約0.035km2，呈長條狀分布，地層產狀為13°∠57°，巖性主要為紅褐色硅質板巖。三巖組二巖段（O2Zh3-2）：分布于礦區北部，出露寬度約100m，面積約0.06km2，呈長條狀分布，地層產狀為23°∠61°，巖性主要為灰綠色蝕變玄武巖。三巖組三巖段（O2Zh3-3）：分布于礦區北部，出露面積約0.0327km2，呈北西南東向，地層產狀為17°∠56°，西部出露較窄，向東逐漸變寬。巖性主要為紅褐色硅質板巖。三巖組四巖段（O2Zh3-4）：分布于礦區北部，出露面積約0.076km2，地層產狀為17°∠56°，巖性主要為灰綠色蝕變玄武巖。

礦區內構造不發育，僅在北部發育一條平移斷層F1，走向為323°，斷距約15m，延伸長度為470m，規模較小，將奧陶系中統中堡群二巖組（O2Zh2-2）灰巖、奧陶系中統中堡群三巖組一巖段（O2Zh3-1）硅質板巖、奧陶系中統中堡群三巖組二巖段（O2Zh3-2）蝕變玄武巖、奧陶系中統中堡群三巖組三巖段（O2Zh3-3）硅質板巖、奧陶系中統中堡群三巖組四巖段（O2Zh3-4）蝕變玄武巖向北西向錯開，對礦體影響較小。

3 綜合利用探討

花鹿坪石灰石礦綜合利用對象為難以開采利用的石灰巖礦體及圍巖，巖性為石灰巖、蝕變玄武巖、硅質板巖，根據綠色礦山建設要求，需對其用途進行研究[4-5]。礦區內各巖層均呈層狀產出，厚度及形態較穩定（表1）。

表1 各地質體特征一覽表

化學組分是研究礦石利用價值的基礎，也決定著礦石的性質與用途(表2)。

表2 化學全分析成果表

灰巖礦石中CaO 平均含量為53.61%；MgO 平均含量為0.78%；SiO2平均含量為3.55%；K2O 含量為0.054%～0.10%，平均值為0.075%；Na2O 平均含量為0.0167%；Fe2O3平均含量為0.28%；Al2O3平均含量為0.30%。硅質板巖中CaO 平均含量為4.51%；MgO 平均含量為0.89%；SiO2平均含量為84.01%；K2O 平均含量為0.83%；Na2O平均含量為0.0183%；Fe2O3平均含量為2.76%；Al2O3平均含量為3.07%。蝕變玄武巖中CaO平均含量為14.46%；MgO 平均含量為6.91%；SiO2平均含量為40.61%；K2O 平均含量為1.41%；Na2O 平均含量為0.38%；Fe2O3平均含量為7.40%；Al2O3平均含量為14.66%。

本次對212 件物性樣及6 件堿活性測試樣進行了物理性能和巖石力學性質測定（表3）。灰巖礦體及圍巖飽和抗壓強度最小值為12.38MPa，最大值125.93MPa；硫化物及硫酸鹽最小值0.031%，最大值0.87%；堅固性最小值1.5%，最大值16.5%；壓碎值指標最小值3.67%，最大值33.33%。各項物理性能指標變化較小，總體較穩定，屬于Ⅱ類建筑用石料礦。

表3 巖石物性測試結果統計表

4 結論

（1）礦床賦礦層位為奧陶系中統中堡群（O2Zh），巖性為灰色亮晶砂屑灰巖，CaO平均含量為53.61%；MgO平均含量為0.78%。圍巖巖性為蝕變玄武巖及硅質板巖，化學成分均一，有害組分含量較低，物理性能穩定[6]。

（2）礦床單獨難以開采利用部分可與圍巖綜合開采利用，灰巖、蝕變玄武巖、硅質板巖總體能達到Ⅱ類建筑石料標準，保有資源量為4800×104m3。

（3）礦產資源是不可再生的，節約礦產資源，采礦方式必須由粗放式轉變為集約式，切實執行礦產資源利用(三率)最低指標[7]要求，提高礦產資源綜合利用能力。