廣東省正古寨灰巖礦床地質特征及開采條件研究

2024-12-14 00:00:00胡欣昌

中國資源綜合利用 2024年12期

摘要：針對灰巖礦床的地質特征及其開采條件進行了系統分析，通過對礦床的地質構造、礦石品質、礦體規模等方面的調查，確定了其主要礦物組成和分布規律。結果表明，該礦床以高純度灰巖為主，含有豐富的碳酸鈣及微量礦物，適用于水泥、建筑材料及化工原料等行業的開發利用。此外，分析了礦區的開采條件，包括水文條件、工程條件等，以期實現礦產資源的可持續開發與利用。研究結果為地方經濟發展提供了重要的資源支撐，也為今后相關礦床的勘探與開發提供了理論基礎。

關鍵詞：正古寨灰巖礦床；礦床地質特征；礦產資源；開采條件

中圖分類號：P619.225 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）12-0-0539

Research on Geological Characteristics and Mining Conditions of Zhengguzhai Limestone Deposit in Guangdong Province

HU Xinchang

（Guangdong Nuclear Industry Geological Survey Institute， Shaoguan 512000， China）

Abstract： The geological characteristics and mining conditions of limestone deposits were systematically analyzed. By investigating the geological structure， ore quality and ore body size of the deposit， the composition and distribution of the main minerals are determined. The results show that the deposit is mainly composed of high purity limestone， rich in calcium carbonate and trace minerals， which is suitable for the development and utilization of cement， building materials and chemical raw materials. In addition， the mining conditions， including hydrological conditions and engineering conditions， are analyzed in order to realize the sustainable development and utilization of mineral resources. The research results provide important resource support for local economic development， and also provide theoretical basis for the exploration and development of related deposits in the future.

Keywords： Zhengguzhai limestone deposit; geological characteristics of mineral deposits; mineral resources; mining conditions

灰巖礦床作為重要的非金屬礦產資源，不僅在建筑、環保等多個行業中具有較高的應用價值，還對地方經濟發展和資源利用具有重要意義[1]。隨著社會對高品質建筑材料需求的不斷增加，深入研究正古寨灰巖礦床的地質特征及開采條件顯得尤為重要。灰巖礦床的形成與地質構造、沉積環境、礦物成分等多種因素密切相關，而全面分析其地質特征不僅能夠幫助研究人員更好地理解其形成機制，還能為合理開發利用提供科學依據[2]。

目前，國內外針對灰巖礦床的研究已有很多，但是針對正古寨地區特有的地質條件及其開采技術的研究較少。本研究旨在通過調查正古寨灰巖礦床的地質特征，識別其典型的地層特征、礦物分布及結構條件，并分析影響其開采的關鍵因素，為后續的開采設計與管理提供理論支持。通過本研究，希望能夠為促進正古寨灰巖的可持續開發提供新的視角，進而為優化區域產業結構貢獻力量。

1 區域地質

礦區地構造位置屬南嶺多金屬成礦帶中段，位于華南地臺粵湘桂西坳陷區的東側，大東山—貴東東西構造帶與北江斷裂帶交匯處。區域地層主要有泥盆系中統棋梓橋組（D2q），以巨厚層狀、厚層狀灰巖為主，為黃鐵礦賦存層位。

泥盆系上統天子嶺組（D3t），下部以生物碎屑泥晶灰巖為主，上部以薄層狀泥晶灰巖為主，條帶狀水平微層理分布。泥盆系上統帽子峰組（D3m），下部以鈣泥質粉砂巖、鈣質或粉砂質泥巖為主，中部以石英砂巖為主，上部以鈣泥質粉砂巖、鈣質或粉砂質泥巖為主。石炭系下統劉家塘組（C1l），以厚層狀含生物碎屑微—泥晶灰巖為主。石炭系下統石磴子組（C1s），下段以厚層角礫狀灰巖夾含生物碎屑微—泥晶灰巖為主，上段以生物碎屑泥晶灰巖、含生物碎屑泥晶灰巖為主。石炭系下統測水組（C1c），下段以中厚層狀細粒石英砂巖、薄層粉砂巖、粉砂質泥巖為主，上段以中厚層狀細—中粒石英砂巖為主。石炭系下統梓門橋組（C1z），以中—厚層狀含燧石團塊生物碎屑泥晶灰巖夾細粒石英砂巖為主。石炭系中統壺天群（C2H），下部以厚—巨厚層狀微—細晶白云巖為主，上部以厚—巨厚層狀含生物碎屑微晶灰巖為主。第四紀殘坡積層主要由砂礫、砂、黏土等組成。區域上以北東向、北西向兩組構造組成構造格架。區域地質圖如圖1所示。

2 礦區地質

2.1 地層

礦區主要地層有石炭系下統測水組（C1c）、石炭系下統梓門橋組（C1z）、石炭系中統壺天群（C2H）、第四系沖積層及第四系殘坡積層等。石炭系下統測水組（C1c）分布于礦區的中部，巖性以中厚層狀細—中粒石英砂巖為主，夾薄層粉砂巖、粉砂質泥巖，含煤層。巖層產狀為10°∠50°，測水組砂巖、泥巖與梓門橋組砂頁巖、灰巖呈整合接觸或斷層接觸。石炭系下統梓門橋組（C1z）的巖性為深灰色中—厚層狀含燧石團塊生物碎屑泥晶灰巖，夾細粒石英砂巖、頁巖，為礦區次要賦礦層位。石炭系中統壺天群（C2H）分布于礦區的南、北部，巖性以厚—巨厚層狀含生物碎屑微晶灰巖為主，夾微—細晶白云巖，局部夾燧石團塊，為本區主要賦礦層位。該地層形成于晚石炭世，巖相沿走向變化較大以及同生角礫的普遍發育，可以表明該期間處于海侵時期的一個非常動蕩的沉積環境。第四系殘坡積層主要由砂、黏土、粉質黏土等組成，分布于礦區地勢低洼地段。

2.2 礦區構造

礦區內主要見有F1～F4等4條斷裂構造帶和1個向斜褶皺。F1斷裂位于礦區北部，貫穿整個礦區，斷裂切割壺天群地層與梓門橋組地層，斷裂長度超過450 m。斷裂傾向南西，傾角較陡，約為75°～85°。

斷裂帶內角礫狀灰巖發育，粒徑相對均勻，以方解石緊密膠結，具有一定的抗壓強度和穩定性。F2斷裂位于礦區中部及北部，主要切割測水組地層，控制梓門橋組地層展布，走向長850 m以上，往北沿伸出區外，斷裂傾向北東。F3、F4斷裂位于礦區中部，為兩組平行斷裂，呈陡立特征，北東走向，斷裂寬約2 m，斷裂帶內角礫發育，以方解石緊密膠結。此外，斷裂兩側節理次生構造發育，節理內充填物為鈣質條帶及灰巖角礫，如圖2所示。向斜構造的軸部位于正古寨山頂位置，軸向北西—南東。兩翼產狀不一，西翼較緩，傾向60°～90°，傾角約為10°～40°，東翼較陡，傾向170°～175°，傾角為50°～70°，軸部巖石破碎，多見灰巖質構造角礫巖出露。

3 礦床地質

3.1 礦體形態、產狀及規模

礦體賦存于石炭系中統壺天群（C2H）和石炭系下統梓門橋組（C1z）灰巖層，呈中厚～厚層狀，具有沉積型礦床特征。礦區發現兩條礦體，編號為V1、V2。

V1礦體的整體形態為不規則狀，北東向延伸，出露標高為264.7～387.0 m。礦體賦存于壺天群（C2H）、梓門橋組（C1z）灰巖，呈單斜層狀產出，礦體長度約為360 m，寬度約為270 m，厚度為6.0～122.3 m，整體較為穩定。

V2礦體整體呈向斜產出，軸部位于正古寨山頂位置，軸向北西—南東。礦體出露標高為278.3～438.0 m，礦體長約465 m，寬約420 m，厚度為14.0～159.7 m。壺天群（C2H）灰巖向斜西翼產狀為80°∠20°～35°，東翼產狀為170°～175°∠50°～70°。梓門橋組（C1z）灰巖向斜西翼產狀為60°～90°∠10°～40°，東翼產狀為170°～175°∠50°～70°，礦體產狀變化較大，地表及鉆孔中溶蝕現象發育。梓門橋組（C1z）的砂巖、頁巖呈薄層狀出露于灰巖的頂部，厚度為2.2～13.0 m，平均厚度為8.1 m，局部可達19.0 m；第四系覆蓋層位于山坡及洼地，厚度約為0.0～4.5 m，平均厚度為3.6 m，局部可達7.5 m。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石自然類型

礦石以原地沉積的原生石灰巖為主，在地質演化的過程中，受多種因素的影響，如壓力、溫度、化學作用等，使得這些礦石呈現出豐富多樣的特征和結構。通過鏡下分析，礦區礦石為生物碎屑泥晶—微晶灰巖、細晶灰巖、細晶灰質白云巖等。

3.2.2 礦石礦物成分

根據不同的礦石類型，采集了11件樣品，礦石中有用化學組分主要為CaO和MgO。其中，CaO含量為32.15%～55.54%，平均為51.17%；MgO含量為0.15%～10.90%，平均為0.35%。其次為SiO2、Fe2O3、Al2O3、MnO、K2O、Na2O、P2O5、SO3等，局部為燧石灰巖，其SiO2含量可達27.7%。礦區礦石化學成分分析如表1所示。

3.2.3 礦石抗壓強度

采集25件樣品，每件樣品測定6個試件的抗壓強度，經測試分析，礦區的巖石單軸飽和抗壓強度平均值為52～81 MPa，總平均值為65 MPa，單個試件的抗壓強度最小值為43 MPa。根據《建設用卵石、碎石》（GB/T 14685—2022）中的規定，建筑石料礦沉積巖一般工業指標要求其最低抗壓強度為30 MPa，說明該礦山的礦石符合建筑用石料工業標準。

3.3 覆蓋層、圍巖與夾石

礦區覆蓋層為第四系殘坡積層。其中，南部覆蓋層厚為0.0～3.5 m，北部覆蓋層厚為0.0～4.5 m，局部可達7.5 m。

礦石圍巖為梓門橋組（C1z）砂巖、頁巖呈薄層狀上覆在該組的灰巖地層之上，礦區南部區域的厚度為0.0～4.0 m，礦區北部區域的厚度為2.2～13.0 m，局部可達19.0 m。該層的砂巖、頁巖較破碎、松散，巖石完整性差。礦區內除建筑石料用灰巖礦外，梓門橋組灰巖中伴生的石英砂巖可作為水泥配料用硅質原料，第四系覆蓋層可用作磚瓦用黏土礦。

4 礦床開采技術條件

4.1 水文地質特征

礦區含水層主要有松散巖類孔隙水、碎屑巖類基巖裂隙水和碳酸鹽巖類裂隙溶洞水3類。松散巖類孔隙水在礦區內富水性分布不均，整體富水性弱，隨季節變化明顯；碎屑巖類基巖裂隙水在礦區內富水性弱，主要是風化裂隙水，水量貧乏，新鮮巖石可視為相對隔水層；碳酸鹽巖類裂隙溶洞水在礦區內富水性分布不均，透水性好，溶洞、暗河的水量豐富，富水性強。

4.2 工程地質特征

礦區內的灰巖呈中厚～厚層狀，結構類型為層狀結構或塊狀結構，以層面、片理、節理為主，層間結合力較差，節理裂隙以張節理為主，剪節理次之，節理面為泥砂及方解石充填或半充填，礦層層面多呈閉合狀。礦區內存在斷裂帶，結構類型為碎裂結構，一般見4～5組結構面，彼此交切結構面多被方解石脈充填，巖塊中顯微裂隙發育。巖石力學分析結果表明，其抗壓強度為47～81 MPa，平均為65 MPa，巖石質量為Ⅰ～Ⅱ等，屬較完整巖體。礦山開采邊坡與巖層傾向大致相同，為順層邊坡，采掘斷面呈陡坡狀，坡度為50°～85°，為不穩定邊坡，易形成小型崩塌及滑坡地質災害。

4.3 地質災害預測

礦山采礦活動會破壞原始地質環境，產生地質災害誘因，從而引發一定的地質災害。預測可能引發的主要地質災害有崩塌、滑坡、泥石流及巖溶地面塌陷[3]。

4.3.1 崩塌、滑坡

在礦山開采時，受斷裂構造及褶皺構造影響，巖石局部破碎，開采面上的巖石沿著斷裂面及巖層面崩落，特別是在未來長期爆破及極端暴雨天氣等條件下，開挖邊坡存在崩塌/滑坡的風險[4]。

4.3.2 泥石流

礦區在夏秋季節多山洪暴雨，礦山開采時剝離量較大，若未及時處理廢石、廢土等松散堆積物，在暴雨作用下會引發泥石流。

4.3.3 巖溶地面塌陷

根據鉆孔見洞率及地表巖溶洼地、巖溶漏斗發育情況判斷，礦區巖溶發育程度屬巖溶強發育區。在礦山開采過程中，受機械震動及爆破震動影響，礦區存在巖溶地面塌陷的風險[5]。

5 結論

灰巖礦賦存于石炭系中統壺天群（C2H）灰巖地層中，層控明顯，本區礦床沿走向和傾向均有延伸，在礦區外圍的東部尋找此類礦產具有良好前景。礦床開采技術條件屬水文地質條件簡單、工程地質條件復雜的類型。礦區局部地形陡峭，巖溶發育，淺部裂隙發育，需防止滑坡、崩塌、泥石流、巖溶地面塌陷等地質災害的發生。

參考文獻

1 陳國林.福建永安水泥用石灰巖礦貯礦地質條件研究及找礦潛力分析[J].福建地質，2023（2）：107-118.