试谈普通建筑石料矿产地质勘查及技术方法

叶立鑫

(原福建省建材(控股)有限责任公司，福建 福州 350003)

1 概述

本文所述的普通建筑石料矿产是指除饰面石材、规格石料(建筑用条块石、路沿石、铺面石等)及工艺美术用石材之外的可破碎加工成不同粒度的建筑用碎石、机制砂(人工砂)的天然岩石。

随着我国基础设施建设和房地产业的迅速发展，对混凝土和建筑用砂、石料的需求量日益增多，且消耗量巨大。通常，混凝土中使用的骨料(砂、碎石)量约占混凝土质量的6/7左右，现全国每年仅混凝土骨料的消耗量近百亿吨，可以说天然砂、石料矿产的年消耗量是固体矿产资源中消耗量最大的矿产。因此，必须加强对普通建筑石料矿产的地质勘查，查明其资源储量情况，以满足建设的需要。

目前我国对普通建筑石料矿产地质工作总体较薄弱，地质工作程度普偏较低，地质勘查中存在的问题较多，主要表现在以下几个方面：

(1) 由于缺乏建筑石料矿产地质勘查规范，勘查工作缺乏统一的标准和要求，造成勘查程度和成果质量参差不齐，影响矿床开发和利用。

(2) 勘查类型和工程间距的确定缺乏统一的类比、参考依据，造成勘查线和工程布置普遍带有随意性、盲目性，从而影响勘查效果。

(3) 普遍以岩(矿)石加工产品(碎石、机制砂)的质量或技术标准作为地质勘查一般工业指标，导致圈矿标准和矿床评价参差不一。

(4) 原矿物性样品采集和测试项目与加工产品的物性样品采集和测试项目混淆在一起，且测试项目不全、不统一，从而影响矿石质量和用途评价。

(5) 在矿床开发经济效益预评价中，常误以原矿产量当作加工产品的产量进行经济效益估算，使估算的经济效益与实际相差较大。

由于存在上述问题，影响了矿床勘查工作程度和成果质量，给勘查报告和资源储量评审造成困难，也影响了矿床的合理开发和利用。为了克服和扭转此状况，笔者结合建筑石料矿产资源储量多年评审经验和体会，对普通建筑石料矿产地质勘查工作程度及技术方法等提出以下探讨意见和建议，供地质勘查参考。

2 地质勘查工作程度及技术方法探讨

2.1 建筑石料矿产地质勘查程度

国土资源部国土资发[2007]68号《关于全面实施〈固体矿产资源/储量分类〉国家标准和勘查规范有关事项的通知》中规定：“申请设立采矿权(含划定矿区范围)大中型煤矿应达到勘探程度；非煤矿山原则上应达到勘探程度；简单矿床应达到详查并符合开采设计要求(《矿产勘查开采分类型目录》中第三类矿产除外)”。其中《矿产勘查开采分类型目录》中所列的第三类矿产就包括了普通建筑材料用砂、石、粘土矿产。而68号文中所述的“简单矿床”即指国标GB/T13908-2002《固体矿产地质勘查规范总则》中所划分三种勘查类型中的第Ⅰ类型简单矿床。由此可见，普通建筑石料矿产属于第三类矿产中第Ⅰ勘查类型的简单矿床，基于文中规定的第三类矿产“除外”，即可理解为不必做到详查程度，也就是说不论大、中、小型规模建筑石料矿床均可只做到普查程度即可，提交推断的(333)资源量(当有少量深部验证钻孔控制时，可探求少部分控制的资源量)；而矿区水文、工程及环境地质等开采技术条件的查明程度应满足矿山建设设计的要求，也可理解为通过一般水文、工程地质调查达到“基本查明”即可。

2.2 勘查类型和工程间距的确定

普通建筑石料矿产常见的岩石(矿石)包括有：岩浆岩中分布广泛的花岗岩、闪长岩、凝灰岩、安山岩等；变质岩中的片麻岩、混合岩类；沉积岩中的石灰岩、石英砂岩等，属于第三类矿产，其勘查类型一般划归《固体矿产地质勘查规范总则》中的第一类型简单矿床。但规范总则中没有提出勘查类型相应的工程间距，而仅是规定为：“工程间距通常采用与同类矿床类比的办法确定。”

目前，建筑用石料矿已有矿种勘查规范可类比的同类矿床，主要为饰面石材矿、石灰岩矿及玻璃用石英砂岩矿。饰面石材矿和玻璃用石英砂岩矿第Ⅰ勘查类型探求控制的资源量的工程间距为200～300m，而石灰岩矿第Ⅰ勘查类型相应控制的工程间距为400m。但在建筑石料矿实际勘查工作中通常采用较上述可类比的同类矿床第Ⅰ勘查类型的工程间距偏密，而且常以规范中探求控制的资源量的工程间距来探求(333)资源量，这显然是不合理的。实际上，像建筑用花岗岩矿(或其他岩浆岩)勘查评价时，没有像作为饰面用花岗岩矿需查明岩石颜色花纹、色线色斑、荒料块度和荒料率等较特殊的要求，其勘查有一定的难度。对建筑石料矿来说，其勘查评价就相对简单的多。

根据建筑石料矿床的一般产出特征，影响矿床勘查难易程度的主要地质因素一般有以下三种：

(1) 矿体内部结构复杂程度(岩石类型是否单一，或存在两种以上岩石类型；是否存在需剔除的不可用夹石层或脉岩)。

(2) 浮土层和基岩风化层分布及厚度大小。

(3) 地质构造复杂程度(是否存在影响矿体连续性和矿体圈定的断裂破碎带)。

根据以上三种主要地质因素，笔者提出将建筑石料矿床划分为以下的两种勘查类型：

(1) 简单Ⅰ-1类型：矿体内部结构简单；浮土层和基岩风化层不发育，或厚度小(剥采比一般≤0.5∶1m3/m3)；地质构造简单。

(2) 简单Ⅰ-2类型(偏中等型)：矿体内部结构简单偏中等复杂；浮土层和基岩风化层发育或厚度较大(剥采比超过0.5甚至超过1∶1m3/m3)；地质构造简单偏中等复杂。

笔者总结多年来建筑石料矿地质勘查和矿山开采经验教训，结合对该类矿产地质勘查报告评审的经验体会，提出上述两种勘查类型的工程间距建议(见下表)供勘查时类比参考之用。

普通建筑石料矿产勘查类型及工程间距建议

考虑到在实际勘查工作中，经常会遇到划定的勘查区(或采矿权)范围面积较小的情况，这时尽可能采用表中工程间距的上限值，当采用上限值仍难以布置勘查线时，应以勘查区内至少布置2～3条勘查线为原则，适当采用较密的线距布置勘查线，以达到有效地控制矿体和便于估算资源储量。

2.3 勘查方法、勘查手段及工程布置

在地方矿产资源规划的开采区范围内，通过地质踏勘，选定或圈出勘查区(拟定探矿权或采矿权)范围。较理想的勘查区范围一般应符合以下几个条件：

(1) 岩(矿)体延展连续稳定，完整性较好。

(2) 出露良好，覆盖层(浮土层)及基岩风化层厚度及剥采比小，开采技术条件简单。

(3) 断裂构造不发育，岩脉无或少。

(4) 矿区所处的交通运输相对便利，离城镇较近；附近无重要建构筑物、无生态林区及文物保护区等。

(5) 预估的矿石资源量能满足拟建矿山规模和服务年限的需要。

根据建筑石料矿体的产出特征，通常采用平行勘查线法进行勘查。勘查工作以地表露头地质观测研究为主，填测制工作区地形地质图和地质剖面图。当矿体普遍被第四系浮土层覆盖并在矿体上部存在基岩风化层时，应沿着勘查线布置槽井探工程予以揭露。当浮土层、风化层厚度较大，地表槽井探工程不能揭穿其厚度时，应改用浅钻进行揭露控制，对基岩风化带应根据不同风化程度和物理力学性能等特征划分强、弱风化带，并确定各带分布和厚度。

地质填图所采用的地形图需仪器实测，小型矿区亦可采用小比例尺地形图放大后经野外用仪器修测而成。测量精度与要求应按国标GB/T18341-2001《地质矿产勘查测量规范》执行。考虑到今后矿山开采及总平面布置的需要，地形图测量范围可根据实际情况适当扩大(一般扩大至拟定的矿界外约100～200m)。地形地质图比例尺一般为1∶2000或1∶1000，地质剖面图比例尺一般为1∶1000。

建筑石料矿区岩石和矿石类型一般较单一；矿体连续性、完整性较好，且变化较小；地质构造简单；矿石质量变化较小，且越往深部矿石质量一般趋向越好，故属简单Ⅰ-1勘查类型时，深部矿体一般不需要布置岩心钻探进行控制和验证。若属大中型矿床或当矿体内部结构或地质构造属简单偏中等的简单Ⅰ-2勘查类型时，宜布置少量深部岩心钻孔进行验证控制。

2.4 采样测试工作

为了查明建筑石料矿的矿石特征及质量情况，以满足矿石加工和利用的需要，在勘查时需按不同岩(矿)石的岩性、矿石类型分别采集代表性样品进行岩矿鉴定、物化性能和力学强度测定、化学全分析、矿石加工技术性能试验等。其中岩矿鉴定除肉眼鉴定外，还应进行镜下鉴定，以便正确定名。矿石物化性能采样需按不同矿石类型分别采集原矿样品和加工成碎石或机制砂产品的样品。对原矿样品(包括微风化、弱风化带岩石)主要按工业指标要求的项目(如抗压强度、硬度、吸水率、小体重或表观密度等)进行测定；对矿石加工产品(碎石、机制砂)物化性能测定样品是采自矿石加工技术性能试验的产品或附近同类矿山加工破碎车间的产品，其采样要求及物化性能测试项目和测试质量要求，需按照国标GB/T14684-2011及GB/T14685-2011中的规定执行，并对测试结果进行评价。至于矿石加工技术性能试验样品，则是采集地表及浅、深部一定数量有代表性原矿样品(按不同岩性类型分别采样然后组合而成)，委托有资质单位实验室，采用破碎、研磨、筛分等工艺流程，制成不同规格粒度的碎石或机制砂，以评价矿石加工的难易程度及加工技术性能。当矿区附近已有同类型矿石的生产矿山和加工场时，可收集其加工生产方面的相关资料进行类比评价，此时可不必再采样进行矿石加工技术性能试验。

建筑用碎石产品物化性能测试项目通常包括：颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、坚固性、压碎指标、硫酸及硫化物含量(以SO3质量计)、有害杂质(有机物)含量、连续级配松散堆积空隙率、含水率及堆积密度(用户有要求时)、碱集料反应试验等。若有加工机制砂产品时，除测定上述项目外，还需加测：石粉含量、有害物质(云母、轻物质、氯化物等)含量。当产品用作高速公路面层石料，或铁路道渣等特殊用途时，还需按相关行业标准要求加测相关物性项目(如磨耗率、磨光值、对沥青的粘附性、软石含量等)，并对测试结果进行评价。

需特别注意以下两点：①在编写勘查报告时，应将原矿石与加工产品(碎石、机制砂)的采样和物化性能测试成果及评价分开叙述；②当原矿物化性能测试结果各项质量指标均合格，而其加工产品(碎石或机制砂)物化性能测试结果有时出现某些项目质量未能达标(如：颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量、石粉含量等)，这可能是由于加工工艺设备选型或操作不当等原因造成的，并非是由于原矿质量问题所致，一旦对工艺设备进行调整完善或操作改进之后，一般即可达到标准要求。因此，遇到此种情况时需仔细分析原因，不宜轻易、简单的作出否定结论。有时加工产品(碎石、机制砂)各项物化性能测试结果均达标，仅碱集料反应试验结果超标(不合格)，若重做试验结果仍为不合格时，则矿石只能作为一般民用建筑石料(如条石、块石、毛角石等)用途进行评价。

2.5 放射性检测

主要作为混凝土骨料用的建筑石料矿产勘查时，需进行放射性检测，并按照国标GB/6566-2010《建筑材料放射性核素限量》进行评价。通常先采用岩石编录方法沿着地质填图路线或勘查线的天然及人工露头上测量并导出γ照射量率，对矿床放射性水平作出初步评价。若岩石γ照射量率远低于标准限量时，可不必再做天然放射性核素分析，只需在地质报告中叙述矿区各岩石γ编录点位置及测定的数据并进行评价即可。若矿区岩石γ照射量率超标或在限量值上下波动时，则必须采样测定岩石放射性比活度(放射性核素限量测试)，然后根据测定结果对矿区放射性水平作出结论评价。

2.6 水文、工程及环境地质等开采技术条件的查明程度

建筑石料矿床的勘查一般限定在当地最低侵蚀基准面以上，适宜采用露天开采的范围内。因此，勘查时需在调查收集区域水文地质资料的基础上，着重调查矿区含水层分布及其富水性，并收集长期水文地质观测资料、调查地表径流、排泄补给等条件，达到基本查明矿床(矿区)水文地质条件，同时提出供水水源、水量及水质情况。工程地质方面需初步划分矿区工程地质岩组，采样测定岩石力学强度，评价矿、岩石及露采边坡稳定性，提出开采后可能产生的工程地质问题及防治措施，基本查明矿区工程地质条件。对矿区环境地质方面重点调查矿山开采及剥离对生态环境的影响及应采取的防治措施，基本查明矿区地质环境质量。

总之，通过矿床水文、工程和环境地质调查，对矿床开采技术条件总体需达到基本查明程度，以基本能满足矿山建设设计需要为准。

2.7 工业指标

建筑石料矿产地质勘查一般工业指标包括矿石质量要求和开采技术条件两个方面要求。矿石质量要求主要针对原矿的质量要求，而不是对加工产品(碎石、机制砂)的质量要求。在笔者评审过的建筑石料矿区勘查报告中经常发现将国标《建设用卵石、碎石》、《建设用砂》中的加工产品质量指标当作地质勘查工业指标，这是不合适的。对建筑石料矿来说，只要岩(矿)石新鲜，结构致密坚硬，力学强度高，则加工的碎石或机制砂主要物化性能指标(如坚固性、压碎指标等)一般均能达到国标要求，除极个别矿区碱集料反应试验结果有略超标外，其他如颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、石粉含量、有害物质含量等只要选用合适的工艺流程、设备和操作条件，一般就能达标。由此可见，将加工产品的质量要求当作地质勘查工业指标显然是不妥的。笔者总结多年建筑石料矿产地质勘查和矿山生产经验，结合评审工作经验体会，提出普通建筑石料矿产地质勘查一般工业指标建议如下，供参考。

2.7.1 矿石质量要求(作为加工砼骨料——碎石或机制砂用)

(1) 岩石新鲜，结构致密。

(2) 岩石力学强度高，在水饱和状态下，岩石抗压强度(压缩强度)为：火成岩≥80MPa，变质岩≥60MPa，沉积岩≥30MPa。

(3) 岩石表观密度或小体重≥2.6t/m3。

(4) 吸水率≤2.0%。

说明：加工的碎石或机制砂产品物化性能测试结果一般须达到国标《建设用卵石、碎石》、《建设用砂》中的技术标准，若主要物化指标(如压碎值、坚固性、碱集料反应试验)未能达标时，可改作为一般民用建筑石料(如条石、块石、毛角石等)用途评价。

放射性γ强度必须测定和达标，此系通用要求，可不必列入指标。

2.7.2 开采技术条件要求

(1) 最低开采标高：一般不低于当地最低侵蚀基准面标高，若低于时，一般需通过技经论证。

(2) 夹石剔除：不能用作建筑石料的一定厚度(大中型矿床一般≥4m，小型矿床一般≥2m)的夹石层、脉岩、蚀变岩、有害物质聚积区、断裂破碎带等尽可能单独圈出，参与剥离量计算。

(3) 采场最终边坡角：松软状(含浮土、强风化层及弱风化层)≤45°，岩石状≤60°。

(4) 采场最终底盘宽度：大中型矿≥60m，小型矿≥30m。

(5) 剥采比≤0.5∶1m3/m3。

(6) 爆破安全距离≥300m。

2.8 综合利用评价

饰面石材矿一般采用人工楔裂法或机械锯割法开采，而主要作为加工碎石、机制砂的建筑石料矿山，通常是采用凿岩爆破方式进行开采。因此，首先通过调查看能否作为饰面石材矿的用途进行评价，若能作为饰面石材矿进行开发，则应以饰面石材矿勘查评价为主，然后对矿山开采后形成的边角废石料再加工成碎石或机制砂，这样就能最大限度发挥资源综合开发效益。笔者最近评审过一处已开采多年的饰面用花岗岩矿山(荒料及加工的板材出口到国外)，被封闭停产后改为建筑用石料矿区，对此做法感到有些不解，为何不允许继续先开采饰面用花岗岩荒料，然后对边角废石料进行加工，制成碎石或机制砂，这样既可综合利用又不影响生态环境。

对于不能作为饰面石材矿开发的矿区，只能作为普通建筑石料矿进行勘查和开发利用，矿山开采的剥离物(土、废石)一般可作为道路建设维护的填充料使用。对风化层中的石英砂可通过筛选获取作为建筑砂。而加工碎石、机制砂产生的少量石粉可考虑作为制砖原料使用。故单一的建筑石料矿综合利用评价相对较为简单。

2.9 矿床开发经济效益预评价

建筑石料矿勘查阶段一般进行概略研究性质的经济效益预评价，需在分析当地矿产品市场需求形势的基础上，初步确定矿山生产规模(包括原矿年产量、加工的碎石、机制砂年产量)、产品品种规格、产品出矿(厂)价格、年销售收入、销售成本、各类税费(含增值税、资源税、资源补偿费、企业所得税等)、矿山总投资(含基建投资、生产流动资金)、年净利润、投资利税率、投资回收期、投资收益率等，最后对项目的可行性及经济效益得出初步的结论性评价。

需注意的是，在经济效益预测中，不能将矿山原矿年产量当作加工的碎石、机制砂产品年产量进行经济效益估算。因为原矿加工成碎石、机制砂后，虽重量基本未变，但加工产品的松散堆积体积变大，一般1m3原矿加工成产品后体积增加至1.5m3左右(视不同岩石松散系数而定)，而产品销售是以体积计算的，故计算加工产品的产量时，原矿年产量需乘上矿石松散系数(多为1.5m3左右)及加工机制砂产品的产率(一般均在95%以上)之后才是加工产品的年产量，以此计算的企业经济效益才是正确的。

3 绿色勘查

2017年3月22日，国土部等六部委联发《关于加快建设绿色矿山的实施意见》中提出在地质勘查中应树立“生态优先，绿色勘查”的理念，要求在地质勘查中严格落实勘查施工生态环境保护措施，切实做到依法勘查、绿色勘查，大力发展和推广新技术新方法，健全绿色勘查技术标准体系，适度调整或替代对地表环境影响大的槽探等勘查手段，减少地质勘查对生态环境的影响等。为此，结合建筑石料矿产勘查的具体特点，提出以下建议：

(1) 在编制建筑石料矿勘查实施方案时，需融入和贯彻“生态优先、绿色勘查”的理念，做到同时设计、同时施工、同时验收。绿色勘查相关的经费拟列入勘查预算中。

(2) 尽可能采用浅钻替代槽井探，以揭穿、控制覆盖层(含浮土层、风化层)分布及厚度。“以孔代沟”将极大减少对生态环境的影响。无法以浅钻替代时，在施工槽井探和编录后，应适时将其回填复土，恢复生态。

(3) 尽量将预查、普查或普查、详查相结合连续进行，以减少多阶段勘查、重复勘查而造成生态环境的破坏或减轻勘查对环境的负面影响。

(4) 在选择勘查手段或钻机类型时，尽可能选择轻便化、易拆卸、易搬迁钻机，以减少临时道路修建、减小机台面积，减少对环境的破坏和影响。

(5) 勘查结束后，及时进行全面生态恢复治理(包括道路恢复、复绿等)，与野外地质工作同时进行检查、考核和验收。

目前我国绿色勘查尚处于起步阶段，有关绿色勘查标准、实施细则和相关政策等急待修订出台，以便有据可依，统一标准和实施，并在实施中不断总结经验，促进绿色勘查、绿色矿山建设的健康发展。

【参考文献】

[1]中国国家质量监督检验检疫总局.GB/T13908-2002 固体矿产地质勘查规范总则[S].北京：中国标准出版社，2002.

[2]中国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T14685-2011 建设用卵石、碎石[S].北京：中国标准出版社，2011.

[3]中国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T14684-2011 建设用砂[S].北京：中国标准出版社，2011.