陕西省商洛市花岗岩石材资源评价方法研究

2018-10-19王曙光南卡俄吾林兆丰

中国资源综合利用 2018年9期

王曙光，南卡俄吾，林兆丰

（陕西省土地工程建设集团有限责任公司，西安 710075）

“十三五”规划提出，到2020年，全国常住人口城镇化率由2015年的56%提高到60%，到2030年达到70%。2016年，我国天然石材板材产量10.8亿m3，其中大理石板材产量3.5亿m3，同比增长7.5%；花岗石板材产量7.3亿m3，同比增长3.6%。随着城镇化进程稳步推进，城镇公共建筑建设量将不断增长，推动国内石材消费量持续稳定增长。作为资源依托型产业，在全国区域经济结构调整、东部地区石材资源日趋枯竭和开发成本上升的大背景下，石材产业布局向中西部地区逐步实现战略转移已成必然趋势，寻求新的资源接续地显得尤为重要。

商洛市位于陕西省南部地区，地质构造归属秦岭造山带东段，得益于地质历史过程中频繁的岩浆岩活动，该地区岩浆岩分布广泛、发育类型多样，既有地幔演化的深成镁铁-超镁铁质岩和岩浆分异喷发的火山岩，又有造山作用过程中陆壳生长的花岗岩类及火山岩，形成时代自元古代至中生代均有，以中酸性、酸性侵入岩为主，出露面积从数百平方米到数百平方千米。其中以柞水、曹坪及沙河湾中生代岩体为基础，构成了本区巨型花岗岩带[1-3]。同时，商洛市交通条件便利，包茂高速、沪陕高速、山柞高速（在建）贯通全境，距离西安、安康等地百千米以内，区内各县镇已实现省级公路全覆盖，具备完善的货物运输条件。因此，合理开发商洛市花岗岩石材不仅有助于促进当地经济快速发展，承接区域性布局调整发展红利，同时能够以商洛市为基础，打造西部石材产业新基地，保持行业稳定发展。鉴于此，本文以商洛市沙河湾、曹坪、柞水花岗岩体为研究对象，旨在通过总结岩体岩石学及岩相学特征，探究岩浆岩成因，在此基础上结合近年来绿色矿山建设内在要求，提出适用于商洛市花岗岩石材资源评价方案，为资源开发提供一定理论依据。

1 资源概况

1.1 岩体地质特征

图1 商洛市印支期花岗岩分布

柞水岩体出露于柞水县东北，如图1所示，商丹断裂带南侧，呈北东向展布，出露面积264 km2。围岩主要为中上泥盆统刘岭群浅变质沉积岩系和早古生代罗汉寺群变质岩系，岩体的北部侵入到泥盆统丹凤群中酸性-基性火山岩和变质碎屑岩中，主要岩性为黑云母二长花岗岩，岩石呈灰白色-肉红色，中粗粒似斑状结构，块状构造，斑晶为钾长石，颗粒较大，分布不均匀，基质为中粒斜长石、石英、钾长石以及黑云母[4-6]。岩体中可见大量伟晶岩脉，主要矿物组成为斜长石、石英、钾长石、黑云母、白云母及少量的角闪石，均有明显绿泥石化。曹坪岩体位于沙河湾岩体西侧10 km处，呈椭圆形，长轴近东西向展布，长轴和短轴相近，面积约184 km2，岩体北侧围岩为秦岭群混合片麻岩，南侧为晚泥盆统桐峪寺组长石石英砂岩、细晶灰岩、砂板岩[4]。主要岩石类型为石英二长岩、二长花岗岩，如图2所示。沙河湾岩体出露于商州区西南20 km的牛槽、沙河湾一带，分别与丹凤群火山岩、秦岭群片麻岩、刘岭群砂板岩和垃圾庙辉长岩接触，并被晚期二长花岗岩侵入。岩体呈椭圆形，长轴东西向展布，面积约104 km2。岩性主要为中粗粒巨斑状黑云角闪二长花岗岩[7-9]。岩石呈白色-浅红色，似斑状结构，块状构造，斑晶为钾长石，环斑大小不一。岩体内部普遍存在较寄主岩石更偏基性的暗色微粒包体，这些暗色微粒包体多呈水滴状，边部为流线型外形，显示出明显的塑性流变特点。

图2 曹坪岩体二长花岗岩标本（a）和显微镜下照片（b、c、d）

1.2 岩浆岩成因

近年来，随着俯冲带岩浆作用认识的不断深入，商洛市花岗岩成因研究也有了较大突破。弓虎军等人依据锆石LA-ICP-MS测试方法，证明了岩浆岩形成于晚三叠世，锆石εHF值介于-6.0～+3.3，加权平均值为-0.74±0.8，暗示岩浆起源可能来自南秦岭基底地壳物质或者亏损地幔。从地球动力学背景来看，南秦岭变质作用、勉略构造带洋盆闭合时限为242～221 Ma，柞水岩体、曹坪岩体、沙河湾岩体形成时代介于210～225 Ma，正好处于中生代南北陆壳相互作用的最后时段[1]。由于这种B型俯冲作用强烈，当地形成安第斯型陆缘岩浆弧的同时在弧后出现拉张应力场，区内同时期煌斑岩脉体发育也证实了这种拉张作用确实存在。弧后伸展作用伴随着俯冲不断为岩浆提供有力的运移通道，并在地壳减薄条件下部分熔融的幔源岩浆与花岗质岩浆混合，后经侵位形成了现有的花岗岩带。

2 资源调查

矿产资源潜力评价是从经济和技术两个方面，利用地质工作中所获取的相关数据与资料，应用地质理论和科学方法，在总结成矿地质条件和成矿规律的基础上，将其转化为矿产资源信息，从而对地壳的某一部分或某一单元内矿产资源的潜力、利用的可能性及其经济价值做出合理的评估。其目的是要回答一个地区矿产资源现状和可能的潜力。主要任务是应用己有地质工作积累的资料，全面总结工作区的区域地质背景、区域成矿背景等信息，在此基础上分析工作区的成矿模式、模型，并圈定找矿成矿潜力区。而成矿特征要素则是潜力评价研究的重要基石。对于花岗岩石材矿而言，成矿要素主要包含成矿区带内岩浆岩物理性质、化学性质、岩石学特征、岩相学特征和矿体地质参数等[10-13]。

花岗岩石材开发不仅取决于市场需求、交通运输条件，更依赖岩浆岩自身物理、化学性质及地质发育条件。多年来，众多科研院所、地勘单位已在商洛市开展多项成矿潜力评价研究工作，尤其是针对国民经济急需的有色金属矿产资源进行了系统研究[14-17]。其依据地质、物探、化探和遥感特征划分了成矿区带，圈定了成矿潜力区，为石材资源潜力评价提供了一定基础资料。资源调查可分为野外地质调查与岩石物理化学性质室内研究两部分。

2.1 野外地质调查

针对沙河湾、曹坪、柞水等岩体，笔者分别选取典型花岗岩出露区开展大比例尺路线地质调查（1:500 0～1:100 00），概略了解地形地貌、岩石类型及成体形态规模，分析花色品种及其主要矿物成分及有害成分，观察调查区地质构造类型及岩体风化情况，并进行样品系统采集。

2.2 岩石物理化学性质研究

对野外采集的代表性岩石样品，磨制薄片。通过显微镜详细研究造岩矿物及特征、副矿物的组成、比例及特征，主要观察不同矿物之间的穿插关系、包裹关系、边界形态，总结造岩矿物的结晶先后顺序。同时，测定样品 SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、P2O5、MnO、灼失、H2O+含量，并确定矿石的体积密度、压缩强度、放射性、弯曲强度和吸水率等物理性能参数。

3 资源潜力评价

通过前期成果，梳理区内花岗岩石材矿成矿要素，研究成矿地质条件、控矿因素、找矿标志，并结合野外地质调查与岩石学、岩石地球化学、物理性能参数及成矿规模，按照潜力评价研究技术要求，圈定不同等级成矿潜力区。

3.1 物理性能特征

花岗岩饰面石材常用的物化性能主要包括矿石的体积密度、压缩强度、放射性、弯曲强度和吸水率等[18-19]。体积密度是指石材在自然状态下单位体积（包括石材实体及其开口孔隙、闭口孔隙）的质量；压缩强度是指试件承受单向压缩导致破坏的应力值；放射性分为内照射指数和外照射指数；弯曲强度是指试件弯曲至破坏时所承受的应力值；吸水率是指岩石吸水质量与岩石干燥质量比[20]。根据《天然花岗石建筑板材》规范要求，按照一般用途和功能用途，花岗岩物理性能技术指标划分如表1所示。

表1 花岗岩物理性能技术指标

3.2 岩石学特征

石材的品种直接取决于岩石的矿物成分与结构构造。石材矿床评价最主要的任务就是研究矿床中各石材品种的矿物成分、结构、构造及其变化规律以及各石材品种的赋存情况、变化规律；矿石中有害物质的种类、形态、大小、数量和分布规律，它们对石材的开采、加工以及对石材装饰性和物理、化学性能都会产生影响[21]。同时，石材的矿物成分与结构、构造的差异决定着石材荒料的价格与开采、加工成本[22]。根据石材的品种及花色将隐晶质结构划分为优等，细粒结构划分为一等，粗粒、似斑状结构划分为二等。