鄂西高桥庙建筑用砂矿床地质特征及开采技术条件分析

李雪峰 刘林 裴明松

摘要：近年来河道砂石开采引起的地质灾害隐患逐渐引起重视，陆上建筑用砂矿床的勘查开发成为非金属建材热点。本文在详细野外地质调查的基础上，以高桥庙矿床为研究对象，总结其矿床地质特征，分析开采技术条件，以期为矿床下一步开采开发提供理论依据。白垩系上統跑马岗组为矿层，矿石质量良好，开采技术条件为以工程地质和环境地质复合问题为主的中等类型（II-4）。

关键词：高桥庙；地质特征；开采技术条件；跑马岗组；鄂西；建筑用砂矿床

1.引言

由于建筑用砂石的需求增速加快，河道砂石资源已经出现短缺，同时过量采集对环境造成危害，因此迫切需要新的建筑砂矿资源来替代（吕新前等，2008）。近年来鄂西地区工业化进程大大加快，但是长江中游河道砂石资源已日趋枯竭，同时过度开采造成的地质灾害隐患增加（韩信，2010；张玉等，2018），因此陆地上建筑用砂矿床的勘查开发是该类非金属矿产的重点方向（常存杰等，2013）。鄂西当阳一带白垩系上统跑马岗组地层中砂岩质地良好，已初步开发，但是其矿床地质特征未有系统总结，开采技术条件，包括水文地质、工程地质和环境地质条件还缺乏系统分析。基于此，本文拟在详细野外地质调查的基础上，以高桥庙矿床为研究对象，总结其矿床地质特征，分析开采技术条件，以期为矿床下一步开采开发提供理论依据。

2.区域地质

矿区位于扬子陆块（II2）扬子周缘前陆盆地（II24）荆当盆地（II24-3）南侧的河溶凹陷中部。区域出露三叠系上统至第四系地层。

三叠系上统地层出露于远安地堑东西两侧，呈北北西向长条形分布，白垩系地层分布于远安地堑和河溶凹陷内，为断陷盆地内山麓相红色粗碎屑岩沉积。第四系地层零星散布于河谷、凹地、缓坡地带，岩性为残坡积、冲洪积含碎块石（卵砾石）砂土。建筑用砂赋存于白垩系上统跑马岗组地层中。区域上矿产主要有煤矿、铜铅锌矿及建筑用砂、玻璃用石英砂岩矿、陶瓷用粘土矿等建材类矿产。

3.矿区地质

区内分布地层主要为白垩系和第四系，断裂构造和褶皱构造不发育，岩浆岩和变质岩未出露，矿产为建筑用砂。

3.1地层

勘查区内出露地层主要为白垩系上统跑马岗组（K2p）及第四系（Q），根据地质填图、槽探及钻孔资料，现将区内地层特征由老至新分述如下：

第四系（Q）：主要散布于矿区南部、西部和北东部河沟、堰塘、农田附近，成分为土黄色、紫红色残坡积物、腐植土、砂质粘土等，砂质粘土内夹杂大小不一、松散状泥质细砂岩碎块，碎块无序状排列。厚度较小，一般为0.1m～1.5m，上覆跑马岗组地层，呈角度不整合接触。

白垩系上统跑马岗组（K2p）：灰白色、棕黄色、砖红色厚～巨厚层状中细粒石英砂岩；砖红色石英砂岩分布不规律，多见砖红色石英砂岩以脉状、透镜状、共轭细脉状等形式填充于棕黄色石英砂岩裂隙中（图1），局部以层状夹于棕黄色石英砂岩中。砂岩分选较均匀，磨圆度中等；矿物成分以石英为主，含长石、岩屑、铁质、泥质等，岩石中可见黑色细小次棱角状岩屑颗粒。砂岩中局部节理裂隙发育，裂隙被硅质填充，因差异风化可见节理纹（图1）。区内地层出露最大厚度69m，未见底。本层位是建筑用砂的赋矿层位，地层即为矿层。

3.2构造

区内构造较简单，为一单斜构造，未发现较大褶皱、断层等。地层走向为北西～南东，倾向50°，倾角1～8°。层理不清晰，局部可见小型揉皱层纹（图1）。

3.3矿体地质特征

本次勘查圈定矿体一个，即Ⅰ号矿体，矿体位于白垩系上统跑马岗组（K2p）地层中，岩性为灰白色、棕黄色、砖红色厚中细粒石英砂岩。灰白色、棕黄色石英砂岩呈厚～巨厚层状产出，砖红色石英砂岩分布零散，多以脉状、透镜状、共轭细脉状等形式填充于棕黄色或灰白色石英砂岩中。矿区范围内100m标高以上均为矿体，矿体形态为近北西走向的长条状山脊，最高点169m，最低标高100m，整体呈厚层状产出，其产状与地层产状一致，倾向50°，平均倾角3°。

矿体主要由6、4、2、0、1、3共六条勘查线，16个探槽和5个钻孔控制。矿体顶板为第四系残坡积层，未见底板，最低控制至100m。矿体平面上长约1300m，宽230m～570m，厚度0m～63.9m，平均为57m；其产状稳定，总体呈“中间厚、北东和南西两边薄”的特点。

4.矿石特征

4.1矿石成分

矿石矿物成分简单，主要矿物成分为石英（图2），含少量长石、岩屑、粘土矿物、黄铁矿、褐铁矿（附件）。

石英：无色～浅灰色，半透明，油脂光泽，次棱角状、次圆状碎屑，分布密集，以中粒～中细粒为主，粒径一般0.3mm～0.4mm，含量80%～85%；

长石：次棱角状碎屑，分布于石英碎屑间，粒径一般为0.2mm～0.4mm，含量1%～3%；

岩屑：次棱角状、次圆状碎屑，分布于石英碎屑间，粒径一般为0.2mm～0.4mm，含量1%～3%；

粘土矿物：微细粒、片状，填充于碎屑间，粒径一般0.001mm～0.01mm，含量一般8%～10%；

铁质：不规则分布于碎屑间，粒径一般0.001mm～0.01mm，含量0%～5%（灰白色、浅黄色矿石中铁质含量不大于3%，砖红色矿石铁质3%～5%）。

矿石化学成分以SiO2为主，其次为Al2O3、Fe2O3，含少量CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等。主要化学成分SiO2含量一般82.50%～94.77%，平均90.07%，变化系数3.43%；Al2O3含量2.53%～7.06%，平均4.93%，变化系数24.74%；Fe2O3含量 0.46%～2.22%，平均1.09%，变化系数39.08%，均属于品位变化均匀类型。

4.2礦石类型及结构构造

矿石自然类型：根据颜色可将矿石划分为灰白色—棕黄色砂岩和砖红色砂岩。矿石为中粒、中细粒碎屑结构，块状构造、砂状构造（图2）。矿体大部分裸露地表，剥离物较少，主要为第四系残坡积物，厚度为0.1～1.5m，剥离厚度薄，剥离量少，剥采比小于0.1∶1。

4.3矿石工程建筑质量参数

本次研究随机抽取3个钻孔，分析测试3组组合样，分别对其颗粒级配、含泥量、表观密度、堆积密度、孔隙率、吸水率等指标进行测试，其结果如下：

（1）颗粒级配（天然砂）。本矿区建筑用砂颗粒级配及细度模数见表1，颗粒级配曲线见图3。砂的级配类别为III级天然砂，细度模数在细粒以下。

（2）含泥量及泥块含量。含泥量为天然砂中粒径小于75μm的颗粒含量。本矿区建筑用砂平均含泥量为11.1%。泥块含量为砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600μm的颗粒含量。本次样品中无粒径大于1.18mm的泥块，泥块含量为0。

（3）有害物质。砂岩中云母、轻物质有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等含量过高会影响矿石质量，本矿区砂岩中有害物质及含量均小于标准限量，详见表2。

（4）表观密度、松散堆积密度、孔隙率。本矿区建筑用砂表观密度为2630-2650，松散堆积密度1290-1360，松散孔隙率48-51，均符合工业指标，详见表3。

（5）吸水率。本次检测3组组合样品饱和面干吸水率均小于0.1%，符合工业利用指标。

5.开采技术条件

5.1水文地质条件

矿区无地表水体，地形地貌为低山丘陵地貌，有利于自然排水。含水层为第四系松散孔隙水含水层和层状砂岩层间裂隙水含水层，属弱含水层，富水性弱。矿区为单独水文单元，地表水与地下水没有直接水动力联系，大气降水是矿坑主要充水源，涌水量受季节性降雨量控制。矿层位于当地最低侵蚀基准面以上，只要开采方法得当，防治措施到位，发生矿坑积水可能性较小。矿区供水源有所欠缺，可满足生活用水需要，工业用水需引水。综合评价，矿区水文地质条件复杂程度属简单类型。

5.2环境地质条件

矿体大部分裸露地表，岩性单一，呈单斜层状产出，无断裂构造，构造简单。矿层主要为层状砂岩较软弱工程地质岩组，力学强度低，裂隙不甚发育，整体稳定性较好。山体斜坡和采坑边坡目前处于稳定状态，但存在局部滑坡、坍塌的可能性。

开采过程中及开采终了将形成规模不等的不稳定边坡，在强降雨和其他外力作用下，可能诱发滑坡、崩塌等地质灾害，应采取必要的防治措施。综合评价，矿区工程地质条件复杂程度为中等类型。

5.3工程地质条件

矿区处于地壳基本稳定区，地震基本烈度Ⅵ度。矿山目前未发现崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害。矿业活动对水土资源影响有限，开采结束后须进行生态环境恢复治理。未来开采欠稳定边坡可能发生局部滑坡、坍塌、掉块等地质灾害。固体废弃物应科学堆放，无有毒有害成分。若采取必要的防治措施，发生地质灾害的可能性较小。矿山环境地质复杂程度属中等类型。

5.4总体评价

综上所述，矿区水文地质条件复杂程度属简单类型；矿体为胶结程度较差的厚层状石英砂岩，结构较松散，属较软弱工程地质岩组，开采后形成的边坡经降雨及外动力作用下，有发生局部坍塌、掉块的可能性，矿山工程地质条件复杂程度属于中等类型；采矿活动严重破坏原始地形地貌，环境地质条件复杂程度属中等类型。按照《固体矿产地质勘查规范总则》（GB/T13908-2002）附录B矿床勘察类型划分标准，矿床开采技术条件为以工程地质和环境地质复合问题为主的中等类型（II-4）。

参考文献：

[1]常存杰，高俊峰，赵坤，等.关于莱芜市砂石土矿开采及管理现状的调研报告[J].山东国土资源. 2013， 29（Z1）： 116-118.

[2]韩信.某小型露天砂石厂开采引发的地质灾害及其防治措施[J].湖南农机. 2010， 37（07）： 216-217.

[3]吕新前，李春忠，陈程华.浙江省风化壳型建筑用砂矿床地质特征及开发应用[J].中国非金属矿工业导刊. 2008（04）： 49-51.

[4]张玉，陈铁林，任伟中，等.湖北省地质灾害发育环境和防治区划现状研究[J].灾害学. 2018， 33（03）： 37-42.