四川都江堰市张家山灰岩矿地质特征及开发利用前景

陈洪辉

摘  要  都江堰市张家山灰岩矿位于扬子准地台龙门山-大巴山台缘坳陷之龙门山陷褶断束的懒板凳-白石飞来峰北东段，含矿层赋存于泥盆系上统沙窝子组（D3s）及二叠系下统栖霞、茅口组（P1q+m）地层中，矿体厚度稳定，形态简单，规模巨大，通过检测评价，可于建筑用骨料、水泥用石灰质原料、建筑用石料等，具有较好的开发利用前景。

关键词  建筑用骨料;灰巖矿;地质特征;开发利用

中图分类号：P619.22+5          文献标识码：A

Abstract： Zhangjiashan Limestone Deposit in Dujiangyan lies in the northeast part of Laibandeng-baishiklip in the Longmensha fold-faulted zone of the Longmenshan-Dabashanplatformedge depression in Yangtze paraplatform. The ore-bearing beds are confined to the Upper Devonian Shawozi Formation （D3s） and the Lower Permian Qixia and Maokou Formation （P1q+m），with stable thickness， simple shape and large scale. The ores can be developed and utilized as aggregate for construction，calcareous material for cement， stone for construction with bright prospects.

Keywords： aggregate for construction; Limestone Deposit; geological Features; development and utilization

张家山矿区位于都江堰市区东北方向，平直距离9.0km，距2008年汶川地震震中（映秀镇）约20公里，属都江堰市虹口乡和蒲阳镇管辖。

1   区域地质

矿区位于扬子准地台龙门山-大巴山台缘坳陷之龙门山陷褶断束的懒板凳-白石飞来峰北东段。区域内出露地层有震旦系、泥盆系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及少量第四系。区域内构造复杂，断层、褶皱发育。

2  矿区地质

2.1  地层

矿区东段地层倒转，区内大面积出露泥盆系、二叠系及三叠系地层（图1），并有第四系全新统残坡积层零星分布。

泥盆系沙窝子组（D3s）：分布于矿区北西部，由肉红色、黄灰色、灰色中-厚层灰岩、白云质灰岩、白云岩组成，厚度大于299m，为含矿层位。

二叠系下统栖霞、茅口组（P1q+m）：近南西-北东向展布于矿区中下部，上部为浅灰色厚～巨厚层石灰岩，夹少量白云质灰岩，中下部为浅灰、灰色厚～巨厚层石灰岩，白云质灰岩，夹少量浅灰色灰质白云岩。该地层有介形虫、蜓及腕足类等生物化石。本统厚度418.99m～441.22m，为含矿层位。

2.2 构造

（1）断层

矿区位于懒板凳～白石飞来峰北东段之懒板凳向斜北西翼，地层总体产状289°～315°∠5°～60°。矿区内发育有F1断层。F1断层延伸长>3km，贯穿矿区。倾向335°～10°，倾角77°～83°，上盘P2l地层，下盘T3xj2地层。

（2）褶皱

矿体内部发育一褶皱，位于矿区南西部，褶皱由一倒转向斜和一倒转背斜组成，出露宽度约150m，核部轴线总体走向近55°，走向长度约200m， 另在矿区中部和东部位置，偶见有局部褶皱现象。

（3）飞来峰

矿区出露的飞来峰仅为懒板凳～白石飞来峰九甸坪段的南部，走向南西～北东向，出露宽度大于770m，延深大于400m，控制长度2280.63m，飞来峰基底面（F1断层面）起伏不平，空间上形态不规则，飞来峰体由泥盆系中统～二叠系上统地层碳酸盐岩和碎屑岩组成，是构成矿体的重要地质体，二叠系下统栖霞、茅口组及泥盆系石灰岩和白云岩为含矿岩石。

3  矿石矿物特征

矿区内矿石自然类型主要为石灰岩，其次为白云岩，另外还有少量灰质白云岩、白云质灰岩、泥质灰岩和泥灰岩。主要矿石描述如下。

石灰岩矿石：灰色、浅灰色，致密块状，标本滴5%冷稀盐酸剧烈起泡，矿物成分主要为方解石，另含少量碎屑石英、交代石英、泥质及铁质。方解石粒径小于0.03mm。岩石中分布着少量介形虫、有孔虫及藻类生物碎屑。

白云岩矿石：主要为黄灰色、肉红色，少量灰黑色，块状，标本滴5%冷稀盐酸微起泡，局部剧烈起泡。矿物成分主要为白云石及少量方解石。岩石主要由碳酸盐矿物及陆源碎屑物两部分组成。碳酸盐矿物中以近四边形、菱形细～粉晶状白云石为主，方解石呈粉晶微粒状，多聚集成团块状分布于岩石中。微晶鳞片状泥质以填隙物形式分布于白云石颗粒间，少量呈细脉状分布，黑色铁质呈散点状分布于岩石中。

石灰岩矿石化学成分（%），CaO 45.90～53.85，MgO 1.28～3.38，SO3 0.04～0.08。

白云岩化学成分（%），CaO 30.90～39.85，MgO 15.28～19.38，SO3 0.04～0.07。

根据资源圈定范围内各种矿石自然类型，其所占百分比及抗压强度值详见表1。

4  矿床规模

根据矿区岩性组合（灰色、浅灰色厚～巨厚层石灰岩，肉色、浅灰色白云质灰岩及黄灰色白云岩）特征和生物化石组合（腕足类、有孔虫、刺皮屑、介形虫）特征，本矿床属浅海相化学沉积型碳酸盐岩矿床，属于厚大型、沉积型矿床。

除矿体南部褶皱部分外，矿体整体倾向为北西向，289°～315°，地表倾角较平缓，一般为5°～15°，深部较陡，一般为30°～60°。

矿层控制出露宽度421m～615m，平均控制宽度528m，矿体走向控制长度800m，沿走向控制矿体厚度90m～309m，平均控制厚度226.61m，矿层厚度较稳定，在倾向上矿层厚度也较稳定（图2）。

经估算，张家山矿区灰岩矿石资源量共计12578.5万吨（体积47287628m?），规模为大型，其中，探明的内蕴经济的资源量（331）5134.1万吨（体积19300978m?），控制的内蕴经济资源量（332）4944.7万吨（体积18589137m?），推断的内蕴经济资源量（333）2499.7万吨（体积9397513m?），其中（331）+（332）占80%，矿山总剥采比0.028∶1（m3/m3）。

5  开发利用前景

矿区位于蒲阳至虹口公路（以下简称蒲虹公路）东侧，矿区东侧有一乡村公路与蒲虹公路相接，矿山至蒲阳镇运距10km，距离成都市运距约80km，交通方便。

矿区海拔标高1043.0～1634.6m，相对高差591.6m，最低开采标高1350m。矿区中、东北部高，西侧及南东侧低，矿区岩石基本裸露，沟谷发育，总体地势呈北东高南西低，中部及东北部高，西部、东南部为沟谷所切，形成近南西-北东向山脉。矿区内地表水和地下水资源都较贫乏，地下水补给主要靠大气降水，矿体均位于最低侵蚀基准面之上，无较大地表水体存在，地形有利于大气降水自然排泄。开采至后期，均为开放式，地形排水条件好。矿体呈层状单斜产出，且矿体内节理裂隙不发育，矿石块体大而致密坚硬，矿体内稳固型好，构成边坡岩石以石灰岩、白云岩为主。矿区地质构造简单，岩溶不发育。因此矿山露天开采技术条件良好。

5.1 建筑骨料

骨料，又称集料，是基础建设行业中重要的原材料，骨料呈松散粒状，是混凝土和沥青路面的主要成分，在其中起骨架、填充作用，可减少路面收缩、抑制裂缝扩展、降低水化热、增加耐磨性。骨料包括碎石、砾石、机制砂、石屑等。基础建设对骨料需求巨大，每公里高速公路砂石骨料约需5.4-6万吨。通过采取矿区有代表性的6件樣品，进行了粗集料检测和沥青粗集料混合实验，结果见表2，矿石样品表观密度、压碎值、吸水率、冲击值、坚固性及洛杉矶磨耗损失指标（这些指标由矿石本身物化性质决定，其他指标主要由加工工艺决定），均符合公路沥青路面施工技术规范（JTG E40-2004）对粗集料质量技术要求（见表3）。

随着政府对自然河道采砂的限制，机制砂因生成工艺绿色环保，质量易于控制，在基础建设中的使用量越来越大。全矿区经加权平均后矿石中SO3 含量小于1%，抗压强度大于60Mpa，符合建筑集料用碎石矿质量要求（GB/T 14685-2011 建设用卵石、碎石标准）。

5.2 水泥用灰岩

张家山矿区内矿石自然类型主要为石灰岩，据文献[3] 张家山灰岩矿石主要化学成份见表4。有益组份（氧化钙）含量较高，有害组份（氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫、游离二氧化硅）含量低。水泥原料质量指标是针对地质品位而言的，一般考虑了开采贫化、各原料间的相互制约、以满足水泥熟料的生产要求为准。因此，在开采时就会考虑同一矿区原料的搭配，氧化钙含量高（譬如：大于48%）的石灰质原料可以搭配一些氧化钙低的石灰质原料。由表4可知，该矿区石灰岩矿石主要指标波幅不大，质量稳定，符合《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范（DZ/T 0213-2019）》中水泥用石灰质原料一般工业指标（见表5），达到I级品原料要求。

5.3 建筑石材

建筑石材指主要用于建筑工程砌筑或装饰的天然石材，包括道路路面铺砌用整齐和半整齐块石、不整齐块石，桥梁建筑用片石、块石、粗石料、镶面石，石雕、文化石等。张家山矿区灰岩矿石色泽明快，主色调为灰色、浅灰色、肉红色、黄灰色，夹杂有少量乳白色斑块或色带;方解石颗粒直径0.004～0.06mm，结构致密，厚至块状层构造，抗压强度大（见表1）;石材表面偶见介形虫、蜓科、腕足类生物碎屑化石，岩石裂隙中存在红色、绿色线状胶结物，不仅不影响矿石质量，还可为饰面材料增加美感。下面列出国内部分饰面灰岩矿石的主要技术指标：

怀化市辰溪县城郊乡饰面灰岩[4]：抗压强度56.4Mpa、抗折强度10.7Mpa、肖氏硬度63、吸水率0.25、光泽度90。

广西灌阳县文市镇饰面用灰岩[5]：化学成分（%）：CaO 54.16、MgO 0.47、K2O+Na2O 0.12、SO3 0.09、 Al2O3  0.25、SiO2 0.64 ;密度2.70g/cm3、湿度0.000298%、耐磨性21.8 a/（1/cm3）、光泽度74.7。

张家山矿区灰岩化学成分与广西灌阳县文市镇饰面用灰岩的很接近，硬度比怀化市辰溪县城郊乡饰面灰岩要高得多。参照《饰面石材矿产地质勘查规范》（DZ/T0291-2015）中天然石灰石建材荒料相关内容，测试结果表明[2]，张家山灰岩矿石体重（密度）、矿石湿度、力学性质、耐磨度、矿石光泽度等均满足对建材荒料品质的要求。因此，该灰岩矿可作为建筑装饰材料，用于广场地面、护栏、桌面、城市雕塑等方面。

5.4 冶金熔剂

对照《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范（DZ/T 0213-2019）》对有色冶金熔剂石灰岩化学成分一般要求（表4和表6），可知张家山灰岩矿石可用作有色冶金熔剂石灰岩。

6  结论

张家山灰岩矿矿石质量优，矿山储量规模较大，开采技术条件良好。可依据石灰岩、白云岩、灰质白云岩、白云质灰岩等的空间分布和市场需求，生产饰面用灰岩荒料、建筑用骨料、水泥用灰岩、冶金熔剂等。这些产品广泛用于住房和城镇化建设、城市轨道交通建设、公路建设、铁路建设、水利建设、冶金等领域。成都及周边县市经济的快速发展，对碎石骨料、水泥原料、饰面灰岩等的需求巨大。因此，以张家山矿区灰岩矿石为原材料可开发多种市场需求较大的产品，潜在经济价值较高，开发该矿产具有较大的社会、经济效益。

张家山灰岩矿山位于龙溪-虹口国家级自然保护区内，制定开发方案时，需将环境和生物多样性保护放到优先考虑的位置。这方面可借鉴都江堰拉法基石灰石矿山（位于虹口乡，同样位于龙溪-虹口国家级自然保护区内）的开发经验，采用先进设备控制粉尘、噪音和尾气排放，对工业生产场地的生活污水、机械含油污水进行处理后达标排放;制定专门的生物多样性管理计划，大力支持并赞助自然保护区的生态检测及大熊猫保护工作[6]。

礦山适合山坡露天开采，可借鉴（都江堰拉法基水泥有限公司）都江堰拉法基石灰石矿山规范化建设的经验，破碎后的矿石通过两条6km长的皮带输送到水泥厂内，供生产水泥用。矿山开采沿山体自上而下分段进行露天开采;重视露天采矿损毁的植被恢复，根据水土保持方案和环境影响评价等技术资料，及时对矿山破坏地表植被等进行绿化复原。坚持边开采边修复的原则，对矿石开采形成的安全平台和清扫平台，开采结束即进行植被恢复。

参考文献 / References

[1]四川省地质局第二区域地质测量队，灌县幅区域地质测量报告（1：20万）[R].1975.

[2]邓修林，四川省都江堰市张家山矿区建筑用白云岩矿勘探报告，中国建筑材料工业地质勘查中心四川总队，2012.8.

[3]何益，张成江.都江堰张家山水泥灰岩矿地质特征及经济价值[J]，四川地质学报，2015，35[1]： 80-82.

[4] 怀化鑫磊石业开发有限公司.年产5万m3饰面灰岩建设项目环评报告[Z]，2016.

[5] 广西壮族自治区三一〇核地质大队.灌阳县文市镇百塘湾饰面用灰岩矿资源储量核实报告[R]，2017 .

[6] 都江堰拉法基水泥有限公司.2013年中国水泥矿山论坛文集[C]. 2013： 131-139.