湖南资兴市坳下饰面石材砂岩矿地质特征及找矿前景

2020-05-24文成雄张锦煦

华南地质 2020年4期

文成雄，孟杰，张锦煦

（湖南省地质调查院，长沙 410116）

我国石材资源丰富，几乎遍布全国各个省区。近年来，我国石材工业发展迅速，不仅应用上更加广泛，而且在政策的拉动下，中国石材已全面超越欧美石材强国，成为世界最大的石材生产、消费和进出口大国。在我国城市化进程的加快和国内外优质饰面石材资源匮乏的情况下，市场需求激增，供应缺口加大[1-3]。随着建筑装饰业和石材加工技术的迅速发展，以及人民群众审美情趣不断提高，天然饰面石材已广泛应用于居民房屋、市政广场、火车站等建筑的室内外装饰，并逐步向艺术化、个性化、规模化使用的趋势发展[4－5]。

湖南省天然饰面石材资源丰富，潜力巨大，但受制于勘查投入、开发利用技术水平、生态环境保护、相关管理政策等原因，其开发利用仍处于起步阶段，尚未形成规模，创造知名品牌、市场竞争力不足[6]。资兴市紧邻国内石材生产大省广东，近年来，随着东江湖周边有色金属矿依政策退出关闭，使得矿业经济急速下滑。为提振矿业经济，资兴市决定调整矿种结构，2016 年资兴市将发展饰面石材等建材传统产业列入了资兴市国民经济和社会发展第十三个五年计划，对饰面石材资源的需求迫切。

作者近年来主持完成了资兴市非金属矿产调查评价及坳下饰面石材矿详查工作，坳下饰面石材砂岩矿为资兴市及周边地区首次发现的该类型高档饰面石材资源。本文力图阐明坳下饰面石材砂岩矿的地质特征，同时对湘东南地区该类型饰面石材矿的找矿前景进行剖析，希望对后期矿山开采及周边寻找该类型矿床提供一定的依据，为资兴市发展非金属饰面石材矿产资源产业提供支撑。

1 矿区地质特征

坳下饰面石材砂岩矿位于湖南省郴州市资兴市八面山乡，距离资兴市直线距离约37 km，交通便利。

1.1 矿区构造

图1 研究区区域地质构造简图[1－2，9]Fig.1 Regional geological structure map of the studied area（modified after Ref.[1－2，9]）

矿区大地构造位置处于华夏陆块（Ⅳ－5）的粤湘赣早古生代沉陷带（Ⅳ－5－3），即炎陵－汝城冲断褶隆带（Ⅳ－5－3－1）北缘（图1）。区内经历了加里东、印支、燕山及喜马拉雅四个发展阶段，加里东期基底由震旦系、寒武系组成，形成近E-W 向、NWNWW 向的复式背向斜及断裂构造的基底格架，燕山期主要形成NNE、NE 向条带褶皱及断裂构造[7-8]。

1.2 矿区地层

矿区出露地层主要为寒武系纽芬兰统香楠组（C1x），局部涉及到震旦系上统丁腰河组（Z2d）、下统埃岐岭组（Z1a）；其中香楠组（C1x）为矿区赋矿层位（图2）。

埃岐岭组（Z1a）以浅黄色、紫红色粉砂质板岩、绢云母板岩为主，局部夹浅变质粉砂岩；丁腰河组（Z2d）由硅质岩组成；香楠组（C1x）以浅变质泥质粉砂岩、浅变质石英（杂）砂岩、粉砂质板岩、绢云母粉砂质板岩为主，地层呈近东西向展布，倾向近北，地表出露厚度大于1.5 km，向东与彭公庙岩体接触，厚度逐渐变小。

1.3 矿层赋存部位

矿区饰面石材矿层赋存于杉木垄-蛤蟆塘向斜构造南翼，为一紧闭线型向斜构造，向斜构造走向上延伸约18 km，呈近东西向展布。区内共发现三条规模较大的断层，其中F3 断层为矿区内破矿断层，压扭性，走向北东-北北东，倾向北西，倾角57～65°，走向上长度大于1.8 km。

矿区距离北侧彭公庙岩体直线距离仅3 km。矿区内可见数条花岗岩脉出露，均呈透镜状，规模小，岩性为中细粒斑状黑云母二长花岗岩。

1.4 围岩蚀变

岩石蚀变普遍较发育。埃岐岭组（Z1a）主要发育绢云母化、绿泥石化及千枚岩化；丁腰河组（Z2d）蚀变发育较少，局部见硅化、绿泥石化；香楠组（C1x）发育硅化、绢云母化、绿泥石化、角岩化等，局部发育黄铁矿化，其中，硅化和角岩化与矿层密切相关，可作为判断浅变质石英砂岩能否作为饰面石材矿石的重要标志。

图2 坳下矿区地质简图Fig.2 Geological sketch of the Aoxia deposit

2 矿床地质特征

2.1 矿层特征

矿区已发现六层饰面石材矿层，分别为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅲ、Ⅳ，呈层状分布，本次研究的重点为Ⅰ-1、Ⅱ-1 及Ⅳ矿层，矿层特征见表1。

饰面石材矿层呈层状产出，与地层产状一致，呈近东西向展布，倾向近北。矿层围岩主要为裂隙发育、较为破碎、不能作为饰面石材矿进行利用的硅化浅变质细粒石英（杂）砂岩，以及浅变质泥质粉砂岩。

2.2 矿层节理、裂隙发育情况

矿区缓倾斜节理、裂隙不发育，一般呈叠瓦状、近平行产出（图3a）。节理、裂隙面平整，延长延深不大，间隔10-50cm，倾角0-10°，走向80-120°，局部产出，整体不发育，对矿层影响不大。

陡倾斜节理、裂隙较发育，延长延深较大（图3b）。节理、裂隙面平直，一般有石英脉充填其中，间隔30-300 cm，以60-150 cm 居多，倾角50-89°，多集中于60-89°；走向大致分为两组，一组105-202°，一组270-354°，对矿层有一定的破坏作用。

3 矿石特征

3.1 矿石类型

矿石类型有三种，分别为硅化浅变质中细粒石英（杂）砂岩（图3c，图4a、b）、含条带硅化浅变质细粒石英（杂）砂岩（图3d、图4c、d）及含石英脉硅化浅变质细粒石英（杂）砂岩。三种类型矿石均产于香楠组中，矿物成分均以石英、细小长英质矿物为主，变余细粒砂质结构，中厚层-巨厚层构造。镜下观察可见岩石由砂岩受接触变质作用而成，角岩化程度中等偏弱；其中，含条带硅化浅变质细粒石英（杂）砂岩的泥质含量稍高，可见明显揉皱构造；含石英脉硅化浅变质细粒石英（杂）砂岩以发育多条近平行或杂乱无章石英细脉为特征。

表1 饰面石材矿层特征一览表Table 1 Statistical table of characteristics of facing stone ore layer

图3 饰面石材矿层野外露头照片Fig.3 Field outcrops of the facing stone ore beds

图4 饰面石材矿标本及镜下照片Fig.4 Specimen and micropbotograph of the facing stone ore

饰面石材荒料主要呈青灰色、瓦青色、暗青灰色，质硬、体重、声脆、块体厚度大，经过试采及加工后（图5g、h），板材呈亮黑色，纹路美观、大方。花纹分为两种，一种为后期形成的不规则状石英细脉（图5e、f），另一种花纹为含条带饰面石材荒料经区域应力作用后形成的揉皱纹，呈波浪状，该花纹颜色差异性小、柔和，纹路美观（图5c、d）。

目前我国对饰面石材品种的分类尚无统一标准[10－12]，经过市场调查与类比，无花纹（图5a、b）加工后成品称为“中国黑”或“墨玉”[13]；含泥质条带荒料加工后成品与湘西州“黑木纹”[14]品种类似；含石英脉荒料加工后成品称为“黑白根”，为饰面用板材；三个品种均可作为装饰用中高档石材。

对钻孔采集的三种矿石类型（即无花纹、含石英脉、含条带三类）进行了系统的统计，估算出各类型所占比例，各类型矿石占比见表2。

3.2 矿石的化学成分

各类型饰面石材砂岩矿的矿石化学成分基本一致。钙、钛、磷、钠和硫含量都很低，硅、铁、铝含量属于正常的浅变质石英砂岩。酸不溶物、硅含量较高，而对应的钙、钠含量较低，表明矿石耐酸性和耐腐蚀性较强（表3）。

3.3 矿石的物理技术性能

对不同类型矿石的物性特征进行测试，主要测试项目有肖氏硬度、抗压强度、放射性、抗剪断强度、吸水率、耐磨性等。各项测试结果均达到饰面石材砂岩矿的要求[15－17]（表4）。

表2 矿石类型含量统计表Table 2 Statistical ratio of different ore types

表3 矿石化学分析结果表（wt%）Table 3 Major element content of facing stones（wt%）

表4 坳下矿区矿石物理性能测试结果Table 4 Physical property of facing stone in the Aoxia deposit

3.4 矿层荒料率的计算

饰面石材的荒料率是指所获得的荒料体积与开采总体积的百分比，节理和裂隙的发育程度是影响荒料率的最主要因素[18-22]。

本次选取了有代表性和特征的5 处地段进行节理、裂隙素描，使得出的荒料率结果更接近实际。素描点一般是一个大小约10 m×（4～5）m 的矩形，拟设切割深度为1 m，在布置时应尽量使方位保持一致，通常比例尺采用1：50 为宜[10-13]（图2）。其中，Ⅰ-1 矿层在走向剖面及倾向剖面分别统计CK004、CK001，统计面积分别为40 m2、50 m2；Ⅱ-1矿层在走向剖面及倾向剖面分别统计CK003、CK002，统计面积分别为40 m2、40 m2；Ⅳ矿层在走向剖面统计CK005，统计面积为52.5 m2（图2）。

矿区饰面石材矿层厚度多集中于40-150 cm，结合周边饰面石材矿山开采情况及市场上对中高档板材的块度大小的要求，故本次开采时拟设开采面高度暂定为1 m，最小可采石料以40 cm×50 cm×100 cm 进行统计、测算。

以荒料的长、宽、高三要素对矿层进行布裁，获得体图解荒料率[23-25]。按照不同矿层，将各素描点的体图解荒料率[26]进行加权平均，各矿层体图解荒料率见表5。

本次采用劈裂分离方法进行了小规模的试采工作，初步估算试采荒料率为30.14%。通过计算，Ⅰ-1 矿层荒料率校正系数为1.09，Ⅱ-1 矿层荒料率校正系数为0.69，Ⅳ矿层荒料率校正系数为1.06。

理论荒料率就是校正后的体图解荒料率，理论荒料率为资源量估算的基本参数。通过计算，各矿层理论荒料率见表6。

4 控矿因素及找矿前景分析

4.1 控矿因素

（1）矿区饰面石材砂岩矿主要赋存于寒武系香楠组，为距陆源区不远的边缘海盆环境堆积而成。香楠组代表了湘南地区一套以砂质沉积为主，夹有较多炭泥质的沉积地层。岩性较稳定，厚度大，以浅变质砂岩为主，夹板岩及较多炭质板岩。

表5 坳下矿区饰面石材矿层体图解荒料率统计一览表Table 5 Statistical of block rate of facing stone ore layer in the Aoxia deposit

表6 坳下饰面石材矿区荒料率统计一览表Table 6 Statistical list of block rate in Aoxia ornamental stone mining area

（2）矿区距离北侧彭公庙岩体直线距离约3 km，且矿区内发育多条斑状二长花岗岩岩脉，靠近岩体发生的热接触变质作用使矿石发育不同程度的角岩化，致使矿石成分更为细腻，打磨抛光后更加亮丽、美观，是区别于其他饰面用砂岩的重要标志。

（3）矿区处于华夏陆块（Ⅳ-5）的粤湘赣早古生代沉陷带（Ⅳ-5-3），即炎陵-汝城冲断褶隆带（Ⅳ-5-3-1）北缘。区域上经历了多阶段、复杂的构造作用，从而形成大量不同时代和期次、不同方向与规模、不同性质的断裂、褶皱、构造盆地等构造形迹；后期热液活动频繁，致使矿石中充填了大量的石英细脉，且沉积环境变化形成的条带与细脉局部发育不同程度的变形，形成了美观、大方的花纹。

（4）浅变质中细粒石英（杂）砂岩经过热接触变质作用，发生角岩化后，使矿石更为细腻，打磨后呈亮黑色，是其与其他饰面用灰岩、饰面用花岗岩的重要区别，可作为中高档饰面石材产品。沉积过程中，层厚的大小是影响饰面石材荒料块度大小的重要因素；泥质条带是矿区“黑木纹”品种饰面石材形成的关键。不同期次构造的发育，致使石英细脉的大量充填，形成了“黑白根”品种饰面石材；而区域性构造活动，使泥质条带及石英细脉花纹发生不同程度的褶曲。

（5）地表饰面石材矿层的分布主要与层厚及裂隙发育程度关系密切。矿石品质好、规模大的地段，在地表通常表现为植被不发育，矿层基本裸露于地表；而植被发育部分，矿层在地表多有一定程度的风化或裂隙发育稍多，品质稍差。垂向上，饰面石材矿在深部较地表裂隙发育少，深部矿层更为完整。

（6）杉木垄-蛤蟆塘向斜中越靠近核部位置，岩石更为破碎，裂隙更为发育。Ⅰ-1、Ⅱ-1 矿层位于向斜构造靠近两翼边部的位置，Ⅳ矿层离向斜核部位置更近。根据矿区揭露情况，Ⅰ-1、Ⅱ-1 矿层与Ⅳ矿层相比，无论是在地表还是深部，矿层的完整性更好，裂隙发育更少。

4.2 找矿前景

（1）本次工作的重点为杉木垄-蛤蟆塘向斜构造南翼的局部地段，共估算“控制＋推断”饰面石材矿资源量约700 万m3，且杉木垄-蛤蟆塘向斜是蛤蟆塘-北中山向斜构造的一部分，蛤蟆塘-北中山向斜构造呈近东西向展布，走向上延伸约18 km，向斜的北翼距离彭公庙岩体更近。由此可见，围绕蛤蟆塘-北中山向斜，在向斜构造的北翼及矿床的东西两侧，具有较大的找矿潜力。

（2）在向斜构造中，硅化浅变质细粒石英（杂）砂岩大面积裸露地段，一般岩石的层厚较大、完整性较好，可作为在寻找该类型饰面石材矿的重点位置。

（3）向斜构造靠近两翼的地段比靠近核部地段裂隙发育较少，有望寻找品质较好、荒料率较高的饰面石材矿层。

（4）区域上湘南地区分布有大量的香楠组，该套地层岩性为以砂质沉积为主，夹有较多炭泥质的沉积岩，故湘南地区、特别是岩体周边的香楠组中，有望寻找到多个该类型饰面石材砂岩矿体，找矿前景良好。