四川雷波黑波罗矿区玄武岩矿床地质特征及开发利用前景

奚旺

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心四川总队，四川 成都 610052；2.成都理工大学，四川 成都 610059)

玄武岩作为建筑用石料具有耐磨、吸水率低、抗压性强、压碎值低、抗腐蚀性强、沥青粘附性好等优点，多被用于重点工程建设。玄武岩经熔融和一定的工艺制成的玄武岩玻璃纤维，可以纺织、加工成隔音和保温材料，广泛应用于航天、航空、军工、消防、汽车、船舶、建筑、环保等新兴产业领域，因而被称为21世纪“绿色工业材料和新材料”，具有广阔的市场需求和应用前景[1]。我国玄武岩分布虽然较为广泛，但开发利用程度较低，主要作为建筑用石料，仅部分玄武岩可作为玄武岩玻璃纤维原料，因此寻找更高开发利用价值的玄武岩矿成为当下研究的重点与热点。

1 区域地质背景

黑波罗矿区玄武岩矿床位于四川省西南边缘横断山脉东段，金沙江北岸，大地构造位置位于上扬子古陆南缘、四川前陆盆地叙永—筠连叠加褶皱带、甘洛—小江断裂带以东，处于四川西南部“川滇南北向构造带”与四川盆地“新华夏系沉降带”的交接地带(图1)，形成以褶皱为主、断裂构造不甚发育的构造格局。区内褶皱主要包括乐都背斜、拉咪向斜、牛牛寨背斜等。它们大致均呈南北向或近南北向平行排列，成组出现，形成复式褶皱，轴面多直立或高角度西倾，少数向东倾。区内断层主要有刹水坝—马颈子断层、上田坝断层、硝滩断层和猴儿沟断层等，相互平行排列，断面西倾，为冲(逆)断层。区域地层除缺失泥盆系、石炭系外，从下震旦统到中下侏罗统均有出露。区内岩浆岩主要为晚二叠世峨眉山玄武岩(P3em)，广泛分布于区内各地(图2)，尤以刹水坝—马颈子断裂以西美姑依沃瓦觉、柳洪、龙头山、大风顶一带发育。玄武岩由暗绿色至灰黑色致密状、斑状、杏仁状及气孔状玄武岩多旋回组成，可分为上、下两个较大旋回及9个次级旋回。上旋回以杏仁状玄武岩为主，致密状次之，偶有斑状者，由4个次级旋回组成，每旋回以致密状玄武岩开始，杏仁状玄武岩结束；下旋回以斑状玄武岩为主，杏仁状次之，由5个次级旋回组成。每旋回以斑状、致密状玄武岩开始，杏仁状玄武岩结束。区内玄武岩具间歇性多期喷发特点，柱状节理发育。

图1 雷波地区构造纲要图

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区地层除缺失泥盆系、石炭系外，从中寒武统到中三叠统均有出露，主要含矿层为上二叠统峨眉山玄武岩(P3em)，与上覆上二叠统龙潭组砂岩、页岩及下伏中二叠统阳新组灰岩、白云岩呈假整合接触关系。

上二叠统峨眉山玄武岩(P3em)分布于矿区东部及西部，位于黄毛坝背斜两翼，矿区内以灰绿色少斑状辉石玄武岩为主，偶夹有薄层杏仁状玄武岩，其中杏仁体含量小于7%，零星出露气孔状玄武岩。呈北西—近南北向展布，黄毛坝背斜西翼辉石玄武岩流面产状249～275°∠40～60°，矿区内出露最宽613m，走向上延伸4.54km，并分别沿西、南、北三个方向延伸出矿权范围；黄毛坝背斜东翼玄武岩流面产状235～250°∠30～34°，地层有倒转现象，矿区内最宽出露约430m，走向上延伸1.97km，并分别沿北西、南东两向延伸出矿权范围。

2.2 构造

矿区褶皱构造为黄毛坝背斜，断层为羿子坝断层。

黄毛坝背斜：轴线呈北西—南北—南西向从矿区中部穿过，为向东凸出的弧形倒转背斜，东翼倒转。核部地层为寒武系，两翼依次为奥陶系、志留系、二叠系。背斜轴面倾向西，一般为255～275°，倾角较陡，一般为50～70°，背斜西翼倾向为254～263°，倾角40～45°，背斜东翼倾向为236～260°，倾角30～75°。西翼倾向249～275°，倾角40～60°。羿子坝断层(F1)呈近南北向从矿区范围外北东侧穿过，主要错断了下三叠统飞仙关组、铜街子组、嘉陵江组地层，断层面倾向西，倾角为70～80°，为高角度冲断层。

图2 四川省雷波县地区峨眉山玄武岩分布略图

区内无基底构造出露，断裂与褶皱关系密切，二者往往相伴出现。背斜紧密，向斜开阔。断裂以南北向为主，多为高角度向西倾之冲断层，裂隙发育，为玄武岩的喷发提供了良好的构造条件。矿区出露的玄武岩分布于攀西裂谷区，是以海陆交互相为主的大陆裂谷型玄武岩分区，甘洛—小江断裂带是本岩区峨眉山玄武岩主要的陆相喷发通道，沿着这条断裂带有一系列的火山喷发中心，峨眉山玄武岩覆盖面积约27×104km2。

3 矿床地质特征

3.1 矿体分布特征

详查区内玄武岩矿体分布于勘查区西南部回龙场乡陆银沟村马哈营组，位于该玄武岩地层南段，为上二叠统峨眉山玄武岩(P3em)下旋回第一次级旋回(P3em2-1)，矿石为辉石玄武岩(图3)。出露形态为不规则楔形，西边界顺探矿权西部边界沿南北向展布，东边界呈弧形展布。玄武岩出露标高820～1 660m，出露宽度104～603m，平均344m，由南至北逐渐变宽，呈似层状产出，产出形态简单，玄武岩流面倾向249～275°，倾角40～60°，平均51°，在露采境界内，矿体长度830m，出露宽440m，矿体厚度70.25～167.33m，平均111.46m。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石的自然类型及组构

矿石自然类型主要为灰绿色少斑状辉石玄武岩，极少量杏仁状、气孔状辉石玄武岩，具斑状结构、间粒间隐结构，块状构造、杏仁状构造等。矿石主要由斑晶和基质两部分组成(图4)，斑晶约占2%～10%，为典型基性斜长石，呈半自形板状，粒度0.3～10mm，颗粒多见绢云母化。基质约占90%～98%，具间粒间隐结构，主要矿物成分为斜长石、辉石及隐晶质，斜长石微晶呈细小粒状，与隐晶质混杂充填在斜长石微晶之间，见微弱绿泥石化。少量玄武岩具有杏仁体(图5)，呈圆状、椭圆状或不规则状，内部充填物主要为绿泥石、硅质及铁质等。

3.2.2 矿石的化学成分

根据矿区2件化学全分析结果(表1)和20件少斑状玄武岩、7件杏仁状玄武岩、2件气孔状玄武岩矿石部分化学分析结果(表2)，矿区玄武岩SiO2平均含量 50.67%，Al2O3平均含量 13.45%，CaO平均含量 8.26%，MgO平均含量 4.00%，Fe2O3平均含量13.93%，K2O平均含量1.92%，Na2O平均含量2.16%，TiO2平均含量2.70%，SO3平均含量0.045%，Cl平均含量0.077%，P2O5平均含量0.21%，MnO平均含量0.19%，变化系数均小于10%。据Lebas MJ等[2]火成岩分类标准，矿区玄武岩为亚碱性玄武岩，具有明显的高铁(FeOT＞10%)、低碱(Na2O+K2O≈4)特征。Mg#范围为0.32～0.34，而原始岩浆的Mg#范围明显集中在0.63～0.70[3]，可以看出黑波罗矿区玄武岩样品的Mg#明显偏低，代表经历一定的分异过程。

图3 玄武岩矿区地质图

图4 辉石玄武岩的斑晶及基质

图5 辉石玄武岩的杏仁体

3.3.3 矿石的物理性能

黑波罗矿区玄武岩的物性测试是依据公路集料进行的测试，对矿区30件玄武岩矿石进行小体积质量测定、69组样品进行烘干、饱和岩石抗压强度力学试验样、8组样品进行天然抗压强度力学试验、16组样品进行天然抗剪强度测定，其各项物理力学性能指标均符合建筑用玄武岩(公路沥青路面用粗集料)质量指标要求(表3)。

4 矿床成因探讨

目前，峨眉山玄武岩的成因在学术界现已取得相对一致的认识。在20世纪八九十年代，峨眉山玄武岩以裂谷成因为主导[4-5]，而随着近年来的研究逐渐深入，地幔柱成因已成为主流观点[6-8]。由于地幔柱的上涌使地表在几百万年之内发生千米级的隆升，如果地幔柱发生在一个浅海相的沉积盆地环境，上覆地层会因抬升而遭受差异剥蚀和玄武岩的差异喷发及裂谷盆地的形成[9]。位于康滇古陆东缘的雷波区域，其玄武岩的喷发与康滇裂谷带有着密切的联系，区域内第一组南北向断裂，主要分布在康滇隆起带上，以安宁河断裂、甘洛—小江断裂和磨盘山—绿汁江断裂为代表；第二组北东向断裂，包括西部的小金河断裂、箐河—程海断裂，东南部的弥勒断裂，这些古断裂构造是峨眉山玄武岩浆的主要喷溢通道，这与沿着这些古断裂玄武岩分布厚度较厚相一致。根据黑波罗矿区出露玄武岩岩石类型、组构及分布特征，主要为喷溢—溢流相，无爆发角砾岩相，玄武岩具有柱状节理发育、斑状结构、气孔状(杏仁状结构)等特点，经历结晶分异过程特征，可以解释为距强烈喷发中心较远的攀西裂谷边缘相带。因此，该矿床成因类型应该为陆相火山喷发型玄武岩矿床。

表1 黑波罗矿区玄武岩矿化学全分析结果 (单位：%)

表2 黑波罗矿区玄武岩矿部分化学分析结果(单位：%)

5 矿床开发利用前景

玄武岩具有广泛的用途，主要用于建筑石料，还可用于玄武岩纤维和铸石的原料。

5.1 建筑用玄武岩

据JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》，黑波罗矿区玄武岩矿石各项技术指标均符合公路沥青路面用粗集料的原料要求。同时矿区处在西部大成都经济发展圈内，要进行包括高速公路、高速铁路、城市道路改造以及民用建筑等工程建设，这就需要大量优质的碎石料及人工砂，由于玄武岩矿石质量优越于其它岩石类的性能，故黑波罗矿区玄武岩矿石在该市场上的需求量很大，具有较大的开发利用价值。

表3 矿石物性测试结果

5.2 玻璃纤维用玄武岩

玄武岩纤维是一种以天然玄武岩拉制而成的无机非金属材料，主要包括普通棉、超细棉和连续玄武岩纤维等种类[13]。整体而言，玄武岩玻璃纤维核心工艺技术是矿石熔融、拉丝[14]，而玄武岩要成功拉丝，需满足一定的化学成分要求[15-17]，根据国内几家玄武岩纤维厂数据对比显示，黑波罗矿区玄武岩化学成分满足各厂家生产用玄武岩化学指标，可作为玻璃纤维用玄武岩，建议进一步进行工业生产试验。

5.3 其他用途探讨

作为铸石原料的玄武岩化学组分可有较宽的变化范围，但物理性质要求结构均匀、未风化，矿物粒度越细越好，不含或少含斑晶[10-11]。黑波罗矿区玄武岩在化学成分上除MgO含量略低外，都符合铸石用玄武岩技术指标(表4)，但在物理性质上出露地表矿石风化程度较高，且斑晶粒度0.3～10mm，故不适合作为铸石用玄武岩。

黑波罗矿区玄武岩的主要成分与粘土相似[10]，据行业标准(DZ/T0213-2002)中水泥配料用粘土一般工业指标要求(表5)，黑波罗矿区玄武岩硅酸率不足，MgO含量高，碱含量略高，且物性指标上无塑性，硬度高，研磨性难与灰岩匹配，故不适合作为水泥配料用玄武岩。

6 结论

(1)根据黑波罗矿区出露玄武岩岩石类型、组构及分布特征，主要为喷溢—溢流相，无爆发角砾岩相，玄武岩具有柱状节理发育、斑状结构、气孔状(杏仁状结构)等特点，经历结晶分异过程特征，可以解释为距强烈喷发中心较远的攀西裂谷边缘相带，矿床成因类型应属陆相火山喷发玄武岩矿床。

表4 铸石用玄武岩化学成分对比 (单位：%)

表5 水泥配料用玄武岩化学成分对比 (单位：%)

(2)矿区开拓境界内资源量(332)+(333)1 510.2万m3，达中型矿山规模，矿山总剥采比0.01∶1，开采技术条件良好。

(3)矿石质量满足国内建筑用玄武岩、玻璃纤维用玄武岩的指标要求，矿石经济价值好，矿床开发利用价值较高，应用前景广阔。考虑到矿区位于川滇交界、西部大成都经济发展圈内，在道路、铁路及民用建筑建设领域具有广大的市场需求，建议短期内以建筑用玄武岩为主，以最短的时间带动地方经济发展，同时注重产品的深度开发利用，探索玻璃纤维用玄武岩，实现从原材料初级产品向高科技、高附加值产品跨越。

(4)通过与铸石原料、水泥配料等的质量要求对比，黑波罗矿区玄武岩不符合要求，故不适合作为铸石用、水泥配料用玄武岩。