湖北随县震旦系饰面用大理岩特征

吴愧，陈拥军，陈刚，廖毅，魏朋利

（湖北天地源勘查设计有限公司，湖北武汉，430061）

随县是湖北省重要的饰面石材产地之一，目前主要开采矿体为随县吴山-万和地区的花岗岩矿体，研究区内出露的震旦系大理岩仅有零星矿山企业作为建筑石料开采利用。作为饰面石材，大理岩较之于花岗岩，其在颜色、光泽度、放射性能等方面更具市场优势，常作为高档装饰材料，商业价值更大[1]。本次工作通过地表调查。钻探、样品采集测试等地质手段，确定了矿石性能，并通过节理裂隙素描，计算了矿体荒料率[2]，为该地区震旦系大理岩作为饰面石材的开发利用提供了一定的依据[3-4]。

1 地质背景

1.1 地层

研究区主要出露地层为震旦系下统过路湾组（Z1g）、上统尚家店组（Z2sh），由老至新分述如下：

(1)震旦系下统过路湾组（Z1g）

为一套黑云角闪斜长片麻岩夹白云母二长变粒岩，原岩为一套基性火山岩沉积，与上覆尚家店组地层呈平行不整合接触，分布于刺沟向斜两翼，北翼产状正常，北端与花岗岩体直接接触，出露宽度大于80m；南翼地层倒转，出露宽度大于200m。

(2)震旦系上统尚家店组（Z2sh）

下段（Z2sh1）：该层分布于刺沟向斜两翼，北翼产状正常，出露宽度约30m，南翼倒转，出露宽度约40m；该层与过路湾组呈平行不整合接触。岩性以中厚层状白色、灰色白云石大理岩为主，含少量灰黑色硅质白云石大理岩，局部有灰绿色绿泥绢云片岩夹层。

中段（Z2sh2）： 出露于刺沟向斜轴部，为一套白色、灰白色厚层白云石大理岩。地层南侧产状170°～190°∠50°～60°，北侧地层产状180°～220°∠60～80°，平均出露宽度200m，研究区内该组上段缺失。

1.2 构造

研究区大地构造位置属秦岭褶皱系东段，Ⅳ级构造单元为铁山复式背斜，区内经历多期地质构造旋回，构造线方向以北西向为主。

（1）褶皱。刺沟倒转向斜：位于铁山复式背斜北东翼，其轴线走向北西，倾向南西，倾伏角60°～80°；核部地层为尚家店组中段厚层白云石大理岩，产状为170°～220°∠50°～80°，两翼地层为尚家店组下段中厚层白云石大理岩及过路湾组黑云角闪斜长片麻岩。其北翼地层正常，产状为200°～215°∠60°～80°，南翼地层倒转，产状为160°～210°∠50°～60°。

（2）断层。研究区内断层不发育。

（3）节理。研究区节理较发育，多为压扭性剪节理，节理面平直，节理缝小于0.02m，以硅质、钙质胶结为主；延长一般小于30m。

2 矿体特征

研究区内的饰面大理岩矿体主要赋存于尚家店组中段，整体产出于刺沟倒转向斜，呈中厚-厚层状产出，矿体南侧产状170°～190°∠47°～60°，北侧产状180～220°∠70°～80°。受多期地质构造作用及地形切割等因素影响，矿体沿走向厚度变化较大。

研究区内矿体出露面积约0.068km2；矿体沿走向长约700m，平均出露宽度157m，地表矿体出露标高203m～270m，赋存标高170m～270m，矿石自然类型主要为白色～灰色白云石大理岩，局部为灰黑色含硅质白云石大理岩。

图1 研究区地质图

3 矿石特征

3.1 矿石类型

研究区内大理岩矿石按颜简单分为三类，即白色大理岩、灰色大理岩及灰黑色大理岩。其中白色大理岩分布较广，是研究区内主要矿石类型；主要矿物成分为微晶-细晶白云石及少量方解石，含少量蛇纹石与绿帘石充填构成的不规则浅绿色-绿色细网脉。

图2 矿石特征照片

灰色大理岩矿物成分与白色大理岩一致，仅颜色稍暗，节理裂隙较少发育，少见各色网脉。灰黑色大理岩矿物成分由白云石、方解石、石英、炭质等组成，节理较为发育，且各种石英、白云石及绿帘石网脉发育脉，形成较为复杂丰富的花纹图案；但该类型矿石矿物成分差异较大。

3.2 颜色

（1）矿石颜色

矿石整体以白色为背景色，受色斑色线影响，部分点缀淡绿色、米黄色，局部含少量炭质呈灰黑色。

（2）色斑

色斑整体分布零星，数量有限，主要由裂隙中充填的细-粗晶白云石、方解石构成。呈白色，斑点状，大小一般 1cm2～2cm2左右，个别稍大可达5cm2。少量色斑为充填于裂隙中的粗大绿帘石晶体，呈淡绿色，不规则状，一般1cm2～4 cm2左右；另有少量炭质色斑，呈灰黑色，数量较少，0.1cm2～2cm2大小。

（3）色线

矿石色线可分为4种，即白云石方解石细脉、绿帘石细脉、石英脉及泥质条带。

白云石方解石细脉：白色，矿体裂隙中填充后期结晶的白云石、方解石等矿物，脉宽1mm～2mm，多为不规则网脉状，

绿帘石细脉：淡绿色-淡黄色，有绿帘石填充于节理构成的细网脉，一般脉宽1mm～3mm，主要见于矿体北部，密度3～4条/m。

石英脉：白色～无色透明，形成于变质作用后期，沿节理裂隙灌入，一般脉宽小于3mm，局部膨大部位可达2cm～3cm宽。

泥质条带：呈土黄色～浅灰色，充填于节理裂隙中，分布特征与白云石细脉较为相似，一般浅层矿体中较为发育，脉宽小于5mm。

3.3 物质组成

白色、灰色大理岩主要矿石主要成分为白云石及少量方解石，二者占90%以上，多呈微晶-细晶状，同时含有少量蛇纹石、透辉石、绿帘石等交代变质矿物，含量小于10%。

灰黑色大理岩主要矿石成分为微晶状白云石及少量方解石，含少量石英及炭质，石英含量约5%～15%，炭质含量约10%。

3.4 矿石化学成分

据化学分析结果，大理岩CaO含量24.88%～30.48%，MgO含量19.63%～22.39%，SiO2含量0.29%～21.78%；白色及灰色大理岩的化学成分较为稳定，灰黑色大理岩矿物成分较为复杂，主要表现在SiO2含量差别较大，这与野外地质调查中灰黑色大理岩存在大量石英细脉填充相佐证。

3.5 矿石物理性质

本次工作对研究区内3类大理岩矿石进行了系统采样测试，对矿石主要物理性能样品按品种类别各采取2组。其中块体密度、吸水率、抗折强度及耐磨性样每组采集5件，压缩强度每组采集3件，其测试分析结果如下：

（1）矿石压缩及干燥抗折强度

研究区大理岩矿石压缩测试结果为61Mpa～98Mpa，平均值67Mpa；矿石干燥抗折强度为2.2Mpa～26.6Mpa，平均值13.12Mpa。

（2）矿石镜向光泽度及耐磨性

大理岩矿石标准样光泽度为63°～86°，基本观察样光泽度64.2°～85.8°，白色大理岩耐磨性为平均值为14.4cm3，灰色大理岩耐磨性平均值为14.5cm3，灰黑色大理岩耐磨性平均值25.6cm3。

（3）矿石块体密度与吸水率

灰黑色大理岩平均块体密度为2.77g/cm3，白色大理岩平均块体密度为2.81g/cm3，灰色大理岩平均密度为2.84g/cm3；灰黑色大理岩平均吸水率0.227%，白色大理岩平均吸水率0.13%，灰色大理岩平均吸水率0.145%。

表1 大理岩化学成分测试结果

表2 大理岩压缩强度和抗折强度测试结果

表3 块体密度及吸水率测试结果

3.6 荒料率

图3 体图解荒料率竖直叠合图

本次工作在研究区内选择了5处较为典型的节理露头点进行了节理裂隙统计及素描图绘制，采用竖直叠合图法进行体图解荒料率测定[6-8]，单个素描图的面积50m2～70m2，统计结果如表4所示。

表4 体图解荒料率统计结果

4 结论

（1）研究区震旦系饰面用大理岩矿体赋存于震旦系上统尚家店组中段，赋存标高170m～270m；矿石自然类型主要为白色～灰白色白云石大理岩，局部为灰黑色含硅质白云石大理岩。

（2）研究区内饰面用大理岩抗压强度61MPa～98MPa，抗折强度2.2MPa～26.2MPa，镜像光泽度63°～86°，耐磨性14.4cm3～25.6cm3，天然密度2.77g/cm3～2.84g/cm3，吸水率0.13%～0.227%，均满足《饰面石材矿产地质勘查规范》（DZ/T0291-2015）A类饰面石材的相关要求。（3）根据节理裂隙素描图，以竖直叠合图法进行计算，体图解荒料率42.02%～51.03%。

（4）研究区内的大理岩颜色花纹丰富，各项物理性能均满足饰面石材性能要求，且体图解荒料率较高，具有一定的开发利用前景。