湖南省涟源市狮子山矿区饰面用灰岩矿地质特征及矿石质量评述

何立斌

（湖南省地质矿产勘查开发局418队）

涟源市狮子山矿区位于斗笠山向斜北西翼，总体为单斜构造，未见明显的断裂。本区饰面石材矿呈块状，厚度大且稳定，矿层产于二叠系茅口组中，分布于丘陵、低山山坡上，出露标高为257.3～526.9 m，地形坡度一般为10°～40°，局部呈陡崖，矿层倾角大部分在60°～80°，倾向与坡向相反或斜交，矿层走向北东，连续性较好，矿层控制走向长约1 200 m，地表出露宽度为203.31～222.73 m，矿石经力学性能及放射性特征测定，质量符合国家标准A类产品技术要求，可广泛用于建筑内外装饰石材产品。经估算，区内饰面用灰岩矿荒料332+333资源量为985.9万m3，矿床规模达大型。据市场了解，该品种饰面石材市场需求量大，具供不应求之势，开发利用本矿区饰面灰岩矿市场前景乐观。

1 区域地质特征

矿区位于湘中涟源凹陷内的斗笠山倒转向斜北西翼。矿区及附近外围出露地层从老至新有石炭系测水组（C1c）、梓门桥组（C1z）、大浦组（C2d），二叠系马平组（P1m）、梁山组（P1l）、栖霞组（P2q）、小江边组（P2x）、茅口组（P2m）、龙潭组（P3l）、大隆组（P3d）、三叠系大冶组（T1d）、嘉陵江组（T1j）及第四系地层［1］。饰面用灰岩矿赋存于该向斜北西翼二叠系茅口组上段厚层灰岩段（P2m3）内（图1）。

2 矿区地质特征

2.1 地 层

矿区内出露地层由老至新为二叠系茅口组（P2m）、龙潭组（P3l）、大隆组（P3d），三叠系大冶组（T1d）及第四系（Q）［2］。

区内饰面用灰岩矿含矿地层为茅口组上段（P2m3）。其中茅口组上段（P2m3）按其岩性组合特征可分为上、中、下3层，厚度为234.0～255.0 m。

2.2 溶蚀裂隙层

划分溶蚀裂隙层的主要依据：①岩石的颜色一般为褐黄色或灰黄色；②岩石结构构造松散破碎；③节理裂隙发育，节理面及层面附染铁锰质或泥质。

溶蚀裂隙层岩性为灰岩、（含）生物碎屑灰岩、（含）硅质、白云质团块灰岩，据8个水平钻孔和2个民采点观测，溶蚀裂隙层厚度为4.63～23.20 m，平均厚度为12.24 m（表1）。

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2.3 岩 溶

矿区内岩溶的发育程度及表现形式，在不同的区段存在一定的差异。矿区的山顶及斜坡地段岩溶发育相对较弱，地表主要是一些溶沟、溶槽及溶隙，而山顶之间岩溶相对比较发育，溶沟、溶槽及溶隙随处可见。

根据本次详查所测制的剖面及观察3处民采点，岩溶主要沿节理裂隙及岩层层间发育，形成条带状溶蚀空洞（图2），经测量地表线岩溶率为5.4%～19.2%，平均为12.2%，岩溶强烈发育。

往深部岩溶规模有减少的趋势。岩溶裂隙内主要充填物为灰岩碎块，呈次棱角及次圆状，胶结物为泥质。

2.4 构 造

矿区位于斗笠山倒转向斜北西翼，整体为一单斜构造，地层走向北东，倾向为295°～340°，倾角为55°～80°。矿区内未发现明显断层。

矿区近地表及溶蚀裂隙层节理较发育（图3、图4），主要有3组节理，节理面较平直，微张开，为剪节理，3组节理特征如下。

第1组节理（共计测点34个）走向为北东—北东东50°～72°（图5），倾向为140°～166°，倾角为31°～88°，节理间距为1.1～2.0 m。

第2组节理（共计测点29个）走向为北西303°～327°（图5），倾向为30°～57°，倾角为28～84°，节理间距为1.4～1.9 m。

第3组节理（共计测点32个）走向为北西310°～332°（图5），倾向为220°～242°，倾角为45°～85°节理间距为1.0～2.5 m。

节理具有成带成组分布的特点，上部及下部节理裂隙不甚发育，目前采点所采大块荒料均位于矿体上下部位，密集区节理裂隙间距为1.10～3.00 m，节理裂隙率为0.7条/m，稀疏区节理裂隙间距为2.00～17.00 m，节理裂隙率为0.15条/m，属节理裂隙不发育。层理面间距为2.80～24.50 m，层理面率为0.08条/m，属层理面不发育。

节理裂隙由钙质、泥质、方解石细脉充填胶结，少许节理裂隙无充填物，方解石细脉胶结紧密，脉宽为1～3 mm。节理裂隙后期溶蚀成宽数毫米至数十厘米的溶蚀裂隙。

缝合线基本平行层理，缝合线被充填的紫红色铁质和方解石胶结，胶结较紧密。缝合线分布较密，间距为1～8 cm，一般为2～6 cm，对荒料率基本无影响。

3 矿床地质特征

3.1 饰面用灰岩矿体特征

狮子山矿区饰面用灰岩矿床赋存于上古生界二叠系上统茅口组上段（P2m3）中，岩性为浅灰色、灰色、深灰色、灰黑色厚—巨厚层状（含）生物碎屑泥晶灰岩，为台地相碳酸盐岩沉积型矿床［3］。

矿层位于斗笠山倒转向斜北西翼，整体为一单斜构造，走向为北东，倾向为295°～340°，倾角为55°～80°。矿区范围内各矿层连续性好，矿层控制走向长约1 200 m，以矿层中稳定及较稳定的、含少量硅质团块的、巨厚层状含生物碎屑泥晶灰岩为界，自上至下分为3个矿层和2个夹层编号，其空间展布自上至下依次为Ⅰ矿层、S3夹层、Ⅱ矿层、S4夹层、Ⅲ矿层，矿层与夹层近于相间平行产出。现将各矿层特征叙述如下。

（1）Ⅰ矿层区内走向控制长1 200 m，南西起自15线，北东至0线，倾向为北西，倾角为70°～71°，产状稳定，矿层厚度为64.5～79.3 m，平均厚度为70.4 m，厚度变化系数为7.81%，沿走向厚度变化较稳定。

（2）Ⅱ矿层区内走向控制长1 200 m，南西起自15线，北东至0线，倾向为北西，倾角为69°～71°，厚度为58.2～71.6 m，平均厚度为63.4 m，厚度变化系数为7.87%，沿走向厚度变化较稳定。

（3）Ⅲ矿层区内走向控制长1 200 m，南西起自15线，北东至0线，倾向为北西，倾角为68°～72°，厚度为84.6～96.0 m，平均厚度为89.2 m，厚度变化系数为5.81%，沿走向厚度变化较稳定。

矿床内矿层总厚度为213.5～233.9 m，平均值为223.0 m，厚度变化系数为4.65%（表2）。

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3.2 矿石质量特征

3.2.1 色线及溶孔

色线主要有方解石脉、生物碎屑、缝合线、铁钙质胶结的早期裂隙。

方解石脉分布较杂乱，脉宽一般为0.1～10 mm，长度一般为2～20 cm，基本沿节理裂隙分布，且胶结紧密，对板材质量基本无影响。方解石脉呈白色，从抛光效果看，含较多方解石脉饰面灰岩花色更美观大方［4］（图6、图7）。

灰岩中普遍含生物碎屑（0～25%），主要为蜓类、珊瑚、贝类、腕足类等，对板材质量基本无影响，由于化石粒径普遍较小（＜3 mm），从抛光效果看，生物碎屑饰面灰岩花色不甚协调。

缝合线基本平行层理，缝合线被充填的紫红色铁质和方解石及白云石胶结，胶结较紧密。缝合线分布较稀疏，与主体花纹走向基本一致，对饰面灰岩花色基本无影响。

铁钙质胶结相对松散，对板材质量影响较大，需先撒胶，再进行加工，从抛光效果看该种饰面灰岩花色美观大方。

溶孔和溶隙在地表较常见，从钻孔岩芯看，溶孔与溶隙主要分布于节理裂隙上，裂隙宽一般为1～4 mm，发育位置与节理裂隙相同，溶蚀孔隙对荒料率及成材率影响较大［4］。

3.2.2 矿石结构构造

矿石结构主要为交代结构、生物碎屑结构、泥晶结构等（图8、图9），具块状构造，巨厚层状构造。

3.2.3 矿石矿物成分及化学成分

矿石矿物成分主要为方解石，含量一般为90%～97%，少量炭、泥质（2%～5%），石英＜1%，褐铁矿和氧化铁质＜1%。

矿石主要化学成分为CaO、MgO，次为SiO2、Al2O3、F2O3，微量TiO2、K2O、Na2O等。化学成分见表3。

3.2.4 矿石物理力学性质

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在矿区地表和深部系统地采集了物理力学性能测试样，项目包括抗压强度、抗折强度、体积密度、吸水率、磨耗量、光泽度、放射性含量等。

据样品物理力学性能测试结果，各项指标均符合高密度板材要求［5-6］。放射性均达到了A类装饰板材要求。其矿石物理力学性能测试结果见表4、表5。

4 矿石类型及品种

矿区饰面用灰岩根据矿石颜色特性，将浅灰、灰色及深灰色饰面用灰岩命名为“龙山云雾”（图10），将灰黑色饰面用灰岩命名为“龙山黑”（图11）。区内石材产品的花色、质地适合建筑需要，与其他建筑材料相比，具有天然石材所不可代替的品质。经国家监测部门测定为无放射性影响，环保达国家标准A类产品技术要求，可广泛用于建筑内外装饰石材产品［7］。

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5 矿体围岩与夹石

饰面用灰岩矿可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个矿层，饰面用灰岩矿夹层分为S1、S2、S3、S44个夹层，其空间关系（图12）。饰面用灰岩矿顶板为茅口组中段（P2m2）灰色、深灰色中厚—巨厚层状含生物碎屑及硅质团块泥晶灰岩，底板为龙潭组（P3l）灰黑色、深灰色砂质页岩。

6 线荒料率

对钻孔获取的各矿层厚度、节理裂隙发育情况及线荒料率进行对比分析，得出各矿层的平均厚度、平均线荒料率及平均节理密度（表6）。结果表明，各矿层节理不发育，平均节理密度为0.63～0.85条/m，线荒料率较高，均在60%以上，其中Ⅲ矿层可达66%。根据各矿层的线荒料率推测开采荒料率可达30%以上，与试采荒料率结果基本吻合。

7 图解荒料率

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矿床体图解荒料率采用绘制裂隙素描图进行统计的方法，首先在节理、裂隙图上按开采分段高（分段高通常为2.8 m）绘水平锯切线，再按1.8 m间距绘垂直锯切线，再由于理论荒料长度往往受到节理裂隙面的控制，必须在素描图上绘出节理、裂隙面的影响范围（按2.0 m开采高度计算限距线）。矿区共实地调查6个体图解点，绘制裂隙素描图8个，单个素描图面积为54.8～400.0 m2，总面积为1 257.7 m2，统计的体图解荒料率为34.8%～51.9%，平均数为45.3%（表7）。

8 试采荒料率

在矿区南西部民采1进行了试采工作，试采平台长20.0 m，宽1.8 m，高3.5 m，试采总体积Vs=126.00 m3，试采获得的荒料体积Vsh=45.28 m3，试采荒料率Hs=36.0%。

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9 石材加工技术性能

通过对测试样加工成2 cm板材，计算板材率为33.9～36.3 m2/m3，平均为34.9 m2/m3，符合《饰面石材矿产地质勘查规范》（DZ/T 0291—2020）规定2 cm板材率≥25 m2/m3的要求［6］。磨光面平均光泽度为73.1 GU（70 GU为高光泽），具有较好的加工技术性能［8］。

10 矿床成因及找矿标志

10.1 矿床成因

在晚古生代至中生代早期，本区表现为强烈的沉降作用，晚二叠世茅口期出现大面积海浸，成为一开阔的陆表浅海区，沉积物主要为碳酸盐及黏土质。在斗笠山一带形成了一套以泥晶灰岩、生物屑泥晶灰岩为主的巨厚沉积。本矿床产于二叠系茅口组地层中，成因类型属台地相碳酸盐岩沉积型。

10.2 找矿标志

综合分析饰面用灰岩矿的成矿规律，认为龙潭组砂页岩与茅口组含硅质、白云质团块厚层状灰岩所夹持的厚—巨厚层状碳酸盐岩沉积地层为寻找饰面石材灰岩矿的目标层位。

11 结论

（1）矿区饰面用灰岩根据矿石颜色特性，将浅灰、灰色及深灰色饰面用灰岩命名为“龙山云雾”，将灰黑色饰面用灰岩命名为“龙山黑”。区内石材产品的花色、质地适合建筑需要，与其他建筑材料相比，具有天然石材所不可代替的品质。

（2）矿体总体厚度变化小，产状与围岩一致，呈层状产出。物理力学性能良好，达到中、高密度A类装饰板材要求，其花色品种优美，属高档饰面石材品种。

（3）对各矿层的厚度、节理裂隙发育情况及线荒料率进行对比分析，得出各矿层的平均厚度、平均线荒料率及平均节理密度，根据各矿层的线荒料率推测开采荒料率可达30%以上；采用绘制裂隙素描图统计的方法得出矿区体图解荒料率为34.8%～51.9%，平均数为45.3%。与试采荒料率结果基本吻合。

（4）在矿区南西部民采1进行了试采工作，得出试采荒料率Hs=36.0%。