铜川市上店建筑石料用灰岩矿床地质特征及开发利用探讨

范超鹏

(中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710003)

铜川市上店建筑石料用灰岩矿距离西安市90km、渭南市80km，地理位置优越，交通便利。矿床赋矿层为马家沟组上段(O2m2)，规模为大型矿床，质量等级为Ⅱ类。该矿山开采将有力保障关中地区建筑石料供应，具有一定的社会效益和经济效益。本文在收集整理矿产勘查和矿山开发利用资料的基础上总结了矿床地质特征，分析了开采技术条件，探讨了矿山开发利用前景。对同类矿产勘查开发具有一定的参考意义。

1 区域地质概况

区域地层归属华北地层大区(I)晋冀鲁豫地层区(I1)华北西南缘分区(I21)铜川—韩城小区(I12-2)(图1)[1]。该构造区未见基底构造，出露的地层属盖层构造。区域出露地层有古生界奥陶系(O)、石炭系(C)、二叠系(P)、新生界第四系(Q4)[2]。

图1 构造纲要图

区域构造较复杂，褶皱断裂发育。佛爷庙—马子向斜轴总体呈北北西向展布，形态宽缓开阔，该向斜是矿区地层产状的主要影响因素；柳树湾—架子窝正断层位于矿区北部，断层面倾向南东，倾角65°左右。该断层对矿区地层产状有较明显影响。

2 矿区地质特征

2.1 地层

(1)中奥陶统马家沟组(O2m)。

矿区出露地层以中奥陶统马家沟组上段(O2m2)为主，是矿区的含矿地层。主要分布于矿区的西部和南部，厚度大于260.2m。按岩性组合特征厘定为马家沟组上段(O2m2)。马家沟组上段共分为四层，岩性为厚—巨厚层状灰岩，局部有厚0.3 ～0.5m白云质灰岩夹层。各岩性层之间为整合接触：①第一岩性层(O2m2-1)出露于矿区西部沟谷，岩性为灰色、中—巨厚层状灰岩，层状构造或块状构造，矿物成分主要为方解石和少量白云石，局部见有白云质团块，厚度大于34.9m；②第二岩性层(O2m2-2)出露于主梁西坡下部，岩性为厚—巨厚层状灰岩夹中厚层内碎屑灰岩。矿物成分主要为方解石，次为白云石、泥质，粒屑为方解石砂屑，厚度32.5 ～48.3m，平均40.4m；③第三岩性层(O2m2-3)出露于主梁西坡中部，主要为浅灰色、中—厚层状灰岩夹白云质灰岩，局部含生物碎屑，厚度78.5 ～88.6m，平均83.4m；④第四岩性层(O2m2-4)出露于主梁西坡上部和梁顶，浅灰—灰色、厚—巨厚层状微晶、细晶灰岩，厚度85.5 ～117.6m，平均101.5m，未见顶。矿区地质图见图2。

图2 矿区地质图

(2)上石炭统本溪组(C2b)。

石炭系本溪组(C2b)岩性为浅灰—灰色粘土岩，矿区出露最大厚度约32m，平均厚度约16m。主要出露于矿区北部F1 断层以北，出露面积小，与下伏地层呈角度不整合接触。

(3)第四系(Q4)。

沉积物为残坡积物、人工堆积物，主要分布于矿区东部梁顶及西北角沟谷当中，厚度5 ～10m。

2.2 构造

矿区内构造不发育，岩层总体呈单斜层状，倾向东南，局部见次级褶皱，总体产状为115°～154°∠10°～22°。矿区北段和西坡由于受柳树湾—架子窝正断层的影响，产状局部向北或西微倾。发育有两组节理, 走向分别为70°～80°、135°～140°。裂隙多见于近地表层，以风化裂隙、坡脚卸荷裂隙为主，岩溶裂隙较少。构造对矿体( 层) 的完整性、稳定性和矿石质量变化无明显影响。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿体赋矿层为马家沟组上段(O2m2)第一至第四岩性层，主要分布于主山脊的西侧。岩性主要为浅灰—灰色、中—巨厚层灰岩，呈平缓的板状体，矿物成分主要为方解石，含量95%～97%，其次为白云石，含量约2%～4%，微量泥质，含量小于1%；细晶、微晶结构。总体产状115°～154°∠10°～22°。矿体出露南北长约820m，东西宽约670m；矿体厚度231.4 ～289.4m，平均260.2m。

3.2 矿石质量

根据DZ/T 0341-2020《矿产地质勘查规范建筑用石料类》建筑用石料一般工业指标要求，测试样品饱和抗压强度、碱活性反应( 岩相法)、坚固性、压碎指标和硫酸盐及硫化物含量等(表1)，并评价矿石质量。

表1 质量评价样品

经测试，样品坚固性为3.0%～3.8%，平均3.4%，质量等级达到Ⅰ类；饱和抗压强度65.8 ～68.1MPa，平均66.9MPa，质量等级达到Ⅰ类；压碎指标为12.0%～14.3%，平均值为13.15%，质量等级达到Ⅱ类；SO3含量0.015%～0.017%，平均0.016%，质量等级达到Ⅰ类。经岩相法测试分析，样品为细晶灰岩，矿物成分主要为方解石，其次为白云石，含少量隐晶—微晶石英(2%)、铁质等。方解石为不等晶结构，块状构造，该类型方解石不具碱碳酸盐活性和碱硅活性[3]。

样 品 主 要 化 学 成 分( 表2) 为CaO， 含 量41.50%～55.82%，平均54.59%；其次为MgO，含 量0.16% ～10.28%， 平 均0.58%；SiO2含 量0.17%～1.06%，平均0.65%；Al2O3含量0.074%～0.53%，平均0.28%；Fe2O3含量0.063%～0.16%，平均0.10%；样品中SO3含量0.015%～0.017%，平均0.016%；样品中游离硅(fSiO2)含量0.04%～0.76%，平均0.28%。

表2 化学全分析结果(单位：%)

矿石品质满足建筑石料矿工业指标对矿石的质量要求，质量等级为Ⅱ类[4-5]。

3.3 矿床成因探讨

矿区位于鄂尔多斯盆地南缘中奥陶统马家沟组，以开阔局部半局限台地和局限台地沉积环境为主[6-10]。含矿层沉积岩为中奥陶统马家沟组上段(O2m2)一到四层。第一层、第四层岩性相似层厚大，沉积物纯净，颜色浅，代表较强的水动力环境，较浅水深的开阔台地沉积。第二层、第三层主体岩性和第一层、第四层相似，第二层局部夹砂屑灰岩，第三层局部夹白云质灰岩，局部见生物碎屑，由此可知第二层和第三层沉积环境仍然以开阔台地为主，中间有间歇性的短期海平面上升和下降[11]，形成了白云质灰岩夹层和砂屑灰岩夹层。

4 开发利用探讨

4.1 资源需求分析

矿区位于铜川市印台区，距离西安市90km，渭南市80km，铜川市27km。地理位置优越，公路运输交通便利。矿床规模为大型矿床，质量等级为Ⅱ类。随着关中平原城市群、西安都市圈、西咸新区、重点领域农村基础设施建设等一系列基建工程推进，建筑石料需求量旺盛。

4.2 开发条件

矿床高于最低侵蚀基准面，自然排水条件良好。矿坑边坡和矿体底板为马家沟组较坚硬的灰岩，边坡稳定性良好。未来矿山生产主要为岩石物理破碎，矿石和废渣不易分解出有害组分。矿区水文地质、工程地质条件简单，地质环境质量良好，剥采比小，适宜露天开采。

矿区所在地电力供应充足，水资源较丰富，交通便捷，人力资源充足，为开发矿山提供了完备的外部条件。矿山开采将有力保障关中地区建筑石料供应，具有一定的社会效益和经济效益。

5 结论

(1)矿床赋矿层为马家沟组上段(O2m2)，出露南北长约820m，东西宽约670m，平均厚度约260.2m，矿床规模为大型矿床。

(2)矿石坚固性、饱和抗压强度、压碎值等指标满足建筑石料矿工业指标对矿石的质量要求，质量等级为Ⅱ类。

(3)矿山水文地质、工程地质条件简单，剥采比小，适宜露天开采。矿山开采将有力保障关中地区建筑石料供应，具有一定的社会经济效益。