连江口镇银坑矿区建筑用砂岩矿地质特征及矿床成因

2022-07-04曾汉云

中国资源综合利用 2022年6期

曾汉云

（中国建筑材料工业地质勘查中心广东总队，广州 510403）

根据《广东省区域地质志》的地质调查资料，英德市连江口镇银坑矿区大地构造位置属南岭中段，吴川-四会断裂带与佛冈-丰良断裂带交汇处北西侧英德弧形褶皱（又称英德弧）连江口镇一带的前缘弧位置，其地质特征受区域构造等地质因素的影响。矿区岩矿体多被第四系覆盖，仅局部有变质石英砂岩出露，从出露的岩层看，岩层中风化层节理裂隙较发育，节理面多与岩层层理面垂直发育。本文拟在现有调研结果的基础之上，对矿区建筑用砂岩矿的地质特征和矿床成因进行分析。

1 矿床地质特征

区域地质调研结果显示，本矿区出露的地层主要有下古生界未分层（P）、泥盆系（D）、侏罗系（J）和第四系（Q），出露的岩石主要为燕山三期花岗岩（γ）和花岗闪长岩（γ）。区域地质情况如图1所示。

图1 区域地质图

矿区范围内主要分布泥盆系桂头群上亚群(Dgt ) 地层，根据以往本区地质调查资料，地层中、上部为中粒石英砂岩、块状石英粉砂岩互层，下部为砾岩、砂岩。矿区西南侧地层中，燕山期花岗岩侵入作用相对强烈，地层岩性出现明显的接触变质现象，岩性多为灰白-灰色变质中细粒石英砂岩。变质石英砂岩为变余砂状结构，呈块状构造，原岩碎屑物以石英为主，围岩缝隙处的填充物已经出现不同程度的变质现象，结晶形成绢云母、黑云母等。对填充碎屑物的粒径进行测定，结果显示，其主要为中细粒物质。地层总厚度大于842 m，岩层仍保留原沉积岩产状，岩层倾向为155°～195°，倾角为50°～70°，其为矿区赋矿层位。岩体上部的风化现象比较严重，其从上到下大致可分为全-强风化岩、中风化岩、微风化岩。矿区南部出露花岗岩位于侵入接触带，花岗岩总体变质作用强烈，重结晶作用明显。其中，全-强风化层主要分布于矿区内桂头群变质石英砂岩上部，原岩以粉砂岩为主，裂隙发育，风化现象严重，整体呈现松散结构，力学性能较差。

矿区岩矿体多被第四系覆盖，第四系（Q）主要为第四系残坡积层（Q）和第四系冲积层（Q）。其中，第四系残坡积层分布于矿区内绝大部分区段，由土黄色、黄白色、黄褐色砂质黏土、粉质黏土、粉土等组成。砂质黏土分布于矿区南侧花岗岩分布区段上部，厚度为3.08 ～22.27 m；粉质黏土、粉土主要为砂岩风化土残坡积物，厚度为0.58 ～47.80 m。整体而言，节理裂隙对矿体无明显的破坏作用。

地质分析结果显示，该区域矿物晶体颗粒粗大，节理裂隙发育，裂隙间有充填蚀变矿物的现象，在暴晒、雨水冲刷等作用下，岩体有破坏、崩解的现象。深部钻取的微风化岩石经2 个多月保存后，原本抗压强度较高、能满足建筑碎石用的岩心都出现不同程度的风化破坏，敲击即碎裂。综合分析岩体的结构构造、矿物成分、抗压强度等，本矿区的花岗岩不能满足建筑用花岗岩矿石对抗压强度的要求。但由于矿区开采需要，本矿区南侧花岗岩岩体的剥离量偏大，常规堆填方式的要求苛刻，处理不当容易增加地质灾害风险，可破碎后用于项目土地平整、路基铺设。

2 矿区建筑用砂岩矿地质特征

2.1 矿体形态、产状及规模

矿体赋存于泥盆系桂头群上亚群中，地表基本被第四系残坡积层及该地层的全、中风化层覆盖，地表仅沟谷及悬崖有出露，勘查过程中开挖道路亦有该层全、中风化层出露。矿体呈中厚层状产出，倾向为155°～195°，倾角为50°～70°，主要岩性为灰白-灰色变质中细粒石英砂岩等变质石英砂岩。平面上，矿体整体呈似梯形状，北西方向略窄，南东方向略宽。矿体控制总长度约为1 300 m，矿体宽度为598 ～836 m，分布标高为0.00 ～345.95 m，延深为232 ～321 m，最大埋深为361 m，矿体控制厚度为519 ～842 m。经核算，矿体规模为大型。相关数据如表1所示。

表1 矿体各工程的规模参数

2.2 矿石质量特征

本矿区矿石类型简单，自然类型为灰白-灰色变质中细粒石英砂岩、灰-深灰色变质中细粒长石石英杂砂岩。主要矿物成分基本相同，其统称为变质石英砂岩，差别为矿物成分含量不同。

2.2.1 矿石矿物成分

矿石矿物的主要成分为石英，其含量为60%～ 88%，其余成分主要有绢云母（3%～18%）、长石（1%～14%）等。

2.2.2 矿石的主要化学成分

采集7 件变质石英砂岩岩矿鉴定样品，提取2 个基本化学测试样进行化学成分分析。结果显示，银坑YS1 样品中，SiO含量为65.18%，AlO含量为9.68%，CaO 含量为4.76%，TFeO含量为4.50%；银坑YS2样品中，SiO含量为72.90%，AlO含量为11.63%，CaO 含量为1.47%，TFeO含量为4.10%。具体情况如表2所示。

表2 变质石英砂岩的化学成分

2.2.3 矿石的结构构造

石英呈次棱角状、次圆状，粒径为0.06～0.60 mm，主要为细中粒，个别可达到粗粒。长石呈次圆状，粒径为0.05 ～0.30 mm，蚀变强烈，大部分已绢云母化、泥化，边缘模糊，局部可见残留，主要为钾长石。白云母呈碎片状，片径为0.02 ～0.50 mm，均匀夹杂分布。原岩填隙物、胶结物为泥质、钙质及少许铁质。其中，泥质多已变质结晶，形成鳞片状绢云母及细小片状绿泥石；钙质呈胶结体粒状，局部富集；铁质呈黑色尘状、粉末状，部分可见氧化，呈褐红色，均匀分布于岩石碎屑物间隙中。

2.2.4 矿石的抗压强度

矿石饱和抗压强度最低为60 MPa，最高为146.9 MPa，平均为81.0 MPa。根据工业指标，要将变质石英砂岩用于建筑施工，矿石的抗压强度不应低于60 MPa，本矿区的变质石英砂岩基本符合上述要求，虽然个别样品的测定结果显示数值偏低，抗压强度不足可能与局部裂隙发育、充填泥质有关，但这对矿体的质量影响并不会阻碍其在项目土地平整、路基铺设等领域的应用。测试结果如表3所示。

表3 各勘探线矿石的平均饱和抗压强度

2.3 矿体顶底板特征

矿体覆盖层主要由第四系残坡积层和全-强风化、中风化变质石英砂岩等组成。其分布于自然坡体表层，厚度为1.28 ～79.28 m，平均厚度约为30.79 m。矿区拟设置最低开采标高为±0 m，本次勘查中钻孔未揭穿底板，矿体的直接底板仍为变质石英砂岩，其岩性与矿体一致。覆盖层特征分析结果显示，矿区南侧花岗岩岩体、北侧局部的第四系残坡积层粉质黏土、砂质黏土以及全-强风化花岗岩呈松散土体结构，工程力学性质较差，遇水易软化崩解，综合利用的可能性偏低。围岩特征方面，矿体南侧有花岗岩围岩出露，根据本次勘查成果，共有8 个钻孔揭露到该层，有2 个钻孔揭穿该层至 ±0 m 标高以下，其岩性主要为灰白色、浅肉红色似斑状-花岗结构细粒二长花岗岩、细中粒斑状黑云母二长花岗岩，岩石矿物组成主要为长石类、石英和黑云母，以细粒为主。其节理裂隙较发育，裂隙间多充填薄层绿泥石、绿帘石，岩体抗压强度受影响。为进一步了解矿石的抗压强度情况，地质勘探期间采集了84组样品，通过单轴饱和抗压强度试验对矿石的强度进行检验，结果显示，其抗压强度介于10.80 ～105.40 MPa，因整体抗压强度不符合建筑用砂岩矿的要求，故其不作为矿体圈定，但仍可以作为装饰装修材料使用，将其应用于Ⅱ类民用建筑物、工业建筑内饰面及其他一切建筑的外饰面，以保证资源的充分、合理利用。

2.4 矿产综合评价

本矿区建筑用砂岩矿主要为第四系残坡积层粉质黏土层、全-强风化花岗岩层，而全-强风化变质石英砂岩层的矿产多呈土状-半土状，局部夹砂岩碎块，不能作为建设用砂。第四系残坡积层粉质黏土层的岩性主要为粉质黏土，整体呈松散土体结构，厚度为0.58 ～47.80 m。土样测试结果显示，其平均含泥量为47.5%，产砂率为25.7%。对于第四系残坡积层粉质黏土层，砂的颗粒级配测试结果如表4所示。

表4 砂的颗粒级配测试结果

全-强风化花岗岩层的岩性主要为砂质黏土、砂砾质黏土，厚度为3.08 ～22.27 m。本层的原岩为中细粒二长花岗岩，经风化后，原岩的长石已大部分风化成砂土状，为砂砾质黏土，该类型矿石较松散，开采条件良好。淘洗测试结果显示，矿区全-强风化花岗岩剥离层粒径不小于0.15 mm 的淘洗率为81.5%。去除粒径不小于4.75 mm 的砂粒后，砂产率为67.60%，其可作为制备建设用砂的原材料。

3 矿床成因

本矿床的形成主要与接触变质作用有关。接触变质作用与岩浆活动、侵入体接触有关，通常，侵入体进入岩体后，围岩、侵入体的接触处会出现不同程度的变化，即接触变质作用，其作用范围一般不大。根据变质的影响因素差异，接触变质有不同的类型：以温度变化为主的接触热变质；高温因素与其他因素共同作用的接触交代变质。接触热变质作用主要指花岗岩侵入过程中围岩受高温因素的影响而出现组分的重结晶、变质结晶等问题，该作用过程的典型特征是原岩变质后，其内部的化学成分并没有发生明显改变。以纯石灰岩为例，在高温因素的作用下，其内部的成分发生重结晶作用，矿石的粒度增加，原岩逐步变质为大理岩。岩浆侵入以后，围岩周围的温度出现急速变化，引起重结晶现象，这是接触热变质的必要条件。相较于接触热变质，高温因素与挥发分交代作用共同参与是接触交代变质的重要特征，接触带周围岩体的化学成分会随之发生改变。从变质岩的分布情况看，接触变质作用发生时，侵入体和围岩的距离与其变质程度有一定关联：距离侵入体较近的围岩，其变质程度普遍较高，围岩的化学成分相对活泼；距离侵入体较远的围岩，其变质程度相对较低，内部化学成分的变化相对较小，形成的变质圈较窄。

本矿体位于泥盆系地层，原岩为海相沉积作用形成的石英砂岩，经燕山三期花岗岩侵入及区域构造作用，原岩成分、结构构造发生了一系列变化，而形成现在的变余砂状结构变质石英砂岩。燕山三期侵入活动相对强烈、广泛，在侵入活动的影响下，地层的岩性出现不同程度的接触变质作用。地层方面，区域出露地层由老至新分别是下古生界未分层、泥盆系、侏罗系下统蓝塘群（J）、第四系。区域内岩浆活动强烈，出露岩体主要为燕山期。其中，燕山三期花岗闪长岩主要分布于本区的东部，出露面积较小，岩性主要为花岗闪长岩；燕山三期花岗岩主要分布于本区的中部及南部大部分区域，岩性主要为肉红-灰白色中粗花岗岩，局部为细粒花岗岩。矿体位于燕山三期花岗岩与泥盆系桂头群上亚群石英砂岩接触带，主要成因为接触变质作用，其受区域变质作用影响而成矿，矿床成因类型属沉积-变质型。