黔西北河镇地区玄武岩地质特征及开发前景

李光春，苏永虎，赵 磊，巩 鑫，宋小军，蒲庆隆

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质矿产勘查院，贵州 贵阳 550005）

河镇乡工作区位于赫章县西北角的云、贵两省交界处，与云南省彝良县、镇雄县相邻，2018～2019 年通过对河镇乡地质资源调查，河镇乡境内出露大量峨眉山玄武岩，并进一步取样做拉丝实验（南京市玄武岩纤维生产及应用技术国家地方联合工程研究中心，2019），实验结果表明，所送样品可用作生产连续玄武岩纤维的原料[1]，为该区玄武岩应用提供了参考依据和理论基础。

1 区域地质背景

大地构造位置，不同学者有不同的划分方案。根据2017年《贵州省区域地质志》推荐的贵州省地质构造划分方案，河镇乡大地构造位置处于上扬子陆块（三级分区）黔北隆起区（四级分区）毕节弧形褶皱带（五级分区）的西端[2]，在早二叠世晚期至晚二叠世早期，本区有大量的基性岩浆喷溢，形成广泛分布的峨眉山玄武岩以及与其时间相近的同源、浅成侵入辉绿岩。

2 矿区地质

2.1 地层

河镇乡内出露的地层由老至新为：二叠系中统梁山组（P2l）、二叠系中统栖霞—茅口组（P2q+m）、二叠系中—上统峨嵋山玄武岩组（P2-3em）、二叠系上统宣威组（P3x）、三叠系下统飞仙关组（T1f）、三叠系中下统嘉陵江组（T1-2j）、第四系（Q）（图1）。

2.2 构造

区内褶皱构造主要为北东向德卓向斜，总体为一斜歪褶皱，向斜轴向为北东45°，轴长32km；北西翼开阔舒展，且发育完整，倾角15°左右，南东翼遭白杨河逆断层（F1）断层的破坏，紧凑狭窄，倾角40°～90°，局部发生倒转；核部最新地层为三叠系下统飞仙关组（T1f），两翼地层依次为二叠系上统宣威组（P3x）、二叠系中—上统峨嵋山玄武岩组（P2-3em）。

区内断裂构造主要为与德卓向斜同向的白杨河逆断层（F1），次级断裂构造有以则河断层（F2）、海拉断层（F3）、舍虎断层（F4）。

白杨河逆断层：贯穿整个区内，走向呈北东45°展布，属区域性的压扭性逆断层。该断层破环德卓向斜南东翼的地层，对区内煤层的连续性有破坏作用。该断层走向长约数十公里，在工作区界内长约8km，倾向南东，倾角50°～65°，破碎带呈紧密挤压状态，多数地段破碎带特征不明显，水平断距约200m（图1）。

2.3 岩浆岩

工作区内玄武岩产于二叠系中上统峨眉山组（P2-3em），岩性为墨绿色、深灰色致密块状拉斑玄武岩，暗灰色、灰黄色气孔杏仁状玄武岩、凝灰岩，顶部岩石风化严重，其风化产物为红黄色土状残积物。厚0～317.84m[3]。

3 河镇地区玄武岩地质特征

3.1 产出特征

该区玄武岩产于二叠系中上统峨眉山组（P2-3em），呈岩被产出，偶夹砂岩、粘土岩、灰岩、硅质岩及煤层（线），整合或平行不整合于茅口组灰岩之上、平行不整合于宣威组含煤泥砂岩之下。上部岩性为角砾状玄武岩夹致密状玄武岩，中部为致密状玄武岩夹杏仁状玄武岩、少量气孔状玄武岩，下部为杏仁状玄武岩夹致密状玄武岩，表层岩石风化严重，其风化产物为红黄色土状残积物[4]。

3.2 岩石特征

该区玄武岩以气孔—杏仁玄武岩、无斑—少斑玄武岩为主,含少量的微晶和隐晶质玄武岩[5]，外观多为墨绿色、灰黑色致密块状，柱状节理发育，组成的主要矿物有斜长石、辉石，含量一般在30%以下。

3.3 结构构造及矿物特征

致密状玄武岩具间隐间粒结构（即拉斑玄武结构）和粒状变晶结构，致密块状。在杂乱无章的条板状斜长石格架空隙中，分布着玄武玻璃、辉石、钛铁矿等。斜长石呈板柱状，长度多在0.05～0.3mm 间。辉石呈半自形粒状，长度多在0.01～0.1mm 间。钛铁矿呈树枝状、板状，粒度多在0.1mm以下。玄武玻璃部分皂石化，皂石呈细小鳞片状或显微纤维状集合体。斜长石：45%～50%；辉石：20%～25%；皂石：20%；火山玻璃：15%；钛铁矿：5%（图2b）。

杏仁状玄武岩具玻基斑状结构，杏仁状构造、角砾状构造。条板状斜长石斑晶分布于火山玻璃组成的基质中，长石长度多在0.02～0.2m 间。玄武玻璃部分碳酸盐化。碳酸盐矿物呈细小粒状。石英呈他形粒状，粒度小于0.06mm。钛铁矿呈树枝状、板状，粒度多在0.06mm 以下。大量细小粒状金属矿物分布于玄武玻璃中，粒度多小于0.01mm。岩石中有大量不规则气孔，多充填皂石、绿泥石。皂石、绿泥石呈细小鳞片状或显微纤维状集合体。斜长石：30%～35%；火山玻璃：20%；皂石：15%～20%；碳酸盐矿物：20%；石英：小于10%；金属矿物：5%（贵州地矿中心实验室，2019）（图2d）。

图2 河镇地区玄武岩岩石特征

3.4 岩石化学特征

据区域资料，该区SiO2：47.12%～48.92%；Al2O3:13.61%～14.72%；Fe2O3:2.27%～4.91%，MnO:0.11%～0.22%，MgO:2.43%～4.58%；CaO：3.44%～8.50%；Na2O：2.24%～3.71%；K2O：0.40%～1.40%。里特曼组合指数1.3～3.8，属钙碱性玄武岩[6]。

3.5 喷发特征

贵州玄武岩以陆相溢流拉斑玄武岩为主，伴有爆发相火山碎屑岩和浅成侵位的辉绿岩、火山积—凝灰岩。属稳定地块裂陷阶段—二叠纪非造山期产物[7]。而峨眉山玄武岩即华力西（海西）期以陆相喷溢为主，间有海相喷溢活动[8]，贵州省西部喷发结束晚，东部喷发结束早，河镇地区地理位置位于威宁、水城、纳雍一线之北，属晚二叠世早至中期以陆相喷溢为主的玄武岩。

3.6 成因时代讨论

（1）大构造背景成因：贵州境内出露的峨眉山玄武岩，只是广布于川滇黔峨眉山大火成岩省的东部边缘部分，属峨眉山大火成岩省东区的高钛(TiO2＞2.8%)玄武岩，时间上形成于非造山阶段的二叠纪，空间上分布于陆块内部大量沉积岩分布区。即贵州境内的峨眉山玄武岩属峨眉地幔柱边部低程度部分熔融的产物，形成于大陆板块内部裂陷构造环境。

（2）时代：据前人研究成果，在贵州盘县峨眉山大火成岩省东部峨眉山玄武岩系顶部近100m 厚凝灰岩层中取得了LA－ICP－MS 锆石U－Pb 年龄为251.0Ma±1.0Ma，限定了峨眉山大火山岩省火山喷发结束的时间。与华南地区的P-T 分界线年龄基本相同，同时还与西伯利亚大火成岩省火山喷发时间基本相同[9]。

4 可拉丝玄武岩评价依据

据搜集资料分析结合本次分析及实验结果，河镇地区致密状玄武岩是适合拉丝的原矿石，也就是说，该区致密状玄武岩可拉丝成玄武岩纤维。玄武岩纤维由天然的玄武岩矿石在高温熔融状态下通过拉丝漏板拉制而成，是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能，已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用[10]。

4.1 可拉丝岩石化学组分分析

本次调查中共采集样品62件基本分析，其中48件为新鲜致密状玄武岩，14 件为新鲜的杏仁状玄武岩。SiO2含量为45.66%～50.20%，Al2O3含量为11.50%～15.02%，TiO2含量为3.60%～4.16%，Fe2O3含量为12.66%～15.20%，CaO含量为4.84%～11.55%，MgO含量为0.97%～7.97%,K2O+Na2O含量为2.64%～4.04%，化验结果显示SiO2含量总体上致密状玄武岩略高于杏仁状玄武岩。其中53件样品化验结果达到拉丝玄武岩推荐值（该推荐值由四川点石玄武科技有限公司提供，2015），9 件样品化验结果未完全达到拉丝玄武岩推荐值，达到推荐值占比为85%。

4.2 拉丝实验情况

根据前期调查和化学分析结果，共选送纤维实验样6件，分析项目有高温熔点、高温粘度、溶制玻璃液、析晶温度，实验结果表明6 件样品均拉出了连续纤维（图3）。

图3 玄武岩拉丝实验呈现

以样品HZPM6-LS01（实验室编号为232#）为例简述拉丝情况，c、当温度为1245℃±1℃时，转速为900r/min 时，纤维直径约为12.41μm；d、当温度为1245℃±1℃时，转速为1500r/min，纤维直径约为9.06μm；e、当温度为1275℃±1℃时，转速为900r/min时，纤维直径约为11.50μm；f、当温度为1275℃±1℃时，转速为1500r/min，纤维直径约为11.48μm。

5 开发前景

5.1 政策导向

我国对发展玄武岩纤维高度重视和支持，在2001年发展连续玄武岩纤维制备技术被列为中俄两国政府间科技合作项目之后，“发展连续玄武岩纤维”被列入多个计划、规划及鼓励项目之中。国家“863”计划课题的研究成果表明，我国有着完全自主知识产权的低成本、大规模发展连续玄武岩纤维的新技术、新装置和新工艺。目前，玄武岩纤维已被列为21 世纪我国新的战略资源。

5.2 玄武岩纤维性能及应用领域

玄武岩纤维由天然的玄武岩矿石在高温熔融状态下通过拉丝漏板拉制而成，是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能，已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。

5.3 社会经济效益

玄武岩纤维是一种性能优越的纤维材料，具有广泛的用途，它的工业化生产和推广使用具有很好的经济效益、社会效益和环境效益，随着人民生活水平的提高，对建筑物质量、性能的要求会越来越高，对该材料的需要亦将日益增加。玄武岩纤维的原料99%是天然的玄武岩石块，来源丰富，价格低廉，生产过程没有污染环境的物质生成，对环境无危害，科技含量高，附加值高，投资较少。

5.4 市场前景

玄武岩纤维及其复合材料可以很好地满足国防建设、交通运输、建筑、石油化工、环保、电子、航空航天等领域结构材料的需求，对国防建设、重大工程和产业结构升级具有重要的推动作用，可替代玻纤、碳纤、钢筋等增强材料，应用广泛，市场前景不可估量。

6 结论及建议

河镇乡有丰富的优质玄武岩资源，并且尚未开采。境内分布的玄武岩产于二叠系中上统峨眉山组（P2-3em），在河镇乡范围分布广泛，储量丰富，矿石品质优良，矿藏开采条件好，交通运输便利。河镇乡境内水、电、网、讯等设施配套完善，原料不存在短缺，对玄武岩的开发利用具有一定可行性。通过其加工的高端产品玄武岩纤维性能优越且应用领域十分广泛，是河镇乡的一大优势资源，建议加快纤维用玄武岩采矿权的投放，配合工业园建设通过招商引进玄武岩纤维生产线，以新兴产业促进助力乡村振兴。