黔西北河鎮地區玄武巖地質特征及開發前景

李光春，蘇永虎，趙 磊，鞏 鑫，宋小軍，蒲慶隆

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局地質礦產勘查院，貴州 貴陽 550005）

河鎮鄉工作區位于赫章縣西北角的云、貴兩省交界處，與云南省彝良縣、鎮雄縣相鄰，2018～2019 年通過對河鎮鄉地質資源調查，河鎮鄉境內出露大量峨眉山玄武巖，并進一步取樣做拉絲實驗（南京市玄武巖纖維生產及應用技術國家地方聯合工程研究中心，2019），實驗結果表明，所送樣品可用作生產連續玄武巖纖維的原料[1]，為該區玄武巖應用提供了參考依據和理論基礎。

1 區域地質背景

大地構造位置，不同學者有不同的劃分方案。根據2017年《貴州省區域地質志》推薦的貴州省地質構造劃分方案，河鎮鄉大地構造位置處于上揚子陸塊（三級分區）黔北隆起區（四級分區）畢節弧形褶皺帶（五級分區）的西端[2]，在早二疊世晚期至晚二疊世早期，本區有大量的基性巖漿噴溢，形成廣泛分布的峨眉山玄武巖以及與其時間相近的同源、淺成侵入輝綠巖。

2 礦區地質

2.1 地層

河鎮鄉內出露的地層由老至新為：二疊系中統梁山組（P2l）、二疊系中統棲霞—茅口組（P2q+m）、二疊系中—上統峨嵋山玄武巖組（P2-3em）、二疊系上統宣威組（P3x）、三疊系下統飛仙關組（T1f）、三疊系中下統嘉陵江組（T1-2j）、第四系（Q）（圖1）。

2.2 構造

區內褶皺構造主要為北東向德卓向斜，總體為一斜歪褶皺，向斜軸向為北東45°，軸長32km；北西翼開闊舒展，且發育完整，傾角15°左右，南東翼遭白楊河逆斷層（F1）斷層的破壞，緊湊狹窄，傾角40°～90°，局部發生倒轉；核部最新地層為三疊系下統飛仙關組（T1f），兩翼地層依次為二疊系上統宣威組（P3x）、二疊系中—上統峨嵋山玄武巖組（P2-3em）。

區內斷裂構造主要為與德卓向斜同向的白楊河逆斷層（F1），次級斷裂構造有以則河斷層（F2）、海拉斷層（F3）、舍虎斷層（F4）。

白楊河逆斷層：貫穿整個區內，走向呈北東45°展布，屬區域性的壓扭性逆斷層。該斷層破環德卓向斜南東翼的地層，對區內煤層的連續性有破壞作用。該斷層走向長約數十公里，在工作區界內長約8km，傾向南東，傾角50°～65°，破碎帶呈緊密擠壓狀態，多數地段破碎帶特征不明顯，水平斷距約200m（圖1）。

2.3 巖漿巖

工作區內玄武巖產于二疊系中上統峨眉山組（P2-3em），巖性為墨綠色、深灰色致密塊狀拉斑玄武巖，暗灰色、灰黃色氣孔杏仁狀玄武巖、凝灰巖，頂部巖石風化嚴重，其風化產物為紅黃色土狀殘積物。厚0～317.84m[3]。

3 河鎮地區玄武巖地質特征

3.1 產出特征

該區玄武巖產于二疊系中上統峨眉山組（P2-3em），呈巖被產出，偶夾砂巖、粘土巖、灰巖、硅質巖及煤層（線），整合或平行不整合于茅口組灰巖之上、平行不整合于宣威組含煤泥砂巖之下。上部巖性為角礫狀玄武巖夾致密狀玄武巖，中部為致密狀玄武巖夾杏仁狀玄武巖、少量氣孔狀玄武巖，下部為杏仁狀玄武巖夾致密狀玄武巖，表層巖石風化嚴重，其風化產物為紅黃色土狀殘積物[4]。

3.2 巖石特征

該區玄武巖以氣孔—杏仁玄武巖、無斑—少斑玄武巖為主,含少量的微晶和隱晶質玄武巖[5]，外觀多為墨綠色、灰黑色致密塊狀，柱狀節理發育，組成的主要礦物有斜長石、輝石，含量一般在30%以下。

3.3 結構構造及礦物特征

致密狀玄武巖具間隱間粒結構（即拉斑玄武結構）和粒狀變晶結構，致密塊狀。在雜亂無章的條板狀斜長石格架空隙中，分布著玄武玻璃、輝石、鈦鐵礦等。斜長石呈板柱狀，長度多在0.05～0.3mm 間。輝石呈半自形粒狀，長度多在0.01～0.1mm 間。鈦鐵礦呈樹枝狀、板狀，粒度多在0.1mm以下。玄武玻璃部分皂石化，皂石呈細小鱗片狀或顯微纖維狀集合體。斜長石：45%～50%；輝石：20%～25%；皂石：20%；火山玻璃：15%；鈦鐵礦：5%（圖2b）。

杏仁狀玄武巖具玻基斑狀結構，杏仁狀構造、角礫狀構造。條板狀斜長石斑晶分布于火山玻璃組成的基質中，長石長度多在0.02～0.2m 間。玄武玻璃部分碳酸鹽化。碳酸鹽礦物呈細小粒狀。石英呈他形粒狀，粒度小于0.06mm。鈦鐵礦呈樹枝狀、板狀，粒度多在0.06mm 以下。大量細小粒狀金屬礦物分布于玄武玻璃中，粒度多小于0.01mm。巖石中有大量不規則氣孔，多充填皂石、綠泥石。皂石、綠泥石呈細小鱗片狀或顯微纖維狀集合體。斜長石：30%～35%；火山玻璃：20%；皂石：15%～20%；碳酸鹽礦物：20%；石英：小于10%；金屬礦物：5%（貴州地礦中心實驗室，2019）（圖2d）。

圖2 河鎮地區玄武巖巖石特征

3.4 巖石化學特征

據區域資料，該區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%。里特曼組合指數1.3～3.8，屬鈣堿性玄武巖[6]。

3.5 噴發特征

貴州玄武巖以陸相溢流拉斑玄武巖為主，伴有爆發相火山碎屑巖和淺成侵位的輝綠巖、火山積—凝灰巖。屬穩定地塊裂陷階段—二疊紀非造山期產物[7]。而峨眉山玄武巖即華力西（海西）期以陸相噴溢為主，間有海相噴溢活動[8]，貴州省西部噴發結束晚，東部噴發結束早，河鎮地區地理位置位于威寧、水城、納雍一線之北，屬晚二疊世早至中期以陸相噴溢為主的玄武巖。

3.6 成因時代討論

（1）大構造背景成因：貴州境內出露的峨眉山玄武巖，只是廣布于川滇黔峨眉山大火成巖省的東部邊緣部分，屬峨眉山大火成巖省東區的高鈦(TiO2＞2.8%)玄武巖，時間上形成于非造山階段的二疊紀，空間上分布于陸塊內部大量沉積巖分布區。即貴州境內的峨眉山玄武巖屬峨眉地幔柱邊部低程度部分熔融的產物，形成于大陸板塊內部裂陷構造環境。

（2）時代：據前人研究成果，在貴州盤縣峨眉山大火成巖省東部峨眉山玄武巖系頂部近100m 厚凝灰巖層中取得了LA－ICP－MS 鋯石U－Pb 年齡為251.0Ma±1.0Ma，限定了峨眉山大火山巖省火山噴發結束的時間。與華南地區的P-T 分界線年齡基本相同，同時還與西伯利亞大火成巖省火山噴發時間基本相同[9]。

4 可拉絲玄武巖評價依據

據搜集資料分析結合本次分析及實驗結果，河鎮地區致密狀玄武巖是適合拉絲的原礦石，也就是說，該區致密狀玄武巖可拉絲成玄武巖纖維。玄武巖纖維由天然的玄武巖礦石在高溫熔融狀態下通過拉絲漏板拉制而成，是一種新型無機環保綠色高性能纖維材料，玄武巖連續纖維不僅強度高，而且還具有電絕緣、耐腐蝕、耐高溫等多種優異性能，已在纖維增強復合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業、高溫過濾織物以及防護領域等多個方面得到了廣泛的應用[10]。

4.1 可拉絲巖石化學組分分析

本次調查中共采集樣品62件基本分析，其中48件為新鮮致密狀玄武巖，14 件為新鮮的杏仁狀玄武巖。SiO2含量為45.66%～50.20%，Al2O3含量為11.50%～15.02%，TiO2含量為3.60%～4.16%，Fe2O3含量為12.66%～15.20%，CaO含量為4.84%～11.55%，MgO含量為0.97%～7.97%,K2O+Na2O含量為2.64%～4.04%，化驗結果顯示SiO2含量總體上致密狀玄武巖略高于杏仁狀玄武巖。其中53件樣品化驗結果達到拉絲玄武巖推薦值（該推薦值由四川點石玄武科技有限公司提供，2015），9 件樣品化驗結果未完全達到拉絲玄武巖推薦值，達到推薦值占比為85%。

4.2 拉絲實驗情況

根據前期調查和化學分析結果，共選送纖維實驗樣6件，分析項目有高溫熔點、高溫粘度、溶制玻璃液、析晶溫度，實驗結果表明6 件樣品均拉出了連續纖維（圖3）。

圖3 玄武巖拉絲實驗呈現

以樣品HZPM6-LS01（實驗室編號為232#）為例簡述拉絲情況，c、當溫度為1245℃±1℃時，轉速為900r/min 時，纖維直徑約為12.41μm；d、當溫度為1245℃±1℃時，轉速為1500r/min，纖維直徑約為9.06μm；e、當溫度為1275℃±1℃時，轉速為900r/min時，纖維直徑約為11.50μm；f、當溫度為1275℃±1℃時，轉速為1500r/min，纖維直徑約為11.48μm。

5 開發前景

5.1 政策導向

我國對發展玄武巖纖維高度重視和支持，在2001年發展連續玄武巖纖維制備技術被列為中俄兩國政府間科技合作項目之后，“發展連續玄武巖纖維”被列入多個計劃、規劃及鼓勵項目之中。國家“863”計劃課題的研究成果表明，我國有著完全自主知識產權的低成本、大規模發展連續玄武巖纖維的新技術、新裝置和新工藝。目前，玄武巖纖維已被列為21 世紀我國新的戰略資源。

5.2 玄武巖纖維性能及應用領域

玄武巖纖維由天然的玄武巖礦石在高溫熔融狀態下通過拉絲漏板拉制而成，是一種新型無機環保綠色高性能纖維材料，玄武巖連續纖維不僅強度高，而且還具有電絕緣、耐腐蝕、耐高溫等多種優異性能，已在纖維增強復合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業、高溫過濾織物以及防護領域等多個方面得到了廣泛的應用。

5.3 社會經濟效益

玄武巖纖維是一種性能優越的纖維材料，具有廣泛的用途，它的工業化生產和推廣使用具有很好的經濟效益、社會效益和環境效益，隨著人民生活水平的提高，對建筑物質量、性能的要求會越來越高，對該材料的需要亦將日益增加。玄武巖纖維的原料99%是天然的玄武巖石塊，來源豐富，價格低廉，生產過程沒有污染環境的物質生成，對環境無危害，科技含量高，附加值高，投資較少。

5.4 市場前景

玄武巖纖維及其復合材料可以很好地滿足國防建設、交通運輸、建筑、石油化工、環保、電子、航空航天等領域結構材料的需求，對國防建設、重大工程和產業結構升級具有重要的推動作用，可替代玻纖、碳纖、鋼筋等增強材料，應用廣泛，市場前景不可估量。

6 結論及建議

河鎮鄉有豐富的優質玄武巖資源，并且尚未開采。境內分布的玄武巖產于二疊系中上統峨眉山組（P2-3em），在河鎮鄉范圍分布廣泛，儲量豐富，礦石品質優良，礦藏開采條件好，交通運輸便利。河鎮鄉境內水、電、網、訊等設施配套完善，原料不存在短缺，對玄武巖的開發利用具有一定可行性。通過其加工的高端產品玄武巖纖維性能優越且應用領域十分廣泛，是河鎮鄉的一大優勢資源，建議加快纖維用玄武巖采礦權的投放，配合工業園建設通過招商引進玄武巖纖維生產線，以新興產業促進助力鄉村振興。