山東蒙陰麥飯石礦地質特征資源開發利用現狀

呂曉亮,姚永林,高群

(1.蒙陰縣自然資源和規劃局,山東 蒙陰 276200;2.山東省地質礦產勘查開發局第七地質大隊,山東 臨沂 276004)

0 引言

麥飯石別名長壽石、健康石、煉山石、馬牙砂、豆渣石,因其形狀如一團大麥飯而得名。宋朝的《本草圖經》就已經把麥飯石作為藥石記載下來,明代著名醫藥學家李時珍所著《本草綱目》中記載“麥飯石甘、溫、無毒,主治一切癰疽發背”[1-5]。此外,我國1921年和1969年出版的《中華醫學大辭典》,1953年出版的《普濟方》,1957年出版的《本草綱目的礦物史料》和近年出版的《李時珍研究》等書中,對麥飯石均有記載[3]。日本曾有全國性的和地方性的麥飯石研究會等組織,把麥飯石稱之為“健康藥石”“細胞洗滌劑”,并廣泛應用于飲用水凈化與污水處理,人工制成礦泉水等,而且在蔬菜水果保鮮、動物養殖、植物栽培、冰箱除臭、化妝品填料等方面也有所應用[3-4,6]。1984年3月,我國地質工作者開始在內蒙古和遼寧阜新研究麥飯石資源,并正式命名“中華麥飯石”及“阜新麥飯石”,我國20世紀80年代中期也開始了一段時間的麥飯石熱[7-8]。1987 年,山東省地質科學研究所在以往工作的基礎上,在泰安地區確認了麥飯石礦的存在并進行了評價,命名為“泰山麥飯石”。該項工作對山東的麥飯石礦的勘查評價起到了較大的促進作用,之后相繼發現并評價了“雪花山麥飯石”“青島麥飯石”“沂水麥飯石”等多處麥飯石礦[8]。通過在蒙山北麓蒙陰縣境內現場走訪調查,蒙陰縣利用麥飯石資源由來已久。為分析研究蒙陰縣麥飯石賦存、礦石特征和開發利用存在的問題,在蒙陰縣龍鳳峪地區開展了麥飯石礦詳查工作,基本查明區域地質、礦區地質情況和礦石特征以及礦床開采技術條件。

1 區域地質背景

研究區內地層不發育,主要有新太古代泰山巖群,與新太古代結晶花崗巖共同組成古老的結晶基底,只出露雁翎關組斜長角閃巖;寒武紀長清群,多被中生代巖漿侵入而斷續分布,自下而上依次為李官組長石石英砂巖,朱砂洞組中層細晶白云巖、中厚層灰巖,饅頭組粉砂質頁巖、長石石英砂巖,張夏組厚層鮞粒灰巖;第四紀山前組、沂河組。研究區內構造形式較為簡單,主要以韌性剪切帶為主,以及零星的脆性斷裂構造。

研究區巖漿巖十分發育,主要出露有萬山莊序列安子溝單元中粗粒變角閃石巖、張家莊單元中粒變角閃輝長巖,泰山序列西官莊單元片麻狀中粒黑云角閃英云閃長巖、李家樓單元條帶狀中細粒黑云母英云閃長巖,嶧山序列周公地單元弱片麻狀中細粒含黑云角閃石英二長閃長巖、寧子洞單元斑狀中細粒含黑云花崗閃長巖,傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖,牛嵐單元輝綠巖,銅石序列西封山單元細粒角閃閃長巖、南坦單元中粗斑石英二長閃長玢巖,蒼山序列嵩山單元巨斑角閃石英二長斑巖(圖1)。

2 礦區地質

2.1 地層和構造

區內地層不發育,只在東部發育有第四紀山前組、沂河組。區內未見明顯斷裂、褶皺等構造形式,但巖石中節理較為發育,在礦體西段南側一人工露頭處發現弱片麻狀角閃石英二長閃長巖中發育有一組NEE向的節理。

2.2 巖漿巖

區內大面積巖漿巖出露(圖2),由老至新依次為：

(1)嶧山序列周公地單元。廣泛分布于區內,巖性為弱片麻狀中細粒含黑云角閃石英二長閃長巖,地表風化嚴重,呈灰色—深灰色,新鮮巖石呈灰黑色。主要組成礦物有斜長石45%、鉀長石15%、黑云母10%、角閃石10%、石英15%,是區內麥飯石礦體的主要圍巖。

(2)銅石序列西封山單元。分布于礦體的南北兩側,巖性為細粒角閃閃長巖,灰色,細粒結構,塊狀構造。主要礦物成分有斜長石70%,角閃石20%左右及少量石英等。該單元侵入于周公地單元中,呈巖脈或巖株產出,其中巖脈與周公地角閃石英二長閃長巖接觸面傾向N,傾角60°左右。

(3)蒼山序列嵩山單元。麥飯石礦體即賦存于該單元中。區內共有5處出露,分布在北安、龍鳳峪、馬堂子嶺一帶,分別編號為：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。巖性為巨斑角閃石英二長斑巖,地表風化嚴重,呈黃褐色沙土狀,新鮮巖石呈淺肉紅色或淺灰黑色,斑狀結構,塊狀構造。主要礦物組成為：斑晶主要為斜長石和鉀長石,含量約30%,基質有斜長石20%、鉀長石30%、石英10%、角閃石10%。該單元侵入于周公地單元中,呈巖脈或小巖株產出。

馬堂子嶺—龍鳳峪一帶的Ⅰ號巖脈規模最大,地表出露長度約1200m,寬30～90m不等,與圍巖的接觸面傾向NE,傾角40°左右,在巖體內部形成一組與接觸面產狀近平行的面理,反映了巖脈脈動侵入、層狀流動的特點。巖脈與圍巖接觸界線清晰,只在巨斑角閃石英二長斑巖一側形成了薄層的細粒淬火邊(冷凝邊),其他未見明顯的蝕變作用。該巖體即為本次分析的麥飯石礦賦礦巖體,詳見表1。

1—山前組;2—沂河組;3—早白堊世蒼山序列嵩山單元巨斑角閃石英二長斑巖;4—中侏羅世銅石序列西封山單元細粒角閃閃長巖;5—新太古代嶧山序列周公地單元中細粒含黑云角閃石英二長閃長巖;6—實測地質界線;7—麥飯石礦體編號;8—產狀;9—片麻理產狀圖2 山東省蒙陰縣龍鳳峪地區地質簡圖

表1 麥飯石賦存巖體特征

3 礦石特征

麥飯石賦存巖體巨斑角閃石英二長斑巖較易風化,將區內麥飯石礦根據風化程度分為2種類型：風化礦石和新鮮礦石,開展礦石成分和礦石溶出吸附特性測試,與中華麥飯石、鄒平麥飯石礦石特征進行對比分析(1)山東省地礦工程勘察院,山東省鄒平縣南部地區麥飯石礦產資源普查報告,2000年。,其特征分述如下：

3.1 礦石成分特征

3.1.1 礦物成分特征

風化礦石呈黃褐色—灰褐色,地表呈砂土狀,仍可辨別原巖的斑狀結構,塊狀構造,其斑晶主要為斜長石、鉀長石和石英,基質主要為長石和角閃石等。巖石風化強烈,次生裂隙發育,原巖結構被破壞,長石類礦物多高嶺土化,角閃石多蝕變為黑云母,并析出鐵質。

新鮮礦石呈淡肉紅色至淺灰色,斑狀結構,塊狀構造,斑晶主要為斜長石(20%)、鉀長石(10%),少量石英及角閃石等暗色礦物,斜長石斑晶直徑最大可達1～2cm,基質則主要為斜長石(20%)、鉀長石(30%)、石英及角閃石等。

由上可知,風化礦石與新鮮礦石礦物成分大體相同,只是在表生作用下,部分長石類礦物發生水解或水化作用形成新的次生礦物。

鄒平麥飯石含礦母巖為中粗粒輝石二長巖和中細粒輝石二長巖,中華麥飯石含礦母巖為石英閃長斑巖,其礦物成分均以長英質為主,礦石均為斑狀結構,龍鳳峪礦區麥飯石含礦母巖為角閃石英二長斑巖,與之相似。

3.1.2 化學成分特征

根據測試分析,龍鳳峪礦區麥飯石礦不同類型(風化、新鮮)礦石的主要礦物組成、化學成分、微量元素含量大致相同,對人體有益的微量元素硒(Se)、鍶(Sr)、鋰(Li)、鋅(Zn)均高于地殼豐度值,而有害元素鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、鉻(Cr)等含量低于或相當于地殼平均值。礦石的主要礦物組成、化學成分、微量元素及稀土元素含量與鄒平、中華麥飯石基本相當,有益元素中Sr、Zn、Se與之相當,Li偏低,有害元素中Pb、Hg偏高,但均低于或相當于地殼豐度值。礦石的內照射指數IRa值為0.06、外照射指數Ir值為0.23,符合《建筑材料放射性核素限量》(GB6566—2010)A類材料要求(IRa≤1.0、Ir≤1.3),其使用范圍不受限制。詳見表2—表5(測試單位：山東省第七地質礦產勘查院,2014年)。

表2 龍鳳峪礦區麥飯石與鄒平、中華麥飯石氧化物含量對比表 單位：×10-2

表3 龍鳳峪礦區麥飯石與鄒平、中華麥飯石微量元素含量對比表 單位：×10-6

表4 龍鳳峪礦區麥飯石(風化)與鄒平、中華麥飯石稀土元素含量對比表 單位：×10-6

表5 龍鳳峪礦區麥飯石(風化)放射性指標表

3.2 礦石溶出及吸附特征

3.2.1 溶出特征

根據基本分析及組合分析結果,在給定測試條件下(粒度200目、固液比1∶20、浸泡2h溶出效果最好[9-10]),風化礦石、新鮮礦石均能溶出對人體有益的偏硅酸(H2SiO3),其含量均達到了界限指標要求,其變化系數分別為68.50%、63.68%,說明礦石溶出偏硅酸(H2SiO3)的性能較穩定,且風化礦石的溶出效果要優于新鮮礦石;有益元素Sr(鍶)、Zn(鋅)、Li(鋰)均有一定溶出,但達不到界限指標要求;有益有害元素Se(硒)有微量溶出,達不到界限指標要求,但也不超過限量指標要求;有害元素銅(Cu)、鋇(Ba)、鉻(Cr)、鉛(Pb)、錳(Mn)、鎳(Ni)、銀(Ag)的溶出量均低于限量指標要求;有害元素Sb(銻)、砷(As)、鎘(Cd)汞(Hg)未溶出。詳見表6、表7(測試單位：山東省第七地質礦產勘查院,2014年)。

表6 有用元素溶出結果統計表

3.2.2 吸附特征

將樣品磨為200 目,取20 g放入1 L配制的標準溶液中(Pb 0.30 mg/L、Cd 0.90 mg/L、Hg 0.003 mg/L、As 0.03 mg/L、Cr 1.50 mg/L,相當于生活飲用水上限濃度的10倍[9-11])浸泡24 h。風化礦石和新鮮礦石對標準溶液中有害元素均有吸附作用,其中對鎘(Cd)的吸附率97%,對汞(Hg)的吸附率93%,對鉻(Cr)的吸附率最低,但不低于25%,且風化礦石對大多數元素的吸附性能略強于新鮮礦石(表8)。

表8 標準溶液礦石吸附效果分析表

4 蒙陰麥飯石利用現狀

(1)調節和改善水質。蒙陰麥飯石能顯著改善水中礦物質含量,一方面釋放對人體有益的偏硅酸,另一方面能強力吸收鎘、汞、鉛等有害元素,水質經過麥飯石處理后甚至可以達到飲用天然礦泉水質量要求。現有1處麥飯石礦泉水采礦權正常開發利用,蒙山北麓現存多家麥飯石山泉水銷售企業,個別農戶自打水井日常飲用麥飯石水。

(2)麥飯石與文化旅游相結合綜合開發。蒙陰龍鳳峪地區充分利用麥飯石資源,建設麥飯石小鎮,以麥飯石文化、水文化、民俗文化、道家文化為底蘊,重點建設體驗旅游、休閑旅游、健康旅游及探險旅游等綜合開發為一體的文旅示范區。一些景觀和展品全部由麥飯石打造,以生態康養旅游促進麥飯石資源開發利用。

(3)農村居民生活起居自發利用。在過去生活條件比較艱苦的時期,一些農戶利用出露地表的麥飯石加工成塊石自建住房或院墻,解決了建房原料緊缺的問題,利用麥飯石制作石槽、石磨、石碾等生活用品。目前,仍有部分房屋、院墻、石槽、石磨等使用至今,體現了當地民風民俗,具有一定的體驗、游覽價值。

(4)農業、畜牧業少量應用。一些麥飯石被農戶加工成細粉,用于肥料改良和家畜飼料改善,這些以民間自發利用為主,沒有形成規模化的產業鏈,經濟利用價值偏低。

總之,蒙陰麥飯石資源利用方式單一、粗放,沒有充分體現麥飯石的綜合價值,麥飯石資源綜合利用缺乏深層次研究。

5 存在的問題及建議

5.1 礦產開發障礙重重

作為麥飯石母巖,在我國有大量的分布,有著極其豐富的資源,但是否賦存麥飯石并被開發利用,尚需經過嚴格認真的地質工作和復雜精確的理化測試程序來確定。隨著麥飯石產品的逐漸推廣,已經形成了一些地方標準,如1989年內蒙古自治區標準計量局批準的《中華麥飯石》(蒙DB523—89)地方標準。目前,尚沒有麥飯石礦產資源勘查的國家及行業標準,雖然勘查方式方法適用于固體礦產勘查規范的相關規定,但一些基礎工業指標標準無法確定,只能“一事一議”進行工業指標論證,礦產開發利用障礙重重。山東境內泰安、青島、鄒平、沂水、蒙陰等地麥飯石資源豐富,通過與中華麥飯石、鄒平麥飯石礦石特征分析對比,共性特征明顯,具備了建立工業指標地方標準的基礎條件,建議開展山東麥飯石地方標準制定工作,為山東麥飯石資源勘查開發奠定基礎。

5.2 測試結果存在一定局限性

研究蒙陰麥飯石溶出吸附特性時采用的粒度均是200目(相當于74 μm),從現有的麥飯石產品來看,均達不到200目的粒度,未來麥飯石產品達到200目的可能性也不大。同時,麥飯石溶出和吸附后水質缺少物化作用和毒理試驗相關數據,且測試樣品數量較少。建議根據未來市場情況合理劃分測試粒度,進一步分析溶出吸附特性,同時,開展生物活性作用、免疫功能效應及毒理學效應相關研究,以期對未來麥飯石產品的利用提供更科學的依據。

5.3 開發利用廣度需要拓展

日本、韓國等國家麥飯石產品應用比較廣泛,在醫療、化妝品等領域也有所建樹。目前,蒙陰縣麥飯石利用主要是調節和改善水質,衍生出茶具、餐具等系列產品,缺少精細化研究和衍生產品。隨著麥飯石粒度降低,麥飯石在農牧漁業、醫藥衛生、食品、釀造業、環境保護等方面應用前景廣闊[12-14],建議深入開展基礎研究,以期形成麥飯石全鏈條利用市場。此外,依托天然麥飯石資源,在不開挖麥飯石的前提下,在培育、提升農副產品微量元素含量等方面,也有一定的研究價值,建議在龍鳳峪地區開展土壤地質調查,分析土壤成分,深化麥飯石農產品研究。

6 結語

山東省蒙陰縣麥飯石資源豐富,尤以龍鳳峪地區較為典型,區內地層不發育,未見明顯斷裂、褶皺等構造形式,麥飯石礦體主要賦存于蒼山序列嵩山單元巨斑角閃石英二長斑巖中,賦存條件和主要礦物組成、化學成分、微量元素及稀土元素含量與鄒平、中華麥飯石基本相當,在特定測試條件下,具有明顯的溶出吸附特性。蒙陰縣麥飯石資源利用主要依托礦石溶出吸附特性,應進一步開展麥飯石溶出吸附后水質、土壤等方面的基礎研究,并充分利用其與鄒平、中華麥飯石的共性特征,盡快建立麥飯石地方標準,為山東省麥飯石綜合開發利用奠定基礎。