廣東省正古寨灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及開(kāi)采條件研究

摘要：針對(duì)灰?guī)r礦床的地質(zhì)特征及其開(kāi)采條件進(jìn)行了系統(tǒng)分析，通過(guò)對(duì)礦床的地質(zhì)構(gòu)造、礦石品質(zhì)、礦體規(guī)模等方面的調(diào)查，確定了其主要礦物組成和分布規(guī)律。結(jié)果表明，該礦床以高純度灰?guī)r為主，含有豐富的碳酸鈣及微量礦物，適用于水泥、建筑材料及化工原料等行業(yè)的開(kāi)發(fā)利用。此外，分析了礦區(qū)的開(kāi)采條件，包括水文條件、工程條件等，以期實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)與利用。研究結(jié)果為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要的資源支撐，也為今后相關(guān)礦床的勘探與開(kāi)發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：正古寨灰?guī)r礦床；礦床地質(zhì)特征；礦產(chǎn)資源；開(kāi)采條件

中圖分類(lèi)號(hào)：P619.225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）12-0-0539

Research on Geological Characteristics and Mining Conditions of Zhengguzhai Limestone Deposit in Guangdong Province

HU Xinchang

（Guangdong Nuclear Industry Geological Survey Institute， Shaoguan 512000， China）

Abstract： The geological characteristics and mining conditions of limestone deposits were systematically analyzed. By investigating the geological structure， ore quality and ore body size of the deposit， the composition and distribution of the main minerals are determined. The results show that the deposit is mainly composed of high purity limestone， rich in calcium carbonate and trace minerals， which is suitable for the development and utilization of cement， building materials and chemical raw materials. In addition， the mining conditions， including hydrological conditions and engineering conditions， are analyzed in order to realize the sustainable development and utilization of mineral resources. The research results provide important resource support for local economic development， and also provide theoretical basis for the exploration and development of related deposits in the future.

Keywords： Zhengguzhai limestone deposit; geological characteristics of mineral deposits; mineral resources; mining conditions

灰?guī)r礦床作為重要的非金屬礦產(chǎn)資源，不僅在建筑、環(huán)保等多個(gè)行業(yè)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，還對(duì)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源利用具有重要意義[1]。隨著社會(huì)對(duì)高品質(zhì)建筑材料需求的不斷增加，深入研究正古寨灰?guī)r礦床的地質(zhì)特征及開(kāi)采條件顯得尤為重要。灰?guī)r礦床的形成與地質(zhì)構(gòu)造、沉積環(huán)境、礦物成分等多種因素密切相關(guān)，而全面分析其地質(zhì)特征不僅能夠幫助研究人員更好地理解其形成機(jī)制，還能為合理開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)[2]。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)灰?guī)r礦床的研究已有很多，但是針對(duì)正古寨地區(qū)特有的地質(zhì)條件及其開(kāi)采技術(shù)的研究較少。本研究旨在通過(guò)調(diào)查正古寨灰?guī)r礦床的地質(zhì)特征，識(shí)別其典型的地層特征、礦物分布及結(jié)構(gòu)條件，并分析影響其開(kāi)采的關(guān)鍵因素，為后續(xù)的開(kāi)采設(shè)計(jì)與管理提供理論支持。通過(guò)本研究，希望能夠?yàn)榇龠M(jìn)正古寨灰?guī)r的可持續(xù)開(kāi)發(fā)提供新的視角，進(jìn)而為優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)力量。

1 區(qū)域地質(zhì)

礦區(qū)地構(gòu)造位置屬南嶺多金屬成礦帶中段，位于華南地臺(tái)粵湘桂西坳陷區(qū)的東側(cè)，大東山—貴東東西構(gòu)造帶與北江斷裂帶交匯處。區(qū)域地層主要有泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組（D2q），以巨厚層狀、厚層狀灰?guī)r為主，為黃鐵礦賦存層位。

泥盆系上統(tǒng)天子嶺組（D3t），下部以生物碎屑泥晶灰?guī)r為主，上部以薄層狀泥晶灰?guī)r為主，條帶狀水平微層理分布。泥盆系上統(tǒng)帽子峰組（D3m），下部以鈣泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)或粉砂質(zhì)泥巖為主，中部以石英砂巖為主，上部以鈣泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)或粉砂質(zhì)泥巖為主。石炭系下統(tǒng)劉家塘組（C1l），以厚層狀含生物碎屑微—泥晶灰?guī)r為主。石炭系下統(tǒng)石磴子組（C1s），下段以厚層角礫狀灰?guī)r夾含生物碎屑微—泥晶灰?guī)r為主，上段以生物碎屑泥晶灰?guī)r、含生物碎屑泥晶灰?guī)r為主。石炭系下統(tǒng)測(cè)水組（C1c），下段以中厚層狀細(xì)粒石英砂巖、薄層粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，上段以中厚層狀細(xì)—中粒石英砂巖為主。石炭系下統(tǒng)梓門(mén)橋組（C1z），以中—厚層狀含燧石團(tuán)塊生物碎屑泥晶灰?guī)r夾細(xì)粒石英砂巖為主。石炭系中統(tǒng)壺天群（C2H），下部以厚—巨厚層狀微—細(xì)晶白云巖為主，上部以厚—巨厚層狀含生物碎屑微晶灰?guī)r為主。第四紀(jì)殘坡積層主要由砂礫、砂、黏土等組成。區(qū)域上以北東向、北西向兩組構(gòu)造組成構(gòu)造格架。區(qū)域地質(zhì)圖如圖1所示。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)主要地層有石炭系下統(tǒng)測(cè)水組（C1c）、石炭系下統(tǒng)梓門(mén)橋組（C1z）、石炭系中統(tǒng)壺天群（C2H）、第四系沖積層及第四系殘坡積層等。石炭系下統(tǒng)測(cè)水組（C1c）分布于礦區(qū)的中部，巖性以中厚層狀細(xì)—中粒石英砂巖為主，夾薄層粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，含煤層。巖層產(chǎn)狀為10°∠50°，測(cè)水組砂巖、泥巖與梓門(mén)橋組砂頁(yè)巖、灰?guī)r呈整合接觸或斷層接觸。石炭系下統(tǒng)梓門(mén)橋組（C1z）的巖性為深灰色中—厚層狀含燧石團(tuán)塊生物碎屑泥晶灰?guī)r，夾細(xì)粒石英砂巖、頁(yè)巖，為礦區(qū)次要賦礦層位。石炭系中統(tǒng)壺天群（C2H）分布于礦區(qū)的南、北部，巖性以厚—巨厚層狀含生物碎屑微晶灰?guī)r為主，夾微—細(xì)晶白云巖，局部夾燧石團(tuán)塊，為本區(qū)主要賦礦層位。該地層形成于晚石炭世，巖相沿走向變化較大以及同生角礫的普遍發(fā)育，可以表明該期間處于海侵時(shí)期的一個(gè)非常動(dòng)蕩的沉積環(huán)境。第四系殘坡積層主要由砂、黏土、粉質(zhì)黏土等組成，分布于礦區(qū)地勢(shì)低洼地段。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)主要見(jiàn)有F1～F4等4條斷裂構(gòu)造帶和1個(gè)向斜褶皺。F1斷裂位于礦區(qū)北部，貫穿整個(gè)礦區(qū)，斷裂切割壺天群地層與梓門(mén)橋組地層，斷裂長(zhǎng)度超過(guò)450 m。斷裂傾向南西，傾角較陡，約為75°～85°。

斷裂帶內(nèi)角礫狀灰?guī)r發(fā)育，粒徑相對(duì)均勻，以方解石緊密膠結(jié)，具有一定的抗壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性。F2斷裂位于礦區(qū)中部及北部，主要切割測(cè)水組地層，控制梓門(mén)橋組地層展布，走向長(zhǎng)850 m以上，往北沿伸出區(qū)外，斷裂傾向北東。F3、F4斷裂位于礦區(qū)中部，為兩組平行斷裂，呈陡立特征，北東走向，斷裂寬約2 m，斷裂帶內(nèi)角礫發(fā)育，以方解石緊密膠結(jié)。此外，斷裂兩側(cè)節(jié)理次生構(gòu)造發(fā)育，節(jié)理內(nèi)充填物為鈣質(zhì)條帶及灰?guī)r角礫，如圖2所示。向斜構(gòu)造的軸部位于正古寨山頂位置，軸向北西—南東。兩翼產(chǎn)狀不一，西翼較緩，傾向60°～90°，傾角約為10°～40°，東翼較陡，傾向170°～175°，傾角為50°～70°，軸部巖石破碎，多見(jiàn)灰?guī)r質(zhì)構(gòu)造角礫巖出露。

3 礦床地質(zhì)

3.1 礦體形態(tài)、產(chǎn)狀及規(guī)模

礦體賦存于石炭系中統(tǒng)壺天群（C2H）和石炭系下統(tǒng)梓門(mén)橋組（C1z）灰?guī)r層，呈中厚～厚層狀，具有沉積型礦床特征。礦區(qū)發(fā)現(xiàn)兩條礦體，編號(hào)為V1、V2。

V1礦體的整體形態(tài)為不規(guī)則狀，北東向延伸，出露標(biāo)高為264.7～387.0 m。礦體賦存于壺天群（C2H）、梓門(mén)橋組（C1z）灰?guī)r，呈單斜層狀產(chǎn)出，礦體長(zhǎng)度約為360 m，寬度約為270 m，厚度為6.0～122.3 m，整體較為穩(wěn)定。

V2礦體整體呈向斜產(chǎn)出，軸部位于正古寨山頂位置，軸向北西—南東。礦體出露標(biāo)高為278.3～438.0 m，礦體長(zhǎng)約465 m，寬約420 m，厚度為14.0～159.7 m。壺天群（C2H）灰?guī)r向斜西翼產(chǎn)狀為80°∠20°～35°，東翼產(chǎn)狀為170°～175°∠50°～70°。梓門(mén)橋組（C1z）灰?guī)r向斜西翼產(chǎn)狀為60°～90°∠10°～40°，東翼產(chǎn)狀為170°～175°∠50°～70°，礦體產(chǎn)狀變化較大，地表及鉆孔中溶蝕現(xiàn)象發(fā)育。梓門(mén)橋組（C1z）的砂巖、頁(yè)巖呈薄層狀出露于灰?guī)r的頂部，厚度為2.2～13.0 m，平均厚度為8.1 m，局部可達(dá)19.0 m；第四系覆蓋層位于山坡及洼地，厚度約為0.0～4.5 m，平均厚度為3.6 m，局部可達(dá)7.5 m。

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石自然類(lèi)型

礦石以原地沉積的原生石灰?guī)r為主，在地質(zhì)演化的過(guò)程中，受多種因素的影響，如壓力、溫度、化學(xué)作用等，使得這些礦石呈現(xiàn)出豐富多樣的特征和結(jié)構(gòu)。通過(guò)鏡下分析，礦區(qū)礦石為生物碎屑泥晶—微晶灰?guī)r、細(xì)晶灰?guī)r、細(xì)晶灰質(zhì)白云巖等。

3.2.2 礦石礦物成分

根據(jù)不同的礦石類(lèi)型，采集了11件樣品，礦石中有用化學(xué)組分主要為CaO和MgO。其中，CaO含量為32.15%～55.54%，平均為51.17%；MgO含量為0.15%～10.90%，平均為0.35%。其次為SiO2、Fe2O3、Al2O3、MnO、K2O、Na2O、P2O5、SO3等，局部為燧石灰?guī)r，其SiO2含量可達(dá)27.7%。礦區(qū)礦石化學(xué)成分分析如表1所示。

3.2.3 礦石抗壓強(qiáng)度

采集25件樣品，每件樣品測(cè)定6個(gè)試件的抗壓強(qiáng)度，經(jīng)測(cè)試分析，礦區(qū)的巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度平均值為52～81 MPa，總平均值為65 MPa，單個(gè)試件的抗壓強(qiáng)度最小值為43 MPa。根據(jù)《建設(shè)用卵石、碎石》（GB/T 14685—2022）中的規(guī)定，建筑石料礦沉積巖一般工業(yè)指標(biāo)要求其最低抗壓強(qiáng)度為30 MPa，說(shuō)明該礦山的礦石符合建筑用石料工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 覆蓋層、圍巖與夾石

礦區(qū)覆蓋層為第四系殘坡積層。其中，南部覆蓋層厚為0.0～3.5 m，北部覆蓋層厚為0.0～4.5 m，局部可達(dá)7.5 m。

礦石圍巖為梓門(mén)橋組（C1z）砂巖、頁(yè)巖呈薄層狀上覆在該組的灰?guī)r地層之上，礦區(qū)南部區(qū)域的厚度為0.0～4.0 m，礦區(qū)北部區(qū)域的厚度為2.2～13.0 m，局部可達(dá)19.0 m。該層的砂巖、頁(yè)巖較破碎、松散，巖石完整性差。礦區(qū)內(nèi)除建筑石料用灰?guī)r礦外，梓門(mén)橋組灰?guī)r中伴生的石英砂巖可作為水泥配料用硅質(zhì)原料，第四系覆蓋層可用作磚瓦用黏土礦。

4 礦床開(kāi)采技術(shù)條件

4.1 水文地質(zhì)特征

礦區(qū)含水層主要有松散巖類(lèi)孔隙水、碎屑巖類(lèi)基巖裂隙水和碳酸鹽巖類(lèi)裂隙溶洞水3類(lèi)。松散巖類(lèi)孔隙水在礦區(qū)內(nèi)富水性分布不均，整體富水性弱，隨季節(jié)變化明顯；碎屑巖類(lèi)基巖裂隙水在礦區(qū)內(nèi)富水性弱，主要是風(fēng)化裂隙水，水量貧乏，新鮮巖石可視為相對(duì)隔水層；碳酸鹽巖類(lèi)裂隙溶洞水在礦區(qū)內(nèi)富水性分布不均，透水性好，溶洞、暗河的水量豐富，富水性強(qiáng)。

4.2 工程地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)的灰?guī)r呈中厚～厚層狀，結(jié)構(gòu)類(lèi)型為層狀結(jié)構(gòu)或塊狀結(jié)構(gòu)，以層面、片理、節(jié)理為主，層間結(jié)合力較差，節(jié)理裂隙以張節(jié)理為主，剪節(jié)理次之，節(jié)理面為泥砂及方解石充填或半充填，礦層層面多呈閉合狀。礦區(qū)內(nèi)存在斷裂帶，結(jié)構(gòu)類(lèi)型為碎裂結(jié)構(gòu)，一般見(jiàn)4～5組結(jié)構(gòu)面，彼此交切結(jié)構(gòu)面多被方解石脈充填，巖塊中顯微裂隙發(fā)育。巖石力學(xué)分析結(jié)果表明，其抗壓強(qiáng)度為47～81 MPa，平均為65 MPa，巖石質(zhì)量為Ⅰ～Ⅱ等，屬較完整巖體。礦山開(kāi)采邊坡與巖層傾向大致相同，為順層邊坡，采掘斷面呈陡坡?tīng)睿露葹?0°～85°，為不穩(wěn)定邊坡，易形成小型崩塌及滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

4.3 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

礦山采礦活動(dòng)會(huì)破壞原始地質(zhì)環(huán)境，產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害誘因，從而引發(fā)一定的地質(zhì)災(zāi)害。預(yù)測(cè)可能引發(fā)的主要地質(zhì)災(zāi)害有崩塌、滑坡、泥石流及巖溶地面塌陷[3]。

4.3.1 崩塌、滑坡

在礦山開(kāi)采時(shí)，受斷裂構(gòu)造及褶皺構(gòu)造影響，巖石局部破碎，開(kāi)采面上的巖石沿著斷裂面及巖層面崩落，特別是在未來(lái)長(zhǎng)期爆破及極端暴雨天氣等條件下，開(kāi)挖邊坡存在崩塌/滑坡的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

4.3.2 泥石流

礦區(qū)在夏秋季節(jié)多山洪暴雨，礦山開(kāi)采時(shí)剝離量較大，若未及時(shí)處理廢石、廢土等松散堆積物，在暴雨作用下會(huì)引發(fā)泥石流。

4.3.3 巖溶地面塌陷

根據(jù)鉆孔見(jiàn)洞率及地表巖溶洼地、巖溶漏斗發(fā)育情況判斷，礦區(qū)巖溶發(fā)育程度屬巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)。在礦山開(kāi)采過(guò)程中，受機(jī)械震動(dòng)及爆破震動(dòng)影響，礦區(qū)存在巖溶地面塌陷的風(fēng)險(xiǎn)[5]。

5 結(jié)論

灰?guī)r礦賦存于石炭系中統(tǒng)壺天群（C2H）灰?guī)r地層中，層控明顯，本區(qū)礦床沿走向和傾向均有延伸，在礦區(qū)外圍的東部尋找此類(lèi)礦產(chǎn)具有良好前景。礦床開(kāi)采技術(shù)條件屬水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、工程地質(zhì)條件復(fù)雜的類(lèi)型。礦區(qū)局部地形陡峭，巖溶發(fā)育，淺部裂隙發(fā)育，需防止滑坡、崩塌、泥石流、巖溶地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：胡欣昌（1989—），男，福建上杭人，工程師。研究方向：地質(zhì)礦產(chǎn)勘查等。