湖北当阳玉泉砖瓦用页岩矿床地质特征及开发经济意义分析

2020-03-01李雪峰刘林裴明松漆双林

西部资源 2020年5期

李雪峰刘林裴明松漆双林

摘要：鄂西当阳市是省级建筑陶瓷产业基地，对砖瓦用页岩有大量的需求。本文总结了玉泉砖瓦用页岩矿床地质特征，分析了开发经济意义。矿区地层主要为白垩系跑马岗组紫红色泥岩和紫红色粉砂质泥岩。通过资源形势、资源远景分析、矿石加工性能、矿山开发外部条件、矿床开采技术条件、采矿方案和规模的分析，认为矿床开发有较明显的经济效益和社会效益。

关键词：砖瓦用页岩；地质特征；开发经济意义；玉泉；鄂西

1.引言

鄂西当阳市是湖北省重点打造的省级建筑陶瓷产业基地，对砖瓦用页岩需求量将增大（代永华和徐海峰，2019）。砖瓦用页岩一直是重要的非金属建材（方同明等，2012），鄂西一带白垩系上统跑马岗组地层中发育一套粉砂质泥岩、页岩（梅红专等，2017），已初步开发，但是其矿床地质特征未有系统总结，矿床开发经济意义还缺乏系统分析。基于此，本文拟在详细野外地质调查的基础上，以玉泉砖瓦用页岩矿床为研究对象，总结其矿床地质特征，分析开发经济意义，以期为矿床下一步开采开发提供理论依据。

2.区域地质

研究区处于扬子陆块区上扬子古陆块褶皱带远安前陆盆地南部。远安前陆盆地北邻神农架-荆门台坪褶皱带，西跨远安断陷盆地，东、南邻江汉拗陷盆地北西缘。属华南地层大区扬子地层区上扬子地层分区江汉盆地小区。地层主要出露中生界和新生界，其中白垩系、古近系及第四系广泛分布，中、晚三叠世至侏罗系为连续沉积的陆相地层，侏罗系至古近系以陆相红色碎屑岩为主。区内未见岩浆岩出露。区域矿产主要有磷-铝土矿-硫铁矿-煤和煤层气。

区域上砖瓦用页岩主要分布于远安盆地内，赋矿地层主要是三叠系九里岗组、白垩系跑马岗组等地层，岩性为棕红色、灰绿色薄-厚层状泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩等。九里岗组中上部灰黄色泥质粉砂岩、泥岩夹煤层（线），厚度变化较大。跑马岗组地层为紫红、灰绿色中厚层细粒长石石英砂岩、钙质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩等，厚度较稳定，延伸较远，为主要赋矿地层。

3.矿区地质

矿区地层主要为白垩系跑马岗组，其次为少量第四系，断裂构造和褶皱构造不发育，岩浆岩和变质岩未出露，矿产为砖瓦用页（泥）岩。

3.1地层

白垩系上统跑马岗组在测区及周边大面积分布，区内全部构成矿体，呈一单斜产出，倾向55°～75°，倾角17°～25°；第四系为白垩系上统跑马岗组的风化产物，并覆盖于白垩系上统跑马岗组之上，呈残、坡积零星产出，为矿体之上的剥离体。

3.2构造

区内构造较简单，主要表现为一单斜构造，地层倾向北东，倾角17°～25°，一般20°左右。局部可见少量节理裂隙，裂隙面局部可见宽度较窄的中等风化，但对矿石质量影响不大。

3.3矿体地质特征

主矿体Ⅰ号矿体，位于海拔90m以上之白垩系上统跑马岗组地层，岩性为紫红色薄-厚层状泥岩和紫红色、浅灰绿色中-薄层状粉砂质泥岩，其形态受剥蚀程度或地形、地层产状等控制，呈层状产出，其产状与地层产状一致，倾向北东，倾角17°～25°。矿体范围同矿区范围，平面长最大280m，宽最大205m，垂直厚度0.6m～55.38m，总体呈“南西薄、中部及北东厚”的特点。赋存标高90m～145.38m，为褐黄色、土黄色、紫红色坡积、残积、腐殖土、粉土、砂质粘土，呈松散零星分布。

4.矿石特征

4.1矿石成分

紫红色泥岩：主要由粘土矿物（如水云母、高岭石、蒙脱石等）组成，其次为碎屑矿物（石英、长石、云母等），含少量赤铁矿、褐铁矿、针铁矿等。

紫红色粉砂质泥岩：与紫红色泥岩的区别是石英和长石等矿物碎屑略高，其中石英含量20%～25%，长石10%～ 15%，粘土矿物65%左右、其他矿物10%左右。

区内矿石主要化学成分为SiO2，含量50.73%～55.88%，平均52.63%，其余依次为Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O等，而SO3含量较低（表1）。

4.2矿石结构构造

砖瓦用页岩结构主要有泥质结构、粉砂质泥质结构等，构造有厚层状构造、中-薄层状构造和块状构造等。

4.3矿石加工技术

矿区南西侧开采多年，利用的是白垩系上统跑马岗组地层泥岩或粉砂质泥岩，经过页（泥）岩与煤矸石混合→粉碎-过筛→搅拌→挤出成型→切坯→码坯烘干→窑炉烧结→成品等生产工艺流程，生产的成品即为建筑用红砖。具体的加工流程如下（图1）：

（1）页岩与煤矸石混合：使用挖机露天开采页（泥）岩，并与采购的煤矸石进行混合，配比一般为煤矸石30%，页（泥）岩为70%。

（2）粉碎：利用錘式破碎机对煤矸石原料进行破碎。

（3）过筛：用滚筒筛进行颗粒筛分处理，使得到的原料颗粒大小在2mm以下，其中2mm～50μm的占25%，50μm～ 5μm的占55%，小于5μm的占20%。大于2mm的原料颗粒由皮带机送回粉碎。

（4）搅拌：所得原料经搅拌机加水搅拌，把搅拌好的原料输入陈化库陈化。

（5）挤出成型：经陈化完的原料输入真空挤出机挤出成型。

（6）切坯：采用切坯机泥质坯体。

（7）码坯烘干：将切坯得到的坯体码放入干燥窑中干燥或烘干。

（8）窑炉烧结：将干燥好的坯体放入焙烧窑中焙烧。

（9）成品：将焙烧好的红砖运送到码放场地销售。

本加工生产工艺由于采用高细破碎和陈化技术，提高坯料塑性；制坯采用高压真空挤出成型，提高砖坯密实度，降低了砖内部传热，提高了砖的保温性能。

5.开发经济效益分析

5.1资源形势分析

我国是世界主要的发展中国家，随着国民经济发展，人均收入及人民生活水平提高，办公、家居环境的改善，市场对砖瓦及建筑陶瓷装饰材料，包括砖瓦用页岩需求量增大（韩永奇，2011）。

当阳市砖瓦用页岩矿床规模大，分布集中，预测砖瓦用页岩资源储量多，资源潜力大。当阳市境内砖瓦用页岩适合于生产砖瓦外，亦适合建筑陶瓷行业生产中、低档地板砖、砖面墙，其产品是目前我国建筑行业的重要材料之一。

根据当阳市国民经济发展规划，当阳市将建成湖北省建陶产业基地。砖瓦用页岩需求量将大幅上升，预测近期其原矿产品价格将保持上升趋势。砖瓦用页岩市场行情较好，销路较好，开发砖瓦用页岩可产生可观的经济效益。

5.2资源远景分析及矿石加工性能

笔者对矿区周边的地层、岩石和构造等情况进行了野外地质调查和室内分析，初步认为矿区西侧分布有同类型的砖瓦用页岩，经过下一步勘查可扩大其资源远景。

矿区南西侧砖瓦用页岩已经完成工业化生产。矿体经过页（泥）岩与煤矸石混合→粉碎-過筛→搅拌→挤出成型→切坯→码坯烘干→窑炉烧结→成品等生产加工工艺流程就可得到砖瓦产品，加工技术成熟，加工工艺较简单。

5.3矿山开发外部条件

研究区交通尚属方便，附近砖瓦厂已投入砖瓦生产多年，可满足本矿山砖瓦用页岩资源开发。周边电力、水利资源丰富，为砖瓦用页岩开发、生产和生活等提供电力和水利保障。矿床周边以农业为主，勘查区不属于文物古迹保护区、自然保护区、风景区，当阳市城区拥有多家砖瓦生产企业和建筑陶瓷企业，省级建筑陶瓷产业基地已经形成，对砖瓦用页岩需求量将增大，为区内砖瓦用页岩开发利用提供了良好条件。

5.4矿床开采技术条件

矿区属低矮丘陵地貌，未来拟开采工业矿体（K2p）赋存标高90m～145.38m，位于当地侵蚀基准面（工作区南西侧冲沟，标高86m）之上，有利于未来露采场自然排水。未来露采场进水来源仅为大气降水，采用迳流系数法对未来露采场进行涌水量估算，正常降雨量时，流入采矿场的水量为207m3/d；最大暴雨时流入采矿场的水量为7276m3/d。矿区水文地质勘查类型属简单。

露采边坡地层以软弱薄-中层状泥岩夹粉砂质泥岩岩组为主，地质构造简单，岩体稳定性好。矿区工程地质勘查类型属简单。

矿区属地壳稳定区。勘查区内现状地面与斜坡的稳定性较好，附近无污染源，矿石及废石不易分解出有害组分。矿区地质环境质量属良好。

综合矿区水文地质、工程地质与环境地质条件，属于开采技术条件简单的矿床（Ⅰ型）。

5.5采矿方案及规模

矿区内砖瓦用页岩主要位于白垩系上统跑马岗组中，为紫红色中-厚层状泥岩夹紫红中-薄层状粉砂质泥岩，属沉积型矿床。矿体走向长280m，倾向宽约205m，平均垂直厚度为35m，呈层状产出，倾向北东，倾角17°～25°。

白垩系上统跑马岗组之上的覆盖层为风化残、坡积红土，也是烧砖瓦的好材料，分布有限且数量较少，不存在单独估算资源储量、剥离层的圈定及剥采比的计算等问题。开拓运输方法为短距离转运，开采方法适宜用挖掘机直接挖掘开采。

矿区砖瓦用页岩拟采用露天开采，采用挖掘机直接开采，矿石不存在贫化率，矿区内控制的内蕴经济资源量（332）可信度为90%，采矿回收率为100%。推断的内蕴经济资源量（333）可信度为70%，采矿回收率为100%。

5.6矿床开发经济效益

勘查区经济欠发达，居民收入偏低。通过砖瓦用页岩矿产资源的开发，不仅可以安置部分劳动力就业，提高居民收入，还可增加当地税收，经济效益和社会效益较明显。

6.结论

（1）玉泉砖瓦用页岩矿体主要位于白垩系上统跑马岗组紫红色泥岩夹紫红色粉砂质泥岩，矿石主要矿物成分为粘土矿物，主要化学成分为SiO2，其次为Al2O3、CaO、Fe2O3等，具中-厚层状构造、中-薄层构造和块状构造等。

（2）矿区水文地质勘查类型属“矿体位于当地侵蚀基面以上，未来露采场进水来源仅为大气降水，水文地质条件简单的矿床”；矿区工程地质勘查类型属“以软弱层状泥岩、砂岩为主，工程地质复杂程度为简单的矿床”；矿区环境地质类型属质量属“良好型”。整体上，矿山开采技术条件属简单型。