矿床实例——营丘镇汶河官庄石棉矿

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(一)交通位置

矿区位于昌乐县城东南营丘镇汶河官庄一带。区内县乡级公路纵横,交通极为方便。

(二)矿区地质特征

昌乐县石棉矿位于沂沭断裂带汞丹山地垒北缘,赋存于新太古代傲徕山超单元之变质变形的片麻状二长花岗岩内,其成矿母岩为角闪石岩。透闪岩呈脉状展布,其中具纤维结构、可劈裂成纤细而柔软纤维状者构成石棉矿体,矿区地质图见图2-4-1。

矿区地质条件简单。构造单一,北部地区为第四系所覆盖,南部大面积岩体出露。

图2-4-1 昌乐石棉矿区地质图

1—第四系;2—片麻状二长花岗岩;3—伟晶岩脉;4—斜长角闪岩;5—角闪岩脉;6—角闪透闪岩;7—矿体及编号;8—断层及编号

1.第四系

(1)临沂组

主要分布在矿区的东部、北部,沿水系呈带状分布,位于河床两侧,构成河流的一级阶地,该组为河流冲积碎屑沉积,岩性主要为黄褐色砂土质粉砂、褐色砂土,具水平层理、交错层理,厚度6~8m。

(2)沂河组

主要分布于矿区北部,汶河官庄以东呈带状,沿河流分布于河床及河漫滩处,为现代河流的堆积物,岩性主要为含砾、不等粒砂,砾石主要为花岗质及石英质,一般厚度小于5m。

2.构造

矿区内构造简单,构造形迹主要表现为断裂构造,主要有F1和F2两条断裂,F1将矿体错断,F2对矿体的连续性无影响。

(1)F1断裂(北西南东向)

该断裂以105°方向展布,矿区内延深1500m左右,倾向北东,显示右行张扭性质。该断裂将矿体错断,使矿体不连续,右行错距为150m左右。

(2)F2断裂(南北向)

该断裂以365°方向展布,东盘上升,西盘下降,倾向不清,两盘岩性不连续,延伸400m左右,北端延伸到水库。

3.岩浆岩

矿区内岩浆岩出露面积较大,主要为新太古代傲徕山超单元的侵入岩及新太古代的脉岩。

(1)汶河官庄透闪岩

其原岩为角闪石岩,经变质及热液蚀变成角闪透闪石岩。其主要矿物为透闪石、角闪石及绿泥石、蛭石等。是区内石棉矿的成矿母岩及赋矿岩石。

(2)新太古代傲徕山超单元蒋峪单元

该单元在矿区南部大面积出露,岩性为片麻状、条带状中细粒二长花岗岩,为石棉矿的赋矿母岩。肉红色变晶花岗结构,条带状构造、片麻状构造、块状构造。岩石主要由斜长石(40%)、石英(33%)、微斜长石(22%)、黑云母(5%)组成。副矿物为磷灰石、锆石。蚀变矿物为绢云母,化学成分见表2-4-11。

表2-4-11 岩石化学成分一览表 单位:%

(3)新太古代脉岩

该期脉岩为伟晶岩,矿区东南部呈带状出露,规模较小,岩脉走向56°,脉宽5m左右,北部被南北向断裂切割。岩石呈肉红色伟晶结构,块状构造,主要由长石、石英、云母等组成,副矿物以锆石、磷灰石和磁铁矿为主。局部脉岩可作为钾长石矿开采。

4.变质岩及变质作用

(1)变质岩

与成矿作用有关的变质岩主要有透闪石岩、变角闪石岩及斜长角闪岩。

1)透闪石岩:矿区内透闪石岩又可进一步分金云母透闪石岩和滑石透闪石岩。矿区东北部有一条带形金云母透闪石岩出露,长180m,宽20m,岩石为纤维变晶结构、交代结构,块状构造。主要由透闪石(63%)、金云母(63%)、滑石(10%)组成,有少量的绿泥石(5%)、磁铁矿(2%)。岩石内透闪石常被滑石、金云母交代呈残留状晶体,滑石呈透闪石假象,当透闪石和金云母含量减少,滑石含量增加后,就称滑石透闪石岩,两种透闪石原岩为角闪石岩,是其退变的产物,亦是石棉矿的成矿母岩。

2)变角闪石岩:为矿体的主要围岩,半自形粒状结构、块状构造,岩石主要有角闪石(98%)组成,另有少量绿泥石、黑云母、石英。副矿物为磷灰石、锆石。变角闪石岩为石棉矿成矿母岩。

3)斜长角闪岩

主要见于矿体之中,柱粒状变晶结构,片麻状构造。岩石主要由普通角闪石(70%)、斜长石(20%)、石英(8%)组成。副矿物为磷灰石、榍石及磁铁矿。

(2)变质作用

矿区变质作用主要为区域变质作用和热液蚀变两种。

1)区域变质作用;主要分三期。第一、二期为进变质作用,发生于新太古代晚期和古元古代。第三期表现为普遍退变质作用,角闪石直闪石化、透闪石化、绿泥石化,是以绿片岩相变质为特点的区域变质事件,其时代为新元古代。

2)热液蚀变变质作用:是岩浆热液和变质热液等多种作用的结果,矿区的石棉矿主要是热液蚀变作用而形成的,蚀变过程为角闪石→透闪石→石棉或角闪石→直闪石→石棉。石棉的形成和变质热液的交代作用有很大关系。

(三)矿体特征及矿石特征

1.矿体特征

石棉矿体赋存于角闪透闪石岩脉中,区内发现石棉矿(化)脉4条,两个矿体进行了工程控制。石棉矿体呈脉状,其展布方向与角闪透闪石岩脉完全一致,为角闪透闪石岩蚀变而成。

Ⅰ号矿体位于汶河官庄村东南500m处小山丘上。矿体呈脉状,长约816m,宽6.8~28.0m(平均12.7m),斜深70m。其走向在35°~56°范围内呈波状变化,总体走向40°,倾向SE,倾角75°~85°。矿体在倾向上有膨缩和反倾之变化,膨胀处石棉品位较高,质量好(图2-4-2)。

图2-4-2 昌乐汶河官庄石棉矿2´线地质剖面简图

1—第四系含砾砂质黏土;2—透闪岩;3—片麻状中粒二长花岗岩;4—石棉矿体;5—钻孔取样位置及编号;6—探槽取样位置及编号;7—钻孔编号及孔深(m)

该矿脉被F1断层错开,分为北东、南西两段(南西段未进行工程控制)。

Ⅱ号矿体位于汶河官庄村东南角,矿脉长580m(工程控制长270m),宽3~10m,延深60m。矿体总体走向35°,产状为125°∠65°~76°。

石棉最高品位76482.66g/m3,最低品位370.97g/m3,平均品位15837.33g/m3

2.矿石特征

(1)矿石类型

矿石类型主要为透闪石石棉(约占65%)和直闪石石棉(约占35%)两种。透闪石石棉多分布于脉体的中心,向外渐变为角闪石石棉。二者呈犬牙交错状,无严格的界线。透闪石石棉呈浅灰色,集合体略带绿的色调,纤维长度0.7~2.5mm者约占60%,2.5~5.5mm者占30%±,5.5~20mm者占5%±,纤维直径小于0.002mm;直闪石石棉呈浅蓝色、浅灰蓝色,纤维长度0.5~20mm,直径小于0.0039mm。此外,矿石中还含有透闪石、直闪石、绿泥石和蛭石等矿物成分。

石棉一般沿裂隙交代充填,根据石棉纤维与岩脉走向的关系,可分为横纤维石棉(垂直脉壁生长)和纵纤维石棉(平行脉壁生长)两种,昌乐石棉以横纤维石棉为主,石棉纤维的长度受裂隙大小、宽窄的限制。

按照石棉纤维的长度,将矿石划分为四个工业品级。其中Ⅰ级品(纤维长度≥20mm)为1.5%,Ⅱ级品(纤维长度5.5~20mm)为3.5%,Ⅲ级品(纤维长度2.5~5.5mm)为10%,Ⅳ级品(纤维长度0.7~2.5mm)为85%。

(2)矿石结构构造

矿石具纤维结构、交代结构,定向构造和块状构造。纤维结构是石棉矿最重要的结构类型,包括纤维变晶结构、束状结构和纤柔结构等,其中纤柔结构是优质石棉的主要结构类型。

(四)成因类型及成矿时代

石棉矿赋存于角闪透闪岩脉中,围岩为新太古代二长花岗岩,根据野外观察和室内实验资料,该石棉矿的成因与岩浆期热液及区域变质过程中的变质热液有关,即岩浆期后热液和变质热液联合作用的结果,即角闪石岩脉受热液蚀变形成石棉矿。根据矿物组合特征,其蚀变温度大致在250~350℃。角闪石发生热液蚀变形成石棉矿的过程为:

昌乐县地质矿产资源开发利用研究

因此,昌乐石棉矿应属变质热液-岩浆热液型矿床。

(五)石棉的化学成分及性质

该石棉岩矿鉴定主要为透闪石石棉,次为直闪石石棉。其化学成分(表2-4-12)以SiO2, MgO为主,与透闪岩化学成分相当。单矿物电子探针(JXA-733电子探针分析仪,温度23℃ ,湿度55%)分析结果表明(表2-4-13),该石棉矿为透闪石石棉和直闪石石棉,与岩矿鉴定结果一致。

表2-4-12 石棉矿化学成分分析结果 单位:%

注:由山东省第四地质矿产勘查院测试。

表2-4-13 石棉矿物电子探针化学成分分析结构 单位:%

注:由地矿部山东省中心实验室测试。

表2-4-14 透闪石石棉耐酸、碱性能测试结果

注:由山东省第四地质矿产勘查院测试。

透闪石石棉具有较强的耐酸、耐碱性。在浓度相同的(20%)HCl,H2SO4和NaOH三份溶液中各煮沸4h,石棉的平均损失量分别为7.13%,11.59%和0.63%(表2-4-14)。表明该石棉具有很强的耐腐蚀性能,几乎不受强碱的腐蚀,损失量很低,而在耐酸方面性能也较好,当条件相同时,耐HCl的性能优于耐H2SO4的性能。

(六)石棉矿的物理特性

昌乐石棉矿的物性特征主要表现在耐热性、抗拉强度、绝缘性等方面。

1.耐热性

将石棉样品置于不同温度下,恒温灼烧1h后所得的灼烧损失百分数来表示石棉纤维的耐热性能,石棉纤维失去结构水(H2O+)的温度作为石棉矿的耐热度。从表2-4-15和图2-4-3中可以看出,石棉矿的烧失量具有两个明显的突变点,第一突变点在100℃ ,这是由于石棉矿中的吸附水逸出造成的,在300~700℃时趋于稳定。第二个突变点在700℃±,说明随温度的持续上升,石棉纤维内的结构水开始大量逸出,石棉纤维的物理性能也随之发生变化。

表2-4-15 石棉矿灼烧实验结果

图2-4-3 昌乐石棉矿耐热曲线图

2.抗拉强度

石棉样品经中国地质大学矿物力学实验室测试,其长纤维石棉(>50mm)抗拉强度为83.47kg/mm2,短纤维石棉(2.5~7.5mm)抗拉强度为46kg/mm2,表明其抗拉强度较低(温石棉抗拉强度为347kg/mm2),这可能与透闪石型石棉自身的强度有关。

3.绝缘性

该石棉矿的4件样品中所测得的电阻率分别为3.3×103Ω·cm,9.1×103Ω·cm,5.7×103Ω·cm和4.8×103Ω·cm。与辽宁金州石棉矿(4.9×107Ω·cm~1.1×108Ω·cm)和四川石棉矿(6.44×108Ω·cm)相比,昌乐石棉矿的电阻率明显偏低,究其原因,可能与该石棉中氧化铁含量较高(平均9.39%)或与其在石棉中的存在形式有关。

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