2019, Vol. 28
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随着“一带一路”和成渝经济圈的提出，成都平原城市群飞速发展，各地加大高速公路、铁路、地铁、机场等基础设施的建设，对水泥、建筑石料等矿产资源的需求更加强烈.龙门山地区碳酸盐资源丰富，受到众多学者关注[1-4]，目前对该地区灰岩的研究利用多集中在石炭系和三叠系地层中，而对二叠系灰岩的研究评价不足，为此我们在江油含增一带对二叠系阳新组灰岩展开调查评价，以期为地方经济社会发展服务.
研究区位于龙门山中段前山带与川西北前陆盆地的结合部位[5-6]，距含增镇距离不到3 km，距江油不到6 km，有着便利的交通条件.含增-通口一带是传统优质水泥产地，周边有大量水泥生产企业，配套设施齐全.研究区0.6 km2范围内灰岩储量为5193×104 t，远景可达1×108 t以上.对其地质特征及用途研究有着重要的经济和现实意义.
1 区域地质概况 1.1 地质特征研究区位于龙门山前缘推覆-冲断带（唐王寨推覆体）与四川陆盆的川西北前陆盆地交接部位（图 1）.泥盆纪-三叠纪碳酸盐岩地层发育[6].
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图 1 研究区构造位置略图（据文献[1]修改） Fig.1 Tectonic location sketch of the study area (Modified from Reference [1]) 1-推覆构造及分区界线（nappe structure and division boundary）；2-断裂（fault）；3-研究区位置（study area） |
区域上出露地层为石炭系中统黄龙组（C2h），二叠系中统阳新组（P2y）、上统吴家坪组（P3w），三叠系中统千佛崖组（J2q）（图 2）.由老到新简述如下：
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图 2 二叠系中统阳新组灰岩地质略图 Fig.2 Geological sketch map of Middle Permian Yangxin Formation limestone 1-阳新组（Yangxin fm.）；2-泥岩（mudstone）；3-钙质页岩（calcareous shale）；4-泥晶灰岩（micrite）；5-微晶灰岩（microlite limestone）；6-粉晶灰岩（powder crystal limestone）；7-生物碎屑灰岩（bioclastic limestone）；8-白云岩（dolomite）；9-硅质岩（silicalite）；10-剖面位置（profile position）；11-高程点（elevation point）；12-建筑物（building）；13-化学分析样品位置（position of geochemical sample）；14-物理力学样品位置（position of physical-mechanical sample） |
黄龙组在北川一带厚约150 m，江油含增附近厚约120 m.其下部为浅灰、灰白色厚层粉-细晶砂屑灰岩、块状生物屑灰岩夹灰色薄层含粉砂质泥岩；中部为浅灰色厚层砾屑球粒灰岩、微晶砂屑灰岩，夹浅灰色块状细-粉晶白云质灰岩及深灰色厚层生物屑泥晶灰岩；上部为浅灰-灰白色厚层-块状粉-细晶砾屑灰岩、含生物屑砂屑灰岩，夹深灰色厚层含生物屑泥晶灰岩和灰白色薄层细粒石英砂岩.泥页岩中常见水平层理，灰岩中发育脉状层理、透镜层理和沙纹层、藻纹层理，显示了碳酸盐台地以清水为主的潮坪及台缘砂砾滩沉积环境.
1.1.2 二叠系中统阳新组阳新组分布在北川-江油含增一带，呈北东向展布，区域上岩性相对稳定，属于碳酸盐开阔台地沉积[6-7]，厚度240~350 m，走向延伸大于50 km，出露面积15 km2以上，超覆不整合于黄龙组之上、吴家坪组之下.根据岩性大致可分为上、下两个岩性段.
1）阳新组下段（P2y1）：岩性为灰-棕灰色中厚-块状泥晶生物屑灰岩，含较多生物屑碎片化石，以苔藓虫、腕足，珊瑚等为主，䗴及有孔虫等化石较完整.
2）阳新组上段（P2y2）：为灰-灰黑色中-厚层泥晶微晶生物屑灰岩夹多层砂砾屑微晶生物屑角砾灰岩和少量介壳灰岩、钙质页岩，中部和上部含有燧石条带及结核.含较多腕足、珊瑚、苔藓虫等化石.
1.1.3 二叠系上统吴家坪组岩性为灰-深灰色中-厚层状微晶灰岩、生物碎屑灰岩、含燧石灰岩，底部为紫红、黄灰、灰白等杂色含粉砂质黏土岩、铝质黏土岩，其与下伏阳新组灰岩呈超覆不整合接触关系.地层中含较多腕足、䗴、珊瑚及菊石和海绵骨针等化石，属浅海陆棚沉积.该组之煤层为滨海沼泽-泥炭沼泽环境沉积物，其下之铝土矿和赤铁矿系湖相沉积.吴家坪组岩性相对稳定，厚度略有变化，一般在160~200 m，五一煤矿及茨竹垭等地厚达276~310 m.
1.1.4 三叠系中统千佛崖组该组是干旱环境下山前河流-洪泛盆地沉积的紫红色复陆屑磨拉石建造.自下而上由砾岩-砂岩-粉砂岩-泥岩组成的正向不等厚半韵律结构相互重叠而生成，单个韵律厚度在5~20 m之间，韵律底部常由砂、砾岩组成，砾岩的砾石成分因流经不同地层和岩石而有差别，主要为石英岩或灰岩，分选、磨圆度均较差.砂岩中发育斜波状层理、平行层理和斜层理.下部砂页岩层面上分布较多碳化植物碎片，上部泥岩中富含钙、铁质结核或团块，局部密集成层.一般形成于水体注入少，甚或相对停止和蒸发速率较高的盆地环境中➊.
➊谢启兴，等. 1: 25万广元市幅区域地质调查报告.四川省地质调查院，2013.
1.2 构造特征从大地构造来看，研究区位于龙门山巨型逆冲推覆构造带-前陆推覆构造带.区域上存在一系列深断裂，走向北东，倾向北西，是三叠系末印支运动的结果，沿塑性地层滑动，喜马拉雅运动使构造进一步发展，形成现今的构造格局.岩层的走向、褶皱轴线以及主要断层的走向均为北东方向，与山体延伸的方向一致.区域地质构造总体特点是，深断裂发育，褶皱紧密，地层出露较老，岩石基本未变质.
2 矿体及矿石特征石灰岩矿赋存于二叠系阳新组，岩性为泥晶-微晶灰岩，含生物屑化石碎片较多.矿体大都呈中厚层状产出，矿体产状（290~334）°∠（35~45）°，呈单斜层状产出，走向北东，产出稳定，连续性、均匀性和完整性好.出露宽度205~300 m，总厚度274 m，出露标高821~988 m，高差168 m.矿界区域内，按开采底盘标高（+830 m）、边坡角（55°）形成的边界面、现状边坡面和风化层底界面等圈定一个石料矿体，初步估算阳新组灰岩储量为5193×104 t，远景可达1×108 t以上.
矿石为坚硬块状，可生产碎石、机制砂（人工砂）.研究区范围内除钙质页岩、泥岩外，无其他不能作建筑石料用的岩石夹层，无明显的相变、脉岩和强烈的岩石蚀变现象，岩石未遭受剧烈的构造破坏作用.
根据岩矿鉴定，矿石自然类型可分为生物碎屑粉晶-微晶灰岩、生物碎屑泥晶灰岩、细晶灰岩，以生物碎屑粉晶-细晶灰岩为主.
生物碎屑粉晶-微晶灰岩为灰-深灰色，粉晶-细晶结构，中-厚层状构造，具贝壳状断口.矿物成分由方解石、生物碎屑组成.方解石含量55%~70%，生物碎屑含量30%~45%.生物碎屑为介形虫、珊瑚、有孔虫、腕足、海百合等，由方解石充填，杂乱分布.
生物碎屑泥晶灰岩为灰-浅灰黄色，泥晶结构，薄-中层状构造.矿物成分有方解石、生物碎屑.方解石含量60%~70%，生物碎屑含量30%~40%，杂乱分布于方解石中.生物碎屑为介形虫、珊瑚、有孔虫、腕足、海百合等.
细晶灰岩为灰白色，岩石具细晶结构，厚层-块状构造.质纯，主要由方解石组成，零星见有少量呈星点状分布的金属矿物.方解石杂乱分布，无色，粒径0.06~0.25 mm为主，少量0.03~0.06 mm，不规则粒状，闪突起发育，高级白干涉色，茜素红染色为红色.
3 矿石用途及质量 3.1 水泥用龙岩质量水泥用灰岩一直是地方经济发展不可或缺的资源，对其利用及评价已较成熟[7-8].对于水泥用石灰质原料矿石化学成分的要求见表 1.
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表 1 水泥用石灰质原料矿石化学成分一般要求 Table 1 General requirements for chemical compositions of limestone raw materials for cement |
本研究在剖面上共采集15件化学样品进行分析（图 2），分析结果见表 2. 15件样品中，CaO含量在49.87%~55.74%之间，平均值53.48%；MgO含量0.24%~2.80%，平均值0.69%；SiO2含量0.38%~5.80%，平均值1.66%；SO3含量0.01%~0.40%，平均值0.11%，小于1%的质量要求；K2O含量0.01%~0.09%，平均值0.03%；Na2O含量0.01%~0.03%，平均值0.02%；K2O+Na2O含量0.02%~0.12%，平均值0.05%，满足小于0.8%的要求；TFe2O3含量0.05%~0.38%，平均值0.16%；Al2O3含量0.05%~0.67%，平均值0.28%.所有化学组分均满足Ⅰ类水泥用要求.
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表 2 阳新组灰岩主要化学组分分析结果表 Table 2 Main chemical composition analysis results of Yangxin Formation limestone |
灰岩作为建筑用石料已有不少研究[9-12].当前石料的应用当中又以机制砂最为紧缺，随着天然砂石的日益减少以及受政策性环境保护，河道采砂被逐渐禁止，同时人工机制砂具有成分均匀、质量可靠、生产方式简单（破碎成相应规格即可）、成本低、绿色无污染的特点，机制砂的利用成为一种趋势，受到广泛关注.近期石料矿石价格甚至高过水泥用灰岩，有着广阔的利用空间和市场前景.石料质量指标要求依据《建设用卵石、碎石》（GB/T 14685-2011），具体工业指标要求见表 3.
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表 3 石料质量一般要求 Table 3 General requirements for stone quality |
石料的单轴饱和抗压强度是石料力学性质最重要的一项力学指标.本研究共采集8组样品（表 4），试件加工成立方体，尺寸50 mm × 50 mm × 50 mm，经过自由浸泡48 h后，采用YAW4206全自动压力试验机（编号为YT41）进行测试.阳新组灰岩单轴饱和抗压强度在41.6~82.40 MPa之间，平均值55.89 MPa，均大于30 MPa，满足建造石料用质量要求.
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表 4 岩石饱和抗压强度分析结果表 Table 4 Saturated compressive strength analysis results of rocks |
压碎指标表示石子抵抗压碎的能力，以间接地推测其相应的强度，用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，是衡量石料力学性质的指标之一.本次共采集8组样品进行测试（表 5），碎石压碎指标值在8.2%~9.6%之间，平均值9.03%.样品碎石压碎指标均小于10%，属Ⅰ类建筑用石料.
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表 5 碎石压碎指标分析结果表 Table 5 Crushing index analysis results of crushed stone |
坚固性（质量损失）主要用于测定石料试样经饱和硫酸盐溶液浸泡与烘干循环后而不发生显著破坏或强度降低的性能.本次共采集8组样品（表 6），其值采用硫酸钠溶液法经5次循环后的质量损失.样品坚固性测试结果为1%~3%，平均值2%，均小于5%，满足Ⅰ类建筑石料用要求.
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表 6 坚固性分析结果表 Table 6 Rock firmness analysis results |
阳新组灰岩出露面积在15 km2以上，研究区0.6 km2范围内储量为5193×104 t，远景可达1×108 t以上，资源储量丰富，合理的开发利用可以为地方经济提供支撑.
15件灰岩样品中，CaO平均含量53.48%，MgO平均含量0.69%，SiO2平均含量1.66%，SO3平均含量0.11%，K2O+Na2O平均含量0.05%，TFe2O3平均含量0.16%，Al2O3平均含量0.28%.所有化学组分均满足Ⅰ类水泥用要求.
8组灰岩样品的物理力学指标显示，灰岩饱和抗压强度均值为55.89 MPa，坚固性（质量损失）均值为2%，压碎指标均值9.03%.各类指标变化系数小，均符合建筑石料用要求.坚固性和压碎指标可达到Ⅰ类建筑石料用要求，尤其是机制砂的应用前景广阔.
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