0 引言

饰面石材具有一定的装饰性能、物理化学性能、加工性能，可加工成一定规格尺寸的建筑材料的岩石。饰面石材主要用于建筑物内、外表及地面的装饰（叶昌智等，2015；郭志云，2016；吴波， 2022）。它是一种宝贵的自然资源，商业上的天然饰面石材主要有大理石、花岗石和板石等（程大莉等，2017；杜琬蓉等，2019；张成乘等，2020；赵佳佳， 2022；赵志军，2022）。近年来，随着中国城镇化建设的推进，房地产、市政工程等行业需求，加强新型建材等矿产资源的调查与勘查，对促进石材行业的蓬勃发展具有积极作用，石材产业有望成为重要的特色优势产业（冉文瑞等，2020；苏永虎等，2021；赵志军，2022）。其中，贵州省金沙县桂花地区是“晶墨玉”等优质饰面石材的重要产地（陈明华等， 2021），这些石材资源的开发利用对地方经济发展做出了重要贡献。因此，为了进一步巩固和提高石材资源对桂花地区城镇化建设及经济社会发展的保障能力，科学合理利用好贵州省金沙县桂花地区天然石材资源，笔者通过近年来对桂花地区优质饰面石材资源的矿产勘查及研究工作，系统总结了桂花地区饰面用灰岩矿的地质特征、矿石质量和花色品种，并初步探讨了桂花地区饰面用灰岩矿的矿床成因。研究成果将为桂花地区高效合理地开发利用饰面石材资源提供理论依据，并助推贵州省金沙县桂花地区新型建材产业的高质量发展。

1 区域地质背景

贵州省金沙县桂花地区大地构造位置位于上扬子陆块之黔北隆起区（图1a）（贵州省地质调查院，2017）。区域上断层和褶皱较为发育，其中，断裂构造总体呈北东向展布，局部可见近南北向断层发育；褶皱构造样式以隔槽式褶皱组合为主，局部为穹隆-构造盆地及短轴背向斜组合。区域上出露的地层有震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系及侏罗系，缺失志留系和泥盆系，其中寒武系、二叠系以台地相碳酸盐岩沉积为主。区域上饰面用灰岩矿主要分布于寒武系清虚洞组、二叠系栖霞组及茅口组（贵州省地质调查院，2017）。

2 矿床地质特征

2.1 地层

桂花地区出露地层岩性由老至新依次为寒武系第二统金顶山组（Є₂j）灰色薄层粉砂岩、粉砂质黏土岩夹黏土岩，寒武系第二统清虚洞组一段（Є₂q¹） 深灰色厚层—块状豹皮灰岩、白云质灰岩夹少许薄—中厚层砂质灰岩、砂质白云岩及粉砂岩，寒武系第二统清虚洞组二段（Є₂q²）灰色中厚层泥质白云岩夹微晶白云岩，寒武系第三统高台组（Є₃g）灰黄色薄层粉砂岩夹黏土岩，寒武系第三统石冷水组一段（Є₃sh¹）灰色中厚层—厚层泥质白云岩夹微晶白云岩，寒武系第三统石冷水组二段（Є₃sh²）灰色薄层微晶白云岩，寒武系第三统、芙蓉统—下奥陶统娄山关组（Є_3-4O₁l）灰色薄层片状白云岩夹中厚层溶塌角砾白云岩。其中寒武系第二统清虚洞组一段（Є₂q¹） 为区内饰面石材的赋存层位（图1b）。

2.2 构造

构造主要为近东西向展布的长槽断层和回龙断层（图1），均为走滑正断层，矿体位于 2条断层之间，呈倾向大致北西的单斜构造，岩层产状 290°～340°∠8°～12°。矿体内部褶皱、断层以及构造节理不发育，构造对矿体的完整性影响较小。

1—寒武系第三统、芙蓉统—下奥陶统娄山关组；2—寒武系第三统石冷水组二段；3—寒武系第三统石冷水组一段；4—寒武系第三统高台组； 5—寒武系第二统清虚洞组二段；6—寒武系第二统清虚洞组一段；7—寒武系第二统金顶山组；8—地层产状；9—实、推测地质界线；10—实、推测正断层；11—矿体（b矿层/a矿层）；12—黔北隆起区；13—桂花地区

2.3 矿体

桂花地区矿体主要赋存于寒武系第二统清虚洞组一段（Є₂q¹），呈层状产出，矿体倾向 290°～340°，倾角8°～12°，矿体走向上延伸长度约3.4 km，倾向上延伸 0.5～1.2 km，矿体自下而上可分为 a 矿层、夹石、b矿层（图2）。

a矿层：岩性为深灰色厚层—块状豹皮灰岩，矿石单层厚度一般为 1～2 m，局部可达 3～4 m 或以上，岩石风化面呈橘皮状（图3a），新鲜面呈豹纹状 （图3b），主要表现为灰色不规则斑块镶嵌于深灰色基质中。矿层出露厚度为29.80～62.25 m。

夹石：岩性为灰色薄—中厚层砂质灰岩、砂质白云岩夹少许溶蚀孔洞灰岩，水蚀现象严重，完整性较差。夹石出露厚度为7.21～16.09 m。

b 矿层：岩性为深灰色厚层—块状白云质灰岩夹豹皮灰岩，单层厚度一般为1～2 m，局部可达2～3 m，岩石风化面呈条带状（图3c）、橘皮状，新鲜面呈条纹状（图3d）、豹纹状，其中条纹主要表现为浅灰—深灰夹杂灰、灰白颗粒的渐变过渡。矿层出露厚度为7.30～57.89 m。

2.4 矿体底板及顶板

矿体底板为清虚洞组一段（Є₂q¹）灰色薄—中厚层黏土岩夹砂质灰岩、球团灰岩，区内分布连续，厚约 5～8 m，产状与矿体一致；矿体顶板为清虚洞组二段（Є₂q²）灰色中厚层泥质白云岩夹微晶白云岩，局部以“盖帽”的产出形态不连续分布孤立山顶（图1b），厚度变化为 0～31.5 m，岩石总体风化较为严重，与矿体整合接触，产状与矿体一致。

1—第四系；2—寒武系第二统清虚洞组二段；3—寒武系第二统清虚洞组一段；4—寒武系第二统金顶山组；5—残坡积层；6—黏土岩；7—粉砂岩；8—泥质灰岩；9—砂质灰岩；10—白云质灰岩；11—豹皮灰岩；12—球团灰岩；13—砂质白云岩；14—泥质白云岩；15—钻孔

a、b—豹皮灰岩；c、d—白云质灰岩

3 矿石特征

3.1 样品测试方法及依据

本文对区内的豹皮灰岩和白云质灰岩两种饰面用灰岩矿样品进行了系统的分析测试。其中关于矿石结构构造、矿物组成及化学成分等测试数据的岩矿鉴定样、光谱分析样、化学分析样由贵州省地质矿产中心实验室进行检测；涉及干燥压缩强度、水饱和压缩强度、干燥弯曲强度、水饱和弯曲强度、干燥体积密度、饱和吸水率、光泽度等物理性能指标由中国建筑材料工业地质勘查中心贵州总队进行检测；放射性样由中国建材检验认证集团贵州有限公司检测，分析测试质量满足规范要求，检测项目、检测方法及依据、主检仪器见表1。

3.2 结构构造、矿物组成及化学成分

豹皮灰岩具泥—微晶、藻团块结构，块状构造，矿物主要由方解石（Cal）、白云石（Dol）、陆源碎屑、黏土及黄铁矿等组成。方解石含量 70%～80%，呈他形粒状，粒度<0.03 mm，彼此紧密镶嵌分布，少许方解石粒度 0.03～0.20 mm 相对富集分布。白云石含量 10%～15%，呈半自形粒状，粒度 0.01～0.15 mm，多富集为不规则团块分布。陆源碎屑含量 1%～5%，与白云石混杂分布，粒度 0.01～0.10 mm，多为石英、长石；白云母（Ms）呈条片状，粒度（长轴） 0.02～0.20 mm，零星分布；黏土为隐晶质泥状或细小鳞片状，多混杂细分散状炭质聚集为条带状分布 （C-Clay）。黄铁矿含量小于 1%，呈半自形粒状，粒度<0.1 mm，零星分布或聚集为不规则条带分布（图4a）。

白云质灰岩具粒屑结构、藻团块结构，块状构造。矿物主要由方解石（Cal）、白云石（Dol）组成。方解石含量 80%～85%，方解石粒屑由泥-微-粉晶方解石构成，以圆形、椭圆、不规则状为主，粒度0.1~2 mm，少量泥质黏土混杂粒屑分布，使其较为浑浊； 填隙物方解石（Cal）呈他形粒状，粒度 0.02~0.20 mm，分布于藻团块之间，起胶结作用；白云石含量 10%～15%，呈自形—半自形粒状，粒度 0.01～0.10 mm，不均匀分布。石英含量＜1%，呈半自形粒柱状，粒度0.03～0.20 mm，零星分布；褐铁矿具黄铁矿假象粒状，零星分布；后期方解石呈脉状穿插岩石，脉宽0.03～0.60 mm（图4b）。

豹皮灰岩和白云质灰岩的主要化学成分有 SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO 等，主要化学成分含量见表2。

3.3 物理性能及花色品种

根据测试数据，桂花地区饰面石材主要物理性能如下：干燥压缩强度 103.04～123.37 MPa，水饱和压缩强度 85.00～98.82 MPa，干燥弯曲强度 7.9～1 1.7 MPa，水饱和弯曲强度7.1～10.8 MPa，干燥体积密度 2.69～2.71 g/cm³，饱和吸水率 0.16%～2.25%，光泽度 83.3～99.9，各项指标均满足饰面石材一般工业指标。区内矿石放射性结果：C_Ra＜17.04 Bq/ kg，C_Th＜28.82 Bq/kg，C_K＜195.56 Bq/kg，I_Ra＜0.1，I_γ ＜0.2，根据《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566-2010），矿石属于A类建筑装修材料。

Cal—方解石；Dol—白云石；Ms—白云母；C-Clay—混杂炭质的黏土矿物

桂花地区饰面石材主要用于板材加工，结合贵州省饰面石材命名方案（宋生琼和李士彬，2017）和周边矿山现有销售成品，豹皮灰岩的产品名称为 “晶墨玉之斑点”（图5a），白云质灰岩的产品名称为 “芝麻黑”（图5b）。“晶墨玉之斑点”主体呈灰黑色夹深灰色斑块，见少许白色颗粒分布，总体颜色和图案分布均匀，光泽度较高，板材质地均匀，花纹协调，具有端庄大气的庄严感，是较好的饰面石材品种；“芝麻黑”主体呈深灰色夹灰白色颗粒及少许浅灰色条带，颜色总体分布均匀，光泽度较高，板材质地均匀，花纹协调，具有淡雅端庄的柔和感，是较好的饰面石材品种。

两种矿石品种的花色均较为单一，花纹稳定，质地均匀，板材可以任意切割，沿不同方向任意拼接，花色品种和质量较佳，单层厚度大，层厚稳定及构造不发育。板材色泽均匀，光泽度好，花纹美观，物理性能满足相应工业指标，无放射性，实为理想的健康环保室内外建筑饰面材料，也可作工艺石雕及碑石等石材原料，因此，装饰性能较好。

4 矿床成因

4.1 主量元素特征

研究区 4件豹皮灰岩和 3件白云质灰岩样品的主量元素分析测试结果详见表3。样品中 CaO含量为 39.51%～46.45%，平均为 44.04%；MgO 含量为 3.22%～11.83%，平均为7.00%；SiO₂含量为1.93%～5.75%，平均为 3.36%；Al₂O₃含量为 0.28%～1.51%，平均为 0.91%；Fe₂O₃含量为 0.30%～1.66%，平均为 0.69%；TiO₂ 含量为 0.008%～0.042%，平均为 0.017%；MnO 含量为 0.01%～0.03%，平均为 0.017%；P₂O₅ 含量为 0.003%～0.01%，平均为 0.008%；MgO/Al₂O₃ 为 2.13～31.62，平均为 12.31； MgO/CaO 为 0.07～0.30，平均为 0.16。分析结果显示，桂花地区饰面用灰岩主要由方解石和白云石矿物组成，同时还掺杂着少量的陆源碎屑矿物。

郑剑锋等（2012）研究表明，在碳酸盐岩中沉积成因的白云石往往表现为CaO和MgO呈正相关，而交代或重结晶成因的白云石往往表现为 CaO 和 MgO 呈负相关。由表3 可知，桂花地区豹皮灰岩和白云质灰岩呈明显的负相关，证实岩石具白云石交代或重结晶成因。另据研究表明，在淡水环境中， MgO/Al₂O₃值＜1，在海陆过渡环境中，MgO/Al₂O₃值为 1～10，在海水沉积环境中，MgO/Al₂O₃值为 10～500（杨振宇等，2009）。由表3 可知，桂花地区的 MgO/Al₂O₃值为 2.13～31.62，桂花地区饰面用灰岩形成于海陆过渡环境或海水沉积环境中。

4.2 微量元素特征

研究区 2件豹皮灰岩和 1件白云质灰岩样品的微量元素分析测试结果详见表4。通常情况下碳酸盐岩中的微量元素特征可指示沉积环境。

熊小辉和肖加飞（2011）研究表明，在还原条件下，V通常易于富集，而 Cr在氧化条件下易于富集，因此，常用 V/Cr 值来判别氧化还原环境，即在氧化条件下V/Cr值＜2，贫氧条件下V/Cr值＞2。桂花地区的 3 件样品的 V/Cr 值为 0.95～1.03，说明区内豹皮灰岩和白云质灰岩形成于氧化环境。另据研究表明，利用岩石中的Sr/Ba、Sr/Cu值可反映古气候环境，古盐度的变化趋势可用Sr/Ba值作为依据，潮湿、干旱条件可用 Sr/Cu 值反映（吴灿灿等，2018）。其中，Sr/Ba 值＞l为海相沉积环境，Sr/Ba＜1为陆相沉积环境，桂花地区样品中 Sr/Ba 值为 1.16～9.71，表明桂花地区为典型的海相沉积环境。此外，Sr/Cu值为 1.30～5.00 指示潮湿气候，而＞5.00 则指示干旱气候，桂花地区样品中 Sr/Cu为 42.20～119.31，表明桂花地区饰面用灰岩矿形成于干旱的气候条件。综上，初步推测桂花地区的饰面用灰岩应形成于局限台地相环境。

4.3 成因探讨

根据桂花地区豹皮灰岩和白云质灰岩的 CaO 和MgO呈负相关关系，说明桂花地区灰岩中的白云石具交代或重结晶成因，即白云岩化，与前人研究的（Liu et al.，2022）豹皮灰岩的斑纹构造和条纹构造是由于灰岩不完全白云岩化所形成的基本吻合。据前人研究表明，当潟湖中的高镁重盐水向海水方向发生回流，盐水的Mg/Ca比值增大，白云岩化选择灰岩层面或者渗透性较好的斑块进行，使得原岩中的方解石被白云石所交代，形成了沿岩石层面水平分布的规则条纹和不规则豹纹，白云石发生交代的原理：2CaCO₃+Mg²⁺ =CaMg（CO₃）₂+Ca²⁺ （ 冯增昭， 1989）。同时观察区内白云质灰岩和豹皮灰岩的镜下特征，可以判断大部分的条纹、豹纹均是次生白云石交代所形成的，并且在基质中观察到少许亮晶胶结物被白云石所交代，所以结合前人类似研究成果初步判断区内白云质灰岩和豹皮灰岩是在成岩作用的早期形成的（Pray and Murray，1965）。

根据桂花地区的岩性组合特征及主微量元素的 MgO/Al₂O₃、Sr/Ba、V/Cr、Sr/Cu 值可初步确定其古沉积环境。清虚洞组一段（Є₂q¹）下伏岩层为金顶山组（Є₂j）薄层粉砂岩、粉砂质黏土岩夹黏土岩，富含三叶虫化石，说明该岩石形成于水动力条件较弱且海水盐度正常的沉积环境中；上覆岩层为清虚洞组二段（Є₂q²）中厚层泥质白云岩夹微晶白云岩，见“鸟眼构造”和膏盐假晶，未见生物化石，说明该岩石形成于潮上高能且海水盐度较高的干燥环境中（Tan et al.，2019；Yu et al.，2021）。根据矿体所在的岩层位置可以得出矿体形成于水动力条件较缓的低盐度环境向高能、高盐度环境之间的过渡带。与上述 MgO/Al₂O₃、Sr/Ba、V/Cr、Sr/Cu 值所反映的桂花地区饰面用灰岩形成于海陆过渡相或海相、气候干旱、氧化环境中相吻合，即局限台地相环境。

综上所述，在寒武纪第二世时期，桂花地区属于局限台地相碳酸盐岩沉积，主要表现为潟湖相，在海水水动力条件较缓的低盐度环境向高能、高盐度环境的过渡带内，使沉积于局限台地相区的灰岩在成岩过程中遭受白云岩化，白云岩化选择灰岩层面或者渗透性较好的斑块进行，从而形成白云质条带灰岩和豹皮灰岩。

5 结论

（1）桂花地区的饰面用灰岩矿主要赋存于寒武系第二统清虚洞组一段（Є₂q¹），矿体岩性为深灰色厚层—块状豹皮灰岩、白云质灰岩，矿体具出露厚度大，层厚稳定，产状平缓，褶皱、断层、节理裂隙不发育，总体规模大，完整性较好及夹石厚度小等特征。

（2）根据不同的岩性特征桂花地区的饰面石材可划分为 2 种花色品种：豹皮灰岩饰面石材命名为 “晶墨玉之斑点”，白云质灰岩饰面石材命名为“芝麻黑”，“晶墨玉之斑点”和“芝麻黑”均赋存于清虚洞组一段（Є₂q¹）中顺层产出，产状一致。“晶墨玉之斑点”的花色主体呈灰黑色夹深灰色斑块，见少许白色颗粒分布；“芝麻黑”的花色主体呈深灰色夹灰白色颗粒及少许浅灰色条带。

（3）桂花地区饰面用灰岩矿床形成于寒武纪第二世时期的局限台地相沉积环境，在海水水动力条件较缓的低盐度环境向高能、高盐度环境的过渡带内，灰岩在成岩过程中沿着灰岩层面或者渗透性较好的斑块发生白云岩化作用，最后形成桂花地区白云质灰岩和豹皮灰岩。

参考文献