徐州大洞山水泥灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及成因探討

施建斌，張 琪，景佳俊

徐州大洞山水泥灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及成因探討

施建斌，張 琪，景佳俊

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 徐州 221004）

大洞山水泥用石灰?guī)r礦床是海相碳酸鹽巖型沉積層狀礦床，礦層賦存于中寒武統(tǒng)張夏組—上寒武統(tǒng)崮山組下段，屬濱海—淺海相化學(xué)和生物化學(xué)沉積的混合產(chǎn)物。礦床規(guī)模特大，礦層厚度穩(wěn)定，礦石質(zhì)量較好，是優(yōu)質(zhì)的水泥原料。

水泥灰?guī)r；地質(zhì)特征；礦床成因；江蘇徐州

Abstract: Dadongshan cement limestone ore deposit is marine carbonate type of sedimentary deposits. The ore deposit occur in the middle cambrian Zhangxia group-upper cambrian Gushan group at its lower paragraph, belong to chemical and biological chemical deposition of product mix of coast sea-shallow sea phase. The scale of deposit is super-large and thickness is stable and the mineral quality is good, is a high quality cement raw materials.

Key words: cement limestone; geological features; ore genesis; Xuzhou Jiangsu

1 地質(zhì)概況

大洞山水泥用石灰?guī)r礦區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)(華北地臺(tái))—淮河臺(tái)坳—淮北臺(tái)陷褶帶—徐(州)宿(縣)弧形斷褶帶的東側(cè), 推覆構(gòu)造前緣殘留巖片之一大洞山穹隆半背斜部位。分布地層主要為華北地臺(tái)型震旦系、寒武系、奧陶系、第四系(見下頁圖)。

震旦系主要出露地層有上震旦統(tǒng)張渠組(Z2zh)、魏集組(Z2w)。

寒武系出露有下寒武統(tǒng)猴家山組(∈1h)、饅頭組(∈1m)；中寒武統(tǒng)毛莊組(∈2m)、徐莊組(∈2x)、張夏組(∈2z)；上寒武統(tǒng)崮山組(∈3g)、長(zhǎng)山組(∈3c)、鳳山組(∈3f )。

奧陶系主要地層為下奧陶統(tǒng)三山子組(O1s)、賈汪組(O1j )、蕭縣組(O1x)、馬家溝組(O1m)。

水泥用灰?guī)r含礦層位為中寒武統(tǒng)張夏組(∈2z )和上寒武統(tǒng)崮山組下段(∈3g1)。

礦區(qū)褶皺和地層總體呈北西走向，呈向南西凸出的弧形展布，斷裂構(gòu)造以北西向的張性斷裂和近南北向的張扭性斷裂兩組為主，礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅見燕山晚期—喜山期橄欖玄武玢巖巖脈，可見碳酸鹽化、褐鐵礦化等熱液蝕變現(xiàn)象及烘烤現(xiàn)象。

本礦區(qū)礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，環(huán)境地質(zhì)較優(yōu)，開采技術(shù)條件良好，礦石資源/儲(chǔ)量達(dá)11.38億t，為一特大型水泥用石灰?guī)r礦產(chǎn)地。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦層特征

礦區(qū)由大洞山、羊鼻山、團(tuán)山和鼠山東北坡組成。最大標(biāo)高為大洞山361.00m，其周邊標(biāo)高：北邊緣125m，南邊緣60m，東邊緣70m，西邊緣170m。南邊緣60m標(biāo)高之下仍有隱伏礦層存在。

礦層賦存于中寒武統(tǒng)張夏組(∈2z)，次為上寒武統(tǒng)崮山組下段(∈3g1)兩個(gè)層位中，平面整體形態(tài)為北東端寬、南西端呈弧形的似“舌”狀，剖面形態(tài)為厚層狀，平均厚度237.33m。總體北西走向，礦層傾向南西，傾角多為15～25°，羊鼻山頂?shù)V層變緩為10°左右，但其南部近平原區(qū)及大洞山體西北部礦層傾角變陡，大于35°，最大55°。

全礦區(qū)含礦率92.44%，發(fā)育厚度大于8m的Ⅱ級(jí)品礦層4個(gè)，大于2m厚的夾層6個(gè)，礦層底板為中寒武統(tǒng)徐莊組砂頁巖，局部頂板為上寒武統(tǒng)崮山組上段薄層灰?guī)r。據(jù)施工鉆孔統(tǒng)計(jì)，巖溶率為1.05%。

礦層主要化學(xué)成分CaO的變化系數(shù)0.80%，R2O的變化系數(shù)13.19%，MgO的變化系數(shù)8.14%左右，表明礦石質(zhì)量穩(wěn)定。

2.2 礦石類型及品級(jí)

按自然類型劃分，大洞山礦區(qū)礦石類型主要有鮞狀灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r三種，其次還有少量的薄層灰?guī)r、塊狀灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r。

礦石結(jié)構(gòu)主要為原生結(jié)構(gòu)，有鮞狀亮晶結(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)和生物碎屑結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造較簡(jiǎn)單，主要有塊狀構(gòu)造、云斑(豹皮狀)構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造等。

按照DZ/T0213－2002《冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》中水泥灰?guī)r礦床評(píng)價(jià)的一般工業(yè)指標(biāo)要求：Ⅰ級(jí)品礦石CaO≥48%，MgO≤3%，R2O≤0.6%；Ⅱ級(jí)品礦石48%＞CaO≥45%，3.5%≥MgO＞3%，0.8%≥R2O＞0.6%。礦區(qū)礦石按體積計(jì)算Ⅰ級(jí)品率為76.9%，Ⅱ級(jí)品率為23.1%。

2.3 礦石質(zhì)量

礦石礦物成分以方解石為主，其次為白云石，以及泥質(zhì)、鐵質(zhì)和有機(jī)質(zhì)等。方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90%～95%，少數(shù)小于90%，白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般1%～2%，最高可達(dá)30%(豹皮狀灰?guī)r)，二者質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

全礦區(qū)的礦層化學(xué)成分體積加權(quán)平均為CaO 50.97%，MgO 2.34%，R2O 0.22%，達(dá)到礦石Ⅰ級(jí)品的標(biāo)準(zhǔn)。礦區(qū)各勘查線樣厚加權(quán)平均化學(xué)成分含量如表1。

表1 大洞山礦區(qū)各勘查線礦石平均品位統(tǒng)計(jì)

據(jù)礦區(qū)組合樣品分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)，礦石中SO3、Cl-、f SiO2三種有害組分含量見表2。由表中可以看出，本礦區(qū)礦石中SO3、f SiO2含量大大低于水泥灰?guī)r工業(yè)指標(biāo)要求的≤1%和4%～6%的底線，Cl-亦不超過規(guī)范要求預(yù)分解窯不大于0.015%的指標(biāo)。

3 礦床成因探討

礦層賦存在中寒武統(tǒng)張夏組至崮山組下段，多為灰色厚層狀灰?guī)r，并有不同程度的白云石化。沉積巖層的層理構(gòu)造、縫合線構(gòu)造清晰可見，巖礦石的鮞粒結(jié)構(gòu)、生物碎屑結(jié)構(gòu)及藻斑結(jié)構(gòu)均很明顯，以三葉蟲和藍(lán)綠藻為主的生物群化石極為發(fā)育，并見較多的疊層石及蠕蟲蟲跡化石。由此可見，本礦床屬濱?！獪\海相沉積礦床。沉積作用是在浪基面之上廣闊的陸表海中進(jìn)行的，潮間高能顆粒灘相至潮上低能泥坪相沉積及藻蓆、藻灘微相沉積均很明顯[1]。

表2 大洞山礦區(qū)礦石中有害組分含量

張夏組下段第一巖性層(∈2z1-1)底部含海綠石的鮞狀礦石的產(chǎn)出，反映了較下伏徐莊組(砂巖和砂質(zhì)灰?guī)r)沉積時(shí)海水加深，為弱氧化的沉積環(huán)境，接著大量鮞狀灰?guī)r出現(xiàn)，并有非鮞狀灰?guī)r礦石，直至下段第二巖性層沉積結(jié)束。鮞狀灰?guī)r礦石含有生物碎屑，反映了淺海區(qū)有生物活動(dòng)和繁殖，促使了CaCO3沉積，底流作用和潮流作用使處于懸浮和掩埋不斷運(yùn)動(dòng)的顆粒為渾圓狀的同心鮞和復(fù)鮞。張夏組上段出現(xiàn)有大量豹皮灰?guī)r礦石，夾灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r；并且在上段第三巖性層底部中見有龜裂紋，反映了淺海沉積環(huán)境伴有濱海相的潮上帶到潮間帶的沉積相。上段第一、第三巖性層中的兩個(gè)較為穩(wěn)定的夾層均為土黃色豹皮灰?guī)r，其“豹斑”在鏡下見有攪動(dòng)構(gòu)造,為潮間帶的沉積，致使泥質(zhì)成份及R2O含量偏高，上段第一、第三巖性層中的局部灰?guī)r和灰色豹皮狀灰?guī)r礦石中，普遍含有藻團(tuán)塊和藻屑，為動(dòng)蕩相對(duì)平靜藻礁發(fā)育的環(huán)境，礦石質(zhì)量相對(duì)較好。上段第二巖性層的鮞狀灰?guī)r出現(xiàn)，反映了沉積環(huán)境的變化，海水深度出現(xiàn)淺—深—淺的變化[2]。

根據(jù)鏡下鑒定資料，不同類型的灰?guī)r礦石中，普遍存在有方解石重結(jié)晶和白云石化，尤為鮞狀灰?guī)r為主，白云石含量高的可達(dá)20%以上，致使成為MgO含量超限的夾層或Ⅱ級(jí)品礦。以膠結(jié)物存在的亮晶方解石有兩個(gè)世代，第一世代呈馬牙形圍繞泥晶方解石組成的砂屑，第二世代呈它形充填在空隙間，上述情況認(rèn)為在CaCO3沉積后的成巖過程中或稍后，在原沉積的碳酸巖的孔隙中，再次沉積Mg、Ca物質(zhì)，后期在動(dòng)力作用下又充填了白云石。地質(zhì)填圖過程中發(fā)現(xiàn)，在斷層比較發(fā)育的地段，白云巖化相對(duì)發(fā)育與此有關(guān)。各礦段常見的地表和深部化學(xué)成分有所差異，主要為次生淋濾所致。

準(zhǔn)同生白云石化所造就的次生交代結(jié)構(gòu)在礦石中屢見不鮮。準(zhǔn)同生白云石化具有強(qiáng)烈的選擇性，主要是對(duì)亮晶顆?；?guī)r中的顆粒進(jìn)行蠶食交代，特別是鮞粒，被白云石交代的現(xiàn)象更為常見。有的泥粉晶白云石首先交代鮞粒中心部位或某些圈層的泥晶方解石，反映準(zhǔn)同生白云石化由鮞粒中心向鮞粒外部有逐步減弱的趨勢(shì)?；?guī)r的顆粒、鮞粒雖然遭受不同程度的白云石化，但是顆鮞粒間的基質(zhì)尚無白云化，依然保持亮晶方解石的形態(tài)。

綜上所述，海水動(dòng)蕩的機(jī)械作用和生物化學(xué)作用是顆?；?guī)r形成的基本因素[3]，溫暖濕熱的氣候條件，清澈明亮的海水環(huán)境，為生物的繁殖生長(zhǎng)及其生物化學(xué)的沉積作用創(chuàng)造了優(yōu)越條件。

[1]翟淳,張長(zhǎng)俊,衛(wèi)管一,等.巖石學(xué)簡(jiǎn)明教程[M].北京:地質(zhì)出版社,1978.

[2]房尚明.徐州地區(qū)的寒武系[J].地層學(xué)雜志,1991,15(4):252-262.

[3]梅冥相.灰?guī)r成因—結(jié)構(gòu)分類的進(jìn)展及其相關(guān)問題討論[J].地質(zhì)科技情報(bào),2001,20(4):12-18.

Discussion on the Deposit Geological Features and Genesis of Cement Limestone Ore in Dadongshan, Xuzhou

SHI Jian-bin, ZHANG Qi, JING Jia-jun
(Party 5 Jiangsu Bureau of Geology and Mineral resources, Xuzhou 221004, China)

P619.2

A

1007-9386(2012)03-0052-03

2011-12-31