河北省興隆縣李家營水泥灰?guī)r礦礦床地質(zhì)特征

孫紹利　陳立武　徐連勇　常超　王小乙

摘 要：河北省興隆縣李家營水泥灰?guī)r礦是河北北部發(fā)現(xiàn)的大型水泥用灰?guī)r礦，礦體產(chǎn)于奧陶系中統(tǒng)馬家溝組石灰?guī)r地層中，礦體連續(xù)呈單斜層狀產(chǎn)出，沿走向和傾向礦體厚度和品位較穩(wěn)定。礦石品級為Ⅰ級品，屬于優(yōu)質(zhì)水泥原料。礦床開發(fā)、開采技術(shù)條件較好，水文地質(zhì)條件簡單，工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件中等。該礦床開發(fā)前景明朗，潛在經(jīng)濟價值可觀，綜合開發(fā)經(jīng)濟效益明顯。

關(guān)鍵詞：承德 水泥灰?guī)r礦 礦體特征

中圖分類號：P618 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）006-146-03

1 地理位置

1.1 位置交通

河北省興隆縣李家營水泥灰?guī)r礦區(qū)位于興隆縣城55胺轎唬本？8km處，行政區(qū)劃隸屬興隆縣李家營鄉(xiāng)管轄。京承鐵路鷹手營子火車站距礦區(qū)直距13km，運距約16km。承唐高速公路李家營收費站距礦區(qū)直距5km，運距約12km。承德至興隆公路有柏油路與礦區(qū)相通，交通較為便利。

1.2 自然地理

礦區(qū)地處燕山中段，屬中低山區(qū)，切割嚴重，溝谷狹窄，海拔標高在468-756m，勘查區(qū)東南部最高山峰為756.10m，西北部苗家營西溝門附近最低，標高為467.73m，相對高差為288.37m。

灤河支流——柳河從勘查區(qū)北西流過，距礦區(qū)約2km，常年有水，流向北東，河水流量依雨量大小而增減。礦區(qū)內(nèi)水系不發(fā)育，次級溝谷僅在雨季有流水，為季節(jié)性間歇河流，干旱季節(jié)水流甚小，甚至變?yōu)榈叵罗熈鳌?/p>

本區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，冬長而寒冷，夏短而炎熱，夏季常有風(fēng)災(zāi)、雹災(zāi)等自然災(zāi)害。年平均溫度7.5℃，極端最高溫度36.6℃，極端最低溫度-28.6℃。年平均蒸發(fā)量1444.4mm，年平均降水量671.6mm，礦區(qū)最高洪水位標高為468.46m（1962年），低于礦區(qū)最低開采水平。歷年最大積雪27cm ，雪壓1.8g/cm2，最大凍土深度1.08m。該區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度為0.10g。

2 礦區(qū)地質(zhì)

本區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北地臺（Ⅰ2）燕山臺褶帶（Ⅱ22）馬蘭峪復(fù)式背斜中（Ⅲ27）寬城凹褶束（Ⅳ224）構(gòu)造單元中。

2.1 地層

礦區(qū)出露地層簡單，主要為奧陶系、石炭系、侏羅系和第四系。由老至新敘述如下：

2.1.1 奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（O2m）

奧陶系中統(tǒng)馬家溝組，根據(jù)地層巖性特征及其厚度的變化，大致分為三個巖性段，現(xiàn)分述如下：

（1）馬家溝組一段（O2m1）：出露于礦區(qū)北部，苗營東溝及其以西至第2勘查線東北部，下部為深灰色-灰黑色薄板狀泥晶灰?guī)r、厚層白云質(zhì)灰?guī)r，中上部為厚層含燧石結(jié)核的豹皮灰?guī)r，夾3-4層白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖層。巖層傾向336-240埃憬？-20埃話鬮？0白笥搖Q沂遙郴疑孿拭嫖遙罨疑嗑Ы峁?、块状构詺eせ已椅嬋鬃垂乖??？笪锍煞種饕嗑Х澆饈？3-78%），少許白云石、鐵泥質(zhì)、生物碎屑等組成。

（2）馬家溝組二段（O2m2）：出露于礦區(qū)中部，呈帶狀彎曲展布，在0線北部被侏羅系九龍山組火山巖覆蓋。為薄-中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r層。巖石風(fēng)化面黃灰色、新鮮面為灰白、淺灰色，泥晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石礦物成分主要由泥晶方解石、粉晶白云石組成。巖石經(jīng)化學(xué)分析，CaO一般小于40%，MgO3.5-10%。巖層與下伏馬家溝組一段地層產(chǎn)狀一致，為整合接觸，局部微見寬緩波狀起伏變化。該段地層為本區(qū)水泥灰?guī)r底板圍巖，由東向西厚度由薄漸厚，最薄厚度42m，2線以西厚度超過120m。

（3）馬家溝組三段（O2m3）：本段出露在勘查區(qū)的中南一帶，巖石為淺灰、灰色中厚層-厚層致密塊狀泥晶灰?guī)r、深灰色中厚-厚層含燧石結(jié)核、含生物碎屑泥晶灰?guī)r、淺灰色薄—中厚層泥晶灰?guī)r，局部見有短燧石條帶。本區(qū)的水泥灰?guī)r礦主要賦存于該段。泥晶灰?guī)r，巖石為灰、淺灰色、泥晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，巖石主要成分為泥晶方解石組成。含燧石結(jié)核、含生物碎屑泥晶灰?guī)r新鮮面為粉色、紅褐色，被白云石充填，基質(zhì)為泥晶方解石。該段地層產(chǎn)狀：傾向240-235埃憬？-20埃話閽？0白笥遙胂路砑夜底槎蔚夭閼轄喲ァQ沂釁氈榧蟹澆饈嘎觶釋創(chuàng)┎澹澆饈鲆話閽？-15mm左右，個別呈團塊狀呈現(xiàn)，團塊最大在5-10cm左右。

2.1.2 石炭系上統(tǒng)（C3）

礦區(qū)出露為石炭系上統(tǒng)太原組（C3t），出露于礦區(qū)南部和西部邊緣一帶。地層主要為灰綠色、黃灰色砂礫巖，粉砂巖和炭質(zhì)頁巖，地層超覆不整合于中奧陶統(tǒng)灰?guī)r之上。

2.1.3 侏羅系中統(tǒng)（J2）

（1）九龍山組（J2j）。

該組地層主要出露于礦區(qū)北部和東北部，與奧陶系地層為角度不整合接觸。呈半環(huán)帶狀展布，巖石為粉紫色、灰綠色凝灰?guī)r。地層產(chǎn)狀：傾向140-230埃憬？2-20?。?/p>

（2）髫髻山組（J2t）。

該組地層出露于礦區(qū)東北和北部邊緣。主要為流紋質(zhì)凝灰?guī)r、火山角礫巖，產(chǎn)狀不明顯，在1線北端山頂部位形成錐形地貌。該組與下伏九龍山組呈整合接觸。

2.1.4 第四系（Q4）

礦區(qū)內(nèi)第四系主要為全新統(tǒng)殘坡積層、沖積物和少許黃土層。植被層及殘坡積物主要分布在半山坡及陰坡溝中，在河漫灘及河床上為砂礫石，細粉砂質(zhì)黃土分布在較平坦開闊的山脊上。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于鷹手營子向斜的北翼東端，地層總體呈向南西傾斜的單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀為：傾向236-240埃憬竊？-25埃話閽？0白笥易疃??？

2.2.1 褶皺

礦區(qū)內(nèi)褶皺均為一些規(guī)模不大的平緩小褶曲，位于4、6線間的大北溝小向斜，規(guī)模不大，寬約50m，以大北溝溝心為向斜軸，軸向30白笥遙拗搴瞬坑陜砑夜底槿問已易槌桑蔽饕砘已也次呵閬蚰隙憬？3-15埃隙砘已也矗呵閬蟣蔽鰨憬？-15啊？

2.2.2 斷層

F1斷層：位于5線北西，斷層出露長140m，上盤為九龍山組凝灰?guī)r，下盤為馬家溝組白云質(zhì)灰?guī)r，斷層產(chǎn)狀：310??？5啊6喜閾災(zāi)飾排ば閱娑喜恪8枚喜鬮叢誑筇迥冢鑰筇蹇晌抻跋?。?/p>

2.2.3 節(jié)理裂隙

本區(qū)馬家溝組三段灰?guī)r中近地表節(jié)理裂隙較明顯，特別是垂直節(jié)理尤為顯著，主要見有：35??？5埃？15啊？7埃？00啊？5-90叭欏T？線與3線間近龍?zhí)稖蟽蓚?cè)，因垂直節(jié)理切割馬家溝組三段灰?guī)r，多形成陡坎和懸崖地勢。

2.3 巖漿巖

勘查區(qū)內(nèi)巖漿巖較簡單，主要為脈巖，脈巖較發(fā)育。閃長玢巖脈12條，安山玢巖脈共4條，脈巖中較大規(guī)模的閃長玢巖脈出露長1330m，出露最大寬度16m。脈巖與圍巖呈侵入接觸，圍巖蝕變較弱，有硅化、高嶺土化、大理巖化，蝕變帶寬5cm-20cm，對礦石質(zhì)量影響較小。脈巖侵入于礦體中，且產(chǎn)狀較陡，對礦體的連續(xù)性破壞較大，規(guī)模較大的脈巖在開采過程中要進行剔除處理，否則將影響礦石質(zhì)量。脈巖產(chǎn)出穩(wěn)定，易識別、易剔除。

2.4 巖溶

礦區(qū)巖溶不發(fā)育，可分為地表巖溶和地下巖溶。地表巖溶集中分布于近地表部位，主要為溶槽、溶溝、溶穴等。地表溶洞大者直徑2m左右，小者數(shù)公分，一般無充填物，部分裂隙或溝壑底部有第四系松散堆積物充填。地下巖溶主要為溶蝕裂隙，裂隙寬度1-30cm，在礦體中未見有裂隙充填物，僅在鉆孔ZK401底部奧陶系馬家溝組二段白云質(zhì)灰?guī)r中見少量泥質(zhì)充填，取樣測試結(jié)果為：CaO：22.03%， MgO：1.23%，K2O+Na2O：3.13%， SiO2 ：32.94%，Al2O3：7.85%，F(xiàn)e2O3：4.65%，SO3：0.028%，Cl：0.004%。全礦平均巖溶率為0.40%，巖溶規(guī)模較小，對礦石質(zhì)量和開采影響甚微。

2.5 覆蓋層

區(qū)內(nèi)覆蓋層不發(fā)肓，一般零星分布，僅在礦區(qū)平緩地帶有兩處分布面積較大。一處為2至4線間北部第四系殘坡積、黃土覆蓋層，分布面積約25313m2，中部殘留有少量侏羅系凝灰質(zhì)粉砂巖。殘坡積一般厚0.2-0.8m，最大厚約1.6m。對黃土取樣化學(xué)分析測試結(jié)果，CaO平均1.12%， MgO平均1.86%，K2O+Na2O平均0.75%， SiO2 平均64.21%，Al2O3平均14.17%，F(xiàn)e2O3平均5.69%，Cl-平均0.010%。

3 礦體地質(zhì)

3.1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共有1層水泥灰?guī)r礦體，礦體編號為①。

①號礦體賦存于奧陶系中統(tǒng)馬家溝組三段石灰?guī)r地層中，礦體連續(xù)呈單斜層狀產(chǎn)出，地表出露形態(tài)呈向北東彎曲的面狀孤形。礦體總體走向326埃閬？30-260埃芴邇閬？36埃憬？-21埃芴邇憬？0啊？筇逶詰乇沓雎凍ざ？778 m，工程控制長度1600m，出露最寬為6線1236m，最窄為1線244 m，平均出露寬度884m。鉆探工程控制礦體厚度最厚為134.27m，最薄為9.58m，礦體工程控制厚度平均55.93m，厚度變化系數(shù)為51.58%，礦體厚度較穩(wěn)定。

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石物質(zhì)成分

礦石主要為塊狀泥晶灰?guī)r，礦石結(jié)構(gòu)以泥晶結(jié)構(gòu)為主，粉晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、生物碎屑泥晶結(jié)構(gòu)次之。礦石構(gòu)造以塊狀構(gòu)造為主，縫合線構(gòu)造、蟲孔狀構(gòu)造次之。礦物成分主要為方解石（80-95%）、白云石（2-5%）、石英（2-5%）、方解石脈（1-5%），少量有機質(zhì)、鐵泥質(zhì)等組成。泥晶方解石呈細小顆粒彼此鑲嵌，粒徑絕大部分小于0.01mm。后期方解石呈微脈狀沿裂隙交代巖石。

3.2.2 礦石化學(xué)成分

礦石化學(xué)成分較穩(wěn)定，CaO質(zhì)量分數(shù)單樣最高為55.22%，最低為45.15%，單工程平均品位最高為52.91%，最低為48.90%，塊段平均品位最高為52.79%，最低為50.87%，礦區(qū)平均品位為51.65%；MgO質(zhì)量分數(shù)單樣最高為3.33%，最低為0.25%，單工程平均品位最高為1.68%，最低為0.38%，塊段平均品位最高為1.26%，最低為0.62%，礦區(qū)平均品位為0.91%。CaO品位變化系數(shù)為：3.91%；MgO品位變化系數(shù)為：78.67%。

通過組合分析測試，礦石中其它有益、有害組分的質(zhì)量分數(shù)分別為：SiO2最高11.62%，最低1.74%，平均5.50%；Al2O3 最高1.64%，最低0.31%，平均0.70%；Fe2O3最高1.38%，最低0.19%，平均0.41%；K2O+ Na2O最高0.48%，最低0.11%，平均0.25%；SO3 最高1.000%，最低0.020%，平均0.19%；Cl最高0.026%，最低0.005%，平均0.010%；SiO2最高5.63%，最低1.06%，平均2.99%；燒失量最高41.98%，最低37.44%，平均39.16%。

3.3 礦石類型和品級

礦石自然類型為致密塊狀泥晶灰?guī)r，工業(yè)類型為水泥用灰?guī)r礦。礦石品級為Ⅰ級品。

3.4 礦體圍巖和夾石

礦體裸露地表，底板圍巖為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組二段白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，產(chǎn)狀與礦層完全一致。巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與礦體相同，巖石礦物成分主要由泥晶方解石、白云石組成。

全礦床共圈出內(nèi)夾層2個，均為高鎂、低鈣白云質(zhì)灰?guī)r。夾層產(chǎn)狀與礦體產(chǎn)出一致。夾石與礦石不易區(qū)分，只能依據(jù)化學(xué)測試結(jié)果區(qū)分，礦山開采時應(yīng)予剔除剝離。

3.5 礦床成因及找礦標志

3.5.1 礦床成因

根據(jù)礦層產(chǎn)出特征，礦石類型，礦物組成和結(jié)構(gòu)特點，礦床成因為淺海相化學(xué)—生物化學(xué)沉積型碳酸鹽巖礦床。其成礦控制條件，一是沉積物質(zhì)來源及搬運條件，一是沉積環(huán)境。

本區(qū)奧陶系地層未成巖前的上元古界及古生界寒武系基底地層為一套淺海相沉積的碳酸鹽巖和泥砂質(zhì)的碎屑巖建造，是奧陶系地層形成的物質(zhì)來源，因此，一般含硅、鎂較高，純灰?guī)r較少。

從沉積環(huán)境分析，奧陶系馬家溝組地層中含有大量生物化石、生物碎屑及其生物遺跡。它們的繁殖、發(fā)育及死亡也是成巖過程中物質(zhì)來源的重要因素。

海水深度主要依據(jù)生物習(xí)性確定。頭足類生長在熱帶及亞熱帶靜海中，一般水深在60-140m。鈣質(zhì)海綿生長在水深小于120m的清水中。鈣藻生長在水體的上部透光層中，大多數(shù)只限于70m的深度，多局限在小于40m的深處。海百合需循環(huán)性良好的清潔的海水中。三葉蟲生在淺海環(huán)境。綜合這些生物生長的環(huán)境，奧陶系馬家溝地層沉積時海水的深度小于200m。依據(jù)灰?guī)r或白云巖中砂礫和鮞粒局部的出現(xiàn)，說明是淺海相產(chǎn)物，一般水深幾米至幾十米，在成巖的過程中，從底部到頂部地層，白云質(zhì)灰?guī)r中微層理較發(fā)育，說明海水的動蕩和沉積變化頻繁，不能形成純度較高的石灰?guī)r。只有在靜水的環(huán)境，氣候溫和，生物發(fā)育才能生成純度高的石灰?guī)r。

以上諸因素說明該區(qū)沉積環(huán)境是淺海陸棚相沉積。即海水由淺→深→淺，由海浸到海退的過程，這期間海水深度幾十米至二百米，由于海水淺且較動蕩，沉積環(huán)境不穩(wěn)定，是該區(qū)灰?guī)r夾層、夾石較多，出現(xiàn)層礦與非層礦交替出現(xiàn)的主要原因。礦層厚度不大，薄厚不一也是由于沉積物質(zhì)來源和沉積環(huán)境的變化所造成。

3.5.2 找礦標志

本區(qū)石灰?guī)r礦層具有明顯的標志。首先是地層層位的標志，礦層主要賦存于中奧陶系馬家溝組的中上部三段地層中。第二是礦層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造標志，礦層為灰—深灰色中厚至厚層狀灰?guī)r，含有少量灰白色燧石結(jié)核，礦層底部為馬家溝組的中上部二段灰白色厚層白云質(zhì)灰?guī)r。

參考文獻：

[1] 河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.河北省北京市天津市區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1989.