郟縣馬武寨白云巖礦床地質(zhì)特征、成因及評(píng)價(jià)

郭甲一，謝白楊，王英超，龍康華，馬鵬遠(yuǎn)

（1.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052；2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450052）

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

工作區(qū)位于河南郟縣北部茨壩鄉(xiāng)及禹州市磨街鄉(xiāng)一帶，處在華北陸塊南緣嵩萁臺(tái)隆西南邊緣[3]，工作區(qū)地層較簡(jiǎn)單，主要出露寒武系地層，地層傾向東或東南，傾角近水平。區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為復(fù)雜，主構(gòu)造線(xiàn)方向?yàn)镹E向，NE向斷裂較為發(fā)育，其次為NW向斷裂(見(jiàn)圖1)。

1.1 地層

礦區(qū)地層出露情況較好，出露點(diǎn)多、連續(xù)性好、出露面積大。礦區(qū)出露地層主要有下寒武統(tǒng)徐莊組(∈2x)、中寒武統(tǒng)張夏組(∈2z h)、上寒武統(tǒng)崮山組(∈3g)及少量第四系(Q)殘坡積物。地層產(chǎn)狀傾向100～150°，傾角3～10°。

1.2 構(gòu)造

工作區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，為一略具波狀起伏的單斜構(gòu)造，總體產(chǎn)狀：走向60～110°，傾向東，傾角2～45°。

圖1 河南郟縣白云巖礦區(qū)地質(zhì)圖

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造有4條，3條北西走向，1條北東走向，均為正斷層，其中F8正斷層對(duì)礦體有一定的破壞作用，并使工作區(qū)南部的白云巖位置相對(duì)上升，形成正地形，提高了礦床的出露程度。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

礦體賦存于上寒武統(tǒng)崮山組(∈3g)地層中，礦體呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀較緩100～150°∠5～15°。受地形切割影響較大。

礦體資源量達(dá)到大型規(guī)模?？刂频V體東西長(zhǎng)約2300m，南北寬約1400m。礦體厚度5～127.90m，平均58.90m，未見(jiàn)頂板。礦體平面上呈不規(guī)則的橢圓狀。見(jiàn)礦工程最低標(biāo)高283.90m，最高標(biāo)高532.30m，礦區(qū)開(kāi)采標(biāo)高310m，全區(qū)圈定3個(gè)礦體。

礦體絕大部分出露于地表，只有極少量有很薄黃土覆蓋。底板為張夏組第五層(∈2z h5)白云質(zhì)灰?guī)r。

(1) 礦層厚度沿走向變化特征。

全礦層厚度受地形影響較大，在走向上由15線(xiàn)～08線(xiàn)變化較小。各勘探線(xiàn)白云巖礦厚度變化范圍在5.00～127.90m，平均58.90m，變化系數(shù)68%，厚度變化系數(shù)較大，說(shuō)明礦體厚度變化較大。各鉆孔白云巖礦厚度變化范圍在76.00～127.90m，平均100.90m，變化系數(shù)20%，厚度變化系數(shù)較小，說(shuō)明鉆孔礦體厚度變化較穩(wěn)定。由于礦層厚度受地形剝蝕影響，變化較大，溝谷中礦層較薄，山頂?shù)V層厚度巨大，礦層直接出露于地表。

(2) 礦層厚度沿傾向變化特征。

各勘探線(xiàn)礦層厚度基本上由北西向南東變厚，礦層基本直接出露地表。地表工程平均厚度49.85m，深部工程平均厚度100.90m。說(shuō)明礦層沿傾向厚度變化稍大，向深部變厚，礦體厚度沿傾向變化基本一致。

2.2 礦石特征

(1) 礦物成分。

主要礦物成分為白云石，含量約99%。方解石、鐵質(zhì)鏡下局部可見(jiàn)原巖中的橢圓形痕跡，色暗，大小為0.2～0.6mm，推測(cè)可能為原巖中的鮞粒。

白云石：呈自形、半自形菱面體，為重結(jié)晶而成，大多顆粒大小為0.06～0.25mm，為細(xì)晶；少部分顆粒大小為0.04～0.06mm，為粉晶；少部分大小為0.28～0.5mm，為中晶；白云石閃突起明顯，高級(jí)白干涉色，顆粒間呈鑲嵌狀分布。

方解石：呈粒狀，大小為0.005～0.04mm，局部見(jiàn)到，不均勻分布于白云石粒間。

鐵質(zhì)：部分鐵質(zhì)呈不規(guī)則脈狀分布，少部分鐵質(zhì)分布于白云石邊緣，使得白云石邊界更加清晰。

(2) 結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

礦石結(jié)構(gòu)為細(xì)晶、隱晶、鮞粒結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造為厚層狀、塊狀構(gòu)造。

(3) 化學(xué)成分。

礦石主要化學(xué)成分(%)：CaO 30.64、MgO 20.99、SiO20.97、Al2O30.37、Fe2O30.35、K2O+Na2O 0.18、Mn3O40.01、S 0.01、P 0.01、酸不溶物 1.42。可以看出，礦體中主要有益組分MgO含量變化不大，在19.03%～21.60%之間，平均20.99%。主要有害組分SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、Mn2O4含量都較低。礦石中主要化學(xué)成分平均含量均滿(mǎn)足規(guī)范[4]中對(duì)白云巖礦的一般工業(yè)要求。

圖2～圖5為礦石MgO、Na2O+K2O、SiO2、酸不溶物分布密度直方圖，從圖2中可以看出，礦石MgO含量集中分布在20%～21.60%之間，占樣品總數(shù)的89%；<20%的占11%。

圖2 礦石MgO品位分布密度直方圖

圖3 SiO2品位分布密度直方圖

圖4 酸不溶物品位分布密度直方圖

圖5 Na2O+K2O品位分布密度直方圖

從圖3看出，SiO2含量集中分布在0.13%～1.5%之間，占樣品總數(shù)的91%；分布在1.5%～4%占4%，>4%者占3%。

從圖4看出，酸不溶物含量集中分布在0.13%～2%之間，占樣品總數(shù)的87.31%；2%～4%之間占10.38%。

從圖5看出，Na2O+K2O均≤0.3%，作為有害元素含量很少，滿(mǎn)足白云巖各種用途指標(biāo)。

2.3 礦石類(lèi)型和品級(jí)

(1) 礦石類(lèi)型。

本礦床礦石類(lèi)型單一，根據(jù)其自然特征及巖礦鑒定結(jié)果，命名為厚層狀細(xì)晶白云巖礦石類(lèi)型，淺灰—灰色，隱晶結(jié)構(gòu)，塊狀、厚層狀構(gòu)造，厚層狀產(chǎn)出，單層厚度最大超過(guò)2.5m，主要礦物成分為白云石。鏡下可見(jiàn)原巖中的橢圓形痕跡，色暗，大小為0.2～0.6mm，推測(cè)可能為原巖中的鮞粒。白云石呈自形、半自形菱面體，為重結(jié)晶而成，大多顆粒大小為0.06～0.25mm，為細(xì)晶；少部分顆粒大小為0.04～0.06mm，為粉晶；少部分大小為0.28～0.6mm，白云石閃突起明顯，高級(jí)白干涉色，顆粒間呈鑲嵌狀分布。方解石呈粒狀，零星分布于白云石粒間。鐵質(zhì)局部聚集呈不規(guī)則團(tuán)狀分布。

(2) 礦石品級(jí)。

白云巖礦用途不同，對(duì)其成分的要求也不相同。

耐火材料爐襯用白云巖和熔劑用白云巖化學(xué)成分一般要求如表1所示。

作為熔劑用白云巖，礦區(qū)白云巖樣品均達(dá)到礦石要求。即MgO含量≥16%(工業(yè)品位)，Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2≤10%，其中SiO2≤4%。

作為耐火材料爐襯用白云巖，礦區(qū)白云巖樣品90%以上均達(dá)到礦石要求，即MgO含量≥20%(工業(yè)品位)，Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2≤3.0%，其中SiO2≤1.5%。

因此，本區(qū)白云巖礦既可作為耐火材料爐襯用，也可以作為熔劑用白云巖。

表1 耐火材料襯爐用、熔劑用白云巖化學(xué)成分一般要求[4]

此外，冶煉金屬鎂是白云巖重要用途之一，本礦區(qū)的白云巖還可用于冶煉金屬鎂，按照《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》[4]對(duì)耐火材料爐襯、熔劑用白云巖礦石化學(xué)成分一般要求及冶金用白云巖粒度要求，參照《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》[5]，本礦區(qū)的礦石品級(jí)按照冶鎂用白云巖品質(zhì)要求見(jiàn)如表2。

本次礦石儲(chǔ)量計(jì)算按照冶鎂用白云巖最高要求，MgO≥19%，SiO2≤4.0%，K2O、Na2O含量符合質(zhì)量要求。其中MgO 19.03%～21.60%，平均20.99%；主要分布在礦區(qū)中東部。由于白云巖用途較多，用途不同，對(duì)白云巖各種成分含量指標(biāo)要求不一樣，經(jīng)過(guò)ZK1520鉆孔全孔組合樣分析， 發(fā)現(xiàn)礦層底部1個(gè)組合樣中MgO≥19%，但SiO2＞4%，K2O+Na2O＞0.30，可能由于底板樣品組合中有一個(gè)樣品MgO＜19%所致，因此在今后礦山開(kāi)采中建議根據(jù)不同用途增加分析測(cè)試項(xiàng)目。

表2 冶煉金屬鎂白云巖品質(zhì)要求

3 礦床成因及找礦標(biāo)志

3.1 礦床成因

白云巖的形成過(guò)程比較復(fù)雜，根據(jù)其形成條件及成因，白云巖礦分為原生、成巖和次生白云巖礦三類(lèi)[6-7]。絕大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為從自然界海水中直接沉淀的原生白云巖礦是很少的，僅僅存在于蒸發(fā)較大內(nèi)陸咸水湖，全球大多數(shù)白云巖礦可能是次生白云巖礦，大部分經(jīng)歷了海相沉積。因此河南省中南部及西部地區(qū)的冶鎂白云巖礦床主要賦存于上寒武統(tǒng)崮山組地層中[8-11]。

本礦床位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)華熊臺(tái)緣坳陷東北緣澠池—確山褶皺斷束中部，自早古生代到晚古生代末期，整個(gè)中朝準(zhǔn)地臺(tái)進(jìn)入廣泛的蓋層發(fā)育期的相對(duì)穩(wěn)定階段，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為整體的上升與下降。在寒武紀(jì)形成了廣泛的海侵超覆，早期沉積了濱海—淺海相的淡紅色，灰白色粉砂巖、砂礫巖；黃褐色、紫紅色頁(yè)巖、泥灰?guī)r；條帶狀、鮞狀灰?guī)r、白云巖，局部為礦體底板。中期前段沉積環(huán)境處于短暫的動(dòng)蕩—靜止期，為較穩(wěn)定的海相環(huán)境，物質(zhì)來(lái)源豐富，受古地理氣候影響形成了厚層狀灰色細(xì)晶白云巖[12]。

本礦床屬化學(xué)、物理、生物作用下形成的一套碳酸鹽建造，又經(jīng)各種構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，逐步形成本礦床現(xiàn)在的形態(tài)。

3.2 找礦標(biāo)志

本礦區(qū)白云巖礦是典型的層控沉積礦床，白云巖礦賦存于上寒武統(tǒng)崮山組，在豫西地區(qū)崮山組地層中白云巖礦有較好的成礦前景，主要標(biāo)志為上寒武統(tǒng)崮山組厚層狀細(xì)晶白云巖，頂板直接與第四系覆蓋層接觸，或者直接出露地表。底板為中寒武張夏組上段白云質(zhì)灰?guī)r。

4 礦床經(jīng)濟(jì)意義評(píng)價(jià)

通過(guò)本次系統(tǒng)工作，估算出礦區(qū)白云巖礦石資源量3.25億t，為一超大型白云巖礦床。白云巖礦石主要有害組分含量較低，基本滿(mǎn)足白云巖的各種用途。

通過(guò)對(duì)該礦床白云巖礦經(jīng)濟(jì)意義概略研究得出：

(1) 礦區(qū)白云巖礦絕大部分直接出露于地表，便于露天開(kāi)采，礦區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，開(kāi)采成本低。由于屬于露天開(kāi)采，因此對(duì)植被破壞較大，因此需要對(duì)環(huán)境生態(tài)保護(hù)提出合理規(guī)劃。

(2) 礦區(qū)白云巖質(zhì)量好，規(guī)模巨大，具有很高的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值，礦石不僅可以用來(lái)提煉金屬鎂，也可作為熔劑、爐襯、玻璃、水泥等化工原料，并適合進(jìn)行較大規(guī)模的工業(yè)化開(kāi)采，因此本區(qū)白云巖礦床具有廣泛的用途和開(kāi)發(fā)利用前景。

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