輝縣大羅口礦區(qū)水泥灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及成因

王英超

(河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052)

河南水泥灰?guī)r產(chǎn)出層位較多，所探明儲(chǔ)量的水泥灰?guī)r主要集中分布于寒武系及奧陶系地層中，其中以中寒武統(tǒng)張夏組、中奧陶統(tǒng)馬家溝組及峰峰組最多，且質(zhì)量好、規(guī)模大。輝縣大羅口礦區(qū)的水泥灰?guī)r主要賦存于中奧陶統(tǒng)下馬家溝組地層中。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

大羅口礦區(qū)位于華北地臺(tái)山西斷隆太行山拱斷束帶內(nèi)，區(qū)內(nèi)地層以早古生代碳酸鹽沉積為主，是本區(qū)重要的石灰?guī)r含礦層位。區(qū)域近東南“山”字形構(gòu)造、近南北向構(gòu)造，近東西向構(gòu)造對(duì)工作區(qū)均有不同程度的影響，多表現(xiàn)為褶皺發(fā)育，脆性斷裂發(fā)育。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)不發(fā)育。地層區(qū)劃屬于華北地層區(qū)山西分區(qū)太行山小區(qū)，地層出露從老到新主要有太古界(Ar)，上元古界震旦系串嶺溝組(Zch)，古生界下寒武統(tǒng)(∈1)、中寒武統(tǒng)(∈2)、上寒武統(tǒng)(∈3)，古生界下奧陶統(tǒng)(O1)、中奧陶統(tǒng)下馬家溝組(O2x)、上馬家溝組下段(O2s1)，以及新生界第四系(Q)等(見(jiàn)下頁(yè)圖)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層主要為中寒武統(tǒng)(∈2)、上寒武統(tǒng)(∈3)、下奧陶統(tǒng)(O1)、中奧陶統(tǒng)下馬家溝組(O2x)及第四系(Q)。

分布在北起雁高渠、南至橋村、東至嶺西、西至石門郊范圍內(nèi)的中奧陶統(tǒng)下馬家溝組(O2x)，是水泥灰?guī)r礦的主要賦存部位，根據(jù)其巖性特征、沉積環(huán)境，自下而上將其劃分為4個(gè)巖性段，自下而上分別為：

第一段(O2x1)：以黃綠色薄層狀泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r為特征，層位穩(wěn)定，出露厚度5～26m。

第二段(O2x2)：以灰黑色中厚層角礫狀灰?guī)r為特征，厚度5～30m。

第三段(O2x3)：以灰黑色薄層—中厚層細(xì)晶灰?guī)r為主。上部為灰黑色薄層狀細(xì)晶灰?guī)r，頂部為灰黑色角礫狀灰?guī)r，下部灰黑色薄層—中厚層狀細(xì)晶灰?guī)r夾灰黑色具暗紅色泥質(zhì)條帶豹皮狀灰?guī)r，局部夾少量白云質(zhì)灰?guī)r。出露厚度35～80m。

第四段(O2x4)：底部以灰黑色中厚層狀生物碎屑灰?guī)r為特征，上部為淺灰色具暗紅色泥質(zhì)條帶豹皮狀灰?guī)r，暗黑色腎狀灰?guī)r、淺黃具淺紫紅色角礫狀泥灰?guī)r。出露厚度0～50m。

其中，第二、三段為水泥灰?guī)r礦的主要含礦層。

2.2 構(gòu)造及巖溶

大羅口礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

礦區(qū)位于區(qū)域一級(jí)構(gòu)造合澗—上八里復(fù)式背斜東翼近核部，區(qū)內(nèi)地層總體呈向東傾的單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，普遍發(fā)育在中奧陶統(tǒng)下馬家溝組地層中，典型的構(gòu)造有4組，分別呈北北東向、近南北向、北北東—南南西、北西—南東向在礦區(qū)內(nèi)展布。斷層面均呈舒緩波狀，斷層帶內(nèi)多發(fā)育斷層角礫巖、斷層泥、糜棱巖，斷層西盤下降、東盤上升，斷裂帶具壓扭性特征。斷層對(duì)礦體連續(xù)性雖有破壞，但對(duì)礦體質(zhì)量影響不大。礦區(qū)內(nèi)未見(jiàn)到大的巖溶裂隙及溶洞，巖溶率均<3%，巖溶明顯不發(fā)育。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于中奧陶統(tǒng)下馬家溝組(O2x)中，礦體呈層狀產(chǎn)出，部分裸露地表、部分被第四系殘坡積物覆蓋，由于受構(gòu)造及后期剝蝕作用的影響，礦體的頂?shù)装宄雎镀矫嫔铣什灰?guī)則的曲線形態(tài)，出露地表寬窄不一。

由于受斷裂構(gòu)造的破壞，造成礦層不連續(xù)，根據(jù)化驗(yàn)分析結(jié)果，礦層的分布規(guī)律、受構(gòu)造及地形切割剝蝕的影響，共圈定5個(gè)礦體，各礦體特征詳見(jiàn)表1。

其中，Ⅲ號(hào)礦體為主礦體，Ⅲ號(hào)礦體在礦區(qū)內(nèi)位于第1～5勘探線間，主要賦存于下馬家溝組第二、三巖性段中，在第1勘探線處第一巖性段上部及第3勘探線處第四巖性段下部經(jīng)化驗(yàn)分析也能達(dá)到水泥用灰?guī)r指標(biāo)要求。礦體由TC1、BT1、TC3、TC5、TC5-1控制，沿走向出露長(zhǎng)度1400m左右，寬度40～110m，平面上呈弧形展布，礦體厚度17.65～62.85m。平均厚度45.81m，厚度變化系數(shù)42.95%。品位(%)：CaO 50.84～53.59、MgO 0.82～1.66，平均品位(%)：CaO 52.17、MgO 1.25，品位變化系數(shù)分別為：2.29%、28.57%。

表1 大羅口礦體特征

礦體總體產(chǎn)狀：32～129°∠12～43°，平均傾角22°；第5勘探線，產(chǎn)狀32～43°∠17～22°；第3勘探線，產(chǎn)狀90～129°∠12～15°；第1勘探線，產(chǎn)狀50～80°∠25～43°，由此可以看出礦體沿走向、傾向均呈波狀變化。

礦體頂板為第四巖性段灰黑色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r及黃綠—淺紫紅色角礫狀泥灰?guī)r，底板為第一巖性段頂部的泥灰?guī)r。

3.2 礦石質(zhì)量

礦石礦物成分簡(jiǎn)單，主要由方解石(95%～96%)組成，晶粒一般＜1mm；次要礦物為白云石(＜5%)，含有少量鐵質(zhì)、泥質(zhì)等。

礦石結(jié)構(gòu)以細(xì)晶結(jié)構(gòu)為主，泥晶結(jié)構(gòu)次之；礦石構(gòu)造以中厚層狀構(gòu)造為主，單個(gè)層理厚度一般為10～50cm，薄層狀構(gòu)造次之，單個(gè)層理厚度一般為2～10cm。礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造較均一。

依據(jù)分析結(jié)果，礦石主要化學(xué)成分為CaO、MgO、SiO3、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、SO3、Cl等，其中CaO、MgO為基本分析項(xiàng)目，其他為組合分析項(xiàng)目。

礦石中有用組分為CaO。CaO含量最大值54.73%，最小值45.74%，平均值52.72%；礦石中有害組分為MgO、KO2、Na2O、SO3、Cl等，其中MgO品位0.69%～1.40%，平均品位0.98%。其他有害組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)見(jiàn)表2。

表2 礦體有害組分含量(%)

從表2中可以看出，雖然ZH4中K2O+Na2O為0.65%，但Ⅲ號(hào)礦體K2O+Na2O平均值為0.55%，不影響礦石整體質(zhì)量。其他有害組分均不超過(guò)工業(yè)指標(biāo)的一般要求，因此礦石質(zhì)量符合水泥用石灰?guī)r礦一般工業(yè)指標(biāo)要求。

3.3 礦石類型和品級(jí)

3.3.1 礦石類型

礦石的自然類型，根據(jù)礦石的宏觀及微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)造可分為薄層—中厚層狀細(xì)晶、角礫狀、豹紋狀灰?guī)r。三者在礦體內(nèi)均有分布，前者分布較廣，且三者礦物成分、化學(xué)成分差異很小。

從工業(yè)利用的目的出發(fā)，根據(jù)礦石化學(xué)成分特征，礦石的工業(yè)類型屬高鈣、低鎂、低鉀鈉的水泥原料石灰?guī)r礦石。

(1)細(xì)晶灰?guī)r。

風(fēng)化面呈灰色，新鮮面呈灰黑色，微晶—細(xì)晶結(jié)構(gòu)。薄層狀—中厚層狀構(gòu)造，縫合線構(gòu)造，斷面呈平坦?fàn)罨蝻@貝殼狀，礦物成分主要為方解石95%～96%，次要礦物為白云石＜5%，含少量鐵泥質(zhì)。

方解石粒度一般在0.3～1mm，填隙物極少。裂隙發(fā)育，沿裂隙面有次生方解石細(xì)脈充填。水平層理發(fā)育，層理厚10～30mm，層理之間為厚度小于1mm的黃綠色鈣質(zhì)薄膜。

(2)角礫狀灰?guī)r。

淺黃色，角礫狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，礦物成分：方解石＞90%，白云石1%～5%，雜基＜5%。

角礫大小0.5mm×(1～20)mm×30mm，呈棱角狀—次棱角狀，無(wú)位移或位移不明顯，角礫均為微晶—細(xì)晶灰?guī)r碎塊。

膠結(jié)物為顯晶質(zhì)方解石及白云石，顆粒在0.01～0.05mm間。雜基少，呈星點(diǎn)狀分布。

(3)豹皮狀灰?guī)r。

灰色，暗紅色鐵泥質(zhì)條帶，微晶(泥晶)結(jié)構(gòu)，豹皮狀構(gòu)造，礦物成分：方解石＞90%，白云石1%～3%，鐵泥質(zhì)＜5%，含少量生物碎屑。暗紅色鐵泥質(zhì)條帶呈(1～2.5)mm×(5～30)mm棒狀，少量呈星點(diǎn)狀，形成豹皮狀構(gòu)造。

3.3.2 礦石品級(jí)

礦石品級(jí)基本分析及組合分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 礦石品級(jí)

根據(jù)(DZ/TO213-2002)《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》的一般工業(yè)指標(biāo)要求[2]，本區(qū)礦石品級(jí)均屬Ⅰ級(jí)品。

3.4 礦體圍巖和夾石

礦體頂?shù)装鍨橄埋R家溝組泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。化學(xué)成分(%)：頂板CaO 31.77～53.22，平均44.69；MgO 3.14～13.87，平均6.71。底板CaO 25.39～49.78，平均39.55；MgO 1.79～12.15，平均4.01。頂?shù)装鍑鷰r明顯的顏色、巖性特征是區(qū)分礦體的明顯標(biāo)志。

礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾層很少，全區(qū)見(jiàn)到5處有夾石，均為不連續(xù)的小透鏡體，經(jīng)與其上下樣品任意8m加權(quán)平均后，其化學(xué)成分均可滿足礦石的工業(yè)指標(biāo)要求，故將其圈進(jìn)礦體中。

4 礦床成因

4.1 礦床成因

該礦床位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ)山西臺(tái)隆(Ⅰ1)東緣太行山拱斷束帶內(nèi)，從早古生代開(kāi)始，直至進(jìn)入晚古生代末期，整個(gè)中朝準(zhǔn)地臺(tái)的發(fā)育進(jìn)入了廣泛的蓋層發(fā)育期時(shí)期，這段時(shí)期地臺(tái)活動(dòng)處于相對(duì)穩(wěn)定階段，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)整體上的表現(xiàn)為地層的上升與下降。在寒武紀(jì)時(shí)期，廣泛的海侵超覆發(fā)育，早期沉積了濱?！獪\海相的砂巖、砂礫巖頁(yè)巖、泥灰?guī)r；條帶狀、鮞狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，局部為礦體底板。地臺(tái)發(fā)育的中期，初期的沉積環(huán)境為短暫的動(dòng)蕩—靜止期，形成了較穩(wěn)定的濱海相或?yàn)a湖相環(huán)境，物質(zhì)來(lái)源豐富，受古地理氣候影響形成了淺灰色條帶狀豹皮灰?guī)r和厚層狀灰色鮞粒灰?guī)r、深灰色花斑灰?guī)r。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]。

4.2 找礦標(biāo)志

礦體呈層狀展布，與圍巖整合接觸，層狀構(gòu)造，水平層理較發(fā)育，礦石中陸源碎屑較少，本區(qū)地層中含有角石、螺類化石，據(jù)此判斷礦床為淺海下低能帶沉積產(chǎn)物，屬典型的沉積成因礦床[4]。

找礦方向：①直接垂直地層走向觀察、追索，尋找到中奧陶統(tǒng)下馬家溝組二、三巖性段，即為礦體；②尋找下馬家溝組第一巖性段，黃綠色薄層狀泥灰?guī)r，其特殊的巖性特征極易辨識(shí)，其上即為礦體；③尋找下馬家溝組第四巖性段中的生物碎屑灰?guī)r、腎狀泥灰?guī)r，其特殊的標(biāo)志特征極易辨識(shí)，其下即為礦體。

[1]河南地質(zhì)礦產(chǎn)局.河南省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1989:306-308.

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