鄒城市后山莊熔劑用灰?guī)r礦礦床地質(zhì)特征及層序地層劃分

尹玉靜，董 辰

(1.中化地質(zhì)礦山總局 山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013;2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250014)

熔劑用灰?guī)r是重要的黑色冶金原料，其作用是將鐵礦石中的脈石和燃料中的灰份以及其他有害雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為爐渣排除，以利于提取有用的鐵金屬。隨著山東省鋼鐵工業(yè)的飛速發(fā)展，市場對熔劑用灰?guī)r的需求量不斷增長［1，2］。本文立足于鄒城后山莊熔劑用灰?guī)r礦礦床地質(zhì)特征，分析沉積相、沉積環(huán)境以及礦床成因，為今后找礦提供方向。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)位于華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(qū)(Ⅱ)、魯西南潛隆起(Ⅲ)、菏澤－兗州潛斷隆(Ⅳ)、兗州潛凸起(Ⅴ)的東南部。

1.1 地層

礦區(qū)地層屬魯西地層分區(qū)，自下而上出露地層為寒武紀(jì)長清群饅頭組、九龍群張夏組、崮山組，另在四周低洼處，有第四紀(jì)山前組分布。區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，斷層規(guī)模較小，對礦體的連續(xù)性影響不大，區(qū)內(nèi)未見巖漿巖出露。

礦區(qū)地層自西而東分布在樊山、長山、鳳凰山三個近南北向的獨(dú)立山體上(圖1)。其中饅頭組出露位于山體底部，張夏組出露好，位于山體中部，崮山組主要見于樊山頂部，分布不全(為礦層頂板)。

區(qū)內(nèi)張夏組出露較為完整，是本區(qū)石灰?guī)r礦層的主要賦存層位，地層傾角平緩，傾角6°～9°。出露厚度＞160 m，按其巖性組合特征，自下而上分為兩個巖性段，即下灰?guī)r段)和上灰?guī)r段，上灰?guī)r段還可分為五個組合層

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)見有兩條北西向斷層，均為張扭性斷層，分布于長山礦段上、下灰?guī)r段中，呈北西走向，傾向50°，傾角85°。F1 斷層為一正斷層，出露長500 m，穿切張夏組下灰?guī)r段地層，兩端被第四系覆蓋;F2 斷層為一逆斷層，出露長達(dá)1 400 m，北西端被第四系覆蓋，南東端穿切饅頭組被第四系覆蓋。斷裂面粗糙，發(fā)育角礫巖，對石灰?guī)r礦體破壞作用不大。

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育兩組節(jié)理，以北西向?yàn)橹?，次為北東向，二者經(jīng)常伴生呈X 出現(xiàn)。一組走向315°，多傾向北東，傾角85°以上;一組走向20°～50°，近直立，延伸長度10 ～30 m，寬度小于0.5 m，節(jié)理面呈鋸齒狀，常發(fā)育巖溶。局部被方解石脈充填。為張性節(jié)理。長山北面礦層，沿節(jié)理發(fā)育成方格狀。

2 礦床特征

2.1 礦體特征

石灰?guī)r礦賦存于張夏組上、下灰?guī)r段中，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，傾向280°～340°，平均320°左右，傾角5°～12°，沿傾向最大延伸1 400 m(樊山礦段)，沿走向最大延長1 600 m(后山礦段)。自西向東由樊山、長山、后山莊三個獨(dú)立產(chǎn)出的山體組成，并依此劃為三個礦段。在長山礦段石灰?guī)r礦層走向上連續(xù)性差，剖面間不連續(xù)不能連接，因此，將礦床劃為1 個礦層;在后山莊礦段礦床分3 個礦層，自下而上編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中Ⅰ、Ⅱ?yàn)橹饕V層，占后山莊礦段估算資源量的77.8%;在樊山礦段礦床分5 個礦層，自下而上編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，其中Ⅲ、Ⅴ為主要礦層，占樊山礦段估算資源量的56.8%。礦體分布及礦體特征詳見表1。

表1 石灰?guī)r礦礦體特征

礦體厚度變化程度:三個礦段的礦體均屬于穩(wěn)定礦體，厚度變化系數(shù)不大。

礦層頂板為崮山組的黃綠色頁巖、竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r，厚度大于20 m，出露于樊山山頂部位。底板為饅頭組的紫紅色、黃綠色砂質(zhì)頁巖夾薄層灰?guī)r，由于最低可采標(biāo)高為+80 m，所以出露較少。礦層與圍巖呈突變關(guān)系，平行整合接觸，界線清楚。

礦層中局部見夾石，是灰?guī)r中含SiO2較高造成。

2.2 礦石特征

2.2.1 礦石類型

后山莊石灰?guī)r礦主要可分為兩種自然類型:

1)鮞?；?guī)r。鮞粒灰?guī)r是本區(qū)主要礦石類型之一，風(fēng)化面為灰、灰黃、肉紅、褐灰色，新鮮面為深灰色、灰色。鮞粒結(jié)構(gòu)，致密塊狀，厚層—巨厚層構(gòu)造，局部條帶狀構(gòu)造，礦石中的結(jié)構(gòu)組份主要為鮞粒和膠結(jié)物組成。鮞粒含量在55%～70%，粒徑從0.1 ～1.2 mm 不等，具放射狀同心環(huán)狀，鮞粒核心多由方解石集合體組成，主要為生物碎屑層及灰?guī)r碎塊，偶見有以石英、砂層或海綠石為核心的鮞粒。鮞粒表面有時附有一層鐵質(zhì)和泥質(zhì)物呈現(xiàn)肉紅色，集中呈條帶狀產(chǎn)出。鮞?；?guī)r成份比較穩(wěn)定，在石灰?guī)r礦層中CaO 含量多在48.08%～54.59%變動，MgO 多在0.55%～2.99%變動，SiO2、Al2O3、Fe2O3含量均低。鮞?；?guī)r是礦區(qū)的主要礦石類型，主要賦存于張夏組，在中也有部分產(chǎn)出。該類型約占礦石總資源量的43%。

2)藻灰?guī)r。包括藻丘、藻塊灰?guī)r，淺灰，少量灰黃色，新鮮面呈灰、深灰、灰黃色。生物屑結(jié)構(gòu)、球粒結(jié)構(gòu)，塊狀，多為厚層、巨厚層構(gòu)造，少量豹皮狀藻灰?guī)r為中薄層、中厚層，豹皮狀構(gòu)造。生物屑結(jié)構(gòu)，一般為三葉蟲及藻類組成，生物屑多被泥晶方解石集合體取代，在礦石中含量一般在30%左右，該類礦石多賦存于張夏組和中。在石灰?guī)r礦層中CaO 含量多在48.18%～54.73%變動，MgO 含量多在0.46%～3.0%變動。SiO2、Al2O3、Fe2O3及S、P、燒失量比鮞?；?guī)r類型略高。該類型也是礦區(qū)的主要礦石類型，占礦石總資源量的57%左右。

2.2.2 礦石品位

石灰?guī)r礦石中有益組份主要為CaO，它是石灰?guī)r的主要化學(xué)成分，含量沿礦體走向、傾向變化幅度不大，基本穩(wěn)定，多在48.08%～54.73%。

3 沉積相及層序地層劃分

3.1 沉積相

滄浪鋪期末，華北地臺整體緩慢沉降，海水漫侵，形成中朝海。在這個海盆內(nèi)，從早寒武世龍王廟期至晚寒武世鳳山期，代表一個大的完整的海相旋回［2］。

早寒武世龍王廟期、毛莊期、徐莊期，代表大海進(jìn)旋回，以陸源組分為主的沉積建造，為濱海相瀉湖潮坪帶和潮間帶沉積，沒有形成石灰?guī)r工業(yè)礦床。為含礦層位的底板。

至中寒武世張夏期，代表整個沉積旋回的最大海進(jìn)期的頂峰，以內(nèi)源組分為主的厚層為穩(wěn)定的鮞?；?guī)r－薄層豹皮灰?guī)r－厚層藻灰?guī)r沉積，厚度93 ～267 m，代表了比較穩(wěn)定的潮下高能環(huán)境。此期的沉積巖系－張夏組，是區(qū)內(nèi)一個主要的石灰?guī)r礦含礦層位。

至晚寒武世，海盆總的趨勢開始上升，出現(xiàn)了大海退旋回，形成了崮山組的竹葉狀灰?guī)r，即含礦層位的頂板。

3.2 層序地層劃分

據(jù)梅冥相［3］研究，盡管在不同的剖面點(diǎn)，組成層序的巖相及沉積相單元存在差異，構(gòu)成層序的成因單元－凝縮段(CS)及高水位體系域(HST)的厚度也不盡相同，但是由各層序代表的沉積環(huán)境的時間變化過程是同步的，而厚度及巖相、沉積相單元的類型等存在空間差異，這是在沉積環(huán)境存在時間動態(tài)變化的同時，還受到空間古地理背景控制的結(jié)果。因此，研究礦區(qū)的沉積相和層序地層對今后找礦有一定的指導(dǎo)作用［4－6］。

根據(jù)后山莊賦礦層位張夏組的巖性組合及礦層單層厚度、化石豐度等，本文將該區(qū)張夏組劃分為2個正層序，分別為Sq1 和Sq2。2 個層序體系域均為二元結(jié)構(gòu)，由海侵體系域(TST)和高水位體系域(HST)組成，這是由于該區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，地勢平坦，既沒有大規(guī)模的河流下切，也不具有發(fā)育重力流造成水下侵蝕的條件，因此往往缺乏典型的低水位體系域(LST)沉積。

Sq2 可見明顯的暴露標(biāo)志，以一層厚5 ～15 cm 不等的水垢狀鈣結(jié)殼為特征，由及組成，巖性組合也是亮晶鮞粒灰?guī)r—豹皮狀灰?guī)r—藻塊、藻丘灰?guī)r，單層厚度也是由厚層、巨厚層—薄層—厚、巨厚層，產(chǎn)Crepicephalina sp.、Doryhyge sp.等三葉蟲化石。Sq2 的TST 由砂質(zhì)頁巖、薄層微晶灰?guī)r和鮞?；?guī)r構(gòu)成向上變深的退積副層序組。HST 則由薄層灰?guī)r和藻丘灰?guī)r構(gòu)成明顯向上變淺的進(jìn)積副層序組(如圖2)。

4 礦床成因

本礦區(qū)石灰?guī)r礦為臺地邊緣灘，礁相混合沉積礦床。從礦石類型、礦層厚度及沉積層序的分析是在比較穩(wěn)定的潮下高能環(huán)境中沉積形成。

在高能環(huán)境中，過飽和海水中的碳酸鈣圍繞呈懸浮狀態(tài)的泥質(zhì)礦物或先晶出的方解石小質(zhì)點(diǎn)，沉淀出泥晶方解石，并繼續(xù)在海水能量的作用下翻滾懸浮，繼續(xù)有泥晶方解石在其上結(jié)晶沉淀，形成鮞粒。當(dāng)鮞粒直徑達(dá)到一定大小(一般達(dá)到1.5 ～2 mm)，在張夏組達(dá)到0.8 ～1 mm，其重量足以克服海水的機(jī)械能量時便在海底沉積下來，鮞粒之間則沉積了泥晶方解石。在鮞粒堆積壓實(shí)、固結(jié)成巖的過程中，鮞粒之間保存下來的含鎂鹵水進(jìn)入破裂變形鮞?；蛞蚱渌蚰嗑馓滓巡煌暾孽b粒內(nèi)，交代了組成鮞粒的泥晶方解石，而成為白云石晶體。

由于交代只限于在粒間水與泥晶方解石之間進(jìn)行，無外來物質(zhì)的參與，粒間水咸度不大，故未形成大規(guī)模的白云巖化現(xiàn)象。

在海水能量相對減弱的時期，海水不可能使較大的顆粒處于懸浮狀態(tài)。這時，泥質(zhì)礦物互相吸附凝聚，形成鈣泥質(zhì)團(tuán)塊，經(jīng)過成巖作用，形成藻灰?guī)r，由于當(dāng)時有大量的三葉蟲、疊層石、藻類繁殖生長，因此，礦石中含大量生物碎屑。

在潮下高能環(huán)境中，海水能量在不同時期有規(guī)律的相對增高或降低，造成了數(shù)個鮞?；?guī)r—薄層豹皮灰?guī)r—厚層藻灰?guī)r的沉積旋回。

5 找礦標(biāo)志

5.1 野外地貌標(biāo)志

石灰?guī)r礦賦礦層位為九龍群張夏組上、下灰?guī)r段，礦石多由鮞?；?guī)r、藻灰?guī)r、豹皮灰?guī)r組成，且出露地表，形成陡崖、聳立突起的山體地貌，野外易于識別辨認(rèn)找尋。

5.2 巖層層序標(biāo)志

華北地區(qū)下寒武統(tǒng)具有明顯的“兩灰兩紅”沉積，賦礦層位底板饅頭組分布廣泛，以紫紅色頁巖、粉砂巖為主;頂板崮山組底部發(fā)育凝縮段，沉積竹葉狀灰?guī)r，都較易識別。

［1］ 孔慶友，張?zhí)斓?，于雪峰，?山東礦床［M］.濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

［2］ 劉振.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)志［M］.濟(jì)南:山東人民出版社，1993.

［3］ 梅冥相，馬永生.華北北部晚寒武世層序地層及海平面變化研究－兼論與北美晚寒武世海平面變化的對比［J］.地層學(xué)雜志，2001(3):201－206.

［4］ 史曉穎，陳建強(qiáng)，梅仕龍.華北地臺東部寒武系層序地層年代格架［J］.地學(xué)前緣，1997(Z2):161－173.

［5］ 祝有海，馬麗芳.華北地區(qū)下寒武統(tǒng)的劃分對比及其沉積演化［J］.地質(zhì)論評，2008(6):731－740.