暖泉溝礦區(qū)熔劑用白云巖礦地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件

孫澤晨

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 01010）

暖泉溝礦區(qū)熔劑用白云巖礦地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件

孫澤晨

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 01010）

本文綜述了暖泉溝礦區(qū)熔劑用白云巖礦的賦存層位、礦體形態(tài)、產(chǎn)狀及規(guī)模、礦石物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、自然類型等特征，并簡述了礦床成因，指出找礦標(biāo)志。

熔劑用白云巖；地質(zhì)特征；礦床成因；暖泉溝

礦區(qū)位于清水河縣政府所在地城關(guān)鎮(zhèn)南(直線)23.5km，行政區(qū)劃隸屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)清水河縣北堡鄉(xiāng)管轄。礦床規(guī)模大，礦石品位為Ⅰ級品，質(zhì)量良好。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

本區(qū)主要分布于黃河以東。主要由寒武系、奧陶系地層組成，西北有新近系地層出露，局部可見石炭系地層零星分布，所有地層圍繞著古老基底由東南向西北呈弧形產(chǎn)出，向南至南西緩傾，傾角近于水平，一般不大于5°，少數(shù)在10°左右。為緩傾斜巖層，微具波狀起伏。地層出露由老至新，自北而南，由東向西呈疊瓦式分布，或沿溝谷呈環(huán)帶狀分布。本區(qū)構(gòu)造變動主要表現(xiàn)為升降運(yùn)動及斷裂活動，褶皺構(gòu)造輕微。區(qū)內(nèi)斷裂較為發(fā)育，按其走向劃分，以北東向和北西向斷裂為主，近東西向、北北西向及北北東向斷裂較少。

本區(qū)古生代地層區(qū)劃屬華北地層大區(qū)(Ⅴ)、晉冀魯豫地層區(qū)(Ⅴ4)、東勝地層小區(qū)4-1；中、新生代地層區(qū)劃屬山西地層區(qū)(4)、涼城地層分區(qū)(41)。圖幅內(nèi)出露地層由老至新有：古生界上、中、下寒武統(tǒng)，中下奧陶統(tǒng)，上石炭統(tǒng)，上、下二疊統(tǒng)；新生界新近系上新統(tǒng)，第四系上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。

區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，主要分布于清水河縣附近及其以東地區(qū)，為太古代侵入巖，巖性有蘇長巖、中粗粒似斑狀黑云斜長花崗巖、鉀長花崗巖等。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層有上寒武統(tǒng)炒米店組(∈3c)，上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3-O1s)，中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)，第四系上更新統(tǒng)(Qh)(見圖1)?，F(xiàn)由老至新分述如下：

礦區(qū)地質(zhì)簡圖

上寒武統(tǒng)炒米店組(∈3c)：該層基巖出露較少，僅在礦區(qū)西側(cè)兩條沖溝中見到，本次施工的鉆孔下部均見到該層。產(chǎn)狀近水平，總體西部略有抬升，北東低，呈舒緩波狀，傾角一般在1～5°。巖性主要為青灰色中厚層條帶狀灰?guī)r，其次為紫紅色竹葉狀灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和微晶灰?guī)r。該組與下伏中寒武統(tǒng)張夏組(∈2z)地層呈整合接觸。

上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3-O1s)：該層為本次工作的含礦層位。出露于勘查區(qū)西側(cè)及東側(cè)溝谷地帶，受風(fēng)化剝蝕作用影響保存厚度不等，工程揭露最小厚度(ZK804)34.08m，最大厚度(ZK016)229.62m，平均厚度141.41m。產(chǎn)狀近于水平，傾角1～5°，總體傾向南東。巖性主要為細(xì)晶白云巖，局部夾有灰質(zhì)白云巖、礫狀白云巖及灰褐—灰綠色頁巖透鏡體。該組地層與下伏上寒武統(tǒng)炒米店組(∈3c)呈整合接觸。

中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)：該層基巖出露主要在礦區(qū)南側(cè)山頂及鉆孔ZK016附近，本次施工只在鉆孔ZK016中見到該層，控制厚度為25.69m，其余部分全被風(fēng)化剝蝕。受局部褶皺構(gòu)造影響，該組地層產(chǎn)狀變化較大，巖層傾向90～110°，傾角4～13°。巖性主要為泥晶灰?guī)r，其次為結(jié)晶灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r。該組與下伏上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3-O1s)呈整合接觸。

第四系上更新統(tǒng)(Qh)：廣泛分布于勘查區(qū)東側(cè)及山梁頂部及沖溝的陰坡地帶，巖性為黃土夾少量鈣質(zhì)結(jié)核。顏色為土黃—淺黃色，由粘土礦物和粉細(xì)砂組成，局部夾有白云巖及灰?guī)r碎塊，粘土具有可塑性，柱狀節(jié)理發(fā)育。該層黃土受沉積時古地形限制及沉積后的剝蝕，厚度不等，礦區(qū)西側(cè)黃土厚度較小，東側(cè)厚度較大，最大厚度可達(dá)110m左右。工程控制最大厚度(ZK024)82.42m。不整合于下伏各老地層之上。

2.2 構(gòu)造

勘查區(qū)構(gòu)造簡單，未發(fā)現(xiàn)明顯的褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，地(礦)層近水平產(chǎn)出，局部略有起伏，但起伏幅度一般都不大?？傮w來看，傾向?yàn)?0～110°，傾角除馬家溝組灰?guī)r變化較大在4～13°，其他地層傾角一般＜5°。

2.3 巖漿巖

勘查區(qū)內(nèi)地表及深部均未發(fā)現(xiàn)后期侵入巖體與巖脈。從1∶20萬區(qū)域資料分析，本地區(qū)寒武系及以后各時代地層內(nèi)也未發(fā)現(xiàn)后期侵入的巖體與脈巖。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體形態(tài)、特征及規(guī)模

礦體賦存于上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3-O1s)地層中，通過本次勘查工作，圈定符合熔劑用白云巖礦兩層，由下至上編為KC1礦層和KC2礦層，兩個礦層間距17.08～36.04m，平均23.47m。KC1礦層礦體穩(wěn)定，呈東西向分布。KC2礦層受沖溝的切割沖刷，礦體平面形態(tài)呈不規(guī)則狀。

KC1礦層位于上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3-O1s)下部，巖性為細(xì)晶白云巖，含少量灰質(zhì)白云巖和頁巖透鏡體。工程控制礦體東、西方向最大5 101m，南、北方向最大800m，工程控制礦體厚度最大36.32m，最小7.76m，平均26.92m，厚度變化系數(shù)25.69%，屬厚度變化穩(wěn)定的礦層。

KC2礦層位于上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3-O1s)上部，巖性為細(xì)晶白云巖，含少量灰質(zhì)白云巖和粒狀白云巖、頁巖透鏡體。礦體形態(tài)不規(guī)則。工程控制礦體厚度最大68.68m，最小5.10m(剝蝕殘存厚度)，平均32.27m。該礦層因風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，溝谷地帶礦體變薄，厚度變化系數(shù)66.84%，屬厚度變化不穩(wěn)定的礦層。

3.2 礦石特征

兩個礦層礦石均為細(xì)晶白云巖，微晶—細(xì)晶結(jié)構(gòu)，塊狀(層狀)構(gòu)造。根據(jù)巖石鏡下觀察結(jié)果，礦石主要礦物成分為白云石90%～95%，次為方解石＜5%，泥質(zhì)＜5%。白云石多呈菱面體，顆粒較均勻，粒徑0.06～0.08mm，顆粒邊緣具鐵泥質(zhì)邊，無色，具閃突起，高級白干涉色；方解石呈塵點(diǎn)狀、粒狀，粒徑0.06～0.08mm，分布于白云石中和空隙間。兩個礦層的化學(xué)成分變化見下表。

KC1、KC2礦層化學(xué)成分變化統(tǒng)計(jì)

3.3 礦石類型及品級

礦石自然類型主要為細(xì)晶白云巖。根據(jù)《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》[1]及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》[2]中熔劑用白云巖一般工業(yè)指標(biāo)要求，KC2和KC1礦層礦石質(zhì)量均符合熔劑用白云巖工業(yè)要求。

4 礦區(qū)開采技術(shù)條件

4.1 礦區(qū)水文地質(zhì)

礦區(qū)位于區(qū)域水文地質(zhì)分區(qū)的補(bǔ)給徑流區(qū)，其最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為1 200m(位于礦區(qū)西側(cè)溝谷地帶)，礦體最低開采標(biāo)高為1 230m，地下水位埋深標(biāo)高在1 200m以下，礦體全部位于最低侵蝕基準(zhǔn)面之上。礦區(qū)及其附近無常年性地表水體，地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，屬于半干旱大陸性氣候，降水少，蒸發(fā)量大，加之地形有利于降水的自然排泄，因此，地下水補(bǔ)給來源極為貧乏。

礦區(qū)內(nèi)地形有利于自然排泄，在采坑四周有利地段設(shè)置排水溝，即可減少進(jìn)入采坑的水量，又可保證進(jìn)入采坑的水自然排出。另外，礦體上部多覆蓋有松散黃土，孔隙裂隙發(fā)育，雨季賦存孔隙裂隙水可沿底板順層流入采坑，局部可能形成小范圍的滑動，因此，在雨季要做好防范工作，防止地表水及黃土孔隙裂隙水進(jìn)入采坑。

礦區(qū)內(nèi)含水層充水介質(zhì)以裂隙為主，富水性弱。礦體位于侵蝕基準(zhǔn)面及地下水位以上，地下水對露天開采沒有影響，地形有利于自然排泄。水文地質(zhì)勘查類型為巖溶溶蝕裂隙充水水文地質(zhì)條件簡單的礦床，即第一類[3]。

4.2 礦區(qū)工程地質(zhì)條件

該礦區(qū)適宜于露天開采，其主要的工程地質(zhì)問題是露天采場邊坡的穩(wěn)定性問題。邊坡穩(wěn)定性與組成邊坡的巖性、產(chǎn)狀及結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、組合關(guān)系、發(fā)育程度等密切相關(guān)，礦區(qū)出露的主要巖層為白云巖，按其風(fēng)化程度、節(jié)理發(fā)育程度對巖層綜合分析，確定圍巖不同坡高的允許坡高。

露天開采過程中，隨采坑邊坡高度的增加或遇到軟弱層及破碎強(qiáng)烈?guī)r，應(yīng)根據(jù)具體情況及時采取措施，削減坡度或進(jìn)行階梯式開采，以減小臨空面，保證邊坡的穩(wěn)定性和安全生產(chǎn)。本礦區(qū)黃土覆蓋層擬采用剝離方式開采，礦層由于節(jié)理發(fā)育，擬45°邊坡角進(jìn)行開采，且總體坡高較小情況下，一般不會出現(xiàn)工程地質(zhì)問題，但在開采過程中應(yīng)加強(qiáng)對邊坡的觀察，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行處理，以保證礦層開采的安全。

礦區(qū)地形地貌條件簡單，地形有利于自然排泄，地層巖性單一，地質(zhì)構(gòu)造簡單，巖溶、裂隙不發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)以塊狀、厚層狀為主，巖石強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，不易發(fā)生工程地質(zhì)問題，為工程地質(zhì)條件簡單型礦床，即第三～四類，第1型。

4.3 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

根據(jù)GB18306-2015圖A1《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》[4]得知，本地區(qū)動峰值加速度0.1g，對照裂度為Ⅶ。從近期地震資料可見，1976年4月4日，在距本區(qū)約70km的和林格爾縣新店子，曾發(fā)生過6.3級地震，波及到清水河縣一帶，地震裂度為6度。由此可見，本區(qū)屬地震活動較為強(qiáng)烈的地區(qū)，即為強(qiáng)震預(yù)測區(qū)。因此，應(yīng)做好地震預(yù)防工作，對未來擬建工程建筑以7度設(shè)防。

礦區(qū)附近有局部污染源，地下水水質(zhì)較好。礦體、圍巖及夾層產(chǎn)狀近于水平，開采不易引發(fā)地面塌陷、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。礦石主要化學(xué)成分為CaO、MgO，其他成分含量微弱，化學(xué)成分穩(wěn)定，開采時不易產(chǎn)生有害物質(zhì)。礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中等，屬于第二類。

4.4 礦區(qū)開采技術(shù)條件類型

綜合礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件分析。礦體底板標(biāo)高位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面及地下水位以上，地形有利于自然排泄，水文地質(zhì)條件簡單；礦體為上寒武統(tǒng)炒米店組第三巖性段第一亞段青灰色中厚層泥晶灰?guī)r，局部出露地表，大部分被第四系黃土覆蓋，底板為上寒武統(tǒng)炒米店組第二巖段紫紅色竹葉狀灰?guī)r夾紫紅色泥巖。礦體巖石單軸自然抗壓強(qiáng)度92.7MPa，平均RQD值82.62%，屬較堅(jiān)硬巖類。巖體結(jié)構(gòu)類型以中—厚層狀結(jié)構(gòu)為主，工程地質(zhì)條件較好。Ⅲ級以下結(jié)構(gòu)面發(fā)育，露采邊坡與主要結(jié)構(gòu)面呈外斜，邊坡較穩(wěn)定；礦區(qū)內(nèi)地形切割強(qiáng)烈，溝谷縱橫，礦層覆蓋層較厚，開采時產(chǎn)生大量的廢渣及剝離體，如果堆放不合理遇強(qiáng)降雨時易發(fā)生泥石流、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。礦山生產(chǎn)過程中可形成新的環(huán)境污染，就礦床開采技術(shù)條件而言，礦床環(huán)境地質(zhì)問題比較突出，而水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件比較簡單。遵循水文、工程、環(huán)境地質(zhì)相統(tǒng)一，重點(diǎn)突出的原則，將礦床開采技術(shù)條件類型劃分為：開采技術(shù)條件中等的以環(huán)境地質(zhì)問題為主的礦床，即Ⅱ-3型。

5 礦床成因及找礦標(biāo)志

5.1 礦床成因

從本區(qū)地層的巖性及接觸關(guān)系分析，本區(qū)從早寒武世后到中奧陶世一直處于海洋環(huán)境，沉積了中寒武統(tǒng)至中奧陶統(tǒng)的一套以碳酸鹽巖為主的地層。中晚寒武世，海面時有升降，海水階段動蕩，沉積了中寒武統(tǒng)至上寒武統(tǒng)的一套鮞狀灰?guī)r、薄層灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、微晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r等。從地層中的化石來看，生物群主要是節(jié)肢動物三葉蟲，其次為腕足類，頭足類及藻類。三葉蟲的特點(diǎn)是多節(jié)多刺，也說明當(dāng)時本區(qū)環(huán)境是動蕩的淺海環(huán)境。早奧陶世起，本區(qū)海面緩慢下降，環(huán)境相對比較穩(wěn)定，沉積了下奧陶統(tǒng)至中奧陶統(tǒng)的一套細(xì)粒結(jié)構(gòu)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r及石灰?guī)r，所含化石為淺海相頭足類。中奧陶世后期，海水全面退出，地殼上升為陸地，并接受長期風(fēng)化剝蝕，一直到早石炭世后。故本礦床屬淺海相內(nèi)源沉積礦床，是在海面升降相對比較穩(wěn)定的一段時間內(nèi)形成的淺海相沉積礦床。

5.2 找礦標(biāo)志

本礦區(qū)白云巖礦屬化學(xué)和生物化學(xué)分解作用的產(chǎn)物，故礦產(chǎn)的形成嚴(yán)格受地殼的升降運(yùn)動及沉積環(huán)境的控制，上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3-O1s)地層為今后的找礦標(biāo)志。

6 結(jié)論

在收集研究前人地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，通過野外實(shí)地勘查，大致查明本區(qū)白云巖礦體呈似層狀賦存于上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3-O1s)地層中，礦體產(chǎn)狀與圍巖一致，嚴(yán)格受地層層位及巖相古地理的控制。大致查明了礦區(qū)地層、構(gòu)造、礦體賦存層位及其地質(zhì)特征。大致掌握了礦體的形態(tài)、厚度變化及空間位置及礦石的物質(zhì)組分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造，有益、有害組分及含量。大致查明了礦層中夾層的規(guī)模、性質(zhì)和分布規(guī)律。綜合分析礦區(qū)的開采技術(shù)條件，屬中等以環(huán)境地質(zhì)問題為主的礦床，即Ⅱ-3型。

[1]邵厥年，陶維屏.礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊[M].北京：地質(zhì)出版社，2010.

[2]中華人民共和國國土資源部.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[S].北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[3]國家技術(shù)監(jiān)督局.GB12719-91 礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB18306-2015 中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖[S].北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

TD873.4

A

1007-9386(2017)04-0022-04

2017-01-04