淮北地區(qū)中寒武世徐莊期至晚寒武世崮山期南北沉積環(huán)境差異探討

劉運(yùn)標(biāo)

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325地質(zhì)隊(duì)， 安徽淮北 235037）

0 引言

淮北地區(qū)中上寒武統(tǒng)分布大量海相沉積灰?guī)r，但在中寒武世徐莊期至晚寒武世崮山期，南北距離相差30公里的同時(shí)期巖石中Ca、Mg含量差異較大，南部形成富鎂碳酸鹽巖，部分巖層形成冶金用白云巖礦，MgO含量在20%左右，CaO含量只有31%左右；而同層巖性，北部卻形成了富鈣少鎂碳酸鹽巖，部分巖層形成水泥用灰?guī)r礦，MgO含量小于4%，CaO含量在53%左右。如此短的距離內(nèi)Ca、Mg含量差異如此之大，反映出本區(qū)中上寒武世具有特殊的沉積環(huán)境，本文對此作初步探討。

1 地理位置及代表礦區(qū)概況

淮北地區(qū)中上寒武統(tǒng)灰?guī)r在燕山運(yùn)動(dòng)之后形成了出露地表的現(xiàn)狀。主要分布在符離集斷層以北，宿州市埇橋區(qū)北部、蕭縣和淮北市北部范圍內(nèi)。該層位地層形成了眾多的有經(jīng)濟(jì)意義的灰?guī)r礦區(qū)，現(xiàn)南部以宿州打鼓山白云巖礦區(qū)、北部以淮北市滂汪山水泥灰?guī)r礦區(qū)為例（兩地相距30km，見圖1），對本區(qū)南北寒武系中上統(tǒng)灰?guī)r礦層進(jìn)行概述。

圖1 交通位置圖Fig.1 Location map of the study area

淮北市滂汪山水泥灰?guī)r礦床位于淮北市北4.5km處滂汪山上。1983年8月原安徽省地礦局三二五地質(zhì)隊(duì)在該區(qū)開展水泥灰?guī)r勘查工作，提交了《安徽省淮北地區(qū)滂汪山水泥灰?guī)r礦床詳細(xì)普查地質(zhì)報(bào)告》。通過詳查，水泥灰?guī)r礦分布在寒武系徐莊組上部、張夏組和崮山組下部，探明儲量C+D級3228.9×104t，為淮北礦務(wù)局水泥廠源料礦山基地。

宿州市打鼓山白云巖礦床位于宿州市符離集北5.5km處，1992年10月原安徽省地礦局三二五地質(zhì)隊(duì)在此開展白云巖礦勘查工作，提交了《安徽省宿縣打鼓山白云巖礦床詳查地質(zhì)報(bào)告》，礦層主要分布于張夏組上部，崮山組上部及長山組頂部。

上述二地質(zhì)報(bào)告對礦床成礦機(jī)理研究不足，因此本文嘗試對該礦床巖性特征進(jìn)行研究，從而對本區(qū)中寒武世徐莊期至晚寒武世崮山期成巖機(jī)理作些探討。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

2.1 地層

淮北地區(qū)地層劃分屬華北地層區(qū)，淮河地層分區(qū)的淮北地層小區(qū)范疇，為標(biāo)準(zhǔn)的北相地層，出露地層有中、下奧陶系，寒武系和少量震旦系，其余為第四系覆蓋。奧陶、寒武紀(jì)地層主要分布在區(qū)內(nèi)皇藏峪背斜和蕭縣背斜，少量震旦紀(jì)地層分布在皇藏峪背斜東部。現(xiàn)將主要的寒武、奧陶紀(jì)地層巖性敘述如下：

2.1.1 寒武系

下寒武統(tǒng)（∈1）：下部含海綠石灰?guī)r，肝紫色頁巖，中部中厚層豹皮狀灰?guī)r，上部中薄層灰?guī)r，泥質(zhì)灰?guī)r，紫色頁巖與砂質(zhì)頁巖互層。厚度大于200m。

中寒武統(tǒng)（∈2）：下部中厚層至厚層灰?guī)r，含白云質(zhì)灰?guī)r，瘤狀灰?guī)r，中部中薄至厚層狀鮞粒含白云質(zhì)灰?guī)r，豹皮狀含白云質(zhì)灰?guī)r，上部厚層狀鮞粒含白云質(zhì)灰?guī)r，厚約400m左右。

中寒武統(tǒng)（∈3）：中薄到中厚層豹皮狀、條帶狀灰?guī)r夾竹葉狀灰?guī)r，頂部為中厚層含泥質(zhì)灰質(zhì)白云巖，厚度250m左右。

2.1.2 奧陶系

下奧陶統(tǒng)（O1）：下部中薄層至中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r；中部中薄至厚層灰質(zhì)白云巖，上部為中厚到厚層灰?guī)r、斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r，厚度400m左右。

中奧陶統(tǒng)（O2）：中厚層含泥質(zhì)白云巖夾薄層灰?guī)r，厚度40m左右。

2.2 構(gòu)造

本區(qū)主要構(gòu)造線方向?yàn)楸睎|向，由西向東分布有蔣河向斜、蕭縣背斜、閘河復(fù)向斜、皇藏峪復(fù)式背斜；主要斷層有青龍山斷層、楊莊地塹一、二號斷層、宿北斷層。打鼓山白云巖礦區(qū)位于皇藏峪復(fù)式北斜南部，滂汪山水泥灰?guī)r礦區(qū)位于蕭縣背斜南部。

2.3 巖漿巖

本區(qū)巖漿巖主要為燕山期侵入的中酸性巖體，分布在南部的三鋪復(fù)式隱伏財(cái)體，中部的丁里巖體（微?；◢弾r）及東部的磨山巖（花崗閃長巖）等。其中三鋪巖體是本區(qū)鐵銅礦床主要的礦源層。

3 中寒武世徐莊期至晚寒武世崮山期巖層地質(zhì)特征

本區(qū)中寒武世徐莊期至晚寒武世崮山期海相地層普遍發(fā)育，但南北巖性有所區(qū)別，現(xiàn)以上述兩礦區(qū)地層進(jìn)行對比說明。

徐莊組（∈2x）：南部打鼓山白云巖礦區(qū)： 中部為紫紅色薄層狀長石石英砂巖、砂質(zhì)頁巖；上部為淺灰、灰色中厚-厚層鮞粒狀含白云質(zhì)灰?guī)r。北部滂汪山礦區(qū)：中部灰-青灰色含白云質(zhì)生物碎屑灰?guī)r；上部灰色鮞狀灰?guī)r。對比可知，南部長英質(zhì)成份較多，巖層相對較薄，說明此時(shí)沉積環(huán)境南部比北部稍高。由下表可以看出，南部地層MgO含量普遍比北部高，CaO含量相反(表1)。

表1 徐莊組中上部MgO、CaO含量對照表Table 1Comparison of MgO and CaO content in the midupper Xuzhuang Formation

張夏組（∈2z）；南部礦區(qū)：中下部為淺灰色厚層狀鮞狀含白云質(zhì)灰?guī)r、斑紋狀含白云質(zhì)灰?guī)r，上部為灰黑色、灰褐紅色厚層狀、塊狀鮞狀白云巖、細(xì)粒白云巖、鮞狀灰質(zhì)白云巖。白云巖礦賦存于本組上部。北部礦區(qū)：下部灰紅色中薄層斑紋狀鮞?；?guī)r；中部灰-灰紅色中厚層鮞狀類斑狀灰?guī)r（斑紋為白云質(zhì)灰?guī)r），上部灰色中-厚層斑紋狀灰?guī)r。該層為主要的水泥灰?guī)r層位。對比可知，該層南部以白云巖為主，白云質(zhì)灰?guī)r次之，含Mg較高。北部以灰?guī)r為主，白云質(zhì)灰?guī)r次之，含Ca（詳見表2）南北巖性差異較大。

表2 張夏組MgO、CaO含量對照表Table 2 Comparison of MgO and CaO content in the Zhangxia Formation

晚寒武系崮山組（∈3g）：南部礦區(qū)：下部為灰色厚層狀泥晶鮞狀灰質(zhì)白云巖、鮞狀白云質(zhì)灰?guī)r，中部為灰黃色條帶狀含白云質(zhì)灰?guī)r；上部為褐紅色厚層狀亮晶鮞狀白云巖，細(xì)粒白云巖。白云巖賦于本組上部。北部礦區(qū)：下部灰-灰紅色中厚層狀鮞狀灰?guī)r夾白云質(zhì)鮞狀灰?guī)r；中部灰黃色灰?guī)r夾含白云質(zhì)灰?guī)r；上部灰色中厚層鮞狀灰?guī)r，灰色-灰黃色薄層灰?guī)r、含白云質(zhì)灰?guī)r。水泥灰?guī)r分布于該層的鮞狀灰?guī)r及薄層灰?guī)r中。對比可知，南部以灰質(zhì)白云巖、白云巖為主，含Mg較高。北部以灰?guī)r為主，白云質(zhì)灰?guī)r次之，含Ca較高，含Mg較低。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本組Mg、Ca含量南北差異詳見表3。

表3 崮山組MgO、CaO含量對照表Table 3 Comparison of MgO and CaO content in the Gushan Formation

4 成巖差異機(jī)理分析

由前述巖性特性分析可知，淮北地區(qū)中寒武世徐莊期到晚寒武世崮山期形成的地層巖性有很大差異，同期地層，南部含Mg較高，形成富Mg碳酸鹽巖，部分地層形成白云巖礦；而北部地層含Ca較高，含Mg少，形成富Ca、低Mg碳酸鹽巖，一些地層可作為水泥用灰?guī)r礦。形成此現(xiàn)象與成巖時(shí)古地理沉積環(huán)境有較大關(guān)系，對此進(jìn)行詳細(xì)探討。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景資料，在中元古代末發(fā)生的鳳陽構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后，華北和北淮陽地區(qū)隆起成陸，經(jīng)較長期的相對穩(wěn)定和剝蝕后，在青白口紀(jì)海水入侵，形成黃淮海。

早寒武世晚期（相當(dāng)于猴家山組上部至饅頭組的沉積時(shí)期）,黃淮海的海水加深,流通條件明顯變好,為開闊臺地相沉積所替代,但泥質(zhì)成分稍高,時(shí)含海綠石。巖石的顏色以灰、紫紅色為主,代表還原至氧化環(huán)境，本區(qū)出現(xiàn)的饅頭組紫色頁巖為突出代表。泥巖的經(jīng)常出現(xiàn),表明黃淮海的間歇性升降運(yùn)動(dòng)較為頻繁,有時(shí)可能露出水面。

中寒武世（相當(dāng)毛莊組至張夏組的沉積時(shí)期）至晚寒武世早期,也就是本文所說的打鼓山白云巖礦床的沉積時(shí)期,這一時(shí)期黃淮海除了間歇性升降運(yùn)動(dòng)較為頻繁、水動(dòng)力稍有增強(qiáng)外,其沉積環(huán)境與早寒武世晚期基本相似,但此時(shí)蚌埠一帶雖未隆起，但相對位置還是比較高，即從宿州北打鼓山一帶往南相對地勢比較高，海水較北部淺。此時(shí)整個(gè)海域形成鮞粒狀灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r，只是打鼓山礦區(qū)以南海域時(shí)有蒸發(fā)，水體鹽度較大，形成富鎂碳酸鹽巖，部分形成白云巖礦，如打鼓山白云巖礦、黃山白云巖礦等。二礦區(qū)白云巖礦主要賦存于夏組上部和崮山組上部，其余多為白云質(zhì)灰?guī)r。打鼓山礦區(qū)往北，海水慢慢加深，形成灰色灰?guī)r，部分達(dá)到水泥灰?guī)r（如滂汪山水泥灰礦），氣候干燥時(shí)，形成白云質(zhì)灰。所以在淮北地區(qū)北部徐莊組、張夏組及崮山組均有水泥灰?guī)r礦，CaO含量較高，但MgO含量不穩(wěn)定，常在3%上下波動(dòng)，此現(xiàn)象與當(dāng)時(shí)古氣候干旱時(shí)成巖有關(guān)，所以礦層也不穩(wěn)定。另外,本時(shí)段也形成豹皮狀、條帶狀白云質(zhì)灰?guī)r,是持續(xù)高能的潮下帶的產(chǎn)物,其中角礫都呈扁長形,扁平面平行層理,圓度及分選性較好,長短徑大多分別為1～10cm及0.5～3cm,邊緣圓滑,酷象竹葉,常稱為竹葉狀灰?guī)r(圖2)。

圖2 晚寒武世淮河臺坳剖面Fig. 2 Platform downwarp section of Huaihe River, Late Cambrian

晚寒武世早期（相當(dāng)崮山組上部的沉積時(shí)期）,在蚌埠一帶又成為隆起區(qū),起著障壁島的作用。海水北暢南滯,造成淮南與淮北的沉積環(huán)境有明顯差異?；幢钡貐^(qū)的沉積環(huán)境仍與早時(shí)相似,為開闊臺地相沉積;而淮南、霍邱一帶則為局限臺地相或局限蒸發(fā)臺地相沉積,形成厚、中厚層白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r?；幢钡貐^(qū)雖然為開闊臺地相沉積，但靠近隆起區(qū)為臺地潮緣區(qū)，若在潮間帶，氣候干旱炎熱，水體鹽度大（4.5%～5%），堿性環(huán)境時(shí)，鎂含量就會增高，可形成富鎂碳酸鹽巖，甚至形成白云巖礦。打鼓山白云巖礦上部崮山組白云巖就是在該位置該種環(huán)境下形成的礦區(qū)。而往北遠(yuǎn)離隆起區(qū)的稍深的海域，如滂汪山礦區(qū)，為正常的開闊臺地相沉積環(huán)境，形成正常的含鈣較高含鎂較少的灰?guī)r，部分巖層形成了水泥灰?guī)r礦。

5 結(jié)論

中寒武世徐莊組期至晚寒武世早期，黃淮海間歇性升降運(yùn)動(dòng)較為頻繁、水動(dòng)力稍有增加，打鼓山白云巖礦區(qū)距離蚌埠一帶未隆起區(qū)較近，相對位置較高，該區(qū)以南海域時(shí)有蒸發(fā)，水體鹽度較大，形成富鎂碳酸鹽巖，部分形成白云巖礦，即打鼓山白云巖礦。打鼓山礦區(qū)往北，海水慢慢加深，形成灰色灰?guī)r，部分達(dá)到水泥灰?guī)r，如滂汪山水泥灰礦。晚寒武世早期崮山期,在蚌埠一帶復(fù)又成為隆起區(qū),淮北地區(qū)為開闊臺地相沉，但靠近隆起區(qū)為臺地潮緣區(qū)，潮間帶，氣候干旱炎熱，水體鹽度大（4.5%～5%），堿性環(huán)境時(shí)，鎂含量就會增高，可形成富鎂碳酸鹽巖，甚至形成白云巖，如打鼓山白云巖礦。而往北遠(yuǎn)離隆起區(qū)的稍深的海區(qū)，為正常的開闊臺地相沉積環(huán)境，形成正常的含鈣較高含鎂較少的灰?guī)r，部分巖層形成了水泥灰?guī)r礦，如滂汪山水泥灰?guī)r礦。

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