內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗范家峁水泥用石灰?guī)r礦地質(zhì)特征及開(kāi)采技術(shù)條件

劉明君

(中國(guó)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 010010)

1 緒論

1.1 位置、交通

勘查區(qū)位于鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗魏家峁鄉(xiāng)境內(nèi)，北距呼和浩特市180km、準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)60km。礦區(qū)東緣、南緣緊鄰黃河，與山西省偏關(guān)縣隔河相望，面積14.57km2。

礦區(qū)北距魏家峁鄉(xiāng)政府7km，有簡(jiǎn)易公路相通，魏家峁鄉(xiāng)政府至薛家灣鎮(zhèn)為柏油路，途經(jīng)大飯鋪，大飯鋪向北為呼—大公路，直通呼包兩市。向西經(jīng)109國(guó)道與東勝市相連。向東有柏油路經(jīng)萬(wàn)家寨通往山西，交通較便利。

1.2 自然地理概況

礦區(qū)屬低山區(qū)，海拔標(biāo)高最高1 294m，最低910m，相對(duì)高差384m。山勢(shì)呈鋸齒狀近東西向延伸，北部大部分被第四系黃土覆蓋，南部多為近南北向深溝峽谷，多巖石出露，局部形成陡崖。溝谷深50～100m，溝內(nèi)基本常年無(wú)水，雨季因自然降水會(huì)形成小溪或山洪由北向南流入黃河。

本區(qū)為典型的大陸性氣候，冬季寒冷，夏季炎熱，降雨量少，蒸發(fā)量大，冬春兩季多風(fēng)沙。據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，冬季最低氣溫-2 1.5℃，最大凍土深度150cm，夏季最高氣溫38℃。蒸發(fā)量最大2 331.4mm，最小1 695.2mm。年平均無(wú)霜期149天。春季最大風(fēng)速23 m/s，風(fēng)向以西北風(fēng)為主。年平均降水量401.6mm，年最大降水量635.6mm，多集中在7～8月份。

2 地質(zhì)概況

2.1 地層

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系以及第三系、第四系?，F(xiàn)由老到新分述如下：

上寒武統(tǒng)鳳山組(∈3f )地層在萬(wàn)家寨一帶小面積出露，巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、礫狀灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r和鮞狀灰?guī)r等，厚度160m；奧陶系(O)主要出露于黃河兩岸及礦區(qū)東部，依據(jù)沉積時(shí)代及巖性，細(xì)分為下奧陶統(tǒng)冶里組(O1y)、亮甲山組(O1l)及中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)；上石炭統(tǒng)(C2)大范圍出露于礦區(qū)的中部及零星出露分布于礦區(qū)西部沖溝中，依據(jù)巖性組合特征劃分為本溪組(C2b)及太原組(C2t)；二疊系(P)出露于礦區(qū)南西角一帶，依據(jù)沉積時(shí)代及巖性特征劃分為下二疊統(tǒng)山西組(P1s)、下石盒子組(P1x)及上二疊統(tǒng)上石盒子組(P2s)；新近系上新統(tǒng)(N2)廣泛分布于礦區(qū)的南部及北部，巖性為紅色泥巖夾鈣質(zhì)結(jié)核層，厚度＞50m，不整合覆蓋于下伏地層之上；第四系全新統(tǒng)(Q4)主要分布在礦區(qū)中北部及西南部，依據(jù)巖性特征及成因類型細(xì)分為風(fēng)積(Qeol)4及現(xiàn)代河床沖洪積(Q4apl)層。

2.2 巖漿巖

區(qū)內(nèi)未見(jiàn)巖漿巖出露。

2.3 構(gòu)造

工作區(qū)位于華北地臺(tái)山西臺(tái)背斜與鄂爾多斯臺(tái)向斜東翼邊緣的連接地帶。地殼運(yùn)動(dòng)以升降運(yùn)動(dòng)為主，褶皺構(gòu)造輕微。地層為近似水平或緩傾斜的單斜巖層。局部形成撓曲，其次為斷裂構(gòu)造。火燒峁—蛇嘴子撓曲位于黃河西岸、榆樹(shù)灣北，軸向北東東，長(zhǎng)7km，巖層整體傾向南東，傾角由平緩向70°變化復(fù)又轉(zhuǎn)為平緩。轉(zhuǎn)折端最大傾角70°。歐犁嘴逆斷層位于黃河?xùn)|岸紫金山北，呈北東東向延伸。斷層產(chǎn)狀：傾向340°，傾角82°。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦層特征

礦區(qū)礦層為中奧陶統(tǒng)馬家溝組第四巖段(O2m4)，巖性為花斑狀灰?guī)r。受撓曲構(gòu)造及風(fēng)化剝蝕作用的影響，礦體自然形成相對(duì)獨(dú)立的四個(gè)礦段(見(jiàn)下圖)。各礦段分述如下：

礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

對(duì)子梁礦段：該礦段位于礦區(qū)西部，撓曲構(gòu)造核部以北。礦段礦體東西控制650m，南北出露950～1 200m。北部被第四系覆蓋，東、西及南部受自然剝蝕礦層缺失，因而形成一相對(duì)獨(dú)立、產(chǎn)狀平緩的礦段。該礦段含礦層厚度一般為30～40m，最大厚度50.46m。夾石厚度最大18m，最小6m，夾石率平均36.11%。礦體形態(tài)為近于水平產(chǎn)出的層狀礦體，總體產(chǎn)狀傾向295～335°，傾角2～6°，局部產(chǎn)狀有所變化。

黃草峁礦段：該礦段位于礦區(qū)南西，撓曲構(gòu)造核部以南。礦體東西長(zhǎng)＞3km，控制長(zhǎng)約1 400m，出露寬度70～250m。含礦層厚度一般40～70m，最大厚度78.7m。夾石厚度最大18.95m，最小4m，夾石率平均25.38%。形態(tài)為傾斜產(chǎn)出的層狀礦體，產(chǎn)狀傾向165～176°，傾角30～65°。

頭坪礦段：該礦段位于礦區(qū)東南，礦段東部、南部緊臨黃河，位于撓曲構(gòu)造核部以南，礦體由傾斜轉(zhuǎn)向平緩。該礦段礦體東西長(zhǎng)1 300m，控制長(zhǎng)度650m，南北寬最大660m。北部礦層被完全剝蝕，東部、南部被黃河隔斷。西部受剝蝕地勢(shì)變低并被第四系覆蓋。礦體形態(tài)為層狀。產(chǎn)狀：礦段北部?jī)A向171～195°，傾角32～63°；礦段南部?jī)A向204～227°，傾角4～16°。該礦段含礦層厚度一般40～60m，最大厚度70.86m，夾石厚度最大10.90m，最小2.15m，夾石率平均12.28%。

范家峁礦段：該礦段位于礦區(qū)北西，撓曲構(gòu)造核部以北，礦體受自然剝蝕控制，多沿山梁上部分布。形狀為不規(guī)則長(zhǎng)條狀，礦體南北長(zhǎng)最大1 300m，東西寬1 000m，含礦層厚度一般為35～45m，最大厚度57.32m，夾石厚度最大10.11m，最小4.30m，夾石率平均14.97%。產(chǎn)狀傾向295～315°，傾角4～8°，局部產(chǎn)狀有所變化。

3.2 礦石自然類型

四個(gè)礦段礦石自然類型主要為花斑狀灰?guī)r，底部有2～4m的厚層狀灰?guī)r。厚層狀灰?guī)r為紫灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分由微晶方解石和少量生物碎屑組成，含少量白云石。

花斑狀灰?guī)r：顏色為淺紫灰色，微晶—隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分由方解石、白云石礫屑及介屑等組成。方解石以隱晶質(zhì)為主，粒徑＜0.01mm，含量70%～90%；白云石礫屑為圓、橢圓狀，粒徑0.1～2mm，含量10%～15%；介屑雜亂分布，為彎曲狀介殼單瓣，由微晶方解石填隙，含量＜5%。

3.3 礦石質(zhì)量

根據(jù)2010年出版的《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》[1]及2003年出版的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]中水泥用石灰?guī)r一般工業(yè)指標(biāo)要求，四個(gè)礦段礦石質(zhì)量見(jiàn)下表。

四個(gè)礦段礦石質(zhì)量(%)

從各礦段礦體取樣分析結(jié)果看，本礦區(qū)礦石總體表現(xiàn)為鎂高、氯離子高。其中氯離子含量超出一般工業(yè)指標(biāo)要求，建議利用時(shí)生產(chǎn)工藝應(yīng)避免采用預(yù)熱器窯和預(yù)分解窯。其他有益有害組分含量均能滿足一般工業(yè)指標(biāo)要求。

3.4 礦體圍巖及夾石

頂部圍巖：對(duì)子梁礦段、頭坪礦段和范家峁礦段頂部圍巖均為礦石品位未達(dá)到礦體圈定指標(biāo)的花斑狀白云質(zhì)灰?guī)r?；ò郀畎自瀑|(zhì)灰?guī)r呈灰—灰黃色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為微晶方解石及白云石。經(jīng)取樣分析近礦體3～5m內(nèi)CaO含量36.24%～50.46%，MgO含量3.84%～13.94%。黃草峁礦段頂部圍巖少部分為礦石品位未達(dá)到礦體圈定指標(biāo)的花斑狀白云質(zhì)灰?guī)r，大部分為石炭系太原組砂、頁(yè)巖及第四系覆蓋。

底板圍巖：各礦段礦體底板圍巖主要為薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r。薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r白黃色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀、塊狀構(gòu)造，巖石裂隙發(fā)育；角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r呈灰黃或灰綠色，角礫結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，易風(fēng)化破碎。經(jīng)取樣分析近礦體1～2m內(nèi)CaO含量40.00%～46.44%，MgO含量4.41%～9.14%。

夾石(層)：各礦段礦體內(nèi)的夾石為白云巖角礫(花斑)含量增變，化學(xué)成分MgO含量超標(biāo)而圈定的夾層，野外觀測(cè)多為不連續(xù)夾層。夾層顏色呈灰—灰黃色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，風(fēng)化面粗糙，花斑發(fā)育。經(jīng)取樣分析夾石CaO含量40.77%～50.54%，MgO含量3.73%～11.40%。夾層與礦層無(wú)明顯界限，呈漸變關(guān)系，一些夾層與礦層肉眼難以區(qū)別。

4 礦床成因

本區(qū)奧陶紀(jì)時(shí)期一直處于淺海相環(huán)境，沉積了一套厚度較大的淺海相地層，中奧陶世以后，地殼上升，接受風(fēng)化剝蝕，直到上石炭世地殼下降，接受新的海陸交互相的沉積，形成了中奧陶統(tǒng)馬家溝組與上石炭統(tǒng)本溪組的不整合接觸。石炭世晚期則沉積了一套海陸交互相含煤地層。從巖性關(guān)系分析，中奧陶統(tǒng)地層巖性為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r及厚層狀灰?guī)r。說(shuō)明當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境由動(dòng)蕩的淺海相環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定的淺海相環(huán)境，并保持了較長(zhǎng)一段時(shí)間，中奧陶世末該區(qū)海退回升為陸地，并接受了較長(zhǎng)時(shí)期的風(fēng)化剝蝕，形成了中奧陶統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r與石炭系砂巖、頁(yè)巖、含煤地層的不整合接觸關(guān)系。因此，本區(qū)當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境應(yīng)為淺海相，該石灰?guī)r礦床屬淺海相沉積礦床。

5 礦區(qū)開(kāi)采技術(shù)條件

5.1 礦區(qū)水文地質(zhì)

礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為1 200m，礦體最低開(kāi)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)及附近無(wú)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(lái)源極為貧乏。

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(duì)露天開(kāi)采沒(méi)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允水水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床，即第一類[3]。

5.2 礦區(qū)工程地質(zhì)條件

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

5.3 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

根據(jù)GB18306-2015圖A1《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》[4]得知，本地區(qū)動(dòng)峰值加速度0.1g，對(duì)照裂度為Ⅶ。本區(qū)屬地震活動(dòng)較為強(qiáng)烈的地區(qū)，即為強(qiáng)震預(yù)測(cè)區(qū)。因此，應(yīng)做好地震預(yù)防工作，對(duì)未來(lái)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(kāi)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(kāi)采時(shí)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。

5.4 礦區(qū)開(kāi)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。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(kāi)采技術(shù)條件類型劃分為：開(kāi)采技術(shù)條件中等的以環(huán)境地質(zhì)問(wèn)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(cè)[M].北京：地質(zhì)出版社，2010.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.DZT0213-2002 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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[3]國(guó)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.

[4]中國(guó)地震局.GB18306-2015 中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖[S].北京：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.