內(nèi)蒙古哈北山地區(qū)水泥用石灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件

劉明君

（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 010010）

呼倫貝爾市東靠黑龍江省，西鄰蒙古共和國，北與俄羅斯接壤，目前已經(jīng)成為我國北方國際貿(mào)易的重要窗口。隨著我國世貿(mào)交易飛速發(fā)展，呼倫貝爾市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)得到了蓬勃發(fā)展，城鄉(xiāng)及能源基地建設(shè)規(guī)?？涨?，特別是在海拉爾區(qū)周邊的國家重點(diǎn)項(xiàng)目的建設(shè)和展開，對水泥的需求量將急劇增加。此外水泥產(chǎn)品出口俄羅斯為當(dāng)?shù)厮嗍袌鎏峁┝烁鼮閺V闊的空間。哈北山水泥用石灰?guī)r礦床的發(fā)現(xiàn)，將提高當(dāng)?shù)厮喙I(yè)的技術(shù)水平，有利于調(diào)整全區(qū)的水泥工業(yè)布局。并改善內(nèi)蒙古東部區(qū)的水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步促進(jìn)該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)。因此，本石灰石礦山的開采與開發(fā)具有非常大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會效益。

1 哈北山地區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

哈北山地區(qū)位于新華夏系第三巨型沉降帶華北段與蒙古弧型構(gòu)造東段南緣的交匯處。在海拉爾東西向構(gòu)造帶和蒙古弧型構(gòu)造謝爾塔拉—新峰山復(fù)式背斜的復(fù)合部位。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有上古生界泥盆組火山沉積巖系、中生界火山巖系及新生界古近系—新近系、第四系地層(見圖1)。

1.1.1 上古生界

上泥盆統(tǒng)大民山組(D3d)位于哈北山西南部日當(dāng)山西側(cè)及謝爾塔拉牧場—分場周圍，零星出露。主要由酸性凝灰?guī)r、火山碎屑巖組成。該組地層被上石炭統(tǒng)謝爾塔拉組地層不整合覆蓋。

下石炭統(tǒng)莫爾根河組(C1m)地層共分三段。①下段為砂礫巖段(C1m1)：只在日當(dāng)山西側(cè)及天月山、哈北山西側(cè)有小面積出露，主要由礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖及鈣質(zhì)粉砂巖組成，此巖段厚度＞66m；②中段為生物碎屑灰?guī)r段(C1m2)：在日當(dāng)山、天月山一帶均有出露，其上部以生物碎屑灰?guī)r為主，下部泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂巖呈互層狀產(chǎn)出，該巖段最大厚度250m；③上段為粉砂巖、粘土巖段(C1m3)：此段分布廣，主要以粉砂巖、粘土巖為主，其間夾有石灰?guī)r透鏡體或夾層，該巖段厚度＞210m。

1.1.2 中生界上侏羅統(tǒng)(J3)

該組地層分布于哈北山東部、東南部及西北部。分為兩個(gè)組四個(gè)巖段，下部為塔木蘭溝組，上部為滿克頭鄂博組。

圖1 哈北山區(qū)域地質(zhì)簡圖

(1) 塔木蘭溝組(J3tm)安山巖段出露于礦區(qū)東南部。由安山巖、石英安山巖、角礫狀安山巖等組成。此段厚度288m。

(2) 滿克頭鄂博組(J3mk)。

一巖段酸性熔巖(J3mk1)。該段地層零星出露于東部地勢較高部位，由灰—灰白—淺綠色流紋巖、灰白色流紋質(zhì)凝灰熔巖等組成。

二巖段酸性凝灰?guī)r(J3mk2)。該巖段主要由流紋質(zhì)凝灰?guī)r、角礫狀凝灰熔巖等組成。雖厚度不大，但分布較廣泛。該巖段厚度57m。

三巖段凝灰質(zhì)砂頁巖(J3mk3)。于南東、東北及西北角均有零星出露。主要有灰白—淺紫灰色凝灰質(zhì)砂巖、夾薄層凝灰質(zhì)砂巖、火山角礫巖等組成。該巖段厚度335m。

1.1.3 新生界

新近系上新統(tǒng)五叉溝組(N2wc)。該組地層分布在北部東大溝一帶，為一固結(jié)成巖作用較差的內(nèi)陸湖泊相沉積。主要為灰黑色泥巖，巖石固結(jié)性差，含有較多的炭屑、植物化石碎片及孢子花粉等化石。該組地層不整合覆蓋在上侏羅統(tǒng)吉祥峰組地層之上，沉積厚度50～150m。

第四系(Q)。本區(qū)第四系發(fā)育齊全、遍布全區(qū)，且厚度較大。自下而上有下更新統(tǒng)的白土山組(Q1b)紅色粘土堆積；中更新統(tǒng)綽納河組(Q2c2)，下部湖泊相及古河床相堆積；上更新統(tǒng)海拉爾組(Q3ha2)；全新統(tǒng)河漫灘相沖積物(Q4)。厚度一般30～60m，最厚達(dá)122.15m。

1.2 巖漿巖

海西活動(dòng)使本區(qū)古老巖層發(fā)生了褶皺與斷裂，巖漿沿著斷裂及褶皺軸上侵，形成了以斜長花崗巖及斜長花崗斑巖為主的小規(guī)模酸性侵入體。巖體多呈巖株及巖枝狀分布于日當(dāng)山、哈北山及紅胡子溝等地，最大出露面積2.5km2。

燕山早期侵入巖以酸性為主，次為中性、中基性。多為淺成或超淺成相，呈巖株、巖脈等形態(tài)產(chǎn)出。

1.3 構(gòu)造

區(qū)域性緯向構(gòu)造表現(xiàn)為壓性—壓扭性斷裂，蒙古弧型構(gòu)造表現(xiàn)為一系列北東向褶皺和斷裂。新華夏系是在蒙古弧型構(gòu)造體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它控制了區(qū)內(nèi)大面積的侏羅系火山及次火山巖的形成和分布。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 含礦地層特征

下石炭統(tǒng)莫爾根河組為一套淺海相及海陸交互相沉積地層。劃分為下、中、上三段，下段為砂礫巖段(C1m1)、中段為生物碎屑灰?guī)r段(C1m2)、上段為粉砂巖、泥巖段(C1m3)。石灰?guī)r賦存于莫爾根河組中段(C1m2)，巖性為生物碎屑灰?guī)r。

下石炭統(tǒng)莫爾根河組中段(C1m2)分布于礦區(qū)中部，根據(jù)巖性及其組合特征將其分為泥灰?guī)r鈣質(zhì)砂巖、生物碎屑灰?guī)r兩個(gè)亞段，其巖性特征為：

(1) 鈣質(zhì)砂巖(C1m2-1)：巖石呈灰綠色，細(xì)—粉砂結(jié)構(gòu)，塊狀及層狀構(gòu)造。碎屑主要由石英砂及少量巖屑組成。砂屑多呈次棱角狀，分選性好，粒度0.2～1.0mm。膠結(jié)物由方解石及少量次生綠泥石、綠簾石組成，粒度0.05～0.3mm，充填在碎屑間隙中。

(2) 生物碎屑灰?guī)r亞段(C1m2-2)：該亞段巖石組成較單一，主要為生物碎屑灰?guī)r，內(nèi)夾砂質(zhì)細(xì)微晶灰?guī)r薄層。分布在礦區(qū)中部，呈近南北向分布。該層是主要的含礦層位。

生物碎屑灰?guī)r呈深灰—灰白色，生物碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀及厚層狀構(gòu)造。巖石主要由生物碎屑、膠結(jié)物及少量陸源碎屑組成。生物碎屑含量一般為15%～75%，個(gè)別可達(dá)90%。生物碎屑均為鈣質(zhì)充填，雜亂分布，粒徑多在0.3～2.5mm，個(gè)別達(dá)3.5mm。膠結(jié)物以隱晶及微晶方解石為主，粒徑0.01mm以下，含量15%～40%，其含量與生物碎屑互為消長關(guān)系。陸源碎屑以石英粉砂、泥質(zhì)及少量巖屑組成。含量＜5%，該段最大厚度＞150m，平均厚度40.63m。

泥巖、含生物碎屑粉砂巖，巖石呈淺黃—淺綠色，粉砂結(jié)構(gòu)、塊狀及層狀構(gòu)造。主要礦物由石英粉砂組成，并含有少量長石顆粒。該層為海陸交互相的過渡部位，巖石結(jié)構(gòu)相變頻繁，表現(xiàn)為粉砂巖與泥巖互層狀產(chǎn)出。

2.2 礦體特征

石灰?guī)r礦床賦存于下石炭統(tǒng)莫爾根河組中段地層中，該層在礦區(qū)分布比較集中，呈近南西—北東向延伸，地表形態(tài)為“S”形。最大延伸長度約2.8km，出露寬度400～700m，含礦層南西端與日當(dāng)山礦體相連，北東端延出區(qū)外。礦體長900m，寬220～600m，由于礦體受風(fēng)化剝蝕程度的不同，各工程所控制的礦體厚度也各不相等，最大69.35m，最小13.27m，平均厚度40.63m，厚度變化系數(shù)43%。礦體為緩傾斜的背斜形態(tài)，背斜軸呈南西—北東向分布，北西翼傾角7～8°，傾向北西；南東翼傾角2～7°、傾向南東。局部受侵入巖的擠壓，產(chǎn)狀變陡。

2.3 礦石質(zhì)量

根據(jù)《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》[1]及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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]中熔水泥用石灰?guī)r一般工業(yè)指標(biāo)要求，礦體主要有益有害組合品位變化系數(shù)(%)：礦區(qū)CaO平均為49.77、MgO為0.85， fSiO2為3.55。選擇礦區(qū)中部的勘查線各單工程平均品位后再計(jì)算出礦體沿傾斜方向品位變化系數(shù)(%)：CaO為0.24、MgO為0.39、fSiO2為0.85。選擇縱剖面上各單工程平均品位后再計(jì)算出礦體沿走向品位變化系數(shù)(%)：CaO為0.20、MgO為0.28、fSiO2為0.50。從以上計(jì)算結(jié)果來看，按工業(yè)指標(biāo)圈定的礦體范圍內(nèi)的主要有益有害元素的含量較穩(wěn)定(見圖2)。

圖2 品位變化曲線

2.4 圍巖及夾石

礦體圍巖主要是其頂部的大面積覆蓋層，其直接頂板巖性為紫紅色粘土及亞砂土。在礦體西側(cè)則有面積很小且厚度很薄的泥巖及粉砂巖。亞砂土及粘土物質(zhì)質(zhì)地疏松或雖然致密，但僅為半固結(jié)狀，便于徹底剝離。泥巖及粉砂巖因近地表，風(fēng)化程度較高，巖石強(qiáng)度減弱，同樣便于剝離。經(jīng)采樣化驗(yàn)，粘土中的有害組合均在水泥原料允許范圍內(nèi)。開采時(shí)局部混入對礦石質(zhì)量不會產(chǎn)生大的影響。

礦體內(nèi)的夾層比較單一，主要為含砂質(zhì)生物碎屑灰?guī)r，其次為少量的砂巖透鏡體。

2.5 礦石加工技術(shù)性能

經(jīng)過對生料做易燒性試驗(yàn)，采用石灰石、硅石(或硅砂)、粉煤灰和鐵礦粉配料，用當(dāng)?shù)乩歼_(dá)林煤作為熟料燒成燃料，熟料率值較適宜且便于調(diào)整、熟料堿含量低。根據(jù)熟料中fCaO測定及熟料巖相鑒定，熟料晶形規(guī)則，礦物結(jié)構(gòu)較好，煅燒正常，生料易燒性屬“中等”。產(chǎn)品為普通325#、425#硅酸鹽水泥及復(fù)合325#水泥、其質(zhì)量均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 礦床成因

該區(qū)泥盆紀(jì)晚期，火山活動(dòng)頻繁，沉積了一套火山沉積巖，地殼開始上升，接受風(fēng)化剝蝕作用，直到早石炭紀(jì)早期，地殼開始下降，剝蝕夷平作用結(jié)束，該區(qū)開始接受沉積。到早石炭紀(jì)中期，地殼仍在下降，陸地被海水淹沒，大量海生動(dòng)植物開始繁衍生息，在相對穩(wěn)定的環(huán)境下，該地沉積了一套厚度較大的淺海相生物化學(xué)沉積地層。到晚石炭紀(jì)晚期，海退開始，形成海陸交互相沉積環(huán)境。

4 礦區(qū)開采技術(shù)條件

根據(jù)GB18306-2015附錄《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》圖A1[3]得知，礦區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05、對照烈度為6度。

礦區(qū)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)工作按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB12719-1991《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》[4]要求，隨地質(zhì)勘探工作同時(shí)進(jìn)行。對全部深孔進(jìn)行了簡易水文觀測。通過本次勘查，基本查明該礦區(qū)主采層位于侵蝕基準(zhǔn)面以上，勘查類型屬Ⅱ類2型(Ⅱ-2)，即水文、工程與環(huán)境地質(zhì)條件簡單?？梢詾榈V床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)及礦山建設(shè)可行性研究和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。