渝東方斗山水泥灰?guī)r礦地質(zhì)特征及成因淺析

付隆榮

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊，四川 成都 610000）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于新華夏系第三隆起帶和第三沉降帶之接合部位。亦即川鄂湘黔隆褶帶之北西緣和四川沉降褶帶之川東褶帶的萬縣弧形構(gòu)造，在齊耀山背斜西側(cè)斜接復(fù)合[1]。齊耀山脈北西屬四川盆地分區(qū)萬縣小區(qū)、通江小區(qū)，出露地層主要有上古生界二疊系(P)；中生界三疊系(T)、侏羅系(J)等一套海相—陸相地層，其中、下二疊—三疊統(tǒng)為濱海至淺海相碳酸鹽巖沉積發(fā)育區(qū)，石灰?guī)r、白云巖、隱伏石膏、巖鹽等礦產(chǎn)資源豐富，上三疊統(tǒng)至侏羅系為內(nèi)陸湖泊沼澤含煤碎屑巖建造—內(nèi)陸河湖相紅色碎屑巖建造，煤、鐵、砂巖、粘土巖及耐火粘土等礦產(chǎn)資源較多。區(qū)域構(gòu)造屬忠縣及石柱縣域的萬縣弧形構(gòu)造，由北北東向彎轉(zhuǎn)為近東西走向的馬頭場向斜、龍駒壩背斜、趕場向斜、方斗山背斜、忠縣向斜、涂井場背斜及萬縣向斜組成，褶皺形態(tài)為寬闊平緩的屜形向斜和梳狀高背斜相間排列，組成隔擋式構(gòu)造，主背斜西段北西翼緩、南東翼陡，東段亦北翼緩、南翼陡，反應(yīng)由北西往南東的地應(yīng)力的主動作用。茨竹埡正斷層發(fā)育方斗山背斜東段南東翼，楠木埡—大埡口逆斷層及茶店斜沖斷層發(fā)育方斗山背斜軸部，組成現(xiàn)今地貌地質(zhì)特征。該區(qū)未見巖漿活動及變質(zhì)作用。

方斗山水泥灰?guī)r含礦層位有三疊系大冶組(T1d)、嘉陵江組(T1j)、巴東組(T2b)[1]，各組按巖性組合分為四段。大冶組：一、四段以泥頁巖為主，夾泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r；二段由薄層含泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r夾少量頁巖組成，厚126～283m；三段由中厚層灰?guī)r夾鮞狀灰?guī)r組成，長70km，厚130～181m，礦石質(zhì)優(yōu)量大，是渝東境域最優(yōu)的水泥灰?guī)r礦源層。嘉陵江組：二、四段分別由厚層角礫狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖組成，含石膏、鹵水及天燃?xì)?；一、三段分別由薄—厚層灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r組成，長≥88km，總厚375m，雖灰?guī)r層規(guī)模大，但灰?guī)r中CaO、MgO含量變化較頻繁，K2O+Na2O含量高，低鈣高鎂及高堿夾石較多，符合一般工業(yè)要求的礦石資源量較小，仍屬渝東地區(qū)一般的水泥灰?guī)r礦源層。巴東組：二、四段分別由紫紅色泥頁巖夾同色石英粉砂巖及泥灰?guī)r組成，含石膏及銅砂巖；一、三段由薄—中厚層泥質(zhì)灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r及鈣質(zhì)頁巖組成，長82～89km，總厚114～465m，泥質(zhì)灰?guī)r中CaO含量偏低、MgO含量稍高，沿走向及厚度方向變化大，K2O+Na2O含量很高，礦量很小，為渝東忠縣、石柱縣境內(nèi)最次的水泥灰?guī)r礦源層。嘉陵江組和巴東組中水泥灰?guī)r礦源層質(zhì)量從一般至較差，本文僅介紹大冶組水泥灰?guī)r礦床。

2 典型礦床地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層有上二疊統(tǒng)長興組、下三疊統(tǒng)大冶組及嘉陵江組和第四系，由老至新敘述如下[2]。

(1) 長興組(P2c)：灰、深灰色厚層含燧石灰?guī)r，黑灰色燧石團塊平行層理分布，出露厚＞40m。

(2) 大冶組(T1d)：按巖性組合特征分四段。

第一段(T1d1)：黃灰—黃褐色鈣質(zhì)泥巖、頁巖為主，夾少量薄層泥質(zhì)灰?guī)r，厚35m，與下伏長興組地層呈假整合接觸。

第二段(T1d2)：黃灰、深灰色薄層含泥質(zhì)灰?guī)r為主，夾薄—中層微晶灰?guī)r及薄層泥質(zhì)灰?guī)r，厚67～73m，是礦體的底板圍巖。

第三段(T1d3)：是礦體的賦礦層位，分五層。①第一層(T1d3-1)：淺灰色中厚層微晶及粉晶灰?guī)r為主，夾薄層蠕蟲狀灰?guī)r，風(fēng)化面微帶淺黃色，為第一礦層，厚143.90～170.45m；②第二層(T1d3-2)：淺灰、灰白色中厚層鮞狀灰?guī)r，含少量生物碎屑，為第二礦層，厚10.86～15.50m；③第三層(T1d3-3)：淺灰、灰色中厚層微晶及細(xì)晶灰?guī)r為主，中下部夾少量鮞狀灰?guī)r，底、上部各夾一層厚0.8～1.1m的含白云質(zhì)灰?guī)r，為第三礦層，厚48.51～90.85m；④第四層(T1d3-4)：黃灰色薄層泥質(zhì)灰?guī)r，是三、五層間的低鈣夾層，厚1.20～6.70m；⑤第五層(T1d3-5)：淺灰、灰色中厚層微晶灰?guī)r，底有一層淺黃色含泥質(zhì)灰?guī)r，為第四礦層，厚35.95～45.40m。

第四段(T1d4)：紫紅色鈣質(zhì)泥巖為主，夾淺黃色薄層泥質(zhì)灰?guī)r，厚25.80～28.00m，是礦體的頂板圍巖。

(3) 嘉陵江組(T1j)：淺灰—灰色薄—厚層灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r及白云巖不等厚互層，厚＞492m，與下伏大冶組地層整合接觸。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于方斗山背斜北西翼，地層呈較陡傾單斜層狀產(chǎn)出，傾向305～315°，傾角55～65°，礦體內(nèi)節(jié)理裂隙較不發(fā)育，未見斷層，巖(礦)層厚度較穩(wěn)定，礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單。

礦區(qū)大冶組二、三段為可溶性碳酸鹽類地層，沿節(jié)理裂隙容易被水溶蝕，經(jīng)化學(xué)作用，輔以機械作用等形成千姿百態(tài)的巖溶地貌，形成以溶蝕—侵蝕類型為主的溶洞、蜂窩狀溶坑、溶溝、溶槽等。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

表1 水泥灰?guī)r各礦層特征及主要化學(xué)成分

從表1可見，各礦層的厚度變化均不大，屬穩(wěn)定型；各礦層有益組分CaO、有害成分MgO、K2O+Na2O、SO3、Cl-品位變化較小，屬均勻型。

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石類型及礦物成分

根據(jù)礦石的礦物成分及含量、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征，石灰?guī)r礦石自然類型可劃分為粉晶、微晶、細(xì)晶灰?guī)r和亮晶鮞狀灰?guī)r，統(tǒng)稱為中厚層石灰?guī)r，工業(yè)類型為水泥用石灰?guī)r礦石。

礦石為淺灰、黃灰、灰、灰白色，微晶結(jié)構(gòu)、粉晶結(jié)構(gòu)、細(xì)晶結(jié)構(gòu)、亮晶真鮞粒結(jié)構(gòu)，中厚層致密塊狀構(gòu)造。

礦石的礦物成分主要為方解石，粒徑≤0.25mm，含量98%～95%，礦石局部發(fā)育細(xì)小裂隙，其內(nèi)充填有微細(xì)粒方解石。

礦石脈石礦物主要為白云石，粒徑≤0.25mm，含量＜5%，鐵泥質(zhì)呈粒狀及片狀產(chǎn)出，含量＜3%。

3.2.2 礦石化學(xué)成分

礦石化學(xué)成分見表2，礦石質(zhì)量沿走向及傾向均很穩(wěn)定，為水泥用優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r礦石。

3.3 礦體圍巖及夾層特征

3.3.1 礦體圍巖

石灰?guī)r礦體呈層狀，絕大部分裸露地表。頂板圍巖為大冶組四段紫紅色泥頁巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r，與礦層易于區(qū)分；底板圍巖為大冶組二段地層與礦層呈漸變過渡關(guān)系，但以巖層組合特征可與礦層相區(qū)分。

表2 各類礦石化學(xué)成分分析結(jié)果(%)

3.3.2 夾層特征

根據(jù)圈礦工業(yè)指標(biāo)要求，經(jīng)工程揭露石灰?guī)r礦體中，有低鈣(CaO＜48%)和高鎂(MgO＞3%)及高堿(K2O+Na2O＞5%)的夾石體(層)7個，多為透鏡狀產(chǎn)出，個別為層狀或似層狀分布，各夾石體厚度及主要化學(xué)成分(見表3)，G1、G2可綜合利用，其余夾石體(層)較穩(wěn)定，作廢石剔除為宜。

表3 各類夾石體厚度及主要化學(xué)成分

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

本區(qū)中生代受萬州、咸豐、酉陽古坳陷的限制，遷就其形態(tài)，繼續(xù)發(fā)育北東向的隆起坳陷，早中三疊世沉積中心位于恩施、巴東一線，為碳酸鹽相建造，厚1 600m。從巖性層序關(guān)系分析，早三疊世分大冶期及嘉陵江期。大冶期早期所沉積的巖性為灰—黃灰—深灰色頁巖、有機質(zhì)頁巖、薄層泥質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r，說明當(dāng)時沉積環(huán)境為間斷性動蕩運動；大冶期中期由動蕩的濱海—淺海環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定的淺海相環(huán)境，并持續(xù)相對較長的一段時間，先沉積大冶組二段一套淺灰色薄層泥質(zhì)灰?guī)r、含泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r及少量頁巖后，連續(xù)沉積大冶組三段厚大的淺灰、灰色中厚層灰?guī)r；大冶期晚期沉積環(huán)境由穩(wěn)定再次轉(zhuǎn)變?yōu)楹导緞邮幁h(huán)境，形成大冶組四段紫紅色泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r及白云質(zhì)頁巖。早三疊世晚期，生成齊耀山、方斗山北東向水下隆起封閉，高地上水淺咸化，膏鹽富集。嘉陵江期沉積厚533～1 041m的淺?！獮a湖相含膏鹽碳酸鹽巖沉積建造。中三疊世巴東期沉積紫紅色碎屑巖夾膏鹽碳酸鹽巖，本區(qū)受印支運動影響，巴東期后轉(zhuǎn)換抬升為陸地，長期經(jīng)受風(fēng)化剝蝕，開始了嶄新的陸相沉積。從地層中賦存的生物碎屑來看，為瓣鰓類及菊石，也說明當(dāng)時沉積環(huán)境為淺海相，故本礦床屬淺海相化學(xué)—生物化學(xué)沉積礦床。

尋找下三疊統(tǒng)大冶組三段地層是勘查大冶組時期沉積的水泥灰?guī)r礦最有效途徑，方斗山地區(qū)該組三段地層是尋找水泥灰?guī)r的有利層位。在找礦過程中要注意層控性和巖性標(biāo)志。