吉林省長春市羊圈頂子外圍水泥用灰?guī)r礦地質(zhì)特征及成因淺析

梁雪健，劉天恒，劉軼松，邰文超，楊孝杰

（中化地質(zhì)礦山總局吉林地質(zhì)勘查院，吉林 長春 130000）

吉林省長春市羊圈頂子外圍石灰石礦床成因?qū)贉\海相化學(xué)沉積礦床，磨盤山組中部層位，灰?guī)r厚度大，質(zhì)量好，是吉林省主要水泥用灰?guī)r產(chǎn)出層位。行政區(qū)劃為吉林省長春市雙陽區(qū)山河街道管轄。該礦床為羊圈頂子水泥用石巖礦床的東部延伸，西部緊臨羊圈頂子水泥用石灰?guī)r礦開采區(qū)。長（春）—煙（筒山）鐵路線從礦區(qū)東側(cè)附近通過，自有鐵路專用線與之相連，S102省道從礦東部通過，有水泥路與之相連，交通十分方便[1]。

1 礦區(qū)地質(zhì)

1.1 地層

礦區(qū)出露的地層主要為中石炭系磨盤山組（C2m）和第四系全新統(tǒng)（Q4）。

1.1.1 石炭系磨盤山組（C2m）

本區(qū)石炭系磨盤山組為一套穩(wěn)定的淺海相中—巨厚層碳酸鹽巖。礦區(qū)出露的地層為石炭系磨盤山組中段（C2m2）的中厚層灰?guī)r、硅質(zhì)條帶灰?guī)r段。區(qū)內(nèi)地層可細(xì)分為兩個不同的巖性段。

（1）中厚層泥晶—微晶灰?guī)r(C2m2-2)：灰白色，淺灰色和深灰色，也叫純質(zhì)灰?guī)r，主要分布在勘查區(qū)的中部的大部分地區(qū)，是本區(qū)的主要礦體組成部分，并且與羊圈頂子采區(qū)及大山勘查區(qū)同屬一個礦體?？傮w延伸較長，呈中厚層—巨厚層狀產(chǎn)出，除巨厚層外層理均較清楚。巖石呈塊狀構(gòu)造，斷口為不完全的貝殼狀和參差狀，后期白色方解石細(xì)脈在灰?guī)r中較為發(fā)育，呈格狀充填裂隙中。局部可見深灰色、淺豬肝色硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r條帶（或團(tuán)塊）、灰綠色鈣質(zhì)粉砂巖夾層，主要以夾石的形式分布在礦區(qū)的中部。

（2）中厚層泥晶-微晶灰?guī)r與（含）硅質(zhì)泥晶灰?guī)r互層（C2m2-1）：主要分布在該礦區(qū)的南部邊緣地區(qū)并延伸到羊圈頂子開采區(qū)南部邊緣?？傮w延長1500余米，厚約90m～130m。極少量的綠色泥質(zhì)板巖透鏡體夾于此層中，夾層厚0.2m～0.5m，延長不大。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于區(qū)域山河推覆構(gòu)造的鋒帶部分，西北溝—前淌泉子倒轉(zhuǎn)背斜的南東倒轉(zhuǎn)翼，推覆體在移動過程中使巖層受力變形，產(chǎn)生褶皺，斷裂，但有規(guī)模的大斷裂構(gòu)造未延伸至本區(qū)。區(qū)內(nèi)僅見小的褶皺、撓曲、斷裂。巖層在走向和傾向上均呈不同程度彎曲，總體上傾向彎曲程度大于走向。

礦區(qū)為一復(fù)式向斜：總體由一個較大的向斜及一個小背斜組成。核部為硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r。向斜南北兩冀均為泥晶灰?guī)r、含硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r夾硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r。南冀產(chǎn)狀：傾向呈北北東向，傾角40°～60°；北冀產(chǎn)狀為：傾向南西，傾角40°～60°。兩冀巖層傾角接近，基本對稱。向斜北翼的小背斜，其北翼產(chǎn)狀稍緩，傾角30°～50°。見圖1。

圖1 長春市羊圈頂子石灰石礦外圍水泥用灰?guī)r礦綜合地質(zhì)簡圖

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

礦體賦存于中石炭系磨盤山組中段（C2m2），呈中厚層—巨厚層狀，東南-北西向展布，由泥晶—微晶灰?guī)r及含硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r組成。礦體中有硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r夾層，為沿裂隙硅化形成的夾石層。受區(qū)域推覆及倒轉(zhuǎn)背斜的影響，區(qū)內(nèi)發(fā)育了背斜～向斜的一系列連續(xù)的、舒緩的次級褶皺。次級褶皺軸向基本與礦體走向一致。礦體總體南翼傾角陡（40°～60°），北翼緩（30°～50°），礦層對應(yīng)較好，礦體沿走向雖有起伏，但變化不大。

2.2 礦石結(jié)構(gòu)，構(gòu)造及礦物成分

礦石分為泥晶—微晶灰?guī)r及含硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r。兩種礦石均為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，微粒結(jié)構(gòu)，結(jié)晶好者為細(xì)粒結(jié)構(gòu)；兩種礦石均為中厚層—巨厚層狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。局部礦石由于后期裂隙的發(fā)育及方解石脈的充填可見條帶或網(wǎng)格狀構(gòu)造。

泥晶—微晶灰?guī)r：泥晶—微晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。礦物成分幾乎全部為泥晶—微晶方解石，粒徑細(xì)小0.01mm～0.05mm，礦石局部發(fā)育有次生碳酸巖脈，寬1mm～2mm，呈交叉脈狀、網(wǎng)脈狀。局部見少量不透明礦物呈極稀疏浸染狀不均勻分布。偶見少量0.025mm～0.1mm的石英顆粒，形態(tài)不規(guī)則，次棱角及次圓狀不均勻分布于碳酸鹽成分間，大小不一，一般0.4mm～0.8mm，含量2%～3%。

含硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r：灰白色，泥晶—微晶結(jié)構(gòu)，礦物成分以泥晶—微晶方解石為主，不規(guī)則粒狀，粒徑細(xì)小0.01mm～0.05mm含量90%～95%，硅質(zhì)結(jié)核，含量4%～8%，呈不規(guī)則狀、團(tuán)塊、條帶狀不均勻分布于碳酸鹽成分間，局部界線不清。礦石局部發(fā)育有脈狀次生碳酸巖脈。

表1 礦石化學(xué)成分統(tǒng)計表

2.3 礦石化學(xué)成分

礦石有益組分CaO含量平均在54.32%，主要有害組分MgO含量平均值0.23%，fSiO2平均值1.49%。詳見表1。

2.4 礦石類型

礦石自然類型為泥晶—微晶灰?guī)r及含硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r，顏色為灰白色，其中含硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r硬度略高于泥晶—微晶灰?guī)r，肉眼區(qū)分較難。泥晶—微晶灰?guī)r為礦石主要類型占礦石總量的90%以上，其中方解石含量較高，硅質(zhì)成分含量較低，故化學(xué)成分中CaO含量較高，一般均在54%以上，fSiO2含量0.02%～4%。含硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r為礦石次要類型，占礦石總量的不足10%，分布無明顯的規(guī)律。硅質(zhì)成分含量較高，fSiO2含量一般為4%～8%，個別fSiO2含量高于10%。

2.5 礦體圍巖和夾石特征

（1）礦體圍巖特征。①礦區(qū)部分周邊礦體被第四系覆蓋，頂板為第四系殘坡積物，主要為灰?guī)r碎石、砂及粘土。②礦體底板為條帶狀，中厚層泥晶-微晶灰?guī)r與（含）硅質(zhì)泥晶灰?guī)r互層。主要分布在礦區(qū)的南部邊緣地區(qū)。區(qū)內(nèi)長800余米，厚約90m～130m。硅質(zhì)泥晶灰?guī)r中的硅質(zhì)部分為深灰色、乳白色和淺豬肝色，呈條帶和團(tuán)塊狀，風(fēng)化面明顯可辨。極少量的綠色泥質(zhì)板巖透鏡體夾于此層中，厚0.2m～0.5m，延長不大。二者均呈不連續(xù)狀順層分布，與層理平行。該層位互層較多、成分較復(fù)雜、埋藏較深。

（2）礦體夾石特征。夾石為硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂巖。硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r：硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r中，硅質(zhì)團(tuán)塊、結(jié)核、條帶含量分布不均，局部含量集中。硅質(zhì)團(tuán)塊呈淺黃色，灰色，隱晶-微粒結(jié)構(gòu)，層狀、塊狀構(gòu)造。硅質(zhì)條帶、團(tuán)塊呈斷續(xù)條帶狀疙瘩狀，平行層理分布。因此，巖石表面明顯可辨。風(fēng)化后呈淺黃色，表現(xiàn)為淺豬肝色薄膜，新鮮面為乳白色、淺灰色。

鈣質(zhì)粉砂巖：（原巖蝕變較強(qiáng)）淺灰綠色，顯微鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強(qiáng)烈蝕變。呈松散狀，硬度較低。見有硅化、絹云母化、碳酸鹽化。

3 礦床成因淺析

石炭紀(jì)中統(tǒng)以前，河流將大量的鈣質(zhì)以可溶性重碳酸鈣Ca（HCO3）2形式從陸地帶入海中，其中夾雜著少量硅鎂鋁等其它物質(zhì)，在溫暖氣候條件下淺海區(qū)海水中重碳酸鈣呈過飽和狀態(tài)，由于海水的溫度較高，淺海區(qū)海水動蕩較大和大氣壓降低，海水中CO2的濃度逐漸減少，形成了有利于CaCO3沉淀的還原環(huán)境，使易溶的Ca（HCO3）2減少，變成難溶的CaCO3沉淀下來。在鈣質(zhì)沉淀過程中，地殼有不斷的輕微動蕩，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定性不斷變化，使沉積物形成層理和沉積厚度不一，同時硅質(zhì)呈膠體狀態(tài)聚集，在一定階段沉積下來。在局部地段也接受大量的泥質(zhì)沉積，由于不斷的沉積，沉積物不斷增加，壓力增大，逐漸固結(jié)成巖，形成石灰?guī)r，頁巖層。同時硅質(zhì)部分脫水重結(jié)晶形成硅質(zhì)結(jié)核或條帶于灰?guī)r中，形成了該礦床。即礦床為淺海相化學(xué)沉積而成。