拉薩賈木村水泥用石灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及成因探究

劉 亮，王 超，戴 元，陳 娜，羅紹強(qiáng)，陳小濤

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川西北地質(zhì)隊(duì)，四川 綿陽 621010)

隨著國家對(duì)西部基礎(chǔ)建設(shè)的持續(xù)投入，西藏經(jīng)濟(jì)和人民生活水平逐年提高，對(duì)水泥需求尤為旺盛，拉薩作為西藏省會(huì)城市，對(duì)水泥的需求與日俱增，因此有必要加強(qiáng)本區(qū)水泥用石灰石礦的調(diào)查和成因研究。拉薩市堆龍德慶縣賈木村水泥用石灰?guī)r礦，距拉薩市25km，距堆龍德慶縣8km，交通便利，區(qū)域位置優(yōu)越。初步查明區(qū)內(nèi)礦石量12 364.02萬m3，資源量33 011.93萬t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量可達(dá)5億t以上。

1 礦區(qū)區(qū)地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)大地位置及地層特征

礦區(qū)位于青藏高原中南部，地處岡—念陸塊與喜馬拉雅陸塊的結(jié)合部位[1]。地層區(qū)劃屬岡底斯—喜馬拉雅構(gòu)造—地層大區(qū)的拉薩—沃卡地層分區(qū)。區(qū)域上主要出露侏羅系和白堊系地層，侏羅紀(jì)地層從老到新有葉巴組(J1-2y)、桑日群(J3S)、卻桑溫泉組(J3q)、多底溝組(J3d)；侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)地層僅有林布宗組(J3K1l )；白堊紀(jì)地層有早白堊世楚木龍組(J3K1l )、塔克拉組(K1t )，以及第四系地層。礦區(qū)內(nèi)出露地層較單一，為上侏羅統(tǒng)多底溝組(J3d )、上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)林布宗組(J3K1l )地層及第四系堆積物。

1.1.1 上侏羅統(tǒng)多底溝組(J3d )

多底溝組地層呈近東西向展布于礦區(qū)中部，地層厚度較穩(wěn)定，未見底，厚度＞1 000m。多底溝組下部巖性為灰白色中—厚層狀大理巖，越靠近巖體變質(zhì)程度越深，大理巖純度越高，為中—粗晶結(jié)構(gòu)；中部巖性為灰—深灰色生物碎屑灰?guī)r，靠近下部，灰?guī)r結(jié)晶程度較高，為微晶—細(xì)晶灰?guī)r，中上部為粉晶—細(xì)晶灰?guī)r，變質(zhì)程度較淺；上部為深灰—灰黑色炭質(zhì)灰?guī)r，炭質(zhì)含量較高，約占20%～35%，為細(xì)—粉晶結(jié)構(gòu)，中層狀構(gòu)造。多底溝組巖性均屬淺海相化學(xué)沉積型碳酸鹽巖[2]。與上覆地層林布宗組(J3K1l )為整合接觸，沿接觸帶后期斷層活動(dòng)痕跡顯著。

1.1.2 上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)林布宗組(J3K1l )

林布宗組地層呈近東西向分布于礦區(qū)南部，區(qū)外大面積分布，地層厚度較穩(wěn)定，厚度＞1 600m。該組主要為一套陸源碎屑巖建造，巖性有灰—深灰色細(xì)粒石英砂巖、深灰色炭質(zhì)粉砂巖、粉砂絹云板巖、含粉砂炭質(zhì)絹云板巖。與多底溝組灰?guī)r界線清楚，易于區(qū)分。

1.1.3 第四系堆積物

第四系堆積物分布在河流、沖溝及其兩側(cè)，主要有沖積(Qhal)、洪沖積(Qhpal)、坡積(Qhpl)三種類型。以灰—灰白色沖積砂、礫為主，礫石分選差，大小混雜，磨圓中等，次棱角—次圓狀，成分復(fù)雜，主要由砂巖、灰?guī)r、火山巖礫石組成，局部地段分布有亞粘土和粘土層，具明顯的二元結(jié)構(gòu)特征。

1.2 礦區(qū)構(gòu)造特征

礦區(qū)內(nèi)的褶皺有加熱一麻熱背斜，軸向近東西，其核部由多底溝組大理巖和灰?guī)r構(gòu)成，兩翼為林布宗組砂板巖，北翼出露地層較薄，南翼出露地層巨厚。該背斜為倒轉(zhuǎn)背斜，背斜轉(zhuǎn)拉端呈尖棱狀，在背斜的核部有后期的小巖株和小巖脈侵位。區(qū)內(nèi)出露有F1斷層，規(guī)模較大，在礦區(qū)內(nèi)出露長約3 k m，寬5～10m，總體走向110°，屬壓扭性逆沖斷層，系加熱一麻熱背斜南翼多底溝組與林布宗組的分界斷裂，沿該斷層走向，局部上下盤的地層傾向相反。斷裂帶內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，局部具塑性變形特征，發(fā)育小褶曲和構(gòu)造透鏡體。

1.3 礦區(qū)巖漿巖特征

礦區(qū)內(nèi)及周邊巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，時(shí)代主要為古近紀(jì)，出露的巖漿巖主要有二長花崗斑巖，細(xì)—中粒黑云角閃二長花崗巖，細(xì)—中粒斑狀角閃黑云二長花崗巖以及脈巖(花崗細(xì)晶巖、花崗斑巖、閃長巖和閃長玢巖)，脈巖總體走向近東西，巖脈寬0.5～5m，長度為50～100m，最長約300m。脈巖破壞了礦體的連續(xù)性，增加了夾石量，但也有有利的一面，受高溫影響，碳酸鹽礦物發(fā)生重結(jié)晶，去雜質(zhì)純化，有益組分含量增高。

1.4 礦區(qū)變質(zhì)作用

礦區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用較低，主要表現(xiàn)為區(qū)域變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用。前者主要表現(xiàn)為區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用；后者主要表現(xiàn)為熱接觸變質(zhì)作用和接觸交代變質(zhì)作用。熱接觸變質(zhì)作用以溫度為主導(dǎo)因素，主要發(fā)生在侵入巖與其圍巖的接觸部位，表現(xiàn)為圍巖的變質(zhì)結(jié)晶和重結(jié)晶作用，常形成的角巖、斑點(diǎn)板巖、千枚巖、大理巖等；接觸交代變質(zhì)作用除溫度因素外，還有交代作用的發(fā)生，主要發(fā)生在中酸性侵入巖與碳酸鹽巖的接觸部位，常形成矽卡巖類等。

2 礦體特征

礦體賦存于侏羅系多底溝地層中，呈單斜層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀180～205°，∠65～80°，走向近東西延伸＞5.0km，由于受巖體熱影響，碳酸鹽礦物發(fā)生重結(jié)晶和去雜質(zhì)純化作用，成分均一，呈塊狀、中厚層狀產(chǎn)出，礦體穩(wěn)定性、連續(xù)性、均勻性和完整性好，出露寬度325～960m，總厚度＞550m，出露標(biāo)高3 760～4 320m。礦體底板為變質(zhì)后的長英質(zhì)角巖，底板厚度約35m，頂板為炭質(zhì)灰?guī)r、粉—微晶灰?guī)r，厚度為8～54m不等。礦區(qū)內(nèi)夾石主要為巖脈侵位，沿礦體中較大的節(jié)理裂隙貫入，多為中性和巖脈。

礦區(qū)礦石類型為大理巖和灰?guī)r，主要由方解石組成。礦體沿走向品位穩(wěn)定，礦石呈堅(jiān)硬塊狀，除少量侵入巖脈不能用作水泥原料外，其他巖石CaO含量較高，均可作為水泥原料或作為混合原料。無明顯的相變和強(qiáng)烈的巖石蝕變現(xiàn)象，巖石未遭受劇烈的構(gòu)造破壞作用。

3 礦石特征和質(zhì)量

3.1 礦石特征

礦石巖性分為灰?guī)r、大理巖2大類，由于靠近巖體，由內(nèi)向外依次為方解石大理巖、粉—微晶灰?guī)r、粉晶砂屑灰?guī)r、微晶生物碎屑灰?guī)r、炭質(zhì)微晶灰?guī)r5個(gè)小類。

(1) 方解石大理巖：由透輝石、方解石等組成，方解石含量＞95%。透輝石：大小為0.03～0.15mm，無色，他形粒狀—柱狀產(chǎn)出，正高突起，斜消光，干涉色二級(jí)。方解石：大小為0.2～2mm，無色，具明顯的閃突起，高級(jí)白干涉色，一軸晶，茜素紅染色為紅色。透閃石：無色，柱狀，大小為0.05～0.25mm，一組極完全解理，正中突起，二軸晶，斜消光。

(2) 粉—微晶灰?guī)r：具粉—微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由粉—微晶方解石(97%)和石英(3%)組成。方解石他形粒狀， 粒度為0.01～0.03mm為主，0.03～0.06mm次之。茜素紅染色為紅色。石英棱角狀，粒度0.05～1.5mm，散布于方解石間。巖石裂隙由方解石脈充填。

(3) 粉晶砂屑灰?guī)r：具粉晶砂屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由砂屑、填隙物組成，砂屑雜亂分布，粉晶方解石充填其間。砂屑：粒徑0.2～2mm，次棱角狀—次圓狀，雜亂分布。填隙物：方解石組成，粒徑0.03～0.06mm為主，少量0.06～0.2mm，高級(jí)白干涉色，茜素紅染色紅色。巖石中裂隙發(fā)育，由方解石脈充填。

(4) 微晶生物碎屑灰?guī)r：具微晶生物碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由方解石(35%)、生物碎屑(65%)組成。生物碎屑雜亂分布，微晶方解石充填其間。方解石：粒徑0.01～0.03mm，少量0.03～0.06mm，無色，細(xì)小顆粒呈彼此鑲嵌狀產(chǎn)出，具高級(jí)白干涉色，茜素紅染色為紅色。生物碎屑：由方解石充填，粒徑0.2～1.5mm，無色，為海百合、腕足等生物碎屑，呈雜亂分布。巖石裂隙由方解石脈充填。

(5) 炭質(zhì)微晶灰?guī)r：具微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由方解石(70%)、炭質(zhì)(30%)組成。方解石：粒徑主要集中在0.01～0.03mm，呈微晶狀產(chǎn)出，少量粒徑0.03～0.06mm，呈粉晶、他形粒狀彼此鑲嵌狀產(chǎn)出，閃突起，具高級(jí)白干涉色，茜素紅染色為紅色。炭質(zhì)：黑色，粉末狀。

3.2 礦石質(zhì)量

大理巖是礦區(qū)主要礦石類型，緊靠巖體，局部見有透輝石大理巖，表明經(jīng)過較高溫度的接觸變質(zhì)作用[3-4]。本次在剖面及路線上共采集大理巖礦石樣品13件(表1)，樣品CaO含量45.57%～54.72%，平均值51.38%，均達(dá)到Ⅰ類水泥用要求，MgO有1件＞3.5%，其余均符合要求；根據(jù)王永振[5]對(duì)該指標(biāo)的研究，CaO/MgO比值＞16，其質(zhì)量優(yōu)于CaO=48%，MgO=3%的礦石，礦區(qū)內(nèi)礦石僅有兩件＜16，其余大部分都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)比值，表明礦區(qū)內(nèi)大理巖類礦石可用作Ⅰ類水泥；SiO2含量在0.34%～7.13%之間，平均值2.86%；K2O與Na2O含量低，兩者之和均＜0.8%，SO3含量在0.025%～0.56%之間，平均值0.254%，均＜1%，Al2O3、TFe2O3含量亦較低，礦石符合水泥用石灰質(zhì)原料的相關(guān)要求[6]。礦石沿走向品位穩(wěn)定，變化系數(shù)不大，屬均勻性，為質(zhì)純品優(yōu)的水泥用大理石礦。

表1 礦區(qū)大理巖礦石化學(xué)分析結(jié)果

結(jié)晶灰?guī)r是緊鄰大理巖的礦石類型，愈靠近巖體，其結(jié)晶顆粒愈大，與大理巖之間呈漸變過渡關(guān)系，無明顯的接觸界線，表明兩者之間原巖成分基本相同，巖性變化主要是后期受巖體侵入的影響。本次在灰?guī)r中共采集樣品12件(表2)，樣品CaO含量＞48%的4件，＞45%的6件，有7件含量在39.5%～45%之間，所有灰?guī)r樣品平均值為45.67%，達(dá)到Ⅱ類水泥用要求，部分達(dá)到Ⅰ類水泥要求。同一種巖性，越靠近巖體，其CaO含量越高，尤其在PM03剖面表現(xiàn)尤為明顯，在相關(guān)性圖解中(圖1)，CaO含量與MgO相關(guān)性不明顯，與SiO2及其他組分含量呈現(xiàn)典型的負(fù)相關(guān)性。除去少量靠近林布宗組地層的灰?guī)r，絕大部分樣品CaO含量均滿足水泥用要求。所有灰?guī)r樣品中MgO含量0.5%～1.47%，平均值0.93%，均＜3%，K2O+Na2O＜0.8%，SO3含量在0.093%～0.39%，平均值在0.21，均＜1%，滿足相關(guān)水泥用要求；唯一超標(biāo)的是SiO2的含量，含量2.07%～28%，平均值達(dá)到13.43%，但是SiO2的含量高也有有利的一面，其形成的硅酸鹽礦物是發(fā)揮水泥強(qiáng)度的主要礦物，其含量越高，水泥的凝結(jié)速度和早期強(qiáng)度增進(jìn)率慢，后期強(qiáng)度會(huì)顯著提高，并能增強(qiáng)水泥的抗腐蝕性能[7-9]。

由于變質(zhì)程度受巖體和原巖成分的影響，炭質(zhì)灰?guī)r與結(jié)晶灰?guī)r有交叉分布的現(xiàn)象，本次在炭質(zhì)灰?guī)r中共采集樣品20件(表3)，樣品CaO含量多集中在34.10%～48.53%，小部分在21.71%～29.34%，全部炭質(zhì)灰?guī)r樣品平均值37.25%，從幾條剖面和地質(zhì)點(diǎn)樣品來看，靠近巖體方向，其CaO含量增高的趨勢明顯(圖2)；MgO含量最大值為1.69%，SiO2含量均超標(biāo)，SO3含量絕大多數(shù)均小于1%。可以考慮與其他灰?guī)r、大理巖樣品按照一定比例混合使用，以達(dá)到充分利用資源的目的，提高資源利用效率，目前礦區(qū)周邊水泥廠均搭配使用。

圖1 PM03結(jié)晶灰?guī)r中CaO含量與巖體位置及各主量元素的相關(guān)性特征

炭質(zhì)灰?guī)r是結(jié)晶灰?guī)r外層巖石，由于有機(jī)質(zhì)含量較高，重結(jié)晶作用不容易順利進(jìn)行，隨著溫壓的升高，這些妨礙因素將逐漸排除[9]。礦區(qū)內(nèi)區(qū)域變質(zhì)作用較弱，變質(zhì)作用類型主要為接觸變質(zhì)作用，因而溫度是決定這一作用的關(guān)鍵因素，巖體是熱源的主要提供者，越靠近巖體，溫度越高，越有利于變質(zhì)重結(jié)晶作用。在自然界的變質(zhì)反應(yīng)過程中，絕對(duì)的等化學(xué)反應(yīng)是沒有的，總是有某些組分的帶入和帶出，原巖組分總是要發(fā)生某些變化，有時(shí)則非常顯著[11-12]，礦區(qū)一個(gè)明顯趨勢是，由外到內(nèi)，炭質(zhì)灰?guī)r結(jié)晶程度越高，去雜質(zhì)純化程度越強(qiáng)。

表3 礦區(qū)炭質(zhì)灰?guī)r化學(xué)分析結(jié)果

圖2 不同剖面上炭質(zhì)灰?guī)r中CaO含量與巖體遠(yuǎn)近的相關(guān)性

從礦石礦物總的分布規(guī)律上看，自上而下，由顏色較深的炭質(zhì)灰?guī)r、到顏色較淺的微晶生物碎屑灰?guī)r、微晶—粉晶灰?guī)r、大理巖，CaO含量呈上升趨勢，由40%左右上升到54%以上，相應(yīng)的有害組分SiO2、MgO、 K2O、Na2O、SO3含量也有所下降；沿礦體走向，縱向上CaO含量變化不大。

4 成因分析

侏羅紀(jì)時(shí)，雅魯藏布江弧后洋盆發(fā)生強(qiáng)烈擴(kuò)張，并發(fā)生過洋內(nèi)俯沖并有洋島弧存在[13]。與此同時(shí)，雅魯藏布江弧后洋盆向北俯沖消減，導(dǎo)致岡底斯南部發(fā)生造弧事件，期間沉積了上侏羅統(tǒng)多底溝組海相灰?guī)r地層和陸相林布宗組地層。由于俯沖消減作用，海水由深變淺，早期沉積較純的微晶—細(xì)晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，中期過渡為砂屑灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r，為成礦提供了原始物質(zhì)來源。沉積巖層中的鎂鋁含量比(m=100×MgO/Al2O3)是沉積環(huán)境的標(biāo)志之一[14]，在由淡水向海水過渡的沉積環(huán)境中，沉積巖層的m值隨沉積環(huán)境中水體的鹽度增加而增加，淡水環(huán)境下m＜1；陸海過渡性沉積環(huán)境為1＜m＜10；海水沉積環(huán)境為10＜m＜500，陸表海的m＞500。礦區(qū)內(nèi)鎂鋁比值在11～449之間，比值20～80者居多，亦表明其形成于海水環(huán)境。

堆龍德慶賈木村水泥用石灰?guī)r礦屬于沉積—變質(zhì)型礦，其成礦物質(zhì)來源于原始沉積的炭質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、微晶—細(xì)晶灰?guī)r等，均屬淺海相化學(xué)沉積型碳酸鹽巖。其主要成分CaO初始含量在20%～50%不等，后期經(jīng)過巖漿的熱接觸變質(zhì)作用，經(jīng)歷了去雜質(zhì)和重結(jié)晶，CaO含量上升到39%～55%，形成了如今的水泥用灰?guī)r、大理巖礦。

5 結(jié)論

拉薩市賈木村水泥用石灰石礦成礦類型為屬沉積—變質(zhì)型，其初始物質(zhì)來源于上侏羅統(tǒng)多地溝組灰?guī)r，后期隨著巖體侵入發(fā)生變質(zhì)和重結(jié)晶作用，礦體沿與巖漿巖的接觸帶呈近東西向的帶狀分布，由內(nèi)向?yàn)榭煞譃榇罄韼r化帶、結(jié)晶灰?guī)r帶，礦體厚度68～812m不等，長度＞3 428m。

礦石品位的高低與巖體距離、原巖成分關(guān)系密切，越靠近巖體，其變質(zhì)重結(jié)晶作用越強(qiáng)，礦石品位亦越高。大理巖礦石CaO含量在48%～54%，鈣鎂比值在11～130之間，絕大部分＞16。有害雜質(zhì)含量均符合水泥用要求，均可作為Ⅰ級(jí)水泥用。結(jié)晶灰?guī)r礦石CaO含量在45%～53%之間，均可用作Ⅱ級(jí)水泥用，部分礦石可達(dá)到Ⅰ級(jí)。炭質(zhì)灰?guī)rCaO含量在26%～48%之間，可與品位較高的大理巖、結(jié)晶灰?guī)r礦石搭配使用，達(dá)到充分利用資源的目的。

同一類型的礦石，愈靠近巖體，其結(jié)晶程度愈好，CaO含量愈高，而SiO2、MgO及其他組分含量越低；CaO與其他組分之間為典型的負(fù)相關(guān)性。后期巖漿巖的侵入對(duì)礦體形成具有明顯促進(jìn)作用，變質(zhì)和重結(jié)晶取得了去雜質(zhì)純化的效果，溫度是控制這一過程的關(guān)鍵因素。