河南鎮(zhèn)平山王莊水泥用大理巖礦地質(zhì)特征

胡 偉，李冬梅，程文厚

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016)

山王莊水泥用大理巖礦區(qū)位于河南省南陽(yáng)市鎮(zhèn)平縣老莊鎮(zhèn)，首次發(fā)現(xiàn)于1997年，先后進(jìn)行了詳查、勘探、生產(chǎn)勘探等地質(zhì)勘查工作，為一處符合水泥鈣質(zhì)原料要求的大型水泥用大理巖礦床。礦體賦存于秦嶺群雁嶺溝組地層中，該地層遭受了長(zhǎng)期復(fù)雜的構(gòu)造活動(dòng)、變質(zhì)作用，使含礦大理巖層產(chǎn)出特征復(fù)雜。秦嶺群雁嶺溝組是河南省重要的水泥用大理巖賦存層位，本文著重討論了該礦區(qū)的成礦地質(zhì)背景，分析了礦體地質(zhì)特征[1]，為今后東秦嶺地區(qū)水泥用大理巖找礦工作提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)位于秦嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶東端南緣傾沒(méi)端，四棵樹大背斜南西翼，朱陽(yáng)關(guān)—夏館深大斷裂的北側(cè)，歸屬西峽北部—鎮(zhèn)平北秦嶺構(gòu)造帶金、銅、銻、汞、砷、稀有金屬、石墨大理巖成礦區(qū)[2]。區(qū)域上出露地層自老至新，分別是古元古界秦嶺群(Pt1qn)、中—新元古界龜山巖組(Pt2-3g)、上古生界泥盆系南灣組(Dn)、中生界白堊系(K)、新近系(N)、第四系(Q)。地層總體走向北西，傾向南西，以背斜南翼的單斜形式分布[3]，區(qū)域地質(zhì)圖見(jiàn)圖1。

本區(qū)域經(jīng)歷了長(zhǎng)期的地塊碰撞、擠壓，使地層形態(tài)復(fù)雜化，形成一系列復(fù)式褶皺、斷裂構(gòu)造，區(qū)域總體構(gòu)造線呈北西西—南東東向。礦區(qū)位于四棵樹背斜西南翼，其南西翼地層呈單斜形式，局部具褶曲、柔皺構(gòu)造。區(qū)域上主要有走向斷裂朱陽(yáng)關(guān)—夏館深大斷裂及其南側(cè)的魚溝—狼洞溝斷裂。此外，區(qū)內(nèi)的北東、北北東及北西向次級(jí)斷裂也較為發(fā)育，秦嶺群地層中出露有小型褶皺、巖層揉皺現(xiàn)象也較普遍。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)總體較為頻繁、多樣。根據(jù)絕對(duì)年齡測(cè)定的結(jié)果，不同巖性的巖漿巖可分為三期：第一期為加里東期，形成的巖石類型主要是基性巖類，如輝綠巖、輝長(zhǎng)巖；第二期為海西期，主要巖石是黑云母花崗巖及似斑狀黑云花崗巖，巖體中普遍可見(jiàn)到閃長(zhǎng)巖類的捕虜體；第三期為燕山期，主要巖石是黑云母花崗巖及花崗斑巖，本區(qū)多數(shù)花崗巖脈及石英斑巖脈與本期活動(dòng)有關(guān)[4]。水泥用大理巖礦賦存于區(qū)域上秦嶺群雁嶺溝組地層中，巖漿活動(dòng)表現(xiàn)為燕山期花崗巖順層侵入，圍巖界線清楚，它的侵入只是破壞了礦層的完整性，使夾石增多，對(duì)礦層的化學(xué)成分影響不大。

圖1 鎮(zhèn)平北部區(qū)域地質(zhì)圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層比較簡(jiǎn)單，主要為古元古界的秦嶺群雁嶺溝組(Pt1y)地層及少量第四系(Q)，秦嶺群雁嶺溝組(Pt1y)地層為一套遭受區(qū)域變質(zhì)作用的海相碳酸鹽沉積建造[5]。巖性為條帶狀含石墨大理巖(MbL)，其次為白云石大理巖(Do)、斜長(zhǎng)角閃片巖(IS)及第四系(Q)(圖2)。

(1)條帶狀含石墨大理巖(MbL)。

在礦區(qū)廣泛分布，除礦區(qū)東部有第四系分布，北部、西部、南部均大面積出露，為水泥用大理巖的賦礦層位。巖石風(fēng)化面呈灰色，新鮮面呈淺灰白色，細(xì)—中粒變晶結(jié)構(gòu)，條帶狀、塊狀構(gòu)造，鏡下為他形—半自形變晶結(jié)構(gòu)。主要成分為方解石，次為白云石及少量的石墨、石英、黃鐵礦及絹云母等。巖石地表露頭見(jiàn)有小裂隙，裂隙充填物為鈣質(zhì)或黃土。

(2)白云石大理巖(Do)。

巖石主要分布于礦區(qū)的南部，夾于條帶狀含石墨大理巖之間。巖石呈灰白色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，厚層狀、塊狀構(gòu)造。主要礦物成分有白云石、方解石及少量的石英。巖石的風(fēng)化面具刀砍狀裂隙及碎裂現(xiàn)象，與下伏巖層呈整合接觸。

(3)斜長(zhǎng)角閃片巖(IS)。

主要分布于礦區(qū)的中東部和西南部，呈狹長(zhǎng)帶狀產(chǎn)于白云石大理巖和條帶狀含石墨大理巖之間，或呈夾層產(chǎn)出于條帶狀含石墨大理巖中。巖石呈灰—淺灰綠色，風(fēng)化面呈黃褐色，鱗片、柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，鏡下為柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)。該層與礦層接觸界線雖清楚但不平直。

(4)第四系(Q)。

由黃褐色亞粘土、亞砂土、砂礫石及沖、坡積物組成，分布于溝谷、低洼地段。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于四棵樹背斜的南西翼，為一單斜構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)斷裂形跡不明顯，見(jiàn)有斜沖擦痕，擦痕面局部形成紅褐色的鐵質(zhì)薄膜，斷裂附近的裂隙多被方解石細(xì)脈或石英細(xì)脈充填，斷裂多具壓扭性、扭性特征，沿?cái)嗔衙鎯蓚?cè)巖石片理化明顯，該斷裂不影響礦體的完整性。

2.3 巖漿巖

圖2 山王莊水泥用大理巖礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

礦區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)普遍，主要為燕山期花崗巖，呈巖脈或巖枝產(chǎn)出，一般呈北西方向展布，與構(gòu)造線方向基本一致。巖脈出露的長(zhǎng)短、寬窄不一，長(zhǎng)者可達(dá)300多米，短者僅幾米，寬的可達(dá)百十米左右，窄的僅幾十厘米。巖脈雖分布較多，但不影響礦體的完整性，可當(dāng)作夾石剔除，不影響礦石的整體品位。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)經(jīng)生產(chǎn)勘探工作圈出3條水泥用大理巖礦體，賦存于雁嶺溝組條帶狀含石墨大理巖中，自北向南依次編號(hào)為K1、K2、K3。山王莊礦區(qū)K1、K2礦體地質(zhì)剖面見(jiàn)圖3。

圖3 山王莊礦區(qū)K1、K2礦體地質(zhì)剖面圖

K1礦體：出露長(zhǎng)約1 100m，厚度13.92～380.35m， 平 均 厚 度 為 96.84m， 厚 度 變 化 系數(shù)68.12%， 平 均 產(chǎn) 狀210° ∠ 54°。CaO 45.35%～55.60%，平均51.35%，變化系數(shù)4.62%；MgO 0.30% ～ 3.48%， 平 均 1.41%， 變 化 系 數(shù)48.50%。礦體內(nèi)部主要夾層為花崗巖脈及少量斜長(zhǎng)角閃片巖，但夾層連續(xù)性較差，礦體內(nèi)巖漿巖較發(fā)育。

K2礦體：出露長(zhǎng)約500m，厚度28.08～112.45m， 平 均 厚 度 為 54.14m， 厚 度 變 化 系數(shù)59.11%， 平 均 產(chǎn) 狀 212° ∠58°。CaO 45.09%～54.17%，平均49.39%，變化系數(shù)6.88%；MgO 0.32% ～ 3.41%， 平 均 1.60%， 變 化 系 數(shù)50.88%。礦體內(nèi)部主要夾層為大理巖及少量花崗巖脈，但夾層連續(xù)性差，僅1條大理巖夾層相對(duì)連續(xù)，地表出露長(zhǎng)度約120m，該夾石的顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分和化學(xué)成分與礦石一樣，只是有益成分的含量達(dá)不到工業(yè)要求以及有害元素超標(biāo)。

K3礦體：出露長(zhǎng)約510m，厚度49.69～100.35m， 平 均 厚 度 為 69.02m， 厚 度 變 化 系數(shù)34.39%， 平 均 產(chǎn) 狀 211° ∠57°。CaO 45.49%～53.76%，平均50.06%，變化系數(shù)6.46%；MgO 0.57% ～ 3.28%， 平 均 1.58%， 變 化 系 數(shù)41.92%。礦體內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，地表未見(jiàn)溶洞，巖溶不發(fā)育，覆蓋層多為砂石粘土，化學(xué)成分主要是SiO2、Al2O3及 Fe2O3等。

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石風(fēng)化面呈淺灰—灰色，新鮮面為灰—灰白色，礦石致密。不等粒變晶、變余結(jié)構(gòu)，條帶狀、塊狀構(gòu)造。礦石主要礦物成分為方解石，含量80%～95%。不等粒狀結(jié)構(gòu)，粒度的大小無(wú)序分布，也無(wú)排列性，部分方解石解理紋彎曲，有的雙晶錯(cuò)亂，在方解石顆粒間分布有少許云母和石英；次要礦物為石墨，呈大小不一的鱗片狀，一般為0.1～0.5mm，集聚成彼此平行相間出現(xiàn)的條帶，含量2%～4%，石墨礦物對(duì)水泥原料生產(chǎn)不產(chǎn)生影響。含有少量白云石和石英呈不規(guī)則分布，含量分別為3%～6%；微量云母和鐵質(zhì)礦物零星分布[6]。

3.2.2 礦石的化學(xué)成分及變化

礦區(qū)礦石有用組分簡(jiǎn)單，除組成碳酸鹽巖的主要組分CaCO3外，尚未發(fā)現(xiàn)其他有益組分可綜合利用。礦石主要化學(xué)成分為CaO、MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、SO3、Cl-、fSiO2， 其中有害組分為K2O、Na2O、SO3、fSiO2。其礦石的化學(xué)成分極值、均值和變化系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 礦石化學(xué)成分統(tǒng)計(jì) (單位：%)

從上述礦石化學(xué)成分含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見(jiàn)，礦石中CaO含量45.09%～55.60%，變化系數(shù)5.38%；MgO 含量 0.30% ～ 3.48%，變化系數(shù) 48.47%；fSi2O 含量 0.66% ～ 5.99%，變化系數(shù) 58.83%。礦石化學(xué)成分CaO較穩(wěn)定，MgO、fSi2O變化較大，ZK002孔主要組分CaO、MgO、fSiO2含量垂向變化曲線見(jiàn)圖4、圖5。

山王莊礦區(qū)為已開發(fā)利用的生產(chǎn)礦山，生產(chǎn)勘探工作發(fā)現(xiàn)原勘探報(bào)告對(duì)構(gòu)造和夾石的控制基本準(zhǔn)確，開采后沒(méi)有大的變化，并且礦山開采中未發(fā)現(xiàn)礦體形態(tài)和礦石質(zhì)量有較大的變化。

圖4 ZK002孔CaO含量垂向變化曲線圖

圖5 ZK002孔MgO、fSiO2含量垂向變化曲線圖

3.3 礦石類型和品級(jí)

根據(jù)礦區(qū)礦石的宏觀及微觀結(jié)構(gòu)，構(gòu)造及成因特點(diǎn)，礦區(qū)內(nèi)水泥用大理巖的礦石自然類型為條帶狀含石墨大理巖。根據(jù)礦區(qū)CaO和MgO的含量將礦石劃分Ⅰ級(jí)品和Ⅱ級(jí)品兩個(gè)品級(jí)[7]。Ⅰ級(jí)品平均品位：CaO 50.95%，MgO 1.45%；Ⅱ級(jí)品平均品位：CaO 45.90%，MgO 0.93%。

4 結(jié)論

本礦區(qū)水泥用大理巖礦賦存于古元古代秦嶺褶皺帶斷陷地槽區(qū)的秦嶺群雁嶺溝組地層中，屬海相沉積變質(zhì)類型。前寒武紀(jì)時(shí)期，華北古陸南緣與秦嶺隆起帶之間為一沉降帶，海水從東南方向侵入，形成一個(gè)近東西向的局限海盆，盆地中先是沉積濱岸海灘相的近陸碎屑沉積，隨著海水的不斷侵入，轉(zhuǎn)為潮下沉積環(huán)境，主要為鎂質(zhì)碳酸鹽建造，雁嶺溝組大理巖屬鎂質(zhì)碳酸鹽沉積物[8]。秦嶺群雁嶺溝組地層遭受了長(zhǎng)期復(fù)雜的構(gòu)造活動(dòng)、變質(zhì)作用，從勘探成果來(lái)看，礦區(qū)鈣質(zhì)鎂質(zhì)碳酸鹽分布規(guī)律性較差，其地層內(nèi)水泥用大理巖礦體受此影響，礦石質(zhì)量不均勻、規(guī)律性差、內(nèi)部夾石較多，礦體特征復(fù)雜[9]。秦嶺群雁嶺溝組是河南省重要的水泥用大理巖賦存層位，綜合分析認(rèn)為秦嶺群雁嶺溝組地層構(gòu)造形跡簡(jiǎn)單，找礦標(biāo)志明顯，但含礦大理巖層產(chǎn)出特征比較復(fù)雜，礦石質(zhì)量均勻性較差[10]，其具備尋找水泥用大理巖的地質(zhì)條件。