安徽池州三峰尖水泥配料用砂頁巖礦地質特征及成因探討

郝文俊，邵 蔚，馮書文

(中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心安徽總隊，安徽 合肥 230031)

池州市貴池區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，采礦業(yè)較發(fā)達，特別是礦區(qū)周圍具備豐富的優(yōu)質水泥灰?guī)r原料，臨近的烏石山礦區(qū)和神山礦區(qū)已經(jīng)探明的灰?guī)r資源量均超過10億t，對水泥配料用砂頁巖資源量需求很大。三峰尖礦區(qū)水泥配料用砂頁巖礦床[1]位于池州市貴池城區(qū)217°方向約37km處，儲量規(guī)模達超大型，且質量好，可滿足高標號優(yōu)質水泥的生產(chǎn)。

1 成礦地質背景

礦區(qū)位于揚子陸塊(Ⅰ)下?lián)P子地塊(Ⅱ)沿江褶斷帶(Ⅲ)安慶凹斷褶束西南部。山脈呈北東方向延伸，地質構造表現(xiàn)為以褶皺為主的基本特征[2]。

區(qū)域地層屬于揚子地層區(qū)下?lián)P子分區(qū)貴池地層小區(qū)。出露地層有志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系及第四系[3]。區(qū)域構造格架清晰，褶皺強烈，斷裂構造發(fā)育。褶皺主要表現(xiàn)為貴池背向斜帶，自北向南分別為姥山背斜、北山蓬復向斜、吳田背斜、神山向斜、牌樓背斜五條較為緊密排列的線形褶皺，走向呈NE50～60°方向；斷裂主要為北東向、北西向兩組。區(qū)內巖漿巖一般，為小侵入體，分布于北部及東部[4]。

2 礦區(qū)地質特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層有下志留統(tǒng)墳頭組(S1f)、中志留統(tǒng)茅山組(S2m)、上泥盆—下石炭統(tǒng)五通組(D3C1w)[5]及第四系全新統(tǒng)(Qh)(圖1、圖2)。

(1)下志留統(tǒng)墳頭組(S1f )。

圖1 三峰尖水泥配料用砂頁巖礦地質簡圖

墳頭組下段(S1f1)分布于礦區(qū)中北部。薄—中厚層粉砂巖夾細砂巖、泥質粉砂巖，泥質粉砂結構，細粒砂質結構，薄—中厚層構造，裂隙面、層面黑褐色鐵錳質及褐紅色鐵泥質，呈團塊、浸染狀分布；厚度＞31.96m。

墳頭組上段(S1f2)分布于礦區(qū)中北部，為礦區(qū)主要賦礦層位。薄—中厚層細砂巖，局部夾粉砂巖、粉砂質泥巖，細粒砂質結構，薄—中厚層構造；厚度104.72～118.72m，平均厚度112.73m，厚度變化系數(shù)5.23%。

(2)中志留統(tǒng)茅山組(S2m)。

茅山組下段(S2m1)分布于礦區(qū)中南部，為礦區(qū)主要賦礦層位。薄—中厚層粉砂巖夾粉砂質頁巖、細砂巖、泥質粉砂巖，粉砂質結構，薄—中厚層構造；厚度244.70～300.55m，平均厚度264.93m，厚度變化系數(shù)7.43%。

茅山組上段(S2m2)分布于礦區(qū)中南部，為礦區(qū)主要賦礦層位。薄—中厚層細砂巖、粉砂巖夾泥質粉砂巖，細粒砂質結構，薄—中厚層構造；厚度135.79～159.79m，平均厚度149.67m，厚度變化系數(shù)4.87%。

(3)上泥盆—下石炭統(tǒng)五通組(D3C1w)。

圖2 三峰尖水泥配料用砂頁巖礦4勘探線地質剖面圖

分布于礦區(qū)南部，為礦區(qū)次要賦礦層位。中厚—厚層石英砂巖，中細粒砂質結構，中厚—厚層構造，底部為灰白色厚層石英礫巖，為五通組與茅山組上段地層的分層標志；厚度＞95.31m。

(4)第四系全新統(tǒng)(Qh)。

分布在礦區(qū)西北和東南山麓地帶?；液?、灰黃色沖積亞粘土及砂礫層，黃褐、棕黃色殘坡積粘土、含砂礫粘土。

2.2 構造

礦區(qū)位于貴池背向斜帶吳田倒轉背斜的南翼。礦區(qū)地層總體呈單斜層狀產(chǎn)出，主要由志留系—泥盆系地層組成，地層產(chǎn)狀較穩(wěn)定。斷裂位于礦區(qū)范圍之外，對礦體連續(xù)性和礦石質量無影響[6]。

2.3 巖漿巖

區(qū)內巖漿活動弱，零星出露花崗斑巖和閃長玢巖，沿地層侵入，規(guī)模較小，對礦體無影響，巖脈周圍無蝕變現(xiàn)象。

3 礦體地質特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于墳頭組(S1f)、茅山組(S2m)、五通組(D3C1w)。礦體形態(tài)簡單，總體呈單斜層狀產(chǎn)出，平面形態(tài)近似長方形，呈南西—北東向，長約2 224m，寬365.43～788.83m，平均寬577.16m，礦體總厚度為507.16m。礦體賦存標高+40～+302m。礦層走向55°左右，傾向南東，為130～170°∠35～75°，產(chǎn)狀較穩(wěn)定。礦床由硅質原料礦體及粘土質原料礦體組成，根據(jù)不同的礦石工業(yè)類型及其互層關系、空間分布，粘土質及硅質原料各個礦體呈互層狀或呈透鏡狀分布另一礦體中，相互穿插。礦體多被第四系覆蓋，厚度0～3m。礦體內未見有斷裂構造。

3.2 礦石質量

礦石礦物成分主要為石英，其次為長石、巖屑等。硅質原料礦石主要化學成分為：有益組分SiO261.80%～98.70%，平均85.39%，含量較高；有害組分K2O+Na2O 0.01%～3.76%，平均1.28%，含量較低；粘土質原料礦石主要化學成分：有益組分SiO258.27%～79.20%，平均69.63%，含量較高；有害組分K2O+Na2O 1.72%～4.69%，平均3.29%，含量較低；硅酸率2.32～5.60 ，平均3.52，含量較低。其他次要有害組分CaO、MgO、Cl-、SO3等組分含量均較低，分別為0.62%、0.94%、0.04%、0.01%。礦石質量沿走向、傾向及厚度方向變化穩(wěn)定。

以4勘探線地表樣品(TC4-52～428，計377件樣品)為例，礦石主要組分SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O含量沿厚度方向變化特征(圖3、圖4)。沿厚 度方 向，礦石 中 SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O等組分含量高低與層位關系很大，茅山組下段(S2m1)Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O含量偏高，SiO2含量偏低，茅山組上段(S2m2)和墳頭組上段(S1f2)Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O含量偏底，SiO2含量偏高?？梢钥闯?，Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O三組分之間呈正相關關系，與SiO2組分為負相關關系，礦石化學成分與地層關系密切。

圖3 SiO2含量沿厚度方向變化特征

圖4 K2O+Na2O、Fe2O3、Al2O3含量沿厚度方向變化特征

3.3 礦石類型

礦石工業(yè)類型分為硅質原料和粘土質原料兩種。

礦石自然類型主要為石英砂巖、細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質頁巖，其中硅質原料礦體礦石類型主要為石英砂巖、細砂巖；粘土質原料礦體礦石類型為粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質頁巖。

石英砂巖：中細粒砂質結構，中厚—厚層構造，主要礦物成分為石英，含量90%以上，其次為長石和巖屑。硅質膠結物為主，少量鐵質膠結物，為接觸—孔隙式膠結類型。分布于五通組地層中，為硅質原料主要礦石類型。

細砂巖：細粒砂質結構，薄—中厚層構造，主要礦物成分為石英，含量75%～85%，其次為長石和巖屑。硅質膠結物為主，少量鐵質膠結物，為接觸—孔隙式膠結類型。分布于五通組、茅山組和墳頭組地層中，為硅質原料主要礦石類型。

粉砂巖：粉砂質結構，薄—中厚層構造，主要礦物成分為碎屑礦物和少量粘土礦物。碎屑礦物主要由長石、石英等，含量70%～75%；粘土礦物含量25%～30%。硅質膠結為主，次為鐵質、泥質，充填于碎屑礦物隙間，為接觸—孔隙式膠結類型。分布于茅山組和墳頭組地層中，為粘土質原料主要礦石類型。

泥質粉砂巖：泥質粉砂結構，薄—中厚層構造，巖石中含碎屑60%～70%，泥質膠結物30%～40%，碎屑成分主要為石英、長石，其次為泥質。泥質膠結為主，為接觸—孔隙式膠結類型。該類型礦石主要分布于茅山組和墳頭組地層中，為粘土質原料主要礦石類型。

粉砂質頁巖：粉砂質泥質結構，頁理構造，主要礦物成分為泥質和石英，泥質粒徑＜0.005mm，均勻分布，與微粒狀石英混雜相間形成頁狀層理，含量70%～80%。分布于茅山組地層中，為粘土質原料礦石類型，區(qū)內所占比例較小。

3.4 礦體夾石及圍巖特征

礦體內夾石體連續(xù)性一般，呈透鏡狀、似層狀分布，分布于墳頭組和茅山組地層中，與礦層產(chǎn)出基本一致。夾石體中SiO2含量在70%～80%之間，平均含量73.90%；Al2O3平均含量12.21%；Fe2O3平均含量5.01%；K2O+Na2O平均含量2.91%；硅酸率平均4.34；鋁氧率平均2.43。夾石多的原因是巖石化學成分中的硅酸率偏高，平均值達到4.34，大于一般工業(yè)指標[7]的要求。根據(jù)附近已開發(fā)利用的池州市貴池區(qū)姥山東礦區(qū)水泥配料用砂巖礦采用的工業(yè)指標[8]，硅質原料質量指標：SiO2≥80%；粘土質原料質量指標：硅酸率(SM)≥2.0～6.0，本礦區(qū)夾石體符合粘土質原料礦石質量要求。

礦床底板為茅山組下段及墳頭組下段地層。底板K2O+Na2O偏高，不滿足粘土質一般工業(yè)指標的要求及分布位置地勢較低，不存在頂板。

4 礦床成因探討

加里東晚期，本地區(qū)開始海水僅在下?lián)P子海入侵，沉積區(qū)南北兩側為江南古島和淮陽古陸，受江南古島的阻隔，海水繞過江南古島，從其東側侵入，為中、低能的細粒陸源碎屑沉積物。本礦床為陸源碎屑建造相沉積成因類型。

早志留世早期以后，下?lián)P子海海侵范圍逐漸變小，海水逐漸變淺，呈現(xiàn)緩慢海退過程。至早志留世中晚期，海水進一步變淺，沉積巖相為海灘相，巖石類型為細砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、頁巖。中志留世，下?lián)P子海仍屬海退階段，海侵范圍縮小，沉積巖相為海灘相，主要巖石類型為細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質頁巖等。至泥盆世，揚子區(qū)經(jīng)江南運動上升成為陸地，經(jīng)受較長時期剝蝕，缺失早、中泥盆世沉積，晚泥盆世晚期—早石炭世早期，本區(qū)為網(wǎng)狀河流相沉積，巖石主要為石英砂巖、石英礫巖[9-10]。