池州烏石山水泥用石灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及成因探討

馮書(shū)文，王超峰，王 依

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心安徽總隊(duì)，安徽 合肥 230031)

池州烏石山水泥用石灰?guī)r礦床位于安徽省池州市220°方位，直距43km處，北距長(zhǎng)江牛頭山碼頭8.5km，交通方便。本文依據(jù)礦區(qū)勘查資料，分析總結(jié)了區(qū)域地質(zhì)背景、礦區(qū)地質(zhì)、礦體地質(zhì)特征，研究了礦體厚度和礦石質(zhì)量沿走向、傾向和厚度方向變化規(guī)律，探討了有害組分變化和礦床成因，對(duì)沿江地區(qū)同類(lèi)礦產(chǎn)勘查及取樣分析具有一定的參考意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

大地構(gòu)造單元屬揚(yáng)子陸塊區(qū)—下?lián)P子陸塊—下?lián)P子被動(dòng)陸緣(Z-Pz1)[1]。構(gòu)造—地層分區(qū)屬揚(yáng)子大區(qū)—下?lián)P子地層區(qū)—下?lián)P子地層分區(qū)[2]，屬貴池地層小區(qū)[3]。區(qū)內(nèi)地層，除白堊系和侏羅系缺失外，自志留系至第四系均有不同程度出露，尤以三疊系出露較完整。區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為印支期貴池背復(fù)向斜帶[4-5]，褶皺緊密排列，一般走向北東50～60°，由南至北軸面由正常至倒轉(zhuǎn)，樞紐總體向西傾伏。褶斷區(qū)斷裂較發(fā)育，且以北東向壓扭性逆沖斷裂為主，位于褶皺兩翼，傾向南東，傾角60°以上。礦區(qū)東部及東南部4km外，零星分布有燕山早期小丁沖、小河王、楊北寨等淺成淺剝蝕中酸性小侵入體，區(qū)域巖漿巖總體不發(fā)育。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

區(qū)內(nèi)出露地層主要為三疊系，由老至新依次為殷坑組(T1y)、和龍山組(T1h)、南陵湖組(T1n)、東馬鞍山組(T2d)和第四系(Q)(圖1)。

圖1 烏石山水泥用石灰?guī)r礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

殷坑組(T1y)：黃綠、灰綠色鈣質(zhì)頁(yè)巖夾灰色薄—中厚層灰?guī)r，厚147.94m；和龍山組(T1h)：深灰—灰色薄—中厚層泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾黃綠色鈣質(zhì)頁(yè)巖，厚175.64m。頂部灰黃、黃褐色頁(yè)巖為礦層與礦層底板分界標(biāo)志。

南陵湖組(T1n)：為賦礦層位，大面積出露于礦區(qū)中部。分四個(gè)巖性段[6-7]。第一巖性段(T1n1)：灰、淺紫紅色假厚層泥晶灰?guī)r、中厚層似瘤狀灰?guī)r夾少量礫屑灰?guī)r，厚197.40～203.68m。水平—波狀層理，縫合線發(fā)育，單層厚3～40cm。底部似瘤狀灰?guī)r與和龍山組(T1h) 頂部頁(yè)巖直接接觸，作為分界標(biāo)志。第二巖性段(T1n2)：灰色中厚—塊狀泥晶微晶灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，厚29.01～43.72m。礫屑灰?guī)r呈厚層狀，風(fēng)化后表面渾圓，為該段主要特征。第三巖性段(T1n3)：深灰、淺紫色薄—中厚層似瘤狀泥晶灰?guī)r，厚35.62～57.27m。巖性單一，單層厚1～20cm。第四巖性段(T1n4)：灰、紫灰、深灰色薄—中厚層泥晶灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r，中部為淺灰、灰白色厚—塊狀泥晶微晶灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r，頂部蠕蟲(chóng)狀泥晶灰?guī)r，厚288.10m。

東馬鞍山組(T2d)：淺灰、灰白色薄—中厚層微晶含膏白云巖、灰質(zhì)白云巖，厚度＞39.96m。

第四系(Q)：褐黃色粘土和含礫粘土，分布于山坡、山麓及溶蝕洼地，厚0～4.50m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于揚(yáng)北寨—烏石山復(fù)向斜東段，由張灣倒轉(zhuǎn)向斜、天井塘倒轉(zhuǎn)背斜、烏石山倒轉(zhuǎn)向斜組成，樞紐均呈舒緩波狀，軸面南傾。張灣向斜位于北部，北翼為南陵湖組三段(T1n3)—二疊系(P)地層，傾角14～40°，南翼缺失；烏石山向斜平面上呈略向北凸出之弧形，核部為東馬鞍山組(T2d)，兩翼為南陵湖組(T1n)，北翼傾角40～58°，南翼傾角30～46°。斷裂較發(fā)育。F6、F7走向斷裂造成礦體沿傾向不連續(xù)，F(xiàn)6垂直斷距約40m；F2、F4為左行張扭性橫向斷裂，斷裂帶膠結(jié)緊密。斷層對(duì)兩盤(pán)礦石質(zhì)量無(wú)影響，礦區(qū)無(wú)巖漿活動(dòng)。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體地質(zhì)特征

礦體賦存于下三疊統(tǒng)南陵湖組(T1n)地層中，巖性為灰、深灰、青灰、淺灰色薄—中厚層、厚層泥晶灰?guī)r、似瘤狀灰?guī)r、礫屑灰?guī)r和蠕蟲(chóng)狀泥晶灰?guī)r等。礦體呈條狀展布[6]，東西長(zhǎng)3 602m，南北寬1 600m，平均厚713.29m。礦體總體呈倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜形態(tài)產(chǎn)出，至北向南由張灣向斜、天井塘背斜及烏山向斜構(gòu)成(圖2)，柔皺局部發(fā)育。礦層傾向135～190°，傾角28～78°，變化較穩(wěn)定。

圖2 烏石山水泥用石灰?guī)r礦區(qū)0勘探線地質(zhì)簡(jiǎn)圖

礦體裸露地表，出露標(biāo)高+320m至最低開(kāi)采標(biāo)高(+20m)相對(duì)高差為300m。F7斷層造成礦體層位缺失，F(xiàn)6斷層造成南盤(pán)抬升約40m。F2、F4斷層造成礦體平移約150m。

沿走向，中部礦體厚度較大，東西兩側(cè)厚度較小，變化范圍451.14m(15線)～822.98m(2線)[7]，變化系數(shù)15.64%(表1)。沿傾向，變化系數(shù)34.18%～45.13%(表2)，平均39.54%。厚度變化系數(shù)＜40%，表明沿走向、傾向，礦體厚度穩(wěn)定[8]。

表1 礦體厚度沿走向(西→東)變化結(jié)果

表2 礦體厚度沿傾向變化結(jié)果

3.2 頂?shù)装鍑鷰r及夾石

礦床底板為和龍山組(T1h)泥質(zhì)條帶灰?guī)r及頁(yè)巖夾灰?guī)r，頂板為東馬鞍山組(T2d)中厚層白云巖和含白云質(zhì)灰?guī)r。

礦體內(nèi)有11個(gè)夾石體，均呈透鏡體狀，巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r或白云巖。夾石體出露長(zhǎng)185.29～1 214.87m，寬4.24～26.44m，厚3.80～11.97m。其中，J2～J7夾石體，由地表到地下60m內(nèi)，體積膨大增厚。礦區(qū)最大夾石體體積491.7萬(wàn)m3，最小夾石體體積4.9萬(wàn)m3。夾石平均化學(xué)成分：CaO 45.97%、MgO 5.68%、K2O+Na2O 0.33%、SO30.021%、Cl-0.010%。剝采比為0.03∶1。夾石抗壓強(qiáng)度27.5～127.9Mpa，平均57.2Mpa，可作建筑石料礦綜合利用。

3.3 礦石質(zhì)量特征

3.3.1 礦石類(lèi)型和品級(jí)

泥晶灰?guī)r為主要礦石類(lèi)型，多分布于下三疊統(tǒng)南陵湖組一段和四段，比例占80%以上。微晶灰?guī)r、似瘤狀灰?guī)r、礫屑灰?guī)r和蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r為次要礦石類(lèi)型。微晶灰?guī)r多分布于南陵湖組四段，比例占約10%；似瘤狀灰?guī)r分布于南陵湖組一段及三段，比例占約6%。礫屑灰?guī)r和蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r少量。

一般工業(yè)指標(biāo)要求：Ⅰ級(jí)品CaO≥48%，MgO≤3%，K2O+Na2O≤0.6%、SO3≤1%；Ⅱ級(jí) 品CaO≥45%，MgO≤3.5%，K2O+Na2O≤0.8%、SO3≤1%。本礦床，Ⅰ級(jí)品礦石占99%，主要巖性為泥晶及微晶灰?guī)r；Ⅱ級(jí)品少量，巖性為礫屑灰?guī)r、似瘤狀灰?guī)r及蠕蟲(chóng)狀泥晶灰?guī)r。Ⅰ級(jí)品CaO 48.00%～55.87%，平均53.15%；MgO 0.04%～3.50%，平均0.98%；K2O+Na2O 0.06%～0.60%，平均0.20%。Ⅱ級(jí)品CaO 45.00%～54.32%，平均51.30%；MgO 1.14%～4.52%，平 均3.27%；K2O+Na2O 0.10%～1.01%，平均0.13%。Ⅱ級(jí)品中K2O+Na2O＞0.80%僅一個(gè)樣品，厚度7.78m。

3.3.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)以泥晶、微晶結(jié)構(gòu)為主，少量礫屑結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造有層狀、假厚層、條帶狀、似瘤狀構(gòu)造。泥晶方解石與泥質(zhì)組成泥質(zhì)條帶，呈腸狀、串珠狀、蝌蚪狀、似瘤狀分布，組成“似瘤狀”特有構(gòu)造。礫屑結(jié)構(gòu)中，由泥晶微晶方解石組成的礫屑，呈不規(guī)則渾圓狀，粒徑2.5～12.5mm，分布無(wú)序。

3.3.3 礦石礦物成分和化學(xué)成分

礦物成分比較簡(jiǎn)單，主要為方解石(＞90%)，少量白云石(＜3%)、泥鐵質(zhì)礦物(2%～6%)和微量石英(＜2.5%)。

依據(jù)礦區(qū)3095件基本分析，礦石中主要有益組分CaO 45.00%～55.87%，平均53.10%，有害組分MgO 0.04%～4.52%，平均0.98%。依據(jù)礦區(qū)899件組合分析，有害組分K2O+Na2O 0.06%～1.01%，平均0.20%；SO30.008%～1.010%，平均0.056%；Cl-0.001%～0.022%，平均0.010%。其他組分含量：SiO22.23%、Al2O30.35%、Fe2O30.28%，燒失量42.42%。

沿走向(自西向東)，主要有益組分CaO 含量52.78%～53.74%，主要有害組分MgO含量0.65%～1.16%，變化系數(shù)＜40%，分別為0.59%、4.45%(表3)，表明CaO、MgO含量沿走向變化穩(wěn)定。

表3 礦石主要化學(xué)成分沿走向(西→東)變化結(jié)果

沿傾向(由地表→深部)，總體變化趨勢(shì)：CaO含量降低，MgO含量升高。全礦區(qū)沿傾向平均變化系數(shù)＜40%(表4)，表明CaO、MgO含量沿傾向變化穩(wěn)定。

表4 礦石主要化學(xué)成分沿傾向變化結(jié)果

沿厚度方向，以ZK02鉆孔為例，CaO、MgO含量總體上呈波狀變化，除個(gè)別單樣含較多白云石導(dǎo)致MgO偏高，CaO偏低外，其他樣品則圍繞均值做窄幅波動(dòng)(圖3)。其中CaO 47.86%～55.36%，平均53.31%，變化系數(shù)2.93%，變化穩(wěn)定；MgO 0.10%～2.78%，平均0.83%，變化系數(shù)69.72%，變化較穩(wěn)定。但MgO含量總體偏低，滿(mǎn)足一般指標(biāo)要求。

圖3 CaO(a)、MgO(b)含量沿厚度變化示意圖

地表礦石MgO 0.10%～4.02%，平均0.96%，深部MgO 0.04%～4.52%，平均1.07%，地表MgO含量低于深部。地表礦石SO30.008%～ 0.181%，平均0.030%，深部SO30.011%～1.010%，平均0.043%，地表SO3含量低于深部。全區(qū)SO3≥0.50%的樣品僅一件，含量1.01%，厚度1.54m，巖性為薄層灰?guī)r夾炭質(zhì)頁(yè)巖。因厚度小，不影響圈定的礦體。造成SO3偏高的原因是炭質(zhì)頁(yè)巖引起，即碳化有機(jī)質(zhì)富含硫。

SO3具有酸性， 能極迅速地與水化合生成硫酸并放出熱量[9]。推測(cè)地表水從巖石裂隙滲入，灰?guī)r中有少量SO3溶于水生成硫酸，再與碳酸鎂發(fā)生反應(yīng)，造成地表礦石MgO和SO3含量均低于深部。

4 礦床成因分析

一段(T1n1)泥晶灰?guī)r—似瘤狀灰?guī)r—礫屑灰?guī)r組成的層序，反映水體由深變淺，能量由低到高的旋回性變化，為水體較為動(dòng)蕩的淺水陸棚沉積環(huán)境[3]；二段(T1n2)含有異地礫屑巖塊，為臺(tái)地邊緣塊體流沉積，沉積環(huán)境位于臺(tái)地前斜坡坡址；三段(T1n3)以瘤狀灰?guī)r為特征，具水平波狀層理，臺(tái)地前緣斜坡相沉積；四段(T1n4)總體為碳酸鹽臺(tái)地斜坡相—局限臺(tái)地相沉積。礦床成因?yàn)闇\海陸棚相—局限臺(tái)地相沉積碳酸鹽巖礦床。

5 結(jié)論

(1)礦床賦礦層位為下三疊統(tǒng)南陵湖組，按巖性組合特征分四個(gè)巖性段，自下而上地層層序和巖性組合特征明顯，為本區(qū)和外圍勘查找礦提供了參考。

(2)礦體延展長(zhǎng)度大于3km，出露寬度大于1km， 厚度大于500m，礦床規(guī)模為大型。

(3)礦體連續(xù)，沿走向、傾向厚度變化系數(shù)小于40%，礦體厚度穩(wěn)定。

(4)礦層中有用組分含量高，有害組分含量低，沿走向、傾向及厚度方向，礦石質(zhì)量穩(wěn)定。礦石以Ⅰ級(jí)品為主，具有較好開(kāi)發(fā)價(jià)值。

(5)受地表水影響，淺部礦石MgO、SO3含量低于深部。結(jié)合高鎂夾石體由地表向深部膨大增厚變化位置，推斷地表水影響深度不超過(guò)60m。