安徽淮北市雙頂山水泥灰?guī)r礦特征及找礦標(biāo)志

尚德鋒

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325地質(zhì)隊(duì)，安徽 淮北 235000)

安徽省淮北市雙頂山水泥灰?guī)r礦位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)南緣，魯西隆起區(qū)南段。徐宿弧形構(gòu)造帶中偏南部，皇藏峪復(fù)背斜南段的西翼中部，西側(cè)與閘河復(fù)式向斜毗鄰，構(gòu)造屬新華夏系構(gòu)造體系[1]，構(gòu)造線方向在18°～35°之間，劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使區(qū)內(nèi)地層疊加和改造，發(fā)生了差異性的斷塊升降和巖漿活動(dòng)，致使石灰?guī)r礦層分割成條條塊塊。在抬升隆起區(qū)[2]，礦層裸露地表，成為今日可以開發(fā)利用的礦產(chǎn)

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層有下奧陶統(tǒng)蕭縣組、馬家溝組及第四系(圖1)?，F(xiàn)簡(jiǎn)述如下：

圖1 淮北市雙頂山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig 1.Regional Geological Sketch Map of Shuangdingshan Area，Huibei

(1)第四系(Q)：分布在礦區(qū)西側(cè)及南側(cè)的山坡地帶，巖性為棕紅色砂質(zhì)粘土、粘土，厚0～15m。

(2)下奧陶統(tǒng)馬家溝組(O1m)：劃分上、下兩個(gè)巖性段

馬家溝組上段(O1m2)：以灰質(zhì)白云巖為主，夾白云質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r，上部夾少量泥質(zhì)灰?guī)r。底部以一層明顯的斑紋狀灰質(zhì)白云巖與馬家溝組下段分界，區(qū)域厚100m左右。

馬家溝組下段(O1m1)：區(qū)內(nèi)自下而上可分為六個(gè)巖性段：

(a)深灰色隱晶質(zhì)灰?guī)r段：為Ⅰ礦層的賦礦層位，與蕭縣組上段呈整合接觸，底部為薄層狀灰質(zhì)白云巖與泥質(zhì)灰?guī)r互層(蕭縣組頂部)，分界明顯。該灰?guī)r段區(qū)域上厚度及化學(xué)成分極其穩(wěn)定，含少量硅質(zhì)結(jié)核，質(zhì)量符合水泥灰?guī)r灰石Ⅰ級(jí)品的規(guī)范要求，部分符合電石灰?guī)r礦質(zhì)量要求，區(qū)域厚7.5m～12.80m，平均厚10m左右。

(b)灰黑色厚層狀斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖巖性段：與上、下巖性段分界明顯且為突變關(guān)系，斑紋狀構(gòu)造、風(fēng)化面呈黑色，白云巖含量較多，一般在25%～30%左右，且不穩(wěn)定。MgO含量7～12%之間，厚5m左右，構(gòu)成Ⅰ、Ⅱ礦層連續(xù)而穩(wěn)定的夾層。

(c)含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r巖性段：位于馬家溝組下段中部，為水泥灰?guī)rⅡ礦層含礦巖性段，下距Ⅰ礦層約5m，厚55m左右。普含硅質(zhì)結(jié)核，下部(約30m厚)呈灰色～青灰色、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，以厚層狀為主，質(zhì)純性脆，化學(xué)成分穩(wěn)定，上部(厚約25m)呈灰色、灰黑色、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，以中厚層狀為主，局部含不連續(xù)夾層，由白云質(zhì)呈條帶狀分布構(gòu)成，沿走向白云質(zhì)條帶相變較快，在數(shù)十米內(nèi)可逐漸消失，化學(xué)成分較穩(wěn)定。一般含CaO 52～54% 、MgO 0.8～1.5%、SiO22%左右。

(d)斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖巖性段：為灰色、深灰色白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖，具斑紋狀構(gòu)造、風(fēng)化面呈黑色，MgO含量8%～12%之間，構(gòu)成Ⅱ、Ⅲ水泥灰?guī)r礦層的夾層，厚約9.50m。

(e)含硅質(zhì)結(jié)核含白云質(zhì)灰?guī)r巖性段：為Ⅲ礦層含礦層位。位于馬家溝組下段上部，上距馬家溝組下段上界約8.5m，最大厚12m。呈灰黑色，隱晶～細(xì)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，含硅質(zhì)結(jié)核，由于白云石含量變化較大，局部MgO較高，礦層消失，故作為礦層，厚度則不甚穩(wěn)定?；瘜W(xué)成分不甚穩(wěn)定，CaO一般在51%～53%、MgO含量 1%～3%、SiO2在2%左右。

(f)灰質(zhì)白云巖巖性段：位于馬家溝組下段頂部，表面灰黑色，風(fēng)化面具刀砍狀、白云石含量明顯增加，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，中厚層狀，厚約8.5m。

(3)下奧陶統(tǒng)蕭縣組(O1x)：劃分2個(gè)巖性段

蕭縣組上段(O1x2)：上部灰質(zhì)白云巖與泥質(zhì)灰?guī)r互層。灰質(zhì)白云巖呈灰色至灰黑色，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，中厚～薄層狀。泥質(zhì)灰?guī)r呈灰黃色，薄層狀；中上部夾2層灰至灰黑色中厚層狀隱晶質(zhì)灰?guī)r，厚1.18m～2.64m，區(qū)內(nèi)分布穩(wěn)定。厚90m左右；下部由兩層角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r互層，與兩層石灰?guī)r相間組成。前者呈淺紅色，黃褐色，薄～中厚層狀，具蜂窩狀構(gòu)造，后者呈灰～藍(lán)灰色，隱晶結(jié)構(gòu)，中厚層狀，具微細(xì)層理，局部呈斑紋狀。厚50m在右。

蕭縣組下段(O1x1)：巖性為中厚至厚層微細(xì)層理白云質(zhì)灰?guī)r，含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r，底為角礫狀灰?guī)r。主要出露于礦區(qū)東西兩側(cè)，厚100m左右。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于皇藏峪復(fù)式背斜和閘河復(fù)式向斜的相接部位，總體構(gòu)造線方向近北東，由于構(gòu)造的原因使整個(gè)礦區(qū)分成三個(gè)礦段。一礦段位于時(shí)村背斜東翼，西翼傾向135°～145°，傾角70°～75°，北部轉(zhuǎn)為向斜，東翼較緩，傾向285°～290°，傾角22°～41°；二礦段位于時(shí)村背斜東翼，礦層傾向150°～160°，傾角50°左右；三礦段位于雙頂山向斜中，10線以北、3線以南向斜閉合，西翼傾向140°～160°，傾角21°～50°，東翼傾向250°～315°，傾角20°～41°。礦區(qū)褶皺構(gòu)造主要有雙頂山向斜。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦層特征

該礦區(qū)水泥灰?guī)r礦礦層主要賦存于下奧陶統(tǒng)馬家溝組下段(O1m1)巖層中[4]，被兩層分布穩(wěn)定的白云質(zhì)灰?guī)r夾層隔開，自下而上劃分為Ⅰ、Ⅱ二個(gè)礦層。Ⅰ礦層為塊狀純灰?guī)r，平均厚10.69m；Ⅱ礦層為含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r，出露最大厚度54.91m，平均厚44.61m。由于礦區(qū)內(nèi)F6、F7斷層及雙頂山向斜構(gòu)造的影響，本礦床自然地分隔成三個(gè)礦段(圖1)。

圖1 勘探線9線資源/儲(chǔ)量估算剖面圖Fig 2.Section of Exploration Line 9

(1)一礦段：位于南山一帶，南北長(zhǎng)約620m，東西寬35m～100m，出露標(biāo)高49m～147.60m，該礦段西部礦層傾向135°～145°，傾角70°～75°，東部?jī)A向285°～290°，傾角22°～41°。該礦段見有F7斷層，F(xiàn)7斷層在輔7線以南對(duì)Ⅱ礦層破壞較大。由于受F10斷層影響，使Ⅰ礦層在11線以南不連續(xù)。11線北8.23m，沿南山東、北、西坡環(huán)形出露，南北長(zhǎng)約150m，出露標(biāo)高120m～142m。Ⅰ礦層在該段出露良好，厚8.23m～9.33m。Ⅱ礦層在9、10線出露良好，厚54.02m～49.71m，6、輔7線和11線厚分別為15.71m、23.02m和34.56m。

(2)二礦段：南北長(zhǎng)約500m，東西寬48m～70m出露標(biāo)高56m～114m，由于3線南側(cè)及西側(cè)有高壓線通過，實(shí)際資源量估算范圍南北長(zhǎng)僅220m。傾向150°～160°，傾角20°～65°左右。Ⅰ礦層厚10.86m，長(zhǎng)280m，Ⅱ礦層厚54.84m，長(zhǎng)410m，出現(xiàn)兩層厚2.06m的不連續(xù)夾層，MgO分別為3.60%、4.58%。由于F7斷層的存在，使一、二礦段不連續(xù)。

(3)三礦段：南北長(zhǎng)約750m，東西寬150m～230m，出露標(biāo)高65m～212m西翼傾向140°～160°，傾角21°～56°，東翼傾向250°～315°，傾角20°～56°。Ⅰ礦層厚8.06m～14.68m，平均10.94m，分布于三礦段的周圍，西部受F6斷層影響多以重復(fù)出現(xiàn)，且厚度變化較大，Ⅱ礦層分布于中部，上部大部分已被剝蝕，厚僅為15.71m～54.91m(表1)。

表1 雙頂山礦層特征一覽表Tab 1.Characteristics of Shuangdingshan Deposit

2.2 礦石質(zhì)量

礦區(qū)內(nèi)礦石的化學(xué)組份在Ⅰ、Ⅱ礦層間雖有差異，但總體變化不大。Ⅰ礦層灰?guī)r較純，CaO平均含量高于Ⅱ礦層，Ⅰ、Ⅱ礦層MgO含量相近，SiO2在礦體中含量變化較大，Ⅰ礦層平均1.23%，Ⅱ礦層平均2.83%，Ⅱ礦層一般上部較低，中下部含量較高、局部最高達(dá)4.72%。礦石中的Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O、S、P、LOI在整個(gè)礦體中的含量變化不大(表2)，Cl僅在三礦段Ⅰ礦層個(gè)別地段超標(biāo)，但平均含量在規(guī)范要求范圍內(nèi)[5]。

Ⅰ礦層礦石為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)灰?guī)r，灰色，碎屑結(jié)構(gòu)，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，泥晶膠結(jié)塊狀構(gòu)造，質(zhì)純性脆，幾乎全由泥晶方解石組成，方解石含量大于95%，不透明礦物小于1%，含微量細(xì)小的硅質(zhì)結(jié)核，有細(xì)小方解石脈穿插。Ⅰ礦層礦石化學(xué)成分極其穩(wěn)定，在三個(gè)礦段平均有益成分CaO約54.10%；有害成分MgO約0.77%，SiO2約1.23%。水泥灰?guī)r有益、有害平均化學(xué)成分全部滿足水泥灰?guī)r礦石一級(jí)品的規(guī)范要求(表2)。其主要有害成分MgO、SiO2含量變化不大，MgO含量均小于1%，SiO2含量均在1%左右。

Ⅰ礦層礦石呈灰色、灰黑色，方解石含量95%～98%。白云石含量3%～5%，石英≤1%，不透明礦物≤1%。Ⅰ礦層礦石化學(xué)成分穩(wěn)定，在三個(gè)礦段平均有益成分CaO約53.48%；有害成分MgO約0.67%；SiO2約2.83%。其成分均滿足水泥灰?guī)r一級(jí)品礦石的規(guī)范要求(表2)。其主要有害成分MgO含量變化不大，只有在3線Ⅱ礦層的中上部出現(xiàn)兩層厚2.06m的不連續(xù)夾層，MgO含量分別為3.6%、4.58%。

表2 化學(xué)分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab 2.Chemical Analysis

由于上下礦層MgO含量低，對(duì)開采礦石質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生較大影響。SiO2含量的變化主要是由硅質(zhì)結(jié)核引起的，從地表觀察Ⅱ礦層下部硅質(zhì)結(jié)核較少，SiO2含量低，中上部硅質(zhì)結(jié)核含量多，SiO2含量高。

2.3 礦層圍巖與夾層

Ⅰ礦層底板：為灰黃色薄層狀灰質(zhì)白云巖與泥質(zhì)灰?guī)r互層。由于此段巖性軟硬相間，層理發(fā)育，地表出露不好，往往為坡積物所覆蓋，CaO含量在34.32%～48.46%之間，MgO含量在3.78%～15.58%之間，一般在10%左右。

Ⅰ礦層與Ⅱ礦層之間夾層：為厚層狀斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r，半自形～自形粒狀結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，巖石主要由微晶方解石組成，方解石含量70%～75%，白云石呈半自形-自形粒狀，主要呈透鏡狀、斑紋狀分布，部分浸染狀分布于微晶方解石中，含量25%～30%，不透明礦物小于1%。區(qū)域上厚度一般在5m左右，本礦區(qū)由于受構(gòu)造影響，厚度變化較大，厚2.08m～11.18m，平均4.93m，MgO含量3.6%～16.07%之間，一般在10%左右。該層介于Ⅰ、Ⅱ礦層之間，為Ⅰ礦層頂板、二礦層底板巖性分層。

Ⅱ礦層頂板：區(qū)域上為斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖，半自形～自形粒狀結(jié)構(gòu)微晶結(jié)構(gòu)，中厚～厚層狀構(gòu)造，白云石呈半自形～自形粒狀，不同部位有所不同，白云石含量85%～90%，方解石主要呈微晶狀，部分呈脈狀、斑塊狀分布，含量10%～15%，不透明礦物±1%。MgO含量一般在6.68%～10.91%之間。

3 礦床成因及找礦標(biāo)志

依據(jù)區(qū)域上礦層呈層狀，分布范圍廣泛，成分穩(wěn)定，產(chǎn)狀變化不大等特征，礦床之成因類型應(yīng)為陸臺(tái)型海相沉積礦床。

下奧陶統(tǒng)馬家溝組下段為淮北地區(qū)較重要的水泥灰?guī)r賦礦層位，區(qū)域上有兩層穩(wěn)定的厚層狀斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r夾層將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦層。其頂部的Ⅲ礦層往往不穩(wěn)定，不能構(gòu)成水泥灰?guī)r礦層。

底部的Ⅰ礦層為深灰色隱晶質(zhì)灰?guī)r，與蕭縣組上段呈整合接觸，底部為薄層狀灰質(zhì)白云巖與泥質(zhì)灰?guī)r互層，化學(xué)成分較穩(wěn)定，含少量硅質(zhì)結(jié)核，厚一般在10m左右。此段巖性軟硬相間，層理發(fā)育，地表出露不好，往往為坡積物所覆蓋，而Ⅰ礦層為大型厚層塊狀灰?guī)r，突顯地表，兩者反差極大，野外極易辨認(rèn)。

Ⅰ、Ⅱ礦層之間的夾層由灰黑色厚層狀斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖組成，與上下巖層呈突變關(guān)系，斑紋狀構(gòu)造，白云巖含量較多，野外風(fēng)化面呈黑色，與上下礦層反差大，很好識(shí)別。

Ⅱ礦層為厚層狀含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r，厚55m左右，為主要的水泥灰?guī)r礦層，下伏夾石層顏色反差明顯，再結(jié)合Ⅰ礦層的突出位置，極易確定Ⅱ礦層層位。

Ⅱ、Ⅲ礦層之間的夾層為灰色、深灰色白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖，具斑紋狀構(gòu)造，風(fēng)化面呈黑色。

由上可知，馬家溝組下段區(qū)域出露較少，主要分布于蕭縣、皇藏峪復(fù)式背斜翼部，Ⅰ礦層底部為薄層狀灰質(zhì)白云巖與泥質(zhì)灰?guī)r互層(蕭縣組頂部)，分界明顯，為突變關(guān)系，頂部為厚層斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r，厚5m左右，區(qū)域穩(wěn)定；Ⅱ礦層為厚層狀含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r，化學(xué)成分穩(wěn)定，厚55m左右。依據(jù)上述巖石組合特征及分布范圍，馬家溝組下段特殊層位為本地區(qū)水泥灰?guī)r礦的重要找礦標(biāo)志。

4 結(jié)論

(1)水泥灰?guī)r礦層(Ⅰ、Ⅱ)主要賦存于馬家溝組下段(O1m1)，為陸臺(tái)型海相沉積礦床。

(2)Ⅰ礦層礦石自然類型為隱晶質(zhì)灰?guī)r，與底部蕭縣組薄層狀灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r反差極大，野外極易辨認(rèn)。

(3)Ⅱ礦層礦石自然類型為厚層狀含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r，與下伏灰黑色斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r夾層呈突變關(guān)系，二者極易區(qū)分。

(4)Ⅰ、Ⅱ礦層有益成分CaO，有害成分MgO、Na2O+K2O、SO3、fSiO2(燧石質(zhì))、均符合水泥灰?guī)rⅠ級(jí)品礦石的質(zhì)量要求，這一經(jīng)濟(jì)價(jià)值對(duì)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)有重要意義。

(5)水泥灰?guī)r礦被兩層穩(wěn)定的斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r夾層隔開，Ⅰ、Ⅱ礦層之間的夾層由灰黑色斑紋狀白云質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖組成，與上下巖層呈突變關(guān)系。Ⅱ、Ⅲ礦層之間的夾層為灰色、深灰色白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖，具斑紋狀構(gòu)造，風(fēng)化面呈黑色，該特點(diǎn)是本區(qū)內(nèi)尋找水泥灰?guī)r礦的典型標(biāo)志。