淺析內(nèi)蒙古清水河縣北山地區(qū)水泥用石灰?guī)r礦地質(zhì)特征及成因

田璐

摘要：通過對研究區(qū)地質(zhì)特征、含礦層位等進行分析研究，認為研究區(qū)礦體主要賦存于寒武系中統(tǒng)張夏組地層中，礦體呈近水平層狀產(chǎn)出，共3層礦體，控制礦體最大長度4461m，最大寬度627m，平均厚度21.99m～ 28.70m。礦床平均化學成分CaO：50.37%，MgO：1.20%，K2O+Na2O：0.504%，SO3：0.032%，fSiO2：2.70%。礦石類型為泥晶灰?guī)r和含硅質(zhì)粉晶灰?guī)r，屬淺海相沉積型礦床。

關(guān)鍵詞：水泥用石灰?guī)r礦；地質(zhì)特征；北山地區(qū)；成因

1.區(qū)域地質(zhì)

研究區(qū)古生代地層區(qū)劃屬華北地層大區(qū)、晉冀魯豫地層區(qū)、鄂爾多斯地層分區(qū)、東勝地層小區(qū)。中、新生代地層區(qū)劃屬山西地層區(qū)、涼城地層分區(qū)。圖幅內(nèi)出露地層由老至新有：古生界寒武系上、中、下統(tǒng)，奧陶系中、下統(tǒng)，石炭系上統(tǒng)，二疊系下統(tǒng)；中生界白堊系下統(tǒng)；新生界新近系上新統(tǒng)，第四系上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。

研究區(qū)所處大地構(gòu)造位置為華北地臺山西臺隆清水河凸起的中部。區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀平緩或近于水平；加里東構(gòu)造層有寒武系、奧陶系地層組成，為緩傾斜巖層，微具波狀起伏，地層總體走向北東或北東東向，北西傾向，傾角一般小于10°。構(gòu)造變動主要表現(xiàn)為升降運動，局部有斷裂活動，褶皺構(gòu)造輕微，僅形成一些撓曲。

研究區(qū)內(nèi)侵入巖為太古代第一期第三次鉀長花崗巖，主要由壓碎鉀長花崗巖及中細粒鉀長花崗巖組成。巖石具壓碎現(xiàn)象，次生節(jié)理發(fā)育。

2.研究區(qū)地質(zhì)

2.1地層

研究區(qū)地層總體呈近水平層狀產(chǎn)出，出露的地層有：寒武系下統(tǒng)—中統(tǒng)饅頭組和張夏組、炒米店組、第四系上更新統(tǒng)和現(xiàn)代沖、洪積層。按地層由老至新敘述如下：

（1）寒武系下統(tǒng)—中統(tǒng)饅頭組：出露于研究區(qū)的西南及中部沖溝底部，北東向展布，下部巖性為淺肉紅色細—中粗粒石英巖夾紫紅色頁巖，底部見有2m厚的含礫砂巖，厚23m；中部巖性為含粉砂泥質(zhì)頁巖，含云母粘土質(zhì)頁巖，夾薄層含云母細粉砂巖，厚35m；下部巖性為黃灰色鈣質(zhì)細粉砂巖，厚3m～16m。不整合于片麻狀花崗巖之上。

（2）寒武系中統(tǒng)張夏組：出露于研究區(qū)的中部，為水泥用石灰?guī)r含礦層位。巖性為淺灰色灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、假鮞狀灰?guī)r，青灰色薄層含硅泥質(zhì)灰?guī)r，夾少量竹葉狀灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r，底部見白云石化灰?guī)r；鉆孔控制最大厚度130m，本組地層風化剝蝕嚴重，與下伏饅頭組整合接觸。

（3）寒武系上統(tǒng)炒米店組：僅在研究區(qū)較高的山頂零星分布，巖性為竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，厚度小于20m，與下伏張夏組整合接觸。

（4）第四系上更新統(tǒng)：廣泛分布于研究區(qū)內(nèi)，為黃土及坡積層組成，厚30m，黃土穩(wěn)定，偶含鈣質(zhì)結(jié)核，層理不發(fā)育，有明顯的垂直節(jié)理，礦物成分以石英粉砂為主，含砂、亞粘土質(zhì)礦物。

（5）第四系全新統(tǒng)現(xiàn)代沖、洪積層：主要分布于研究區(qū)內(nèi)清水河河谷、沖溝及山前沖洪積扇中，由碎石、卵石、礫石及泥砂組成，厚度一般在5m左右。

2.2構(gòu)造及巖漿巖

研究區(qū)構(gòu)造較為簡單，地層呈近水平層狀產(chǎn)出，局部呈舒緩波狀起伏，地層總體走向50°～60°，傾向北西，傾角2°～11°；未發(fā)現(xiàn)明顯斷層跡象。研究區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅在研究區(qū)東南邊界有少量侵入巖，地表及深部均未發(fā)現(xiàn)后期侵入的巖體和脈巖，對礦體沒有破壞和影響。

3.礦床特征

研究區(qū)內(nèi)水泥用石灰?guī)r礦賦存于寒武系中統(tǒng)張夏組中，根據(jù)巖性組合特征，本組又可分為上巖段、中巖段和下巖段；三個巖段大致對應(yīng)三個礦層及三個夾石層。下巖段為張夏組下部，中上部巖性為灰?guī)r、含硅泥質(zhì)灰?guī)r，厚30m左右，含K3礦層，其中不穩(wěn)定夾層泥質(zhì)灰?guī)r為J3夾層，其下部白云質(zhì)灰?guī)r，厚度0～18m。中巖段分布張夏組中部，厚30m～40m，上部為K2礦層，以含硅泥質(zhì)灰?guī)r為主，夾灰?guī)r，下部J2夾層為硅泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r及泥巖。上巖段分布于張夏組上部，厚50m～70m，其上部為K1礦層，巖性組合以灰?guī)r為主，夾含硅泥質(zhì)灰?guī)r，下部為J1夾層，主要巖性為含硅泥質(zhì)灰?guī)r、硅泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r。礦層呈近水平層狀產(chǎn)出，局部呈舒緩波狀。受風化剝蝕影響，上部礦體形態(tài)極不規(guī)則，厚度變化較大。

3.1礦體特征

根據(jù)礦體物質(zhì)組成、空間分布及賦存層位特征，研究區(qū)內(nèi)共圈定3層水泥用石灰?guī)r礦層，編號由下至上為K3、K2和K1礦層，其中K3和K2礦層為主要礦層，受沖溝的切割沖刷，各礦層平面形態(tài)呈不規(guī)則狀，為近水平產(chǎn)出的層狀礦體，呈舒緩波狀，礦層總體呈南西—北東向展布，傾向325°，傾角2°～11°。

（1）K1礦層：賦存于張夏組上部，受風化剝蝕，礦體形態(tài)不規(guī)則，巖性為厚層狀微晶灰?guī)r，礦層受地層控制，呈近水平層狀產(chǎn)出，局部呈舒緩波狀，總體走向北東-南西，傾向310°～320°，傾角3°～7°，由7個槽探和11個鉆孔控制。礦層延伸長度約995m，出露最大寬度364m，工程控制厚度13.95m～47.32m，平均厚度28.70m，厚度變化系數(shù)57.48%，屬厚度變化較穩(wěn)定型。由J1夾層與下伏K2礦體相隔。

（2）K2礦層：研究區(qū)內(nèi)大部分分布，賦存于張夏組中部，地表出露較好，有不同程度剝蝕，礦體形態(tài)不規(guī)則，巖性以含硅質(zhì)泥晶灰?guī)r為主，總體走向北東—南西，傾向310°～ 342°，傾角2°～7°，由20個槽探和14個鉆孔控制。礦層延伸長度約3144m，控制最大寬度627m，工程控制厚度8.00m～67.90m，平均厚度21.99m，厚度變化系數(shù)56.40%，屬厚度變化較穩(wěn)定型。

（3）K3礦層：賦存于張夏組下部，研究區(qū)內(nèi)分布范圍較廣，有不同程度剝蝕，礦體形態(tài)不規(guī)則，巖性主要為灰—深灰色厚層狀灰?guī)r、含硅質(zhì)灰?guī)r?？傮w走向北東—南西，傾向310°～345°，傾角3°～11°，由18個槽探工程和10個鉆孔控制。礦層延伸長度約4461m，控制最大寬度589m，工程控制最小厚度8.00m～67.30m，平均厚度25.58m，厚度變化系數(shù)35.54%，屬厚度變化穩(wěn)定型。

3.2礦石質(zhì)量

礦石主要呈微晶、泥晶—微晶結(jié)構(gòu)，少量呈粉晶—細晶、含鮞?！⒕ЫY(jié)構(gòu)；礦石主要為層狀構(gòu)造和塊狀構(gòu)造。礦石礦物主要為方解石，含少量自生石英、白云石、鐵質(zhì)、泥質(zhì)及生物碎屑等。

礦石有益有用化學成分為CaO，主要有害化學成分為MgO、fSiO2、K2O、Na2O和SO3。礦層有益組分CaO含量較高時，有害組分MgO和SiO2含量則較低，二者之間呈負相關(guān)關(guān)系。礦床礦石質(zhì)量沿走向變化較小，質(zhì)量穩(wěn)定；礦石質(zhì)量沿傾向深部略高于地表。礦石中主要有益組分分布均勻，有害組分分布較均勻，沿走向、傾向變化較小，礦石質(zhì)量較穩(wěn)定。

3.3礦石類型和品級

（1）礦石自然類型

研究區(qū)內(nèi)礦石自然類型有中厚層粉晶灰?guī)r、微粉晶鮞狀灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、弱白云石化粉晶灰?guī)r，另有少量竹葉狀灰?guī)r。根據(jù)分析結(jié)果對比，各自然類型礦石化學成分變化不大。

中厚層粉晶灰?guī)r及微粉晶鮞?；?guī)r：K1礦層多見，厚層狀，粉晶及微晶方解石一般占50%左右，另含鮞粒及殼屑，有時含少量砂屑、礫屑，白云石一般小于5%。

泥晶灰?guī)r：K2礦層多見，薄層狀構(gòu)造為主，泥晶方解石占70%～90%，泥質(zhì)成份占5%～10%，含少量粉砂碎屑。

弱白云石化粉晶灰?guī)r：一般定名為含硅質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，下部層位K3礦層多見，中厚層狀構(gòu)造為主，粉晶方解石占60%～70%，有時為泥晶或微晶方解石，含少量殼屑、鮞粒，白云石含量在5%～10%。

（2）礦石品級

K1礦層CaO平均49.91%，MgO平均1.39%，fSiO2平均2.42%，K2O平均0.47%，Na2O平均0.046%，SO3平均0.029%；K2礦層CaO平均50.58%，MgO平均0.92%，fSiO2平均2.84%，K2O平均0.50%，Na2O平均0.034%，SO3平均0.033%；K3礦層CaO平均50.75%，MgO平均1.31%，fSiO2平均2.73%，K2O平均0.45%，Na2O平均0.034%，SO3平均0.034%。礦石質(zhì)量總體滿足水泥用石灰?guī)r礦Ⅰ級品質(zhì)量要求。

3.4礦層頂?shù)装搴蛫A石

（1）礦層頂?shù)装?/p>

本次工作主要針對有露頭的張夏組含礦層，部分控制到黃土覆蓋區(qū)。K1礦層保留部分基本上直接出露，表土厚度一般2m以下，局部見上覆紅色礫巖，分布范圍很小。K3礦層下部圍巖為未達到礦石要求的白云質(zhì)灰?guī)r和徐莊組鈣泥質(zhì)粉細砂巖。鉆孔控制的覆蓋區(qū)礦層，黃土厚度6m～ 45m，其下一般為K2礦層，個別為K1或K3礦層。

（2）夾石

從剖面圖可見，三個礦層之間的泥灰?guī)r、泥巖、硅泥質(zhì)灰?guī)r及未達到礦石要求的含硅泥質(zhì)灰?guī)r，即作為夾石層處理，J1、J2兩大夾石層分布于三個礦層之間；另有K3礦層中間的J3夾石層。

J1夾石層：為上巖段下部，在K1和K2礦層之間，典型巖性為泥巖或泥灰?guī)r，厚度1m～4m，分布標高在1350m左右；經(jīng)樣品分析組分不達標圈定的夾石層厚度一般在15m～25m?？傮w特點是由露頭處探槽向北西傾斜方向鉆孔中，夾石層變厚，走向延長穩(wěn)定。除明顯的泥巖沒有樣品外，夾層中泥灰?guī)r、硅泥質(zhì)灰?guī)r，CaO含量一般在35%～ 45%，Na2O+K2O含量明顯偏高，達1%～2%，fSiO2一般在4%～7%，開采時應(yīng)注意剝離。

J2夾石層：為中巖段下部，典型巖性為泥巖或泥灰?guī)r，厚度1m～4m；分布標高在1320m左右，經(jīng)樣品控制，未達礦石的硅泥質(zhì)灰?guī)r歸入，夾石層厚度一般在10m～30m之間，總體特點是由露頭處探槽向北西傾斜方向鉆孔中，夾石層變厚；走向延長很穩(wěn)定。除明顯的泥巖沒有樣品外，夾石層中泥灰?guī)r、硅泥質(zhì)灰?guī)r，CaO含量一般在35%～45%，Na2O+K2O含量明顯偏高，達1%～2%，SiO2達10%以上，fSiO2一般在4%～7%。開采時應(yīng)注意剝離。

J3夾石層：位于下巖段k3礦層中，典型巖性泥灰?guī)r，延伸不很穩(wěn)定。14～18線工程控制走向長600m，傾向長200m～ 300m，分布標高在1295m左右；經(jīng)樣品分析圈定夾石層厚15m～20m。CaO含量一般在40%～45%，fSiO2一般在4%～ 7%。32～36線工程控制硅泥質(zhì)灰?guī)r夾石厚25m左右，分布標高在1285m左右，走向延長600m左右，傾向延長200m～ 300m，CaO含量一般在40%～45%，fSiO2一般在4%～7%。

4.礦床成因類型

本區(qū)在早寒武世到中奧陶世一直處于海洋環(huán)境，沉積了一套以碳酸巖為主的地層。寒武紀中晚世，海面時有升降，環(huán)境相對動蕩，沉積了一套泥晶灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、薄層灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r等，其間的三葉蟲化石特點也反映了動蕩的淺海環(huán)境。到早奧陶世，本區(qū)環(huán)境相對穩(wěn)定，沉積了一套細粒結(jié)構(gòu)的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r及石灰?guī)r，所含化石為淺海相頭足類。本礦床屬淺海相化學沉積礦床。

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