甘肅天水馬家山水泥用大理巖礦地質(zhì)特征

趙文博，任少龍

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心甘肅總隊(duì)，甘肅 天水 741000)

甘肅天水馬家山水泥用大理巖礦是天水市為數(shù)不多的幾處優(yōu)質(zhì)水泥用大理巖礦山之一，首次發(fā)現(xiàn)于1985年，先后進(jìn)行了普查、詳查等地質(zhì)勘查工作，累計(jì)查明水泥用大理巖礦資源量3 984.94萬t，屬大型礦床[1]。它的開采為天水地區(qū)生產(chǎn)水泥提供了原料，很好地支撐了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文討論礦區(qū)的成礦地質(zhì)背景，分析礦體地質(zhì)特征[2-4]，為今后礦山開采提供地質(zhì)依據(jù)，同時(shí)也為研究整個(gè)蛇綠巖帶中大理巖礦的產(chǎn)出特征提供一定的借鑒。

1 成礦地質(zhì)背景

該礦床大地構(gòu)造位于柴達(dá)木—華北板塊(Ⅲ)—北秦嶺新元古代—早古生代造山帶(Ⅲ-6)—北秦嶺早古生代弧溝系(Ⅲ-6-1)—鴛鴦鎮(zhèn)—關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠混雜巖(Ⅲ-6-1-2)之上[5]，屬北秦嶺加里東褶皺帶羅卡山復(fù)式向斜構(gòu)造帶，區(qū)域上位于向斜北翼，控礦地層呈近北西西走向產(chǎn)出，由寒武紀(jì)關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖(∈YGsl)多次變質(zhì)的碎屑巖夾碳酸鹽巖組成[6]，分布于秦城區(qū)藉口鄉(xiāng)鄭集寨至甘谷武家河之間長約18km，寬約8km范圍內(nèi)。巖性以綠片巖化和夾火山巖為特征，其中部所夾大理巖可作為標(biāo)志層。在向斜南側(cè)與上泥盆統(tǒng)大草灘群(D3dc)粗碎屑巖呈斷層接觸。

本區(qū)屬北秦嶺加里東褶皺帶羅卡山復(fù)式向斜構(gòu)造帶，區(qū)內(nèi)發(fā)育兩組主斷裂，一組垂直向斜走向上翼部發(fā)育不同程度的張性斷裂，另一組是與復(fù)式向斜相伴隨的壓性沖斷裂。區(qū)域上為關(guān)子鎮(zhèn)韌性剪切帶，延伸長度大于2km，寬約800m，總體走向與區(qū)域構(gòu)造線一致，呈北西—南東向，帶內(nèi)巖性為角閃片巖夾細(xì)粒黑云母角閃斜長片麻巖、黑云母斜長片巖等。

本區(qū)主要為區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)作用，致石灰?guī)r變質(zhì)成為白色大理巖，局部進(jìn)一步變質(zhì)成為白色方解石；含硅質(zhì)火山凝灰?guī)r變質(zhì)成角閃片巖，由于原巖物質(zhì)成分差異形成了明顯的暗色與淺色成分相間的薄層條帶，從該礦帶所含礦物組合石榴石、長石、石英等推斷，由酸性火山巖及鈣硅質(zhì)粉砂巖變質(zhì)成黑云母角閃斜長片麻巖及黑云母石英片巖，相當(dāng)于中低變質(zhì)帶綠片巖相—鐵鋁榴石角閃巖相帶。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為寒武紀(jì)關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖(∈YGsl)、第四系更新統(tǒng)(Qp)和全新統(tǒng)(Qh)[7](圖1)。

圖1 天水馬家山水泥用大理巖礦區(qū)地質(zhì)簡圖

(1)寒武紀(jì)關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖(∈YGsl)大面積出露，多分布在礦區(qū)中部開采平臺范圍內(nèi)，兩側(cè)多被第四系黃土覆蓋。主要為一套石英巖—云母片巖變質(zhì)建造。巖性為淺灰色—灰色中厚層變質(zhì)石英砂巖、石英片巖夾絹云石英片巖、淺灰色含綠泥絹云石英片巖、大理巖等組成。根據(jù)其巖性特征，將其分為三個(gè)巖性段。

第一段(∈YGsl1)主要分布于礦區(qū)北部至艾家川河之間，以角閃片巖及角閃片麻巖為主，局部夾混合巖化黑云母片麻巖，綠泥絹云母石英片巖、鈣質(zhì)綠泥片巖。與第二段大理巖呈整合接觸，可見厚度在1000m以上。

第二段(∈YGsl2)為灰白色大理巖，是大理巖礦體的賦礦層位。呈近北西西向分布于礦區(qū)中部，靠溝坡及東部梁頂上延伸，礦區(qū)內(nèi)出露長度約2 000m，厚度總體變化于46～203m，總體走向115°，巖層產(chǎn)狀193°～217°∠64°～73°，南部邊界局部地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)，下部與第一段角閃片巖整合接觸，上部局與第三段角閃片巖整合接觸。

第三段(∈YGsl3)：分布于礦區(qū)南部，呈單斜層狀，以角閃片巖夾細(xì)粒黑云母角閃斜長片麻巖為主。上部夾有含石榴石黑云母石英片巖，下部以角閃片巖為主，可見厚度在550m以上。

(2)第四系更新統(tǒng)(Qp)和全新統(tǒng)(Qh)在礦區(qū)內(nèi)大面積分布，其中更新統(tǒng)以淺黃色黃土狀砂質(zhì)粘土、腐植土為主，主要分布在礦區(qū)的中部、南部的山頂和山坡區(qū)域，厚度在2～30m不等；全新統(tǒng)以礫、砂、砂質(zhì)土等沖積洪積物為主，分布在礦區(qū)西部艾家川河河道兩側(cè)，厚度在1～6m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對簡單，出露地層為羅卡山向斜之北翼單斜地層，總體走向110°～126°，傾向北東，傾角65°～87°。在礦區(qū)南部受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，致使巖層在局部有一定的扭曲。大理巖整體較為完整，僅在西采礦區(qū)的5線和6線發(fā)現(xiàn)F1斷層，近東西向延伸，產(chǎn)狀185°～211°∠69°～73°，長度在290m，寬度在4～15m之間，內(nèi)充填構(gòu)造角礫巖，成分多為大理巖，另含有少量泥質(zhì)物及重結(jié)晶的方解石團(tuán)塊，巖石裂隙極為發(fā)育，鐵染現(xiàn)象明顯，對礦體影響較小，只是破壞了礦體局部的完整性，對礦石的品質(zhì)沒影響。

礦區(qū)內(nèi)巖層裂隙相對發(fā)育，大理巖中主要見有兩組節(jié)理：①155°～177°∠14°～30°；②295°～315°∠65°～78°，節(jié)理面平直光滑，沿節(jié)理面有白色方解石脈充填，局部見巖溶小洞穴。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)未見巖漿活動(dòng)，僅在礦區(qū)外圍南端董家山溝里見有少量中細(xì)粒二云母花崗巖細(xì)脈穿插，但規(guī)模不大，對礦體影響較小。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

馬家山水泥用大理巖礦賦存于寒武紀(jì)關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖第二段(∈YGsl2)中，整個(gè)大理巖礦層受地層控制，呈單斜似層狀產(chǎn)出，延伸穩(wěn)定，巖性變化較小。全區(qū)共圈出一個(gè)礦體[9]，礦體沿走向長1 600m，沿傾斜方向控制深最小158.1m，最大194.7m；礦體控制厚度4.45～163.21m，平均99.47m，厚度變化系數(shù)為40.73%，厚度較穩(wěn)定，礦體沿傾向可采延深在158.10～194.7m，平均167.78m(表1)。礦層走向103°～127°，傾向193°～217°，傾角63°～74°(圖2)。大理巖礦層內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，夾層較少，局部沿礦層偶見少量大理巖淺灰白色細(xì)紋條帶，但厚度小(約0.2～1.5m)延續(xù)性差，對礦體整體質(zhì)量不產(chǎn)生影響。

圖2 馬家山礦區(qū)4線礦體地質(zhì)剖面圖

表1 礦體特征一覽表

礦體圍巖主要為角閃片巖和斜長角閃片麻巖，呈整合接觸，其中頂板圍巖以灰綠色角閃片巖夾薄層斜長角閃片麻巖為主，見大量石英細(xì)脈穿插其中，解理裂隙極為發(fā)育，表面風(fēng)化強(qiáng)烈，與大理巖接觸位置蝕變強(qiáng)烈；底板圍巖以灰綠色角閃片巖為主，與礦體界線明顯可分，其間無過渡巖石。

3.2 礦石質(zhì)量

(1)礦石礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

礦石礦物成分主要由方解石，少量白云石、石英等組成，副礦物有磁鐵礦等，礦石中交代結(jié)構(gòu)發(fā)育，表現(xiàn)為白云石被方解石沿解理縫交代。中細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)[10]；中厚層狀構(gòu)造、厚層狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造，以中厚層狀構(gòu)造為主。

(2)礦石的化學(xué)成分及品位變化特征。

礦石有用組分簡單，CaO含量45.65%～ 55.75%，變化系數(shù)3.01%；MgO含 量0.09%～ 2.73%，變化系數(shù)64.54%；fSiO2含量0.34%～6.6%，變化系數(shù)130.86%。礦石化學(xué)成分CaO穩(wěn)定，MgO和fSiO2變化較大(表2)。

表2 礦體主要有益有害組分的變化特征一覽表 (單位：%)

3.3 礦石類型及品級

礦區(qū)內(nèi)水泥用大理巖的礦石類型為灰白色塊狀中細(xì)粒大理巖，礦石平均品位CaO 52.94%，MgO 0.45%，K2O+Na2O 0.108%，fSiO21.354%，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到水泥用大理巖Ⅰ級品工業(yè)要求[1]。

3.4 礦床成因

礦區(qū)地層巖相建造屬中深變質(zhì)火山碎屑巖夾少部分碳酸鹽巖。從該巖層火山巖地層沉積厚度巨大分析，應(yīng)為一套優(yōu)地槽的沉積物，在火山活動(dòng)間歇階段沉積形成一層穩(wěn)定的碳酸鹽巖沉積層，之后又接受了火山噴發(fā)沉積。因而該大理巖具有分布局限性和持續(xù)性，表現(xiàn)在地表分布呈狹長條帶狀。礦床成因類型屬海相化學(xué)沉積變質(zhì)型礦床。

4 結(jié)論

(1)馬家山水泥用大理巖礦屬海相化學(xué)沉積變質(zhì)型礦床[8]，礦體賦存于寒武紀(jì)關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖第二段中，呈單斜似層狀產(chǎn)出，厚度較為穩(wěn)定，礦石質(zhì)量好，滿足水泥用大理巖Ⅰ級品工業(yè)要求。

(2)寒武紀(jì)關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖地層構(gòu)造形跡整體相對簡單，大理巖找礦標(biāo)志明顯，礦石質(zhì)量均勻性好。以此為基礎(chǔ)，可將整個(gè)關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖帶劃為大理巖礦成礦遠(yuǎn)景區(qū)，沿此帶加強(qiáng)對大理巖礦的勘查及開發(fā)利用，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展提供資源保障。