寧夏中衛(wèi)市天景山石灰?guī)r礦床劉崗井礦區(qū)地質(zhì)特征及成因分析

鄭偉彬

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊,寧夏 銀川 750021）

石灰?guī)r是制造石灰、水泥、電石及冶金等行業(yè)不可或缺的原料, 同時也廣泛應(yīng)用于石油、化工、農(nóng)業(yè)、輕工、橡膠、塑料、造紙、環(huán)保等行業(yè)[1]。石灰?guī)r作為寧夏的優(yōu)勢礦產(chǎn)之一,屬重點勘查礦種。其中中衛(wèi)市天景山- 米缽山石灰?guī)r勘查區(qū)屬于寧夏重點礦產(chǎn)資源勘查區(qū), 劉崗井礦區(qū)位于天景山- 米缽山石灰?guī)r勘查區(qū)的西北部。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

劉崗井礦區(qū)所在區(qū)域綜合地層劃屬柴達(dá)木- 華北地層大區(qū)(Ⅲ),阿拉善地層區(qū)(Ⅲ3),阿拉善南緣地層分區(qū)(),景泰- 中寧地層小區(qū)()[2]。

區(qū)域內(nèi)出露的地層有奧陶系徐家圈組、米缽山組、天景山組,泥盆系中寧組,新近系張恩堡組以及第四系坡積- 洪積層等地層,地層的主要為奧陶系中- 下統(tǒng)天景山組臺地碳酸鹽巖和米缽山組斜坡- 深水盆地相碎屑巖夾滑塌碳酸鹽巖建造,沉積巨厚(見圖1)[3]。礦區(qū)所在區(qū)域大地構(gòu)造處于柴達(dá)木- 華北板塊(Ⅲ),阿拉善微陸塊(Ⅲ4),騰格里早古生代增生楔(),衛(wèi)寧北山- 香山晚古生代前陸- 上疊盆地(),香山褶斷帶()(見圖2)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡圖

礦區(qū)構(gòu)造屬寧夏香山- 天景山逆沖推覆構(gòu)造的中間轉(zhuǎn)折部。寧夏香山- 天景山地區(qū)逆沖推覆構(gòu)造位于柴達(dá)木- 華北板塊的鄂爾多斯地塊西緣、阿拉善微陸塊南緣、祁連早古生代造山帶北緣。加里東時期構(gòu)造運動使其褶皺隆起, 形成軸向北西- 北北西的復(fù)式褶皺和斷裂,造山帶初具雛形,中泥盆世末期,鄂爾多斯西緣南部發(fā)生褶皺和逆沖推覆作用, 致使上泥盆統(tǒng)角度不整合于其上[4]。在前第四系受強烈擠壓,形成數(shù)條次級斷裂,第四系以來斷裂活動加劇,除擠壓外還兼有明顯的左旋走滑特征(見圖2),造成地質(zhì)體錯位,以及次級斷層間巖橋區(qū)拉分構(gòu)造或擠壓隆起構(gòu)造的形成。該推覆構(gòu)造主要表現(xiàn)為老地層沿一系列斷層向北疊瓦狀仰沖于新地層之上,且呈上陡下緩的鏟形,逆沖巖席及多個飛來峰發(fā)育[4]。

圖2 區(qū)域大地構(gòu)造簡圖

區(qū)域內(nèi)斷裂極其發(fā)育,參差交錯,主要以北西向為主,次為北東向,褶皺不甚發(fā)育,F1 斷裂位于寧夏構(gòu)造單元綜合區(qū)劃中天景山斷裂(區(qū)域大斷裂F10)中段[3]。上盤地層主要為奧陶系天景山組及泥盆系中寧組,下盤地層主要為泥盆系、古近系及新近系,局部第四系。斷面傾向南西,傾角30°～50°,斷層面整體呈上部陡下部緩的舒緩波狀。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層有古生界奧陶系下中統(tǒng)天景山組(O1-2t)、新生界第四系全新統(tǒng)坡積- 洪積層(Qhdl-1p),現(xiàn)概述如下:

奧陶系天景山組(O1-2t)分為兩個巖性段,天景山組第一段(O1-2t1)地表未出露,僅出現(xiàn)于礦區(qū)內(nèi)施工鉆孔底部,主要巖性為灰、磚紅色厚層灰質(zhì)白云巖、厚層細(xì)晶白云巖,細(xì)晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。受地質(zhì)構(gòu)造影響,基巖裂隙面、節(jié)理面整體發(fā)育,局部極發(fā)育,敲擊易呈碎塊狀,裂隙面見褐紅色鐵質(zhì)浸染。局部見厚層微晶灰?guī)r、灰色白云質(zhì)灰?guī)r呈透鏡體狀發(fā)育。巖層產(chǎn)狀: 傾向5°～55°,傾角10°～37°。與上覆奧陶系天景山組第二段(O1-2t2)呈整合接觸,綜合地層厚度大于77.74 m。天景山組第二段(O1-2t2)礦內(nèi)大面積出露,裸基巖露,局部見少量殘坡積物覆蓋,沿走向貫穿于整個勘查區(qū),巖性主要為灰- 深灰色厚層泥質(zhì)網(wǎng)紋微晶灰?guī)r,微晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,泥質(zhì)網(wǎng)紋較發(fā)育,局部方解石細(xì)脈發(fā)育,脈寬1～8 mm,風(fēng)化面局部呈雨痕狀、雞爪狀。底部夾少量灰色厚層白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、灰白- 淺灰色厚層微晶灰?guī)r[5], 呈透鏡體狀發(fā)育。巖層產(chǎn)狀: 傾向5°～55°,傾角10°～37°,綜合地層厚度171.15～263.62 m。

第四系全新統(tǒng)坡積- 洪積層(Qhdl-1p):廣泛分布于礦區(qū)東北部平緩地帶,為灰、灰褐色礫石、巖塊及細(xì)砂,礫徑約3～40 cm,磨圓度、分選性均較差。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)附近見F1 逆斷層及B1 斜歪背斜構(gòu)造。

F1 逆斷層:位于勘查區(qū)北東部,在勘查區(qū)內(nèi)延伸長度約0.5 km,總體走向304°左右,斷面向南西傾,傾角42°。該斷層切割了天景山組、中寧組地層。上盤巖性為奧陶系天景山組灰色厚層泥質(zhì)網(wǎng)紋灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等,下盤巖性為泥盆系中寧組(D3z)紫紅色中厚層中細(xì)粒長石砂巖。受兩盤拖曳牽引影響,越靠近斷層,地層傾角越大,受該逆斷層應(yīng)力影響,斷層兩側(cè)基巖節(jié)理、裂隙發(fā)育,巖層存在明顯的碎裂化構(gòu)造特征。

B1 斜歪背斜: 礦區(qū)南部發(fā)育一斜歪背斜構(gòu)造B1,軸向280°, 延伸0.89 km, 軸面北東傾斜, 傾斜角約65°,核部及兩翼地層均由天景山組地層組成,北東翼傾角12°～38°,南西翼傾角31°～35°。該背斜原區(qū)調(diào)成果未劃定,礦區(qū)詳查工作勘查施工時,地表標(biāo)志層(灰白色微晶灰?guī)r)在鉆孔的出露位置與地表出露位置與原設(shè)計位置不符, 經(jīng)地層巖性以及巖心軸夾角等方面共同研究確定了該背斜的存在, 受該背斜以及區(qū)域斷裂的影響, 劉崗井地區(qū)的巖層產(chǎn)狀在遠(yuǎn)離斷層及深部位置傾角趨于平緩(見圖3),同時礦區(qū)內(nèi)巖層傾向北東,與礦區(qū)南面及西面的大部分區(qū)域巖層傾向相反,礦區(qū)外圍巖層傾向南西, 分析原因可能是天景山大斷裂形成時,礦區(qū)內(nèi)的地層受力發(fā)生擠壓變形,先形成小規(guī)模的背斜,后期繼續(xù)受力,發(fā)生錯動,形成區(qū)域大斷裂(見圖4)。

圖3 劉崗井礦區(qū)剖面圖

圖4 礦區(qū)構(gòu)造機理圖

3 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)石灰?guī)r礦主要賦存于奧陶系下中統(tǒng)天景山組第二段(O1-2t2)中,依據(jù)化學(xué)分析結(jié)果,礦層全部為水泥用石灰?guī)r,未發(fā)現(xiàn)電石用石灰?guī)r。礦層中存在透鏡體狀黑色冶金熔劑用石灰?guī)r,因現(xiàn)有礦區(qū)范圍小,且熔劑用石灰?guī)r規(guī)模較小,連續(xù)性一般,本次未單獨進行圈定。依據(jù)巖性組合特征,將石灰?guī)r礦層共劃分為1 層水泥灰?guī)r礦層,編號為K。

3.1 礦層形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀等特征

K 礦層總體走向北西- 南東向, 在礦區(qū)內(nèi)沿走向延伸長約0.64 km, 地表出露寬度336～550 m, 埋深0～340 m,主要巖性為灰色、深灰色厚層泥質(zhì)網(wǎng)紋微晶灰?guī)r,淺灰色厚層微晶灰?guī)r。K 礦層位于斜歪背斜北東翼,傾向5°～55°,傾角10°～37°,該礦層地表順坡,勘查線剖面控制厚度十分有限, 主要通過鉆孔對礦層進行控制,經(jīng)鉆探工程取樣驗證,礦層深部產(chǎn)狀受背斜B1 影響趨于平緩,但礦區(qū)礦層都位于背斜的北東翼。

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石礦物組成

礦石主要由碳酸鹽礦物、少量石英、陸源碎屑及不透明礦物組成,沿巖石中的裂隙或裂紋,次生的方解石、白云石等分布其中,顯示兩期構(gòu)造特征。

3.2.2 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

根據(jù)野外觀察,結(jié)合巖礦鑒定結(jié)果,水泥灰?guī)r礦石具有粉晶- 微晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。

3.2.3 礦石類型和品級

根據(jù)礦石的宏觀特征結(jié)合結(jié)構(gòu)、構(gòu)造可將礦石分為厚層泥質(zhì)網(wǎng)紋微晶灰?guī)r、厚層微晶灰?guī)r兩種礦石自然類型, 按照工業(yè)用途劃分為1 個工業(yè)類型即水泥用灰?guī)r,礦石品級為Ⅱ級品。

3.3 礦層化學(xué)成分及其變化情況

K 礦層各單工程及平均品位(單工程厚度加權(quán))為:CaO 含量在38.84%～54.12%之間,平均值50.38%,品位變化系數(shù)為4.29%, 屬于分布很均勻;MgO 含量在0.08%～9.09%之間, 平均值1.57%, 品位變化系數(shù)為50.42%,屬于分布不均勻;fSiO2含量在0.40%～8.92%之間,平均值3.55%,品位變化系數(shù)為38.22%,屬于分布均勻,該礦層礦石品位總體變化較穩(wěn)定。

同時該礦區(qū)有用、有益和有害組分等的含量,統(tǒng)計如下:Al2O3平均為0.87%;Fe2O3含量0.51%;K2O 含量0.184%;Na2O 含量0.045%;SiO2含量5.38%;SO3含量0.034%;Cl-含量0.013%;燒失量41.27%。

礦區(qū)中礦石SO3、K2O、Na2O、Cl-含量均低于水泥用石灰?guī)r礦一般工業(yè)指標(biāo)要求。礦石中伴生的有害元素含量分布無明顯規(guī)律,變化區(qū)間小。礦區(qū)內(nèi)礦石中未發(fā)現(xiàn)有綜合利用價值的伴生有用、有益組分;伴生的有害組分在礦層中分布較穩(wěn)定,含量較低,對礦石質(zhì)量影響較小,滿足水泥用石灰?guī)r原料一般工業(yè)指標(biāo)要求。

3.4 圍巖及夾石特征

礦區(qū)水泥灰?guī)r礦層無頂板, 礦層底板主要巖性為奧陶系下中統(tǒng)天景山組灰- 灰紅色厚層灰質(zhì)白云巖、灰色- 深灰色厚層白云質(zhì)灰?guī)r、細(xì)晶白云巖等。

礦層中的夾石受地層控制,在空間上多呈似層狀、透鏡狀。夾石主要為MgO、fSiO2含量超標(biāo)、CaO 偏低的厚層泥質(zhì)網(wǎng)紋微晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及灰質(zhì)白云巖等巖層。

4 礦床成因

4.1 礦床成因

礦區(qū)含礦層為奧陶系中下統(tǒng)天景山組地層, 主要巖性為厚層的淺灰- 深灰色泥質(zhì)網(wǎng)紋微晶灰?guī)r, 底部見少量厚層白云質(zhì)灰?guī)r、灰白- 淺灰色厚層微晶灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖呈透鏡體狀發(fā)育。含礦層厚、規(guī)模大,礦層產(chǎn)狀較穩(wěn)定。初步推斷該處石灰?guī)r應(yīng)屬于淺海相碳酸鹽臺地同生沉積礦床[6],沉積原始環(huán)境較為穩(wěn)定。

4.2 找礦標(biāo)志

礦區(qū)內(nèi)賦礦層位為奧陶系下中統(tǒng)天景山組第二段,水泥用石灰?guī)r礦區(qū)內(nèi)大面積存在,礦區(qū)附近存在部分采礦權(quán), 主要開采電石灰?guī)r及黑色冶金熔劑用石灰?guī)r, 這兩者巖性一般為淺灰色厚層微晶灰?guī)r, 層厚10～30 m,多賦存于天景山組第二段中下部。因此可作為今后天景山地區(qū)找尋電石灰?guī)r及黑色冶金熔劑用石灰?guī)r礦產(chǎn)的標(biāo)志。

5 結(jié)論

劉崗井地區(qū)水泥用石灰?guī)r礦層賦存于奧陶系下中統(tǒng)天景山組第二段,礦床形態(tài)受構(gòu)造影響較大,礦層傾角在遠(yuǎn)離斷層及深部位置傾角趨于平緩, 礦層整體化學(xué)成分穩(wěn)定。礦床屬于淺海相碳酸鹽臺地同生沉積礦床,沉積原始環(huán)境較為穩(wěn)定。品位較高的電石灰?guī)r及黑色冶金熔劑用石灰?guī)r一般為淺灰色厚層微晶灰?guī)r,多賦存于天景山組第二段中下部。