寧夏青龍山中—北段冶鎂白云巖礦地質(zhì)特征及成因探討

郭亞龍，曾亞新，王 鵬

(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)

冶鎂白云巖是寧夏的優(yōu)勢礦產(chǎn)之一[1]，遠景資源量19億t，探明資源儲量2億t。寧夏是西部大開發(fā)中的重要冶鎂基地，未來金屬鎂年產(chǎn)量將超過20萬t，年需礦石量超過200萬t。寧夏青龍山地區(qū)是冶鎂白云巖主要賦集區(qū)[2]，該地區(qū)冶鎂白云巖礦層南北向延伸數(shù)十公里，層位穩(wěn)定，礦石質(zhì)量佳，加工性能好，資源豐富，是硅熱法及半連續(xù)硅熱法煉鎂的優(yōu)質(zhì)原料，并已有數(shù)十年的開發(fā)利用歷史。寧夏現(xiàn)有太陽鎂業(yè)、華盈鎂業(yè)、東義鎂業(yè)等企業(yè)均采用該處冶鎂白云巖資源，具有很大工業(yè)利用價值。

本文以青龍山北段杜家圈南，中段石過頂、童家慢坡等地區(qū)的冶鎂白云巖地質(zhì)勘查資料為依據(jù)，探討研究該地區(qū)薊縣系王全口組地層中7個冶鎂礦層的成礦背景、礦體地質(zhì)特征、礦石特征及礦床成因等，以便為青龍山其他區(qū)域冶鎂白云巖的找礦、開發(fā)利用等提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)所屬地層分區(qū)為華北地層區(qū)鄂爾多斯西緣地層分區(qū)桌子山—青龍山地層小區(qū)[3]，出露地層主要有中元古界薊縣系王全口組、新元古界震旦系正目觀組、古生界寒武系、奧陶系、新近系及第四系等(圖1)[4]。含礦地層位于薊縣系王全口組(Pt22w)地層，以大量富鎂的海相碳酸鹽巖為主，含有少量的陸源碎屑巖，巖性主要有灰—灰白色中—厚層硅質(zhì)白云巖、灰白色中厚層冶鎂用微晶白云巖等。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡圖

研究區(qū)所屬構造分區(qū)為鄂爾多斯西緣中元古代—早古生代裂陷帶陶樂—彭陽沖斷帶[5]，區(qū)域構造主要以青龍山東側軸向近南北黨家坬隱伏斷逆斷層(F1)及財神崾峴正斷層(F2)為主，兩斷層均為高角度斷層，且與冶鎂白云巖礦層賦存區(qū)距離較遠，斷裂構造對冶鎂白云巖的開采利用影響不大。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

青龍山中—北段王全口組地層總體呈單斜層狀產(chǎn)出，傾向255°～285°，傾角52°～63°，自南向北傾角逐漸變陡，走向延伸長度＞20km，據(jù)巖性、巖相組合特征，可劃分為六個巖性段，自下而上分別為第一至第六巖性段(Pt22w1～Pt22w6)，各巖性段之間連續(xù)沉積，冶鎂白云巖礦層主要賦存于王全口組第三至第四巖性段，共有7層連續(xù)穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)冶鎂白云巖礦(圖2)，自下而上分別為B1、B2、C1、C21、C22、C3、C4，此外還有多層厚度小，延伸不穩(wěn)定，呈透鏡狀的冶鎂白云巖礦層，主要位于第三及第五巖性段內(nèi)。

圖2 勘查線剖面簡圖

綜合該區(qū)域各勘查成果，青龍山中—北段7層冶鎂白云巖賦存標高1 650～1 194m，單礦層控制埋深0～319m(表1)，南北走向延伸超過20km，賦存資源量超過2億t。各礦層(自下而上)特征如下：

表1 各冶鎂白云巖礦體特征一覽表

B1礦層：分布于王全口組第三巖性段(Pt22w3)頂部，傾向西，傾角55°～62°，巖性為深灰—灰黑色中厚層狀微晶白云巖，傾向延伸275.74～442.51m，厚 度0.95～3.66m，平均1.90m，變化系數(shù)34.54%。礦石中MgO含量20.94%～21.83%，平均21.40%，變化系數(shù)0.46%；SiO2含量0.24%～1.02%，平均0.61%，變化系數(shù)28.90%；M·CaO/M·MgO(摩爾比)0.97%～1.06%，平均1.00%。

B2礦層：為主要礦層，分布于王全口組第四巖性段(Pt22w4)下部，傾向西，傾角54°～62°，巖性為淺灰色厚層狀微晶白云巖，傾向延伸277.29～439.12m，厚度2.53～9.36m，平均4.87m，變化系數(shù)30.34%。礦石中MgO含量19.70%～21.83%，平均21.34%，變化系數(shù)1.18%；SiO2含量0.25%～0.98%，平均0.61%，變化系數(shù)23.92%；M·CaO/M·MgO 0.96%～1.06%，平 均1.01%。

C1礦層：為主要礦層，分布于王全口組第四巖性段(Pt22w4)中下部，傾向西，傾角53°～63°，巖性為淺灰色厚層狀微晶白云巖，傾向延伸278.38～441.93m，厚度1.85～3.58m，平均2.60m，變化系數(shù)14.82%。礦石中MgO含量20.52%～21.83%，平均21.25%，變化系數(shù)1.61%；SiO2含量0.26%～1.12%，平均0.58%，變化系數(shù)29.90%；M·CaO/M·MgO 0.95%～1.06%，平均1.01%。

C21礦層：分布于王全口組第四巖性段(Pt22w4)中部，傾向西，傾角53°～62°，巖性為淺灰色厚層狀微晶白云巖，傾向延伸279.29～447.58m，厚 度1.55～3.42m，平 均2.33m，變 化 系 數(shù)8.55%。礦 石 中MgO含 量19.29%～21.75%，平 均21.25%，變 化 系 數(shù)2.38%；SiO2含 量0.28%～1.20%，平均0.68%，變化系數(shù)24.94%；M·CaO/M·MgO 0.96%～1.06%，平均1.01%。

C22礦層：分布于王全口組第四巖性段(Pt22w4)中部，傾向西，傾角52°～63°，巖性為淺灰色厚層狀微晶白云巖，傾向延伸279.49～452.73m，厚 度0.70～2.41m，平 均1.51m，變 化 系 數(shù)21.52%。礦 石 中MgO含 量19.78%～21.83%，平 均21.13%，變 化 系 數(shù)1.65%；SiO2含 量0.37%～1.16%，平均0.85%，變化系數(shù)33.87%；M·CaO/M·MgO 0.96%～1.06%，平均1.01%。

C3礦層：分布于王全口組第四巖性段(Pt22w4)中上部，傾向西，傾角52°～63°，巖性為淺灰色厚層狀微晶白云巖，傾向延伸281.48～456.20m，厚 度1.12～3.55m，平 均2.10m，變 化 系 數(shù)17.80%。礦 石 中MgO含 量20.27%～21.60%，平 均21.22%，變 化 系 數(shù)1.83%；SiO2含 量0.16%～1.14%，平均0.61%，變化系數(shù)25.23%；M·CaO/M·MgO 0.97%～1.06%，平均1.01%。

C4礦層：為主要礦層，分布于王全口組第四巖性段(Pt22w4)中上部，傾向西，傾角52°～63°，巖性為淺灰色厚層狀微晶白云巖，傾向延伸281.48～456.20m，厚度1.75～4.22m，平均2.90m，變化系數(shù)13.60%。礦石中MgO含量19.70%～21.83%，平均21.18%，變化系數(shù)1.19%；SiO2含量0.30%～1.19%，平均0.78%，變化系數(shù)38.75%；M·CaO/M·MgO 0.94%～1.06%，平均1.01%。

2.2 礦石特征

(1)礦石自然類型及礦物成分。

根據(jù)自然特征，將礦床礦石劃分為淺灰色厚層狀微晶白云巖、深灰—灰黑色中厚層狀微晶白云巖兩個自然類型：

深灰—灰黑色中厚層狀微晶白云巖：分布于B1礦層中，微晶結構，塊狀構造，巖石風化表面有明顯的刀砍紋。巖石主要由白云石組成，含少量黏土礦物和金屬礦物，其中白云石大多呈不規(guī)則粒狀，多以0.07～0.45mm的中細晶為主；金屬礦物呈不規(guī)則細粒，粒徑0.01～0.15mm，零星散布于巖石中。巖石中白云石占95%，黏土礦物3%～5%，金屬礦物含量＜1%。

淺灰色厚層狀微晶白云巖：為礦床主要礦石類型，多呈淺灰色，碎屑—微晶結構，塊狀構造，巖石表面同樣具有明顯且密集的刀砍紋發(fā)育[6]。巖石主要由白云石組成，含少量鐵質(zhì)塵粒。白云石多呈不規(guī)則粒狀及菱形粒狀，粒徑大小不等，個體不清，以0.006～0.03mm的微晶—粉晶為主，少量重結晶成亮晶白云石；鐵質(zhì)塵粒以星散狀零星散布于巖石中。巖石中白云石占95%以上，鐵質(zhì)塵粒＜1%。

(2)礦石化學成分。

礦石化學成分主要為MgO、CaO、SiO2，含少量的Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、MnO、SO3、P2O5、ZnO等，有益化學成分為MgO，其他為有害化學成分。結合青龍山北段杜家圈南，中段石過頂、童家慢坡等三區(qū)域的地質(zhì)勘查成果，冶鎂白云巖礦床中MgO含量19.29%～21.83%，平均21.32%；SiO2含量0.16%～1.20%，平均0.82%；CaO含量29.93%～31.62%,平均30.15%。其他化學成分：Fe2O3+Al2O3含量0.25%～0.50%，平均0.40%；K2O+Na2O含 量0.015%～0.090%，平 均0.038%；MnO含 量0.008%～0.054%，平均0.016%；SO3含量0.017%～0.155%，平均0.04%；P2O5含量0.024%～0.030%，平 均0.027%；ZnO含 量3.89%～35.91%，平均8.98%。分析測試表明，冶鎂白云巖礦床中K2O+Na2O含量遠小于一般工業(yè)指標中邊界品位的要求(≤0.32%)[7]。

2.3 礦層頂、底板及夾石

礦層頂板為王全口組第五巖性段(Pt22w5)淺灰色中—厚層硅質(zhì)條帶白云巖，底板為第三巖性段(Pt22w3)深灰色中—厚層硅質(zhì)條帶白云巖，各礦層間夾石為薄—中層硅質(zhì)條帶白云巖，夾石厚度見表2。通過取樣分析，礦床頂、底板及夾石硅質(zhì)條帶白云巖化學成分為：MgO 11.70%～19.90%，平均16.69%；SiO29.40%～47.60%，平 均21.84%：CaO 16.28%～26.74%，平均24.03%。

表2 礦層間夾石厚度一覽表 (單位：m)

3 礦床成因探討

3.1 沉積相類型

青龍山位于鄂爾多斯盆地西緣，而鄂爾多斯盆地是華北克拉通盆地的一部分，總體地勢平坦，在中—新元古界形成水體較淺的陸表海[4]，該時期水體較淺，水動力以波浪和海流為主，靜水低能，形成大范圍的潮坪沉積[8]。青龍山薊縣系王全口組地層，主要發(fā)育有微晶白云巖、硅質(zhì)條帶白云巖、竹葉狀礫屑白云巖等，互層產(chǎn)出[9]，層位清晰，硅質(zhì)條帶白云巖中硅質(zhì)條帶與白云巖存在拼合面，且王全口組下伏地層含有大量石英砂巖層，以上現(xiàn)象具有潮間帶沉積特征。因此，青龍山地區(qū)白云巖沉積環(huán)境為臺地邊緣淺海相潮坪，沉積相類型主要為潮間帶[4]。

3.2 成礦物質(zhì)來源

青龍山地區(qū)的白云巖形成于較為開放的淺海，為常溫常壓環(huán)境，且冶鎂白云巖礦層在王全口組地層中，時代越老，賦存越多[10]，本文認為青龍山地區(qū)白云巖主要為次生交代成因。富Mg+的海鹵水溶液與CaCO3發(fā)生交代作用，形成白云石，其中Mg+主要來自海水，CaCO3固體主要來自于近海及海底富鈣碳酸鹽巖。

3.3 成礦氣候及環(huán)境

青龍山地區(qū)王全口組白云巖形成于潮平環(huán)境中，水深度淺，海水經(jīng)強蒸發(fā)后形成高鹽度鹵水，通過重力作用與下部碳酸鹽巖地層發(fā)生白云石化作用，古海水水溫較高，推測為干燥炎熱的古氣候背景[11]。王全口組各硅質(zhì)條帶白云巖、含硅質(zhì)團塊白云巖及微晶白云巖互層產(chǎn)出[12]，多數(shù)為中—厚層狀，少量薄層，層位清晰，硅質(zhì)條帶白云巖中硅質(zhì)條帶走向基本與巖層一致，水平沉積層理特征明顯，說明該礦床化學沉積環(huán)境穩(wěn)定。

4 結論

(1)青龍山地區(qū)王全口組地層為一套臺地邊緣淺海相潮坪沉積礦床，冶鎂白云巖主要由富Mg+的海鹵水溶液與CaCO3發(fā)生交代作用形成，成礦物質(zhì)主要來自于海鹵水及碳酸鹽巖，成礦古氣候炎熱干燥，蒸發(fā)強烈，且化學沉積環(huán)境穩(wěn)定。

(2)冶鎂白云巖礦層主要賦存于薊縣系王全口組第三巖段(Pt22w3)、第四巖段(Pt22w4)地層中，層位穩(wěn)定，共劃分7層礦，各礦層厚度變化穩(wěn)定，礦石品位變化穩(wěn)定，屬優(yōu)質(zhì)的冶鎂白云巖礦床。

(3)礦石自然類型以淺灰色厚層狀微晶白云巖為主，深灰—灰黑色中厚層狀微晶白云巖為輔，礦床頂?shù)装寮暗V層間基本為硅質(zhì)條帶白云巖。