新疆木壘縣大石頭一帶石灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及成因分析

隆 云

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心新疆總隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830000)

木壘縣大石頭一帶石灰?guī)r礦產(chǎn)資源豐富，2016～2021年期間，通過開展石灰?guī)r礦找礦、普查、詳查工作，基本查明了石灰?guī)r賦礦地層，圈定了石灰?guī)r礦體，本文對該區(qū)石灰?guī)r礦地質(zhì)特征及成因類型進(jìn)行歸納總結(jié)，為今后石灰?guī)r找礦評價(jià)提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位置地處博格達(dá)石炭紀(jì)—二疊紀(jì)裂谷三級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)，進(jìn)一步以主干斷裂F1劃分出兩個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元分別為：阿克塔斯—烏宗布拉克北東向?qū)捑彄像迾?gòu)造帶【喀拉墩—阿克闊臘撓曲型向斜(①號(hào))】、博斯塘—西地北東向弧形斷褶構(gòu)造帶【夏克爾闊臘—庫爾尕克希盆克特寬緩弧型背斜褶皺(②號(hào))及江湖里—吐尤克薩依復(fù)式向斜(③號(hào))】，位于②號(hào)背斜南翼及③號(hào)復(fù)式向斜內(nèi)(圖1)。

圖1 新疆木壘縣大石頭一帶構(gòu)造綱要圖

區(qū)域出露地層主要有上石炭統(tǒng)柳樹溝組(C2l)、祁家溝組(C2qj))、二疊系阿爾巴薩依組(P2are)及第四系等，區(qū)域地層巖性為一套中基性火山巖+粗碎屑巖+碳酸鹽巖組合。祁家溝組為區(qū)域內(nèi)石灰?guī)r礦的賦存層位[1-2](圖2)。

圖2 新疆木壘縣大石頭一帶區(qū)域地質(zhì)圖

區(qū)域斷裂構(gòu)造較發(fā)育，整體構(gòu)造方向以北東向?yàn)橹鳎薨櫚l(fā)育方向與構(gòu)造方向基本一致。

區(qū)域侵入巖發(fā)育，為晚石炭世的輝綠巖，位于東西北側(cè)、西南角及南部。多呈脈狀、巖墻產(chǎn)出，出露長500～3 700m，寬20～600m，多數(shù)巖體與地層界線相切，少數(shù)順層狀產(chǎn)出。

區(qū)域火山巖類發(fā)育，F(xiàn)1斷層以北為二疊紀(jì)阿爾巴薩依組偏堿的基性、中酸性及酸性火山巖組合；F1斷層以南主要分布有下部層位的早石炭紀(jì)柳樹溝組，以中基性火山巖為主，上部層位晚石炭紀(jì)的祁家溝組以中基—中酸性組合明顯。火山巖層形態(tài)相對穩(wěn)定，沉積巖層整合產(chǎn)出?；鹕剿樾紟r以凝灰?guī)r類為主，具有較明顯的火山殘破機(jī)構(gòu)[3]。具有海陸交互相火山巖層的地質(zhì)特征，屬于火山巖與沉積巖互層的結(jié)構(gòu)類型。

區(qū)域變質(zhì)作用較低，主要形成低綠片巖相變質(zhì)的巖石，發(fā)育廣泛密集的脆韌性透入性面理構(gòu)造。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層主要為上石炭統(tǒng)柳樹溝組第二段(C2l2)和祁家溝組(C2qj)。

柳樹溝組分布于礦區(qū)的西北部，主要巖性為灰綠色蝕變玄武巖，屬玄武巖—角斑巖組合，屬雙峰式火山巖建造，地層厚度424.22m，祁家溝組大面積出露在礦區(qū)，主要巖性為千枚巖、含生物碎屑微晶灰?guī)r、凝灰?guī)r，其中灰—灰白色含生物碎屑微晶灰?guī)r為礦體[4]，呈透鏡體狀產(chǎn)出。地層產(chǎn)狀為：96°～250°∠26°～87°，305°～355°∠55°～73°，厚1 985.05～4 883.64m，二者為不整合接觸關(guān)系。

祁家溝組為石灰?guī)r礦體賦礦層位，對各巖性段的特征描述如下：生物碎屑微晶灰?guī)r：地表呈灰白色、灰—深灰色，呈正地形出露，巖石較完整，長1 435m，寬80～360m，地 層 產(chǎn) 狀 為：110°～158°∠27～45°，與圍巖玄武巖呈不整合接觸，與圍巖鈣質(zhì)千枚巖呈整合接觸；千枚巖：地表呈灰綠色，鱗片狀，片理化發(fā)育，呈斷續(xù)出露，界線清晰。長2 115m，寬15～235m，產(chǎn)狀為110°～148°∠31°～46°，與生物碎屑微晶灰?guī)r呈整合接觸；凝灰?guī)r：地表呈淺灰綠色、灰綠色，基巖出露良好。長2 100m，寬940m，與鈣質(zhì)千枚巖呈整合接觸。

祁家溝組地層巖石組合地質(zhì)特征明顯，表現(xiàn)為一套海陸交互相陸源粗碎屑巖+碳酸鹽巖建造，具陸相特征的礫巖層(圖3b)或長透鏡體石灰?guī)r沿不整合面分布，碳酸鹽巖層多呈產(chǎn)狀平緩的船型體漂在高處(圖3a)，十分醒目。原巖特征保留完好，沉積巖類及火山巖類結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征較具典型，野外觀察易于辨認(rèn)。

圖3 祁家溝組地層巖石組合

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)未見明顯斷裂和褶皺，但受礦區(qū)附近的區(qū)域大斷裂擠壓影響，礦體形態(tài)有所變化，對礦體質(zhì)量影響較小，礦體連續(xù)性好。地層整體呈單斜層狀產(chǎn)出。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)除1、2、3號(hào)礦體發(fā)育侵入巖外，其余不發(fā)育，分布于晚石炭紀(jì)柳樹溝和祁家溝組中，侵入巖為輝綠巖，單層厚 5～200m；火山巖大面積出露，屬晚石炭世早期柳樹溝亞旋回火山巖和晚石炭世早期祁家溝亞旋回火山巖。主要出露巖性為杏仁狀安山巖、灰綠色蝕變玄武巖，屬玄武巖—角斑巖組合，屬雙峰式火山巖建造，變質(zhì)巖分布于礦區(qū)中南部及礦體中部以透鏡體形式分布，出露巖性為千枚巖，地表呈灰綠色，鱗片狀，片理化發(fā)育。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)石灰?guī)r礦體賦存于祁家溝組地層中，圈定的5個(gè)礦體，長140～3 800m，寬30～476m，厚33～387.65m(表1)，礦石類型為含生物碎屑微晶灰?guī)r(圖4)，礦石組分穩(wěn)定，以水泥用礦石Ⅰ級(jí)品為主。地表基巖裸露良好，基本無覆蓋，呈正地形出露地表，礦體圍巖分別為千枚巖、硅質(zhì)泥巖、玄武巖、安山巖，長225～2 555m，寬90～910m，夾石為千枚巖、輝綠巖，長73～1 235m，寬4～106m。

表1 礦體基本特征一覽表

圖4 礦區(qū)典型13號(hào)勘查線剖面簡圖

1號(hào)礦體：構(gòu)造形態(tài)為一向斜，地表出露呈倒 “V”字形展布。礦體長2 040m，寬85～325m，厚度33～138.28m，總體產(chǎn)狀116°～250°∠ 26°～84°，礦石質(zhì)量變化不大，較穩(wěn)定，礦體內(nèi)見非礦夾層為輝綠巖脈。頂板為硅質(zhì)泥巖，底板為安山巖。

2號(hào)礦體：呈北東—南西向長透鏡體狀展布，出露長1 460m，寬約360m，厚126.33～387.65m，地層產(chǎn)狀為：110°～158°∠27°～46°，礦石質(zhì)量變化不大，總體礦石質(zhì)量較好，礦體內(nèi)見非礦夾層為千枚巖，含礦夾層為質(zhì)量不合格的石灰?guī)r，頂板為千枚巖，底板為玄武巖。

3號(hào)礦體：呈單斜的薄層狀產(chǎn)出，出露長140～545m，寬33～110m，厚36.90～39.15m，產(chǎn)狀：156°～204°∠77°～83°。礦石類型含生物碎屑微晶灰?guī)r，礦石質(zhì)量變化不大，較穩(wěn)定，頂板為硅質(zhì)泥巖，底板為安山巖。

4號(hào)礦體：礦體呈近東西向不規(guī)則的“N”形條帶狀產(chǎn)出，出露長3 800m，寬42～476m，厚67.42～325.34m，總體呈向北東傾斜的單斜層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀：96°～162°∠47°～76°，305°～355°∠55°～73°。礦石類型含生物碎屑微晶灰?guī)r，礦體厚度變化不大，總體呈較穩(wěn)定，頂板為千枚巖，底板為玄武巖。

5號(hào)礦體：位于區(qū)內(nèi)西南部，出露形態(tài)呈“豆芽”狀透鏡體，出露長266～565m，寬30～470m，厚15.18～113.52m，產(chǎn)狀：110°～135°∠77°～78°，礦體內(nèi)未見非礦夾層，礦石質(zhì)量變化不大，總體較穩(wěn)定，頂板為千枚巖，底板為玄武巖。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石自然類型及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)5個(gè)礦體的礦石自然類型為含生物碎屑微晶灰?guī)r(圖5)。呈灰—灰白色，微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要以微晶方解石為主(98%)，見少量生物碎屑(2%)，生物碎屑呈碎片狀，粒徑約0.1×1.6mm，以海百合莖(具單晶結(jié)構(gòu))等生物碎片，殼體由方解石組成；微晶方解石，粒徑＜0.3mm，少量＜0.1mm粉晶和細(xì)晶，粗細(xì)分布不均勻，受應(yīng)力作用略有塑變拉長，長軸平行定向排列。

圖5 石灰?guī)r地表和深部鉆孔照片

3.2.2 礦石化學(xué)成分

通過對比5個(gè)礦體礦石自然類型相同，礦體礦石的化學(xué)組分平均含量詳見表2。分析表明：5個(gè)礦體礦石質(zhì)量沿走向、傾向變化較穩(wěn)定，礦石品級(jí)均達(dá)到水泥用石灰質(zhì)原料礦石Ⅰ級(jí)品的要求，部分礦體中礦石質(zhì)量達(dá)到了電石用化學(xué)成分一般要求。

表2 礦石化學(xué)組分平均含量統(tǒng)計(jì)表 (單位：%)

礦床品位：CaO 44.28%～55.73%，平均52.65%；MgO 0.03%～1.89%，平均0.46%；SiO20.34%～15.11%，平均3.66%；Al2O30.07%～5.20%，平均0.64%；Fe2O30.08%～1.76%，平均0.39%；K2O 0.010%～0.570%，平均0.116%；Na2O 0.009%～0.415%，平均0.084%；SO30.006%～0.219%，平均0.037%；P2O50.024%～0.219%，平均0.062%；Cl-0.000 9%～0.016 0%，平均0.004 3%；燒失量 29.75%～43.48%，平均41.56%，礦石質(zhì)量變化不大，總體呈較穩(wěn)定，質(zhì)量較好[6,11-13](圖6)。

圖6 石灰?guī)r礦體有益有害含量變化曲線圖

3.2.3 圍巖及夾石特征

2、4、5號(hào)礦體頂板為千枚巖，底板為玄武巖， 1、3號(hào)礦體頂板為硅質(zhì)泥巖，底板為安山巖，頂?shù)装宄雎堕L225～2 555m，寬90～910m，厚＞68.26m。斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。圍巖品位不滿足水泥廠對火山灰質(zhì)混合材料的要求。

夾層為千枚巖、輝綠巖，長73～1 235m，寬4～106m，厚3.82～77.70m。硅酸率和鋁氧率不滿足水泥配料規(guī)范要求。

3.3 礦產(chǎn)成因分析

根據(jù)上石炭統(tǒng)柳樹溝組(C2l)地層中基性火山巖的特征，劃分為一個(gè)噴發(fā)—沉積—噴發(fā)的火山旋回，之后的火山間歇期，祁家溝組地層在沉穩(wěn)期按照粒徑大小先后沉積，形成紫紅色砂巖、砂礫巖，灰白—灰色生物碎屑灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、灰綠色玄武巖，紫紅色火山角礫巖等巖性組合，石灰?guī)r礦體主要成分的碳酸鹽巖，是在淺海環(huán)境中碳酸鈣溶液飽和，從水體中沉淀形成的，主要分布于低緯度帶無河流注入的清澈而溫暖的淺海陸棚環(huán)境以及濱岸地區(qū)。由于碳酸鹽過飽和沉淀需要排出二氧化碳?xì)怏w，海水溫度升高和海水深度變小都有利于水中二氧化碳排放，促進(jìn)碳酸鈣過飽和沉淀形成石灰?guī)r礦體[7,10,17]。因此，木壘縣大石頭一帶石灰?guī)r礦床成因類型為海陸交互相沉積礦床。

石灰?guī)r具有較強(qiáng)的抗風(fēng)化剝蝕能力，圍巖抗風(fēng)化剝蝕能力較弱，祁家溝組的中部突兀山脊或半山腰的灰白色條帶狀透鏡體為石灰?guī)r礦的主要找礦標(biāo)志。

4 結(jié)論

(1)木壘縣大石頭一帶石灰?guī)r礦體賦存于上石炭統(tǒng)祁家溝組地層中，所圈定5個(gè)石灰?guī)r礦體，呈單斜層狀產(chǎn)出，出露長266～3 800m，寬30～476m，厚33～387.65m，整個(gè)區(qū)域石灰?guī)r礦總體規(guī)模較大。

(2)礦石自然類型含生物碎屑微晶灰?guī)r。礦床平均品位為CaO 52.65%、MgO 0.46%、K2O 0.116%、Na2O 0.084%，礦石具有高鈣、低鎂、低堿的特征?？捎糜谏a(chǎn)水泥、電石，礦山開采技術(shù)條件良好，內(nèi)外部建設(shè)條件優(yōu)越，開發(fā)利用前景較廣。

(3)該區(qū)域石灰?guī)r礦床成因類型為海陸交互相沉積礦床。