河南鶴壁全寨—田溝一帶冶鎂白云巖礦床地質(zhì)特征與找礦前景分析

張道闊，羅玉濤，王東霞，楊國強(qiáng)

(河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450000)

河南鶴壁市礦產(chǎn)資源豐富，已發(fā)現(xiàn)各類礦產(chǎn)33種，探明儲(chǔ)量的有23種，主要為煤炭、水泥灰?guī)r、白云巖、石英砂巖、耐火粘土等[1]。其中，冶鎂白云巖為鶴壁市的優(yōu)勢礦產(chǎn)。截至2021年底，鶴壁探明冶鎂白云巖資源量約3.32億t。依托優(yōu)質(zhì)的白云巖資源，鶴壁已發(fā)展成為河南省鎂產(chǎn)業(yè)最為集中的地區(qū)[2]，作為金屬鎂加工產(chǎn)業(yè)示范基地，形成了從“白云巖—原鎂—高純鎂/高品質(zhì)鎂/鎂粉/鎂屑—高性能鎂合金/鎂犧牲陽極—鎂合金壓鑄件/擠壓型材—汽車零部件等”較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。冶鎂白云巖是生產(chǎn)金屬鎂的主要原料[3-4]，其開發(fā)利用產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。鶴壁市白云巖集中分布于全寨—田溝一帶[5-6]，本文在總結(jié)該區(qū)白云巖礦床成礦地質(zhì)背景、典型礦床特征基礎(chǔ)上，分析了區(qū)域找礦前景，為下一步找礦工作提供了依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景

區(qū)域位于華北地區(qū)，太行山臺(tái)拱與華北斷坳接壤地帶。地層屬華北地層區(qū)山西分區(qū)太行山小區(qū)，地層沉積顯示了“華北型”的地質(zhì)特征[7]。區(qū)內(nèi)廣泛出露寒武系、奧陶系淺?！獮I海相碳酸鹽巖地層，新近系地層及第四系零星分布。構(gòu)造比較簡單，褶皺不發(fā)育，以平緩的單斜地層為主；表層脆性斷裂較發(fā)育，主要為高角度正斷層。巖漿巖不發(fā)育。區(qū)域礦產(chǎn)主要有賦存于碳酸鹽巖地層中的白云巖、水泥灰?guī)r、建筑石料灰?guī)r、化工灰?guī)r等。

2 典型礦床特征

鶴壁市全寨—田溝一帶已探明2處大型、1處中型白云巖礦床，分別是全寨白云巖礦床(大型)、柳林白云巖礦床(大型)、田溝白云巖礦床(中型)(圖1)。礦體均呈層狀賦存于中寒武統(tǒng)張夏組上段中，厚25.17～56.70m不等。各礦床化學(xué)成分平均含量MgO 20.52%～20.60%、CaO 30.88%～30.97%、SiO20.27%～0.62%、Al2O30.39%～0.61%，K2O+Na2O 0.09%～0.28%。礦石質(zhì)量均達(dá)到冶鎂用白云巖一般工業(yè)指標(biāo)質(zhì)量要求(MgO≥20%，SiO2≤3%，K2O+Na2O≤0.3%)[8-9]，礦石工業(yè)類型為冶鎂白云巖。本文重點(diǎn)以柳林礦區(qū)作為典型礦床進(jìn)行礦床地質(zhì)特征總結(jié)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)簡圖

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

柳林礦區(qū)地層出露簡單，有中寒武統(tǒng)張夏組，上寒武統(tǒng)崮山組、炒米店組和三山子組，下奧陶統(tǒng)含燧石團(tuán)塊白云巖，溝谷底部有少量的第四系分布[3]。中寒武統(tǒng)張夏組分為上、下兩段，下段為灰色厚層狀鮞粒灰?guī)r，上段為灰色厚層狀鮞粒白云巖，為賦礦層。上寒武統(tǒng)呈條帶狀廣泛分布在礦區(qū)的中部和東北及西北部，各組巖性主要為灰色、深灰色厚層鮞?；?guī)r夾疊層石灰?guī)r、條帶狀微晶灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、細(xì)晶白云巖等。下奧陶統(tǒng)的含燧石團(tuán)塊、燧石條帶白云巖零星分布于礦區(qū)邊部。

礦區(qū)為一略具波狀起伏的單斜地層，巖層產(chǎn)狀平緩，傾角一般在4°～10°左右，總體向北東傾斜。礦區(qū)發(fā)育2條北東向正斷層(F1、F2)，傾向北西，傾角約70°，均為高角度正斷層，斷距較小，不影響礦體連續(xù)性。礦區(qū)無巖漿巖出露。

2.2 礦體特征

礦體賦存于中寒武統(tǒng)張夏組上段(?2z2)，由鮞粒白云巖組成，嚴(yán)格受地層層位控制。礦體下伏地層為張夏組下段(?2z1)鮞粒灰?guī)r，上覆地層為上寒武統(tǒng)崮山組(?3g)鮞粒灰?guī)r。礦體形態(tài)簡單，呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層一致，傾向北東，傾角4°～7°。

礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)6個(gè)礦體(編號(hào)Ⅰ-Ⅵ)，長340～2 030m，出露寬86～170m，厚度31.8～55.15m，MgO含量20.01%～21.33%。規(guī)模較大的主礦體Ⅰ、Ⅱ特征如下(表1、圖2)。

表1 礦體特征一覽表

圖2 柳林礦區(qū)7勘探線剖面圖

Ⅰ礦體：位于和尚灘至柳林一帶，呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀平緩總體傾向北東，傾角4°～5°。礦 體 長1 250m，厚14.59～55.90m，平 均 厚42.35m。MgO含量19.34%～21.51%，平均20.51%。礦體在深部延伸較為穩(wěn)定，深部MgO品位20.92%～21.44%，礦石質(zhì)量好。

Ⅱ礦體：位于煙嶺溝至柳林一帶，呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀平緩總體傾向北東，平均傾角5°。礦體長1 080m，厚15.5～47.10m，平均厚38.38m。MgO含量19.62%～21.16%，平均20.07%。

2.3 礦石特征

(1)礦物組成及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。

礦石主要為鮞粒白云巖，少量的細(xì)晶白云巖。礦物成分簡單，主要由白云石組成，另含少量的鐵質(zhì)、粘土等。白云石：呈自形—半自形粒狀，含量98%～99%；粒徑0.01～0.06mm，晶體之間為隱晶質(zhì)白云石及鐵泥質(zhì)成分；鐵泥質(zhì)物含量1%～2%，充填于白云石晶體之間，并在白云石表面形成鐵泥質(zhì)薄膜。

礦石以鮞粒結(jié)構(gòu)為主，少量的細(xì)晶結(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。鮞粒結(jié)構(gòu)：由殘余鮞粒組成，殘余鮞近70%，可見鮞輪廓，但其內(nèi)部已重結(jié)晶，大小為0.58～1.46mm，原巖鮞粒間為空隙式膠結(jié)。鮞粒由白云石構(gòu)成，多呈它形晶，粒徑在0.01～0.06mm之間。鮞粒呈次圓—橢球狀，受極強(qiáng)白云巖化作用。鮞間填隙物＞30%，為重結(jié)晶細(xì)—粉晶白云石。

(2)礦石化學(xué)成分。

礦石中有益組分為MgO，有害成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O，其特征值及其變化見表2。經(jīng)分析統(tǒng)計(jì)，MgO含量集中分布于20%～21.5%，占樣品總數(shù)的82.0%，＜20%的僅占樣品數(shù)的18.0%。礦石中有益組分較高，有害組分低，礦石質(zhì)量好且穩(wěn)定，滿足冶鎂白云巖質(zhì)量要求[5]。

表2 礦石化學(xué)成分特征表 (單位：%)

2.4 礦體圍巖及夾石

礦體連續(xù)、質(zhì)量穩(wěn)定，無夾石。頂板為上寒武統(tǒng)崮山組深灰色厚層狀鮞?；?guī)r和少量的第四系粉質(zhì)粘土，底板為中寒武統(tǒng)張夏組下段灰色厚層鮞?；?guī)r。

3 礦床成因淺析

全寨—田溝一帶白云巖礦體賦存于中寒武統(tǒng)張夏組上段，該段巖石主要類型為鮞粒白云巖，少量中細(xì)晶白云巖、碎屑白云巖，總體是在寒武紀(jì)陸表海環(huán)境下形成的一套厚層狀碳酸鹽巖建造。礦石主要由白云石殘余鮞粒組成，結(jié)構(gòu)以鮞粒結(jié)構(gòu)為主，少量的中細(xì)晶結(jié)構(gòu)、礫屑結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造有塊狀構(gòu)造，塊狀層理、平行層理為主，可見三葉蟲屑。

研究表明，幾乎所有的鮞粒白云巖都是鮞?；?guī)r經(jīng)白云巖化改造而形成的[10]。而鮞?；?guī)r的形成，是在溫暖淺水、中等擾動(dòng)的淺海灘環(huán)境中，波浪和潮汐作用引起水介質(zhì)的攪動(dòng)，每攪動(dòng)一次，生物碎屑、球粒、內(nèi)碎屑、陸源碎屑等便處于懸浮狀態(tài)，同時(shí)促使二氧化碳從水體中逸出，過飽和的碳酸鈣圍繞碎屑顆粒沉淀一圈包殼，這樣周而復(fù)始的攪動(dòng)，便形成具有一圈圈同心紋包殼的鮞粒。當(dāng)鮞粒達(dá)到一定大小，其質(zhì)量超過波浪、水流攪動(dòng)的能量，便堆積在海底，不再被攪動(dòng)，并為亮晶方解石膠結(jié)，形成亮晶鮞?；?guī)r[11-12]。白云巖化作用則是由于障壁作用，海水含鹽度升高，海水濃縮而形成的。中細(xì)晶白云巖、碎屑白云巖的出現(xiàn)，單層變薄，證明海水變淺了，逐漸變成了有障壁海的潮坪環(huán)境。

綜上分析認(rèn)為，該區(qū)白云巖是寒武紀(jì)時(shí)期在一個(gè)動(dòng)蕩的陸表海鮞粒灘環(huán)境中形成的鮞?；?guī)r經(jīng)白云巖化作用形成，屬淺海相沉積型白云巖礦床。

4 找礦前景分析

區(qū)域已發(fā)現(xiàn)的白云巖礦床均產(chǎn)于中寒武統(tǒng)張夏組中，礦體的產(chǎn)出嚴(yán)格受含礦地層控制。根據(jù)區(qū)域含礦地層分布特征，認(rèn)為在西北部的水峪、西南部的紂王殿—黃洞北、東南部的古石溝—東場西3個(gè)地區(qū)有良好的白云巖礦成礦地質(zhì)條件，找礦前景好，劃分出3個(gè)找礦靶區(qū)。

(1)水峪找礦靶區(qū)(B1)：張夏組分布于水峪村東西兩側(cè)，出露厚度較穩(wěn)定。發(fā)育北東向和北西西向兩組斷層。含礦層面積約5km2，通過找礦工作有望提交中型白云巖礦床一處。

(2)紂王殿—黃洞北找礦靶區(qū)(B2)：張夏組主要呈條帶狀分布于紂王殿—黃洞北一帶，延伸較為穩(wěn)定。發(fā)育北東向和北西西向兩組斷層。含礦層面積約9.5km2，通過找礦工作有望提交大型白云巖礦床一處。

(3)古石溝—東場西找礦靶區(qū)(B3)：張夏組大面積出露于古石溝—東場西一帶，出露厚度較穩(wěn)定，產(chǎn)狀較為平緩，傾角5～11°。發(fā)育北東向和北西西向兩組斷層。含礦層面積約29km2，通過找礦工作有望提交大型—超大型白云巖礦床一處。

區(qū)域尚未勘查評(píng)價(jià)的含礦層張夏組廣泛分布且厚度較穩(wěn)定，總體找礦前景良好。根據(jù)鶴壁市鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，適時(shí)在各靶區(qū)內(nèi)開展地質(zhì)勘查工作，有望探獲中大型白云巖礦床，可進(jìn)一步保障冶鎂用白云巖礦產(chǎn)原料的供應(yīng)。

5 結(jié)論

(1)區(qū)域白云巖礦均產(chǎn)于中寒武統(tǒng)張夏組中，礦體的產(chǎn)出嚴(yán)格受含礦地層控制。

(2)礦石自然類型主要為鮞粒白云巖，工業(yè)類型為冶鎂用白云巖。

(3)根據(jù)區(qū)域含礦地層的分布特征，認(rèn)為在西北部的水峪、西南部的紂王殿—黃洞北、東南部的古石溝—東場西3個(gè)地區(qū)有良好的白云巖礦成礦地質(zhì)條件，找礦前景好。