煙臺(tái)肖家溝礦區(qū)水泥用石灰?guī)r礦地質(zhì)特征及礦床成因

吳鳳萍

(山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 山東 煙臺(tái)市 264004)

肖家溝水泥用石灰?guī)r礦[1]為一中型礦床,礦區(qū)位于煙臺(tái)市福山區(qū)高疃鎮(zhèn)肖家溝一帶,東距福山城區(qū)約15 k m,面積4.73 k m2。該礦床為與新元古代沉積作用有關(guān)的淺海相沉積礦床[26],山東地區(qū)90%的石灰?guī)r礦床與寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)海相碳酸鹽巖建造有關(guān)[7],而肖家溝石灰?guī)r礦則不同,在魯東地區(qū)具有一定的代表性。以往鮮有學(xué)者對(duì)肖家溝礦區(qū)礦床地質(zhì)特征、成礦規(guī)律等進(jìn)行研究,本文對(duì)礦床地質(zhì)特征、礦石質(zhì)量、礦床成因及找礦標(biāo)志進(jìn)行了分析,為礦山總體規(guī)劃和礦產(chǎn)資源開采利用提供地質(zhì)依據(jù),對(duì)魯東地區(qū)同類礦產(chǎn)勘查具有一定的參考價(jià)值。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦床大地構(gòu)造處于華北板塊(I)、膠遼隆起區(qū)(Ⅱ)、膠北隆起(Ⅲa)、膠北斷隆(Ⅲa1)之煙臺(tái)凸起(Ⅲa15)[8],區(qū)域內(nèi)出露地層有古元古代荊山群,新元古代蓬萊群[9-10],中生代青山群及新生代第四系(見圖1)。蓬萊群褶皺構(gòu)造較明顯,斷裂較發(fā)育,按展布方向可分為NE向、NW向、近EW向3組斷裂,區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為小規(guī)模不規(guī)則脈狀產(chǎn)出的閃長(zhǎng)玢巖脈[11-12]。

圖1 肖家溝礦區(qū)水泥用石灰?guī)r礦20勘探線剖面

1.1 地層

礦區(qū)地層主要發(fā)育古元古代荊山群祿格莊組,新元古代蓬萊群南莊組、香夼組,中生代白堊紀(jì)青山群八畝地組及新生代第四系。

賦礦地層為蓬萊群香夼組二段:大面積出露于礦區(qū)中部,總體走向NW,傾向NE,厚約240 m。根據(jù)巖性特征分為兩個(gè)巖性帶:第一巖性帶主要分布于礦區(qū)西側(cè)(F4斷裂以西),傾向?yàn)?5°～40°,局部?jī)A向SW,傾角為15°～35°,巖性主要為厚層狀灰?guī)r,下部為青灰色夾灰白色厚層灰?guī)r,為主要賦礦層位;上部為灰白色、淺黃色白云質(zhì)灰?guī)r;第二巖性帶主要分布在礦區(qū)東側(cè)(F4斷裂以東),傾向NE,傾角為40°～55°,局部達(dá)到60°～70°。巖性為淺灰色或灰白色薄層泥灰?guī)r夾薄層白云質(zhì)灰?guī)r。香夼組與下伏南莊組呈整合接觸。

1.2 構(gòu)造

褶皺和斷裂構(gòu)造較發(fā)育。褶皺構(gòu)造主要為北西-南東向蓬萊群平緩的向斜和背斜,其軸部和兩翼巖性均為蓬萊群香夼組巖性。斷裂構(gòu)造主要有礦區(qū)北部的吳陽(yáng)泉斷裂(F1)、礦區(qū)南部的弧形斷裂(F5),控制了區(qū)內(nèi)蓬萊群地層的分布[1314]。NE向斷裂(F2、F3、F4)切割錯(cuò)動(dòng)礦體或含礦層及閃長(zhǎng)玢巖脈,破壞其統(tǒng)一性和連續(xù)性,但伴隨斷裂活動(dòng)的熱液蝕變不發(fā)育,斷裂構(gòu)造對(duì)灰?guī)r礦石質(zhì)量影響不大。

F1斷裂:吳陽(yáng)泉斷裂,位于礦區(qū)西北部,為一大型擠壓破碎帶,其寬度數(shù)十米。走向NE—NEE,傾向SE,傾角為60°～75°。帶內(nèi)發(fā)育硅化、高嶺土化熱液蝕變。

F5斷裂:位于礦區(qū)南側(cè)。該斷裂呈向南凸出的弧形,西段構(gòu)成青山群和蓬萊群分界線,東段構(gòu)成蓬萊群厚層灰?guī)r與薄層灰?guī)r或泥灰?guī)r沿走向接觸的分界線,傾向自西向東為SW—S—SE,傾角為43°～75°。

F2～F4斷裂:為一組NE向斷裂。F2、F3斷裂發(fā)育在礦區(qū)西北部,F4斷裂發(fā)育在礦區(qū)中部,走向長(zhǎng)度均大于1500 m,傾向SE,傾角為70°～80°。

1.3 巖漿巖

巖漿巖主要是閃長(zhǎng)玢巖,屬燕山期淺成侵入巖,呈不規(guī)則脈狀,總體為NNW走向平行展布,單體規(guī)模較小,長(zhǎng)度為500～1200 m,寬度在10～50 m,個(gè)別脈體寬度達(dá)到300 m。脈巖破壞了礦層的連續(xù)性和完整性,而與脈巖活動(dòng)相伴生的熱液蝕變作用不強(qiáng)烈,兩側(cè)灰?guī)r物質(zhì)組成變化不大。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦床地質(zhì)概況

該礦床賦存于蓬萊群香夼組二段第一巖性帶石灰?guī)r層中,共圈定3個(gè)礦體,自西向東編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(見圖1)。受地層層位和巖性控制,西部地段礦層產(chǎn)狀較平緩,總體走向NW,傾向NE,傾角一般小于35°。局部地段礦層呈波折起伏,可見小的背、向斜和拖曳褶曲。中東部地段礦層受閃長(zhǎng)玢巖脈穿切、破壞,不連續(xù),礦層走向NW,傾向NE,礦體傾角變陡,為40°～50°,局部達(dá)到60°～70°。礦層直接裸露于地表(見圖1)。平均化學(xué)組分:Ca O 47.28%,Mg O 0.90%。各礦體特征見表1。

表1 礦體特征

2.2 礦體特征

2.2.1 Ⅰ#礦體

分布于礦區(qū)中部脈巖帶以西,占礦床查明資源量的69.5%。礦體呈波狀起伏的緩傾層狀,總體走向北西,傾向北東,局部?jī)A向南西,傾角為15°～35°,局部受脈巖或斷裂影響,傾角變陡。其長(zhǎng)度大于900 m,寬度為500～860 m,平均寬度為700 m。賦存標(biāo)高為0～132 m,垂直厚度為25～36 m。有益組分Ca O含量平均為47.42%,有害組分Mg O含量平均為1.11%。礦體內(nèi)夾層垂直厚度為23～30 m,夾層巖性主要為Ca O含量低于45%的石灰?guī)r,其次為閃長(zhǎng)玢巖。

2.2.2 Ⅱ#礦體

分布于礦區(qū)中部脈巖帶內(nèi),占礦床查明資源量的9.3%。礦體呈長(zhǎng)條層狀展布,走向北西,傾向北東,傾角為40°～50°。礦體走向長(zhǎng)度大于700 m,寬度為74～194 m。賦存標(biāo)高為7～138 m,垂直厚度為15～22 m。有益組分Ca O含量平均為47.52%,有害組分Mg O含量平均為0.9%。礦體內(nèi)夾層垂直厚度為5～24 m。

2.2.3 Ⅲ#礦體

分布于礦區(qū)的東部,占礦床查明資源量的21.2%。礦體走向北西,傾向北東,傾角為40°～55°,由于受構(gòu)造活動(dòng)及脈巖侵位影響,礦體傾角變陡,局部達(dá)到60°～70°。走向長(zhǎng)度大于900 m,寬度為260～468 m。賦存標(biāo)高為-32～132 m,垂直厚度為10～23 m。有益組分Ca O含量平均為46.84%,有害組分Mg O含量平均為0.88%。礦體內(nèi)夾石垂直厚度為14～26 m,夾石巖性主要為Ca O含量低于45%的石灰?guī)r。

2.3 礦石質(zhì)量

2.3.1 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物成分

礦石呈青灰色至灰白色,微細(xì)粒結(jié)構(gòu),中厚層塊狀構(gòu)造,其次有條帶狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造等。礦石礦物成分主要有:方解石、白云石、石英及少量黏土礦物。

方解石占礦石成分的80%～90%,主要是粗晶方解石,一般呈他形粒狀,粒徑為0.005～0.02 mm。當(dāng)?shù)V石中方解石細(xì)脈發(fā)育時(shí),其Ca O含量增高,其他成分相對(duì)降低,成為優(yōu)質(zhì)礦石。白云石占礦石成分的2%～10%,主要是成巖白云石,少部分是后生白云石即交代原巖方解石的白云石化產(chǎn)物。石英占礦石組成的1%～3%,一般呈他形微粒狀,均勻散布在方解石顆粒間。黏土礦物呈微細(xì)粒塵狀,散布于礦物粒間,或集中成條帶狀、微紋狀分布,含量一般小于3%。

2.3.2 礦石化學(xué)成分

礦石化學(xué)成分主要為Ca O和Mg O,次要化學(xué)成分有Si O2、Al2O3、Fe2O3、f Si O2、K2O、Na2O、SO3、Cl-,見表2。其中礦石中主要有用組分為Ca O、Si O2、Al2O3、Fe2O3,主要有害組分為f Si O2、K2O、Na2O、SO3、Cl-。其中f Si O2在礦石中以微細(xì)粒形式存在,含量為5.42%～6.78%,生產(chǎn)實(shí)踐證明[15],該類礦石中f Si O2含量對(duì)水泥生產(chǎn)影響較小。其他有害成分遠(yuǎn)低于工業(yè)指標(biāo)要求,對(duì)水泥生產(chǎn)無影響。

由表2可知,各礦體內(nèi)主要成分Ca O、Mg O含量一般變化不大。在有泥質(zhì)夾層時(shí),礦石中Ca O含量相對(duì)降低,而有益成分Si O2、Al2O3、Fe2O3含量相對(duì)增高。在閃長(zhǎng)玢巖脈較為發(fā)育的Ⅲ#礦體中,礦石Si O2、Al2O3、Fe2O3有所增高,有害成分Mg O、K2O、Na2O有不同程度的降低。

表2 礦石化學(xué)成分及含量 %

2.3.3 礦石類型

根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及礦物含量等,確定其礦石自然類型主要為中厚層塊狀石灰?guī)r型,次要為薄層石灰?guī)r型和角礫狀石灰?guī)r型,量少且分布零散。工業(yè)類型為水泥用石灰?guī)r。

2.3.4 礦體圍巖和夾層

(1)礦體圍巖。主要有石灰?guī)r、泥灰?guī)r和閃長(zhǎng)玢巖。石灰?guī)r和泥灰?guī)r圍巖與礦體為整合接觸,呈漸變過渡關(guān)系,圍巖與礦體的礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物組成一致,由礦體至圍巖Ca O含量逐漸降低,Si O2、Al2O3、Fe2O3含量有所升高。二者是屬于同一層位,其界限是根據(jù)工業(yè)指標(biāo)劃定。閃長(zhǎng)玢巖脈與礦體侵入接觸,其界限清楚。閃長(zhǎng)玢巖脈的侵入破壞了石灰?guī)r礦體的連續(xù)性和完整性,而對(duì)礦體礦石物質(zhì)成分的影響和改變有限,只是導(dǎo)致脈巖兩側(cè)幾米范圍內(nèi)的礦石Ca O含量有所降低,Si O2、Al2O3、Fe2O3等含量有所增加。

(2)礦體內(nèi)夾層。主要為石灰?guī)r和泥灰?guī)r,多呈薄層狀或透鏡狀產(chǎn)出,夾層與礦體屬同一層位,其礦物組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造一致,只是化學(xué)成分有所變化,根據(jù)工業(yè)指標(biāo)從礦體內(nèi)圈出,實(shí)際開采時(shí)Ca O含量大于等于42%[16]的可以考慮搭配使用,總夾石量為6 397 822 m3,礦床開發(fā)剝采比為0.38∶1。

3 礦床成因與找礦標(biāo)志

該礦床為淺海相沉積礦床[26]。含礦層位香夼組地層在區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定分布,其上下層位皆為泥灰?guī)r,礦床原巖呈高鈣低鎂特征,說明礦層原巖屬微咸化淺海相沉積。礦層原巖形成后,經(jīng)受了斷裂及褶皺的構(gòu)造變動(dòng),以及白云石化、方解石化等多次改造。白云石化至少有兩期:早期白云石化,呈條帶狀順層分布,當(dāng)屬成巖期白云石化。晚期白云石化,發(fā)生在中生代白堊紀(jì)火山巖形成期,往往沿火山巖邊緣斷裂、閃長(zhǎng)玢巖脈及一些構(gòu)造薄弱帶發(fā)生。方解石化,是礦段內(nèi)最晚期的熱液改造作用。方解石化使礦石進(jìn)一步改造為優(yōu)質(zhì)礦石。

該類礦床屬于山東地塊與新元古代沉積作用有關(guān)的石灰?guī)r等礦床成礦系列[4],主要分布在魯東地區(qū)膠北隆起區(qū)煙臺(tái)市福山區(qū)、蓬萊區(qū)、龍口市、棲霞市、萊陽(yáng)市等區(qū)域[4,17],均為受地層層位和變質(zhì)作用控制的新元古代蓬萊群沉積變質(zhì)礦產(chǎn)。其主要特征為礦體呈層狀賦存于蓬萊群香夼組中,灰?guī)r層即為礦體,礦物成分以方解石為主,礦石類型主要為塊狀石灰?guī)r。因此,在魯東地區(qū)主要尋找與新元古代沉積作用有關(guān)的水泥用石灰?guī)r礦床。蓬萊群香夼組地層為賦礦層位,是直接的找礦標(biāo)志。香夼組二段第一巖性帶青灰色-灰白色致密塊狀灰?guī)r是找礦的明顯巖性標(biāo)志。

4 結(jié)論

(1)肖家溝礦區(qū)共圈定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3條礦體,礦體呈層狀賦存于新元古代蓬萊群香夼組,巖性主要為青灰色—灰白色厚層狀灰?guī)r。

(2)礦石為中厚層塊狀石灰?guī)r,青灰色至灰白色,微細(xì)粒結(jié)構(gòu),中厚層塊狀構(gòu)造,主要礦物成分為方解石、白云石、石英及少量黏土礦物,礦石主要化學(xué)成分Ca O、Mg O含量變化不大,有害組分f Si O2含量較高(平均6.09%),但以微細(xì)粒形式存在,對(duì)原料的易燒性影響較小。其他有害組分的含量都低于工業(yè)指標(biāo)要求。

(3)該礦床為淺海相沉積的層狀礦床,屬于淺海低能環(huán)境下,海相化學(xué)沉積作用形成、具有輕微變質(zhì)的石灰?guī)r礦床。

(4)礦床為中型水泥用灰?guī)r礦床,有較好的開發(fā)前景,能帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。