江西上栗楚山水泥用灰?guī)r礦礦床地質(zhì)特征及找礦前景

王 凱，祝愛明，王洪榮，周衛(wèi)榮，張彩良，黃 斌

(1.江西省地質(zhì)調(diào)查勘查院礦產(chǎn)勘查所，江西 南昌 330038；2.萍鄉(xiāng)市自然資源發(fā)展集團(tuán)有限公司，江西 萍鄉(xiāng) 337055)

上栗地處欽杭結(jié)合帶中萍鄉(xiāng)—樂平凹陷帶的西段，具有沉積型礦產(chǎn)成礦的優(yōu)越條件。區(qū)內(nèi)賦存有較為豐富的煤、碳酸鹽巖、石膏等[1]。近年來，隨著上栗楚山水泥用灰?guī)r礦勘查程度一步步深入，對該礦床的成礦條件及成礦規(guī)律的認(rèn)識也更加清晰。筆者通過研究水泥用灰?guī)r礦床的地質(zhì)特征、礦床成因、控礦因素[8-13]，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會需求，在大量野外勘查工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)了上栗楚山水泥用灰?guī)r礦成礦地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征，并探討了該礦床成因及區(qū)內(nèi)找礦前景預(yù)測，旨在為今后該地區(qū)開展外圍找礦或類似礦床的勘查提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

楚山水泥用灰?guī)r礦位于下?lián)P子板塊與華夏板塊接合部位，江南東部隆起帶九嶺逆沖隆起的西南端及欽杭結(jié)合帶萍鄉(xiāng)—樂平坳陷帶的北西端(圖1a)。萍鄉(xiāng)—樂平凹陷帶深部很可能為蛇綠混雜巖，中部為青白口紀(jì)晚期—早古生代的構(gòu)造巖片堆疊混雜基底，該帶的上層變質(zhì)基底則由萬年群組成的加里東期推覆體[15]。晚古生代地層直接不整合覆蓋于上述不同變質(zhì)基底之上，組成一條復(fù)式向斜坳陷(圖1b)。坳陷中西部晚古生代及其以后的沉積層，總厚度達(dá)13000～15000m，中部多被第四系掩蓋，東部受后期構(gòu)造破壞，殘留較少。區(qū)內(nèi)晚古生代至中三疊世地層非常發(fā)育，賦存有豐富的沉積型礦產(chǎn)資源。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單元綜合區(qū)劃圖及區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[15])

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

區(qū)內(nèi)地層為由老到新為二疊系小江邊組(P2x)、二疊系茅口組(P2m)、上二疊統(tǒng)樂平組(P3l)及二疊系長興組(P3c)(圖2)。

圖2 楚山水泥用灰?guī)r礦區(qū)地質(zhì)圖

小江邊組(P2x)：分布于勘查區(qū)東南角，巖性主要為灰黃—灰色含炭泥巖、深灰—灰黑色含炭泥晶灰?guī)r，含生物碎屑灰?guī)r(圖3a)，薄—中層狀，產(chǎn)狀305°～340°∠36°～40°，整合于二疊系棲霞組之上，茅口組之下(圖3b)。地表出露寬度10～150m。

圖3 礦區(qū)地層示意圖

茅口組(P2m)：在勘查區(qū)中南部廣泛出露，巖性主要為深灰色生物屑泥晶灰?guī)r、含燧石結(jié)核灰?guī)r(圖3c)、含燧石條帶灰?guī)r(圖3d)，總體走向?yàn)楸睎|，產(chǎn)狀295°～328°∠35°～54°，地表出露寬度150～420m，為勘查區(qū)內(nèi)水泥用灰?guī)r礦最為主要的賦礦地層。

樂平組(P3l)：出露于勘查區(qū)北西部，分為上下兩段，上段巖性主要為硅質(zhì)巖、石英砂巖、長石石英砂巖(圖3e)，下段主要巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖夾薄石煤層(圖3f)，地層整體平行整合于茅口組之上，局部呈斷層接觸。走向北東，中間出露窄，兩端出露寬，呈啞鈴狀出露。地表出露寬度70～260m。未來礦山開采中可作為水泥用配料進(jìn)行利用。

長興組(P3c)：出露于勘查區(qū)的西北角，巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r、微晶灰?guī)r(圖3g)，地層傾向150°～ 182°，傾角多在30°～58°，與下伏地層樂平組呈斷層接觸關(guān)系。調(diào)查區(qū)內(nèi)地表出露寬度60～290m，此層亦為勘查區(qū)內(nèi)水泥用灰?guī)r礦賦礦地層。

2.2 構(gòu)造

勘查區(qū)山口向斜的南西段的南東翼區(qū)內(nèi)地層受印支期運(yùn)動和燕山期運(yùn)動影響，區(qū)內(nèi)斷層較為發(fā)育，主要為一系列北東向逆斷層。其中F1逆斷層位于勘查區(qū)北西部，延至圖外，圖內(nèi)全長 1.6km。斷層走向北東—南西，傾向北西，傾角 55°～79°。斷層發(fā)生破碎作用，局部可見主要由角礫巖組成，為灰紅色，角礫成分為灰?guī)r為主，粒徑大小不一，呈棱角狀，由后期白云質(zhì)所膠結(jié)；F2 逆斷層位于勘查區(qū)中部，走向北東—南西，延至圖外，圖內(nèi)斷層長約 2km，傾向南東，傾角約 65°；勘查區(qū)南部因發(fā)生逆沖作用，將樂平組地層推入茅口組地層中，形成構(gòu)造窗(圖4)。

圖4 楚山灰?guī)r礦2線剖面圖

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦體主要賦存于上二疊統(tǒng)長興組(P3c)、中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)地層中。

V1礦體：分布于勘查區(qū)北西部，賦存于上二疊統(tǒng)長興組(P3c)地層中，主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、微晶灰?guī)r。礦體連續(xù)性較好，分布較均勻，礦體走向控制長度1400m，出露寬度150～510m，礦體出露最高標(biāo)高387.2m，南部高北部低，以最低可采標(biāo)高120m，最大埋深247.2m。礦體總體走向?yàn)楸睎|，礦體傾向南東，產(chǎn)狀150°～166°∠30°～58°。主要化學(xué)成分平均含量：CaO為52.77%、MgO為0.49%。

V2礦體：位于勘查區(qū)中南部，主要賦存于中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)地層中，主要巖性為含燧石結(jié)核灰?guī)r、生物屑泥晶灰?guī)r。礦體連續(xù)性較好，分布較均勻，礦體走向控制長度2000m，礦體地表出露寬160～430m，礦體出露最高標(biāo)高392.9m，中間低兩側(cè)高，以最低可采標(biāo)高120m，最大埋深272.9m。礦體傾向北西，產(chǎn)狀311°～328°∠43°～54°，層狀分布，連續(xù)性較好。礦體的主要化學(xué)成分平均含量：CaO為51.64%、MgO為0.83%。

3.2 礦石類型及特征

根據(jù)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和物質(zhì)組成，礦區(qū)內(nèi)主要有4種自然礦石類型，即生物屑泥晶灰?guī)r(圖5a、圖5b)：巖石具生物屑—晶粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由生物屑(40%)、膠結(jié)物(微泥晶方解石50%、亮晶方解石6%)及方解石脈(4%)組成；白云質(zhì)灰?guī)r(圖5c、圖5d)：巖石具粒晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由方解石(60%)、白云石(38%)、鐵質(zhì)(2%)礦物組成；微晶灰?guī)r(圖5e、圖5f)：巖石具晶粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由微晶方解石(60%)、粒屑(35%)、方解石脈(5%)組成；含燧石結(jié)核灰?guī)r：巖石具晶粒結(jié)構(gòu)，結(jié)核狀構(gòu)造，主要由微晶方解石(50%)、粒屑(30%)及燧石(20%)組成。根據(jù)礦石的主要礦物成分含量，其工業(yè)類型達(dá)到水泥用灰?guī)r礦的要求，屬Ⅰ級品。

圖5 礦區(qū)礦石照片

3.3 礦石質(zhì)量特征

經(jīng)樣品分析測試，礦石符合水泥用灰?guī)r礦質(zhì)量要求，主要化學(xué)成分含量為：CaO 45.04%～55.67%，平均52.25%；MgO 0.17%～3.15%，平均0.66%(表1)。礦石化學(xué)成分主要有益組分CaO含量高且較為穩(wěn)定，而主要有害組分MgO含量低，其它有害組分含量均很少。通過組合分析樣測試結(jié)果，水泥用灰?guī)r礦體SiO2平均含量為3%；K2O平均含量為0.16%；Na2O平均含量為0.06%；SO3平均含量為0.04%；fSiO2平均含量為1.76%(表2)。

表1 水泥用灰?guī)r礦主要化學(xué)成分特征

表2 各類型礦石礦物成分和主要化學(xué)成分含量

綜上，此礦區(qū)礦石質(zhì)量較好，有用組分含量高、有害組分含量低，且主要組分沿走向、傾向上含量變化小。

4 礦床成因分析

區(qū)內(nèi)泥盆紀(jì)至中三疊世海相沉積非常發(fā)育。晚石炭世海域擴(kuò)大，除華夏古陸尚在水面之上外，海水幾乎遍及江西全域。地殼的不均勻抬升，導(dǎo)致早二疊世初期九嶺以北局部缺失沉積，隨后的大規(guī)模海侵，江西區(qū)域又淪于水下，直至二疊紀(jì)的結(jié)束。江西晚古生代主要為陸表海環(huán)境，直至末期(長興期)才開始向陸緣海轉(zhuǎn)化。早三疊世海水由特提斯洋向華夏古陸推進(jìn)，古陸東移至福建。江南古陸于二疊紀(jì)沒入水下。揚(yáng)子海由北東方向的西太平洋從西南進(jìn)入江西，并與特提斯洋融為一體，成為統(tǒng)一的海盆，即華南陸緣海。華南陸緣海由于島嶼和水下隆起較多，海水到達(dá)海岸受阻，能量減弱，形成以潮汐作用為主的濱海沉積相?？煞譃樗樾汲逼?、碳酸鹽坪，以及碳酸鹽和碎屑巖混合坪等亞相。進(jìn)入中三疊世，印支運(yùn)動造成地殼全面抬升，海水大幅度退卻，本區(qū)成為陸地。因此，該區(qū)主要的成礦期為晚古生代二疊紀(jì)，沉積了一套以碳酸巖為主的地層。

區(qū)內(nèi)二疊系沉積的碳酸鹽巖中普遍發(fā)育有海洋生物化石及其碎塊，尤其以腕足、海百合莖、蜒科、珊瑚、瓣腮動物及藻類最為發(fā)育，表明在二疊紀(jì)，該區(qū)為溫暖的陸棚淺海環(huán)境，大量海洋生物得以繁殖，海水介質(zhì)中Ca2+、O2-等離子不斷得增加、積累，形成CaCO3膠體。加之生物發(fā)育及藻類光合作用均需要吸收CO2，促進(jìn)CaCO3膠體的飽和和沉淀，經(jīng)過40～50Ma的積累，最終沉積為厚大的碳酸鹽巖礦體。成礦過程中，局部地區(qū)海水中 SiO2不斷得到補(bǔ)充，大量硅質(zhì)膠體與灰泥一起沉淀，形成了含燧石結(jié)核灰?guī)r或含燧石條帶灰?guī)r。綜上可知，本礦床屬海相化學(xué)—生物沉積型礦床。

5 找礦前景分析

本區(qū)晚古生代—中三疊世海陸交互相—淺海碳酸鹽臺地相沉積時間跨度長達(dá)近50Ma，沉積了一套達(dá)上萬米的厚大的沉積巖，且以灰?guī)r為主。區(qū)內(nèi)出露灰?guī)r地層由上至下依次為：二疊系長興組(P3c)、茅口組(P2m)、小江邊組(P2x)、棲霞組(P2q)及馬平組(P1m)，局部零星見石炭系黃龍組(C2h)。

依據(jù)取樣分析結(jié)果：二疊系長興組(P3c)及茅口組(P2m)地層為本區(qū)最為理想的找礦地層，小江邊組灰?guī)r礦品質(zhì)也較好，但常見頁巖、泥巖夾層，考慮到頁巖、泥巖本身就可作為水泥用灰?guī)r的配料，未來也可以加以利用。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)，二疊系馬平組(P1m)下部為淺灰色生物碎屑灰?guī)r夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，上部為深灰、灰黑色含燧石結(jié)核灰?guī)r，二疊系棲霞組(P2q)巖性多為灰黑色或深灰色中厚層狀含燧石結(jié)核灰?guī)r夾碳質(zhì)頁巖，錘擊有瀝青臭味，習(xí)稱“臭灰?guī)r”，此三套地層具有較大的找礦潛力。石炭系黃龍組(C2h)在本區(qū)出露范圍有限，不予考慮。

縱觀整個勘查區(qū)外圍，勘查區(qū)西側(cè)及北部村莊連成片，含灰?guī)r地層僅零星出露，找礦前景差；南部及東部(梓木嶺一帶)，以二疊系茅口組(P2m)、小江邊組(P2x)、棲霞組(P2q)為主的一套碳酸鹽建造，出露面積約11.96km2，為本區(qū)未來礦山擴(kuò)儲增量最重要的資源遠(yuǎn)景區(qū)。東北角(枧沖村東北角)以二疊系茅口組(P2m)及馬平組(P1m)為主出露面積約5.27km2的一套灰?guī)r亦可作為本區(qū)找礦遠(yuǎn)景區(qū)。綜上，本區(qū)遠(yuǎn)景資源量十分可觀。

6 結(jié)論

(1)楚山水泥用灰?guī)r礦主要賦礦層位為茅口組(P2m)與長興組(P3c)，含礦巖石主要為白云質(zhì)灰?guī)r、含燧石結(jié)核灰?guī)r、生物屑泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r。

(2)礦區(qū)礦石質(zhì)量具有有用組分含量高、有害組分含量低的特點(diǎn)。水泥用灰?guī)r礦各主要化學(xué)成分平均含量為：CaO 52.25%、MgO 0.66%，符合水泥用灰?guī)r礦一般工業(yè)指標(biāo)。

(3)該礦床成因?qū)俸Ｏ嗷瘜W(xué)—生物沉積型礦床，與省內(nèi)重要的大、中型礦床含礦層位，主要化學(xué)組分含量、礦床成因等特點(diǎn)基本相似。

(4)本區(qū)遠(yuǎn)景資源量十分可觀?？辈閰^(qū)外圍南部及東部(梓木嶺一帶)，為本礦山擴(kuò)儲增量最重要的資源遠(yuǎn)景區(qū)?？辈閰^(qū)外圍東北角(枧沖村東北角)，可作為本區(qū)找礦遠(yuǎn)景區(qū)。