輝縣大羅口礦區水泥灰巖礦床地質特征及成因

王英超

(河南省有色金屬地質勘查總院，河南 鄭州 450052)

河南水泥灰巖產出層位較多，所探明儲量的水泥灰巖主要集中分布于寒武系及奧陶系地層中，其中以中寒武統張夏組、中奧陶統馬家溝組及峰峰組最多，且質量好、規模大。輝縣大羅口礦區的水泥灰巖主要賦存于中奧陶統下馬家溝組地層中。

1 區域地質概況

大羅口礦區位于華北地臺山西斷隆太行山拱斷束帶內，區內地層以早古生代碳酸鹽沉積為主，是本區重要的石灰巖含礦層位。區域近東南“山”字形構造、近南北向構造，近東西向構造對工作區均有不同程度的影響，多表現為褶皺發育，脆性斷裂發育。區內巖漿活動不發育。地層區劃屬于華北地層區山西分區太行山小區，地層出露從老到新主要有太古界(Ar)，上元古界震旦系串嶺溝組(Zch)，古生界下寒武統(∈1)、中寒武統(∈2)、上寒武統(∈3)，古生界下奧陶統(O1)、中奧陶統下馬家溝組(O2x)、上馬家溝組下段(O2s1)，以及新生界第四系(Q)等(見下頁圖)。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區出露地層主要為中寒武統(∈2)、上寒武統(∈3)、下奧陶統(O1)、中奧陶統下馬家溝組(O2x)及第四系(Q)。

分布在北起雁高渠、南至橋村、東至嶺西、西至石門郊范圍內的中奧陶統下馬家溝組(O2x)，是水泥灰巖礦的主要賦存部位，根據其巖性特征、沉積環境，自下而上將其劃分為4個巖性段，自下而上分別為：

第一段(O2x1)：以黃綠色薄層狀泥灰巖、角礫狀泥灰巖為特征，層位穩定，出露厚度5～26m。

第二段(O2x2)：以灰黑色中厚層角礫狀灰巖為特征，厚度5～30m。

第三段(O2x3)：以灰黑色薄層—中厚層細晶灰巖為主。上部為灰黑色薄層狀細晶灰巖，頂部為灰黑色角礫狀灰巖，下部灰黑色薄層—中厚層狀細晶灰巖夾灰黑色具暗紅色泥質條帶豹皮狀灰巖，局部夾少量白云質灰巖。出露厚度35～80m。

第四段(O2x4)：底部以灰黑色中厚層狀生物碎屑灰巖為特征，上部為淺灰色具暗紅色泥質條帶豹皮狀灰巖，暗黑色腎狀灰巖、淺黃具淺紫紅色角礫狀泥灰巖。出露厚度0～50m。

其中，第二、三段為水泥灰巖礦的主要含礦層。

2.2 構造及巖溶

大羅口礦區地質簡圖

礦區位于區域一級構造合澗—上八里復式背斜東翼近核部，區內地層總體呈向東傾的單斜構造。區內構造以斷裂構造為主，普遍發育在中奧陶統下馬家溝組地層中，典型的構造有4組，分別呈北北東向、近南北向、北北東—南南西、北西—南東向在礦區內展布。斷層面均呈舒緩波狀，斷層帶內多發育斷層角礫巖、斷層泥、糜棱巖，斷層西盤下降、東盤上升，斷裂帶具壓扭性特征。斷層對礦體連續性雖有破壞，但對礦體質量影響不大。礦區內未見到大的巖溶裂隙及溶洞，巖溶率均<3%，巖溶明顯不發育。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于中奧陶統下馬家溝組(O2x)中，礦體呈層狀產出，部分裸露地表、部分被第四系殘坡積物覆蓋，由于受構造及后期剝蝕作用的影響，礦體的頂底板出露平面上呈不規則的曲線形態，出露地表寬窄不一。

由于受斷裂構造的破壞，造成礦層不連續，根據化驗分析結果，礦層的分布規律、受構造及地形切割剝蝕的影響，共圈定5個礦體，各礦體特征詳見表1。

其中，Ⅲ號礦體為主礦體，Ⅲ號礦體在礦區內位于第1～5勘探線間，主要賦存于下馬家溝組第二、三巖性段中，在第1勘探線處第一巖性段上部及第3勘探線處第四巖性段下部經化驗分析也能達到水泥用灰巖指標要求。礦體由TC1、BT1、TC3、TC5、TC5-1控制，沿走向出露長度1400m左右，寬度40～110m，平面上呈弧形展布，礦體厚度17.65～62.85m。平均厚度45.81m，厚度變化系數42.95%。品位(%)：CaO 50.84～53.59、MgO 0.82～1.66，平均品位(%)：CaO 52.17、MgO 1.25，品位變化系數分別為：2.29%、28.57%。

表1 大羅口礦體特征

礦體總體產狀：32～129°∠12～43°，平均傾角22°；第5勘探線，產狀32～43°∠17～22°；第3勘探線，產狀90～129°∠12～15°；第1勘探線，產狀50～80°∠25～43°，由此可以看出礦體沿走向、傾向均呈波狀變化。

礦體頂板為第四巖性段灰黑色中厚層狀白云質灰巖及黃綠—淺紫紅色角礫狀泥灰巖，底板為第一巖性段頂部的泥灰巖。

3.2 礦石質量

礦石礦物成分簡單，主要由方解石(95%～96%)組成，晶粒一般＜1mm；次要礦物為白云石(＜5%)，含有少量鐵質、泥質等。

礦石結構以細晶結構為主，泥晶結構次之；礦石構造以中厚層狀構造為主，單個層理厚度一般為10～50cm，薄層狀構造次之，單個層理厚度一般為2～10cm。礦石的結構構造較均一。

依據分析結果，礦石主要化學成分為CaO、MgO、SiO3、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、SO3、Cl等，其中CaO、MgO為基本分析項目，其他為組合分析項目。

礦石中有用組分為CaO。CaO含量最大值54.73%，最小值45.74%，平均值52.72%；礦石中有害組分為MgO、KO2、Na2O、SO3、Cl等，其中MgO品位0.69%～1.40%，平均品位0.98%。其他有害組分質量百分數見表2。

表2 礦體有害組分含量(%)

從表2中可以看出，雖然ZH4中K2O+Na2O為0.65%，但Ⅲ號礦體K2O+Na2O平均值為0.55%，不影響礦石整體質量。其他有害組分均不超過工業指標的一般要求，因此礦石質量符合水泥用石灰巖礦一般工業指標要求。

3.3 礦石類型和品級

3.3.1 礦石類型

礦石的自然類型，根據礦石的宏觀及微觀結構構造可分為薄層—中厚層狀細晶、角礫狀、豹紋狀灰巖。三者在礦體內均有分布，前者分布較廣，且三者礦物成分、化學成分差異很小。

從工業利用的目的出發，根據礦石化學成分特征，礦石的工業類型屬高鈣、低鎂、低鉀鈉的水泥原料石灰巖礦石。

(1)細晶灰巖。

風化面呈灰色，新鮮面呈灰黑色，微晶—細晶結構。薄層狀—中厚層狀構造，縫合線構造，斷面呈平坦狀或顯貝殼狀，礦物成分主要為方解石95%～96%，次要礦物為白云石＜5%，含少量鐵泥質。

方解石粒度一般在0.3～1mm，填隙物極少。裂隙發育，沿裂隙面有次生方解石細脈充填。水平層理發育，層理厚10～30mm，層理之間為厚度小于1mm的黃綠色鈣質薄膜。

(2)角礫狀灰巖。

淺黃色，角礫狀結構，中厚層狀構造，礦物成分：方解石＞90%，白云石1%～5%，雜基＜5%。

角礫大小0.5mm×(1～20)mm×30mm，呈棱角狀—次棱角狀，無位移或位移不明顯，角礫均為微晶—細晶灰巖碎塊。

膠結物為顯晶質方解石及白云石，顆粒在0.01～0.05mm間。雜基少，呈星點狀分布。

(3)豹皮狀灰巖。

灰色，暗紅色鐵泥質條帶，微晶(泥晶)結構，豹皮狀構造，礦物成分：方解石＞90%，白云石1%～3%，鐵泥質＜5%，含少量生物碎屑。暗紅色鐵泥質條帶呈(1～2.5)mm×(5～30)mm棒狀，少量呈星點狀，形成豹皮狀構造。

3.3.2 礦石品級

礦石品級基本分析及組合分析結果見表3。

表3 礦石品級

根據(DZ/TO213-2002)《冶金、化工石灰巖及白云巖、水泥原料礦產地質勘查規范》的一般工業指標要求[2]，本區礦石品級均屬Ⅰ級品。

3.4 礦體圍巖和夾石

礦體頂底板為下馬家溝組泥灰巖、角礫狀泥灰巖、白云質灰巖?；瘜W成分(%)：頂板CaO 31.77～53.22，平均44.69；MgO 3.14～13.87，平均6.71。底板CaO 25.39～49.78，平均39.55；MgO 1.79～12.15，平均4.01。頂底板圍巖明顯的顏色、巖性特征是區分礦體的明顯標志。

礦體內部結構簡單，夾層很少，全區見到5處有夾石，均為不連續的小透鏡體，經與其上下樣品任意8m加權平均后，其化學成分均可滿足礦石的工業指標要求，故將其圈進礦體中。

4 礦床成因

4.1 礦床成因

該礦床位于中朝準地臺(Ⅰ)山西臺隆(Ⅰ1)東緣太行山拱斷束帶內，從早古生代開始，直至進入晚古生代末期，整個中朝準地臺的發育進入了廣泛的蓋層發育期時期，這段時期地臺活動處于相對穩定階段，構造運動整體上的表現為地層的上升與下降。在寒武紀時期，廣泛的海侵超覆發育，早期沉積了濱海—淺海相的砂巖、砂礫巖頁巖、泥灰巖；條帶狀、鮞狀灰巖、白云質灰巖，局部為礦體底板。地臺發育的中期，初期的沉積環境為短暫的動蕩—靜止期，形成了較穩定的濱海相或瀉湖相環境，物質來源豐富，受古地理氣候影響形成了淺灰色條帶狀豹皮灰巖和厚層狀灰色鮞?；規r、深灰色花斑灰巖。本礦床屬化學、物理、生物作用下形成的一套碳酸鹽建造，又經各種構造運動，逐步形成本礦床現在的形態[3]。

4.2 找礦標志

礦體呈層狀展布，與圍巖整合接觸，層狀構造，水平層理較發育，礦石中陸源碎屑較少，本區地層中含有角石、螺類化石，據此判斷礦床為淺海下低能帶沉積產物，屬典型的沉積成因礦床[4]。

找礦方向：①直接垂直地層走向觀察、追索，尋找到中奧陶統下馬家溝組二、三巖性段，即為礦體；②尋找下馬家溝組第一巖性段，黃綠色薄層狀泥灰巖，其特殊的巖性特征極易辨識，其上即為礦體；③尋找下馬家溝組第四巖性段中的生物碎屑灰巖、腎狀泥灰巖，其特殊的標志特征極易辨識，其下即為礦體。

[1]河南地質礦產局.河南省區域地質志[M].北京:地質出版社,1989:306-308.

[2]邵厥年,陶維屏,張義勛,等.礦產資源工業要求手冊[M].北京:地質出版社,2010(8):528-535.

[3]張宗可,徐石頭,任五行,等.宜陽縣石門水泥灰巖礦床地質特征及成因分析[J].中國非金屬礦工業導刊,2013(6):40-43.

[4]蔣書國.承德縣甲山鎮永和水泥廠礦區奧陶系馬家溝組水泥灰巖成因[J].資源環境與節能減災,2010(6):117-118.