汪清縣三仙嶺水泥用灰巖礦地質特征及礦床成因

曾慶彬（中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

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汪清縣三仙嶺水泥用灰巖礦地質特征及礦床成因

曾慶彬
（中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

【摘 要】吉林省汪清縣三仙嶺水泥用灰巖礦床位于天山—興安地槽褶皺區(Ⅰ級)，吉黑褶皺系(亞Ⅰ級)延邊優地槽褶皺帶(Ⅱ級)延邊復向斜(Ⅲ級)、汪清向斜(Ⅳ級)內。礦體賦存于下二疊統廟嶺組上段結晶灰巖、凝灰巖巖層中。為結晶灰巖礦床，其工業類型以水泥用灰巖為主。

【關鍵詞】水泥用灰巖礦；地質特征；成因類型；汪清縣

三仙嶺水泥用灰巖礦位于吉林省汪清縣，該區交通條件便利，礦體規模較大，礦石質量好。

1　區域地質概況

工作區大地構造位置位于天山—興安地槽褶皺區(Ⅰ級)，吉黑褶皺系(亞Ⅰ級)延邊優地槽褶皺帶(Ⅱ級)延邊復向斜(Ⅲ級)、汪清向斜(Ⅳ級)內。

區域內出露地層有石炭系、二疊系、侏羅系及古近系、新近系、第四系。

區內石炭系地層出露較少，為上石炭統山秀嶺組(C3s)，僅見于青石頂子及廟嶺水泥用灰巖礦區內。二疊系地層出露較多，為下二疊統廟嶺組(P1m)、柯島組(P1k)，上二疊統開山屯組(P2k)，分布在區域的北西和南東部天橋嶺以西一帶，南東部從三仙嶺—廟嶺一直到南東部。侏羅系地層出露較多，為下侏羅統托盤溝組(J1t)、中上侏羅統和龍群(J2-3h)和天橋嶺組(J2-3t)。

區內構造包括：①下大肚川—桃源村倒轉背斜：位于北西部，屬于下大肚川—桃源村倒轉背斜南西段，呈北東—南西展布；②廟嶺—東西村背斜：位于南東部，屬于廟嶺—東西村背斜的北東段，軸線呈北東向；③東西向斷層：廟嶺—青年點斷層，鹿圈子北側斷層，桃源村南側北西轉東西向斷層等。

區域巖漿巖發育，主要為華力西晚期和燕山期侵入巖，其巖石類型為中、酸性閃長巖、花崗巖類。其中在區域東、西部邊緣有華力西晚期(γδ43(2))侵入巖，主要巖石類型為花崗巖類，分別屬于春陽和大興溝巖體的一部分。巖石類型為斜長花崗巖、花崗閃長巖、黑云母花崗巖等。燕山期侵入巖(γ5)多呈不大的巖株狀產出，在廟嶺東、西分別見有該類巖體。廟嶺西部巖體巖性復雜，可分出內、外部相：外部相為中性閃長巖、花崗閃長巖、斜長花崗巖等組成；內部為鉀長花崗巖。廟嶺東巖體為酸性白崗巖、白崗質花崗斑巖等。

2　礦區地質特征

2.1 地層

勘查區內出露的地層主要有二疊系廟嶺組(P1m)和第四系(Q4)，礦區地質圖如下。

三仙嶺礦區水泥用灰巖礦地形地質圖

2.1.1 二疊系廟嶺組(P1m)

勘查區出露的地層分為兩段三層，由老到新依次為：中段凝灰巖巖層(P1m2)；上段結晶灰巖、凝灰巖巖層(P1m3-1)和黑色凝灰質板巖巖層(P1m3-2)。

(1) 凝灰巖巖層(P1m2)。

位于勘查區的南東部，分布面積達1.0km2。巖層總體走向北東45～70°，傾向北西、傾角36～46°。該巖層以凝灰巖為主，上部夾有結晶灰巖透鏡體。其中凝灰巖據野外觀察：呈灰、灰綠色、有時為淺灰紫色，凝灰結構，塊狀構造，主要成分為細小的火山灰物質并見有晶屑、玻屑。鏡下鑒定：凝灰結構，巖石主要成分由玻屑25%、晶屑約15%，火山灰60%組成，其中玻屑呈火焰狀、弧面多角狀、彎刀狀均質體，粒徑0.16～0.48mm，大部分脫玻化，有的形成纖維狀絲光沸石集合體。晶屑主要是斜長石，具環帶狀構造，粒徑0.32～0.64mm，有的蝕變為粘土礦物集合體。充填物為火山灰，部分脫玻化形成粘土礦物，主要為蒙脫石，巖石中有較多的鐵質質點分布。

(2) 結晶灰巖透鏡體。

見于該層的上部，據地表槽探工程揭露共圈出大小結晶灰巖透鏡體2個，其規模最大者長150m，厚約15m；最小者長100m，厚約10m。巖石呈深灰、灰白色中薄層狀，變晶結構，主要成分為方解石。經取樣分析部分可達到工業要求，因其規模小，無法開采故未進行礦體圈定。此巖層厚大于200m。

(3) 結晶灰巖、凝灰巖巖層(P1m3-1)。

該巖層是含礦層，是本次勘查工作的主要對象。由結晶灰巖、凝灰巖兩種巖石組成。分布于勘查區的中部，它的上部由三層凝灰巖、二層結晶灰巖呈條帶狀互層產出，下部凝灰巖則以大小不等透鏡體分布于結晶灰巖中。總厚460m。

下部結晶灰巖：屬于勘查區內的礦層，是本次勘查工作的對象，其形態似向北東歪斜的“人參”狀。北東為主體，向北西和南西各分出一個支叉。出露最大寬度在02線右側達417m，最窄在10線僅達32m。巖層總體走向為北東，傾向北西，傾角35～55°。巖性特征：野外觀察，新鮮面為深灰、灰、灰白、白色中厚層狀構造，細粒變晶結構，主要礦物成分為方解石，內可見壓扁或拉長的生物碎屑，有時可見灰、白色條帶相間呈現出條帶狀。巖石表面可見粗糙的條狀磨擦現象，表現出線狀凹凸的現象。

下部凝灰巖：見于勘查區的南西部，呈北東向展布，長軸達1 550m，短軸550m，其面積約0.3km2。由于巖石堅硬抗風化，因此多形成陡峻山脊和陡坡、陡崖，并成為勘查區的最高峰，它與兩側結晶灰巖整合接觸。肉眼觀察：該巖石為淺灰綠、灰紫、紫色，厚層狀，堅硬抗風化，凝灰結構，主要成分為巖屑、晶屑和玻屑以及火山灰物質等。鏡下鑒定：凝灰結構，主要成分為玻屑15%～30%、晶屑5%、火山灰物質70%～75%、泥鐵質物質1%～5%，玻屑無色，均質體。弧面多角形，呈火焰狀、多角狀、長條狀，粒徑在0.16～0.8mm，最大可達1.6mm，大小不等，有脫玻化生成玉髓集合體和纖維狀絲光沸石集合體。晶屑主要為斜長石，少許角閃石，呈長條狀、柱狀等，粒度約0.2～0.32mm。該巖石屬淺海—濱海海底火山碎屑沉積物。

上部結晶灰巖、凝灰巖：見于勘查區的北部，呈條帶狀分布。由3層凝灰巖、2層結晶灰巖互層狀產出，產狀為北東、東西走向，傾向北西、北，傾角45～55°。出露比較局限，僅在06、08、10線以北所見。而04線僅見下部層，其以西因第四紀覆蓋較厚無法施工，為推繪的界線。結晶灰巖、凝灰巖的巖石特征分述如下：

結晶灰巖：據野外觀察新鮮面深灰、灰黑色，無論從層面或斷面觀察有一種粗糙感，變晶、生物碎屑結構，塊狀構造，中厚層狀，主要成分方解石，內可見生物碎屑較多，泥質含量高。鏡下鑒定變余粒狀，生物碎屑、粉晶結構，層狀、塊狀構造，巖石主要礦物成分為方解石，粒徑0.032～0.13mm，占93%～98%，泥、鐵質物質5%，石英2%。生物碎屑主要為海百合莖和腕足類，海百合莖呈圓—橢圓狀，粒度約0.6～0.96mm，個別達2.4mm，生物碎屑含量在10%～20%。因受力作用顆粒被拉長，局部有碎裂現象壓碎定向分布。

凝灰巖：該巖石共見3層，和上述結晶灰巖呈互層。巖石特征：野外觀察新鮮面灰綠色，風化后表面有褐色薄膜，凝灰結構，呈層狀或塊狀構造，主要成分火山灰物質、玻屑和晶屑。鏡下鑒定：凝灰結構，巖石中玻屑一般在40%左右，個別達70%，可稱為玻屑凝灰巖。晶屑1%～15%，大部分為火山灰物質。玻屑主要為棱角狀、月牙狀，平行排列，粒徑0.08～0.24mm；晶屑有斜長石，具聚片雙晶，鈉長石雙晶，大部分蝕變為絹云母及粘土礦物集合體，粒徑約0.08～0.125mm；石英次棱角狀、次圓狀，干凈透明，正突起一級干涉色，粒徑0.06～0.16mm；膠結物為火山灰及細小的火山碎屑，幾乎完全脫玻化，生成粘土礦物，主要是蒙脫石及少量的絹云母，定向分布，形成層理構造，巖石中有較多的鐵質或褐鐵礦顆粒分布。與下部巖層呈整合接觸。

(4) 黑色凝灰質板巖巖層(P1m3-2)。

見于勘查區的北部邊緣，在長達百余米運石盤山路路邊陡坎或路面上出露的非常清楚。其產狀走向70°，傾向北西、傾角40°，巖石特征為：呈灰黑—黑色，變余泥質結構，板狀構造，礦物成分主要為泥質、凝灰質、鐵質等；鏡下鑒定：變余泥質結構、鱗片狀變晶結構，變余層狀構造，巖石主要由泥質和火山灰組成，含量在95%以上，泥質部分經重結晶形成鱗片狀絹云母，大致呈定向排列，另外巖石中含有石英、角閃石等礦物。與下部巖層呈整合接觸。此層厚＞20m。

2.1.2 第四系(Q4)

主要由殘坡積、洪積物組成，殘坡積分布在勘查區地表之下，基巖之上，由黑色腐植土、黃色粘土及結晶灰巖、凝灰巖巖塊和碎石及砂組成，厚0.5～5m不等，一般在山脊及坡下較薄，在山下及其溝谷和低洼處和嘎呀河不同階地上較深，洪積、沖積物分布在溝谷、河谷及其Ⅱ級階地中，由沖積洪積砂、礫石及淤泥組成，厚度2～10m，主要見嘎呀河的河床及其兩側階地上。

2.2 構造

2.2.1 單斜構造

勘查區地質構造上處于廟嶺—東西村背斜中的次級構造—廟嶺采石場倒轉背斜的北西翼。故巖層呈單斜產出，其巖層總體走向30～90°，傾向北西、北，傾角35～55°。

2.2.2 斷層

區內所見具明顯位移的斷層為平移斷層。該斷層見于礦層下部巖層中。其特點是寬0.8～1m破碎帶，內充填粘土和巖石角礫，產狀為走向360°，傾向西，傾角55°，該斷層將結晶灰巖透鏡體錯開，其東盤向南平移，而西盤相對向北位移，錯距3m左右。其沿長不大，屬于局部錯動。

2.3 巖漿巖

只在勘查區的南東邊緣火藥庫溝口處見有花崗斑巖轉石零星分布，勘查區內未見任何巖漿巖地質體。

3　礦床地質特征

3.1 礦體形態、產狀及規模

礦體賦存于下二疊統廟嶺組上段結晶灰巖、凝灰巖巖層(P1m3-1)中，主礦體分布于該層的北東部00～08線間，02線以西明顯分為上下兩層礦體，中間被凝灰巖夾層所隔。礦體產狀與該巖層產狀一致。其具體為00線以西傾向295～315°、傾角35～55°，00線以東傾向320～330°、傾角40～55°，礦體總體走向北東—南西，傾向北西；在傾向上地表礦體在近底板(山脊)傾角稍緩些在30～35°，礦體中部傾角較陡多在45～55°。礦體地表形態好似向北東歪斜的“人參”狀，08線以東礦體窄小，而中間06、04、02線寬大，從02線開始由于凝灰巖大夾層呈透鏡體出現，至使礦體分開成北西和南東兩層礦體。礦體沿走向控制長為900m，而參加資源/儲量計算長度為700m。礦體傾斜延伸情況為08線為300m(止于標高250m)，06線160m(止于標高300m)，04線180m(止于標高300m)，02線275m(止于標高300m)，00線400m(止于標高250m)。礦體厚度變化情況08線上部50m、下部27m、平均38.5m，06線129m，04線144m，02線南礦層83m，北礦層68m，總厚為151m，00線南礦層上部74m，深部45m，平均59.5m，北部層50m，總厚為110m。礦體產狀上的變化為：礦體底板傾角上部43～55°，深部傾角42～50°；礦體頂板傾角上部47～50°，深部傾角50～55°。主礦體長400m，最大厚度151m，礦體平均厚為114.5m，礦體厚度變化系數為35%，屬穩定型。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石自然類型

礦石自然為類型為結晶灰巖：灰黑、灰、灰白、白色，中厚層狀。

3.2.2 礦石礦物成分

肉眼觀察為灰黑、灰、灰白、白色，細粒變晶結構，塊狀構造，礦物成分主要是方解石。鏡下鑒定：細粒變晶結構，生物碎屑結構，泥晶—粉晶結構，塊狀構造，主要礦物成分方解石約占90%～98%，次要礦物石英1%～5%，白云石1%～3%，鐵泥質物質1%～10%。巖石主要結構成分中生物碎屑30%～55%，泥晶基質35%～55%。生物碎屑主要為海百合莖，呈圓狀—橢圓狀、長方形、方形，由單晶方解石充填，大小不等一般在0.48～1.92mm，個別達3.04～5.28mm，因受力作用普遍具拉長、破裂、壓扁，按長軸方向排列。泥晶基質由<0.01mm粒狀方解石組成，細晶方解石粒度為0.05～0.08mm，粉晶為0.01～0.04mm，因受力作用，礦物顆粒被拉長，定向排列。巖石中的硅質為隱晶質，單個晶體不清，聚合偏光，個別薄片可見巖石輕微白云石化，可見少數白云石菱面體，零星分布；褐色鐵、泥質充填，裂隙中呈細條帶狀不規則分布，也有呈質點分布。

3.2.3 礦石結構構造

礦石結構：中厚層狀，細粒變晶結構。

礦石構造：塊狀構造。

3.2.4 礦石的化學成分

區內礦體有益組分CaO和有害組分MgO、fSiO2沿走向和垂向變化情況見表1。

表1　礦石品位變化情況

(1) 主礦體地表CaO 52.32%～53.01%、MgO 0.27%～0.50%、SiO23.00%～4.04%、深部CaO 51.80%～52.35%、MgO 0.46%～0.53%、SiO23.40%～4.14%。

(2) 從斷面平均品位看：主礦體CaO 52.16%～53.01%、MgO 0.27%～0.49%、SiO23.22%～4.01%。

(3) 礦體平均品位為：CaO 52.44%、MgO 0.43%、SiO23.62%。

(4) 經對礦石品位進行品位變化系數計算，其結果為：CaO 7.40%、MgO 23.80%、SiO29.60%。從上述統計可見，礦體均屬于組分穩定均勻的優質礦石。

3.2.5 礦體圍巖和夾層

(1) 圍巖。

礦體頂板直接圍巖為凝灰巖,與礦體呈整合接觸，接觸面傾角47～50°。

礦體底板為凝灰巖，與礦體呈整合接觸，接觸面傾角地表較緩為30～50°，深部較陡為42～55°。

(2) 夾層。

礦體內夾層共圈出7條，主要為兩種類型，即凝灰巖和結晶灰巖夾層，其夾層特征見表2。

表2　夾層特征

3.3 礦床工業指標

(1) 礦石質量。

CaO≥48%、MgO≤3%、f SiO2≤6%。

對于達不到上述質量要求的石灰巖樣品，按其相鄰樣品8m段加權。加權后達到質量要求的圈為礦體，否則按夾石剔除。

(2) 開采技術條件。

礦石最小可采厚度>8m，夾石剔除厚度≥2m，剝采比：0.4(V/V)，礦山最低開采標高：300m，采場最終邊坡角：65°，采場最終底盤最小寬度：40m，爆破安全距離：300m。

4　礦床成因

礦床成因類型屬沉積變質礦床。在晚古生代二疊紀時期，淺海—海濱相沉積廟嶺組細火山碎屑—生物化學沉積碳酸鹽巖建造，形成了以凝灰巖為主，灰巖次之的巖石類型；之后由于華力西變質期以變形為主區域動力變質作用下，致使原始沉積的灰巖發生輕微變質，其外暈保持灰巖外貌，結晶顆粒較細的稱為結晶灰巖。

【礦產資源】

【收稿日期】2014-12-05

【文章編號】1007-9386(2015)03-0038-04

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】P619.225