吉林省長春市羊圈頂子外圍水泥用灰巖礦地質特征及成因淺析

梁雪健，劉天恒，劉軼松，邰文超，楊孝杰

（中化地質礦山總局吉林地質勘查院，吉林 長春 130000）

吉林省長春市羊圈頂子外圍石灰石礦床成因屬淺海相化學沉積礦床，磨盤山組中部層位，灰巖厚度大，質量好，是吉林省主要水泥用灰巖產出層位。行政區劃為吉林省長春市雙陽區山河街道管轄。該礦床為羊圈頂子水泥用石巖礦床的東部延伸，西部緊臨羊圈頂子水泥用石灰巖礦開采區。長（春）—煙（筒山）鐵路線從礦區東側附近通過，自有鐵路專用線與之相連，S102省道從礦東部通過，有水泥路與之相連，交通十分方便[1]。

1 礦區地質

1.1 地層

礦區出露的地層主要為中石炭系磨盤山組（C2m）和第四系全新統（Q4）。

1.1.1 石炭系磨盤山組（C2m）

本區石炭系磨盤山組為一套穩定的淺海相中—巨厚層碳酸鹽巖。礦區出露的地層為石炭系磨盤山組中段（C2m2）的中厚層灰巖、硅質條帶灰巖段。區內地層可細分為兩個不同的巖性段。

（1）中厚層泥晶—微晶灰巖(C2m2-2)：灰白色，淺灰色和深灰色，也叫純質灰巖，主要分布在勘查區的中部的大部分地區，是本區的主要礦體組成部分，并且與羊圈頂子采區及大山勘查區同屬一個礦體。總體延伸較長，呈中厚層—巨厚層狀產出，除巨厚層外層理均較清楚。巖石呈塊狀構造，斷口為不完全的貝殼狀和參差狀，后期白色方解石細脈在灰巖中較為發育，呈格狀充填裂隙中。局部可見深灰色、淺豬肝色硅質結核泥晶灰巖條帶（或團塊）、灰綠色鈣質粉砂巖夾層，主要以夾石的形式分布在礦區的中部。

（2）中厚層泥晶-微晶灰巖與（含）硅質泥晶灰巖互層（C2m2-1）：主要分布在該礦區的南部邊緣地區并延伸到羊圈頂子開采區南部邊緣。總體延長1500余米，厚約90m～130m。極少量的綠色泥質板巖透鏡體夾于此層中，夾層厚0.2m～0.5m，延長不大。

1.2 構造

礦區位于區域山河推覆構造的鋒帶部分，西北溝—前淌泉子倒轉背斜的南東倒轉翼，推覆體在移動過程中使巖層受力變形，產生褶皺，斷裂，但有規模的大斷裂構造未延伸至本區。區內僅見小的褶皺、撓曲、斷裂。巖層在走向和傾向上均呈不同程度彎曲，總體上傾向彎曲程度大于走向。

礦區為一復式向斜：總體由一個較大的向斜及一個小背斜組成。核部為硅質結核泥晶灰巖。向斜南北兩冀均為泥晶灰巖、含硅質結核泥晶灰巖夾硅質結核泥晶灰巖。南冀產狀：傾向呈北北東向，傾角40°～60°；北冀產狀為：傾向南西，傾角40°～60°。兩冀巖層傾角接近，基本對稱。向斜北翼的小背斜，其北翼產狀稍緩，傾角30°～50°。見圖1。

圖1 長春市羊圈頂子石灰石礦外圍水泥用灰巖礦綜合地質簡圖

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

礦體賦存于中石炭系磨盤山組中段（C2m2），呈中厚層—巨厚層狀，東南-北西向展布，由泥晶—微晶灰巖及含硅質結核泥晶灰巖組成。礦體中有硅質結核泥晶灰巖夾層，為沿裂隙硅化形成的夾石層。受區域推覆及倒轉背斜的影響，區內發育了背斜～向斜的一系列連續的、舒緩的次級褶皺。次級褶皺軸向基本與礦體走向一致。礦體總體南翼傾角陡（40°～60°），北翼緩（30°～50°），礦層對應較好，礦體沿走向雖有起伏，但變化不大。

2.2 礦石結構，構造及礦物成分

礦石分為泥晶—微晶灰巖及含硅質結核泥晶灰巖。兩種礦石均為隱晶質結構，微粒結構，結晶好者為細粒結構；兩種礦石均為中厚層—巨厚層狀構造、塊狀構造。局部礦石由于后期裂隙的發育及方解石脈的充填可見條帶或網格狀構造。

泥晶—微晶灰巖：泥晶—微晶結構、塊狀構造。礦物成分幾乎全部為泥晶—微晶方解石，粒徑細小0.01mm～0.05mm，礦石局部發育有次生碳酸巖脈，寬1mm～2mm，呈交叉脈狀、網脈狀。局部見少量不透明礦物呈極稀疏浸染狀不均勻分布。偶見少量0.025mm～0.1mm的石英顆粒，形態不規則，次棱角及次圓狀不均勻分布于碳酸鹽成分間，大小不一，一般0.4mm～0.8mm，含量2%～3%。

含硅質結核泥晶灰巖：灰白色，泥晶—微晶結構，礦物成分以泥晶—微晶方解石為主，不規則粒狀，粒徑細小0.01mm～0.05mm含量90%～95%，硅質結核，含量4%～8%，呈不規則狀、團塊、條帶狀不均勻分布于碳酸鹽成分間，局部界線不清。礦石局部發育有脈狀次生碳酸巖脈。

表1 礦石化學成分統計表

2.3 礦石化學成分

礦石有益組分CaO含量平均在54.32%，主要有害組分MgO含量平均值0.23%，fSiO2平均值1.49%。詳見表1。

2.4 礦石類型

礦石自然類型為泥晶—微晶灰巖及含硅質結核泥晶灰巖，顏色為灰白色，其中含硅質結核泥晶灰巖硬度略高于泥晶—微晶灰巖，肉眼區分較難。泥晶—微晶灰巖為礦石主要類型占礦石總量的90%以上，其中方解石含量較高，硅質成分含量較低，故化學成分中CaO含量較高，一般均在54%以上，fSiO2含量0.02%～4%。含硅質結核泥晶灰巖為礦石次要類型，占礦石總量的不足10%，分布無明顯的規律。硅質成分含量較高，fSiO2含量一般為4%～8%，個別fSiO2含量高于10%。

2.5 礦體圍巖和夾石特征

（1）礦體圍巖特征。①礦區部分周邊礦體被第四系覆蓋，頂板為第四系殘坡積物，主要為灰巖碎石、砂及粘土。②礦體底板為條帶狀，中厚層泥晶-微晶灰巖與（含）硅質泥晶灰巖互層。主要分布在礦區的南部邊緣地區。區內長800余米，厚約90m～130m。硅質泥晶灰巖中的硅質部分為深灰色、乳白色和淺豬肝色，呈條帶和團塊狀，風化面明顯可辨。極少量的綠色泥質板巖透鏡體夾于此層中，厚0.2m～0.5m，延長不大。二者均呈不連續狀順層分布，與層理平行。該層位互層較多、成分較復雜、埋藏較深。

（2）礦體夾石特征。夾石為硅質結核泥晶灰巖、鈣質粉砂巖。硅質結核泥晶灰巖：硅質結核灰巖中，硅質團塊、結核、條帶含量分布不均，局部含量集中。硅質團塊呈淺黃色，灰色，隱晶-微粒結構，層狀、塊狀構造。硅質條帶、團塊呈斷續條帶狀疙瘩狀，平行層理分布。因此，巖石表面明顯可辨。風化后呈淺黃色，表現為淺豬肝色薄膜，新鮮面為乳白色、淺灰色。

鈣質粉砂巖：（原巖蝕變較強）淺灰綠色，顯微鱗片粒狀變晶結構，塊狀構造，強烈蝕變。呈松散狀，硬度較低。見有硅化、絹云母化、碳酸鹽化。

3 礦床成因淺析

石炭紀中統以前，河流將大量的鈣質以可溶性重碳酸鈣Ca（HCO3）2形式從陸地帶入海中，其中夾雜著少量硅鎂鋁等其它物質，在溫暖氣候條件下淺海區海水中重碳酸鈣呈過飽和狀態，由于海水的溫度較高，淺海區海水動蕩較大和大氣壓降低，海水中CO2的濃度逐漸減少，形成了有利于CaCO3沉淀的還原環境，使易溶的Ca（HCO3）2減少，變成難溶的CaCO3沉淀下來。在鈣質沉淀過程中，地殼有不斷的輕微動蕩，沉積環境相對穩定性不斷變化，使沉積物形成層理和沉積厚度不一，同時硅質呈膠體狀態聚集，在一定階段沉積下來。在局部地段也接受大量的泥質沉積，由于不斷的沉積，沉積物不斷增加，壓力增大，逐漸固結成巖，形成石灰巖，頁巖層。同時硅質部分脫水重結晶形成硅質結核或條帶于灰巖中，形成了該礦床。即礦床為淺海相化學沉積而成。