甘肅省通渭縣苦水灣白云巖礦地質(zhì)特征及成因分析

梁鵬瓊

(甘肅煤炭地質(zhì)勘查院，甘肅 蘭州 730700)

1 地質(zhì)背景

甘肅省通渭縣苦水灣白云巖礦處于甘肅中部地區(qū)，地層區(qū)劃屬華北區(qū)(Ⅳ)祁連分區(qū)(Ⅳ2)中北祁連小區(qū)(Ⅳ22)中段[1]。區(qū)域上薊縣系陸盆構(gòu)造環(huán)境下的碳酸鹽巖沉積穩(wěn)定，區(qū)域變質(zhì)作用較強(qiáng)烈，成礦地質(zhì)條件較優(yōu)越。

區(qū)域主要出露地層有：中元古界長城系興隆山巖群、薊縣系高家灣組，新元古界震旦系白銀群，古生界寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系，中生界侏羅系、白堊系，新生界古近系漸新統(tǒng)野狐城組、新近系甘肅群、第四系。與白云巖礦產(chǎn)有關(guān)的主要是薊縣系高家灣組。

區(qū)域內(nèi)褶皺和斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要褶皺為NW向的炭山向斜、黨家峴向斜及石咀向斜構(gòu)造，與會(huì)寧—莊浪—廟灘逆沖斷層(F19)、甘溝驛—隆德縣隱伏斷裂(F1)及散渡河—西吉隱伏斷裂(F20)等斷裂組成了本區(qū)的基本構(gòu)造格架，控制著區(qū)內(nèi)金屬、非金屬的產(chǎn)出[2]。

區(qū)域上巖漿巖主要分布在西南部華家?guī)X一帶，但與勘查區(qū)的白云巖礦成礦關(guān)系不大。

2 勘查區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

勘查區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)被第四系覆蓋，基巖僅在溝谷中出露；地層自下而上有長城系興隆山巖群(ChX)、薊縣系高家灣組(Jxg)、古近系漸新統(tǒng)野狐城組(E3y)、上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土(Qp3)及全新統(tǒng)沖洪積堆積類型(Qh)。其中，白云巖礦產(chǎn)于薊縣系高家灣組地層中。勘查區(qū)出露巖性主要為：大理巖、白云質(zhì)大理巖(含白云巖)、絹云石英片巖、絹云石英千枚巖、粉砂質(zhì)板巖、變質(zhì)砂巖及黃土[3]。

2.2 構(gòu)造

2.2.1 褶皺

勘查區(qū)褶皺總體表現(xiàn)為一向北東傾伏的復(fù)式向斜，從西至東依次為陽坡向斜、苦水灣背斜、宋家河灣向斜。

(1)陽坡向斜：軸部位于中心村陽坡一線，走向NNE-SWW，北西翼地層傾向100°，傾角59°；南東翼地層傾向280°，傾角20°。

(2)苦水灣背斜：軸部位于中心村苦水灣一線，為該復(fù)向斜的中部，走向NNE-SWW，北西翼地層傾向280°～290°，傾角30°～70°；南東翼地層傾向85°～130°，傾角55°～75°。

(3)宋家河灣向斜：軸部位于宋家河灣—花陽屲岔一線，西南部與金牛河走向基本一致，北西翼地層傾向75°～82°，傾角40°～70°；南東翼地層傾向280°～300°，傾角60°～78°。

2.2.2 斷裂

區(qū)域性大斷裂即會(huì)寧—莊浪—廟灘逆沖斷裂(F19)從勘查區(qū)西南部穿過。通過本次普查工作，大致了解該斷層在勘查區(qū)內(nèi)總體走向?yàn)镹W-SE向。其中，斷層以北為薊縣系高家灣組白云巖段及結(jié)晶灰?guī)r段，巖性主要為大理巖、白云質(zhì)大理巖，地層傾向200°，傾角55°；斷層以南為長城系興隆山巖群四巖組，巖性主要為變質(zhì)砂巖、大理巖等，地層傾向240°，傾角23°。

圖1 勘查區(qū)構(gòu)造簡圖

2.3 變質(zhì)作用與圍巖蝕變

勘查區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要為區(qū)域變質(zhì)，巖性主要由大理巖(含白云巖)、片巖、千枚巖、變質(zhì)砂巖、石英巖等組成。

其中，長城系興隆山巖群變質(zhì)巖巖性主要為變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖、片狀石英巖等，其原巖為泥質(zhì)巖或黏土巖，含砂質(zhì)，夾硅質(zhì)巖，為泥硅質(zhì)巖沉積建造組合，受區(qū)域變質(zhì)作用形成。主要出露于勘查區(qū)南部及鄰近的隴川鄉(xiāng)一帶，沿金牛河兩岸分布。

薊縣系高家灣組變質(zhì)巖巖性主要為大理巖(含白云巖)、絹云石英片巖、絹云石英千枚巖等，其原巖為灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖、硅質(zhì)巖等，屬海相沉積，碳酸鹽建造，受區(qū)域變質(zhì)作用形成。主要出露于勘查區(qū)中部及石峰堡一帶，沿金牛河及溝谷兩岸分布[4]。

白云巖礦體上下圍巖為大理巖、白云質(zhì)大理巖，礦體與頂?shù)装宕罄韼r過渡接觸界面上，有星點(diǎn)狀黃鐵礦晶體。鉆孔中上部礦體頂部因剝蝕直接與古近系漸新統(tǒng)清水營組不整合接觸。礦體夾石主要為大理巖、白云質(zhì)大理巖，個(gè)別為砂質(zhì)泥巖。

3 礦體特征

3.1 主要礦體特征

區(qū)內(nèi)白云巖礦床位于通渭縣寺子川鄉(xiāng)中心村苦水灣，含礦地層為薊縣系高家灣組白云巖段，呈厚層狀、塊狀產(chǎn)出。高家灣組由黑云石英片巖、絹云石英片巖和青灰、灰白色厚層大理巖(夾白色白云巖礦體)組成，主要出露在寺子川鄉(xiāng)中心村苦水灣—石峰堡一帶，沿金牛河河床兩岸出露，向金牛河兩岸延伸至山前半坡被第四系覆蓋。白云巖礦體產(chǎn)出主要受薊縣系高家灣組地層控制，礦體產(chǎn)狀與圍巖基本一致。

根據(jù)地表采樣工程及鉆探采樣測(cè)試工作，圈出白云巖礦體7條，主要分布在金牛河兩岸露頭處及延伸至隱伏區(qū)，大致呈南北向依次展布。自西向東依次為Ⅰ號(hào)～Ⅶ號(hào)礦體。其中:

Ⅰ號(hào)礦體：平均厚度32.94 m，走向長度100 m，礦層傾向130°，傾角45°～70°；

Ⅱ號(hào)礦體：厚度9.93～12.75 m，平均11.34 m，厚度變化系數(shù)12.43%，厚度穩(wěn)定，礦體走向長度500 m，礦層傾向130°，傾角75°；

Ⅲ號(hào)礦體：厚度9.59～61.91 m，平均42.78 m，厚度變化系數(shù)50.25%，厚度較穩(wěn)定，礦體走向長度600 m，礦層傾向60°～120°，傾角43°～70°；Ⅳ號(hào)礦體：厚度2.30～122.90 m，平均40.68 m，厚度變化系數(shù)102.49%，厚度不穩(wěn)定，礦體走向長度1 000 m，礦層傾向45°～105°，傾角30°～70°；

Ⅴ號(hào)礦體：厚度8.03～52.76 m，平均23.30 m，厚度變化系數(shù)89.40%，厚度不穩(wěn)定，礦體走向長度1 000 m，礦層傾向45°～80°，傾角40°～73°；

Ⅵ號(hào)礦體：厚度27.24～103.24 m，平均65.24 m，厚度變化系數(shù)58.25%，厚度較穩(wěn)定，礦體走向長度400 m，礦層傾向40°～80°，傾角53°～85°；Ⅶ號(hào)礦體：平均厚度14.51 m，礦體走向長度80 m，礦層傾向300°、傾角78°。

3.2 礦石特征

(1)礦石礦物組成。主要為白云石，少量方解石、石英、炭質(zhì)、絹云母等。白云石粒徑在0.03～0.5 mm，含量80%～98.5%。新鮮礦石表面滴稀鹽酸不起泡或微弱起泡。

(2)礦石的化學(xué)成分。礦石分子式為CaMg(CO3)2，其主要含CaO、MgO,常含鐵、錳的類質(zhì)同象混入物等。按工業(yè)溶劑指標(biāo)評(píng)價(jià)：MgO平均品位19.22%>16%，SiO2平均品位2.54%<4%，Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2平均品位3.26%<10%，K2O+Na2O平均品位0.080%<0.30%，S平均品位0.007%<0.15%，P平均品位0.006%<0.03%。礦石質(zhì)量達(dá)到工業(yè)溶劑用白云巖用途，質(zhì)量較好。

(3)礦石結(jié)構(gòu)。按礦石中礦物粒度大小分為：顯微變晶結(jié)構(gòu)、細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)、中粒變晶結(jié)構(gòu)，其中大多數(shù)為細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)。礦物晶體多呈不規(guī)則粒狀，粒徑為0.03～1.50 mm。礦石構(gòu)造主要為厚層狀、塊狀構(gòu)造。脈狀構(gòu)造主要為方解石充填節(jié)理裂隙所成。

(4)礦石類型。

自然類型：按白云巖礦石成因分類，區(qū)內(nèi)白云巖屬原生白云巖(化學(xué)沉積型)；按白云巖礦石結(jié)構(gòu)分類，區(qū)內(nèi)白云巖主要有微晶白云巖、細(xì)晶白云巖及中晶白云巖。總體區(qū)內(nèi)白云巖自然類型只有一種，即淺灰～灰白色，厚層狀，微～細(xì)中晶原生白云巖。

工業(yè)類型：區(qū)內(nèi)白云巖礦體MgO平均品位19.22%，SiO2平均品位2.54%，Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2平均品位3.26%，K2O+Na2O平均品位0.080%，S平均品位0.007%，P平均品位0.006%。上述礦石品位達(dá)到工業(yè)溶劑用白云巖要求，區(qū)內(nèi)白云巖主要工業(yè)類型為溶劑用白云巖。

4 礦床成因分析

本區(qū)白云巖成礦層位為薊縣系高家灣組白云巖段，白云巖礦床產(chǎn)于鎂質(zhì)碳酸鹽巖地層中，成礦層位與甘肅省同類化學(xué)沉積型(或受變質(zhì)型)白云巖礦床的成礦層位一致。

勘查區(qū)白云巖礦石結(jié)構(gòu)簡單，主要為細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，少數(shù)為顯微、中粒變晶結(jié)構(gòu)，粒徑為0.03～1.50 mm。礦石主要礦物成分為白云石，含量80%～98.5%，少量為方解石、石英、炭質(zhì)、絹云母等。新鮮礦石表面滴稀鹽酸不起泡或微弱起泡。礦石構(gòu)造主要為厚層狀、塊狀構(gòu)造。脈狀構(gòu)造主要為方解石充填節(jié)理裂隙所成。上述礦體、礦石特征與化學(xué)沉積型(或受變質(zhì)型)白云巖礦床特征基本相同。

通過對(duì)比分析研究甘肅省白云巖典型礦床，結(jié)合本區(qū)白云巖成礦地質(zhì)背景、區(qū)內(nèi)礦體、礦石等地質(zhì)特征，初步確定本區(qū)白云巖礦床類型屬于化學(xué)沉積型(或受變質(zhì)型)。

本區(qū)白云巖礦床形成初步分析：推測(cè)勘查區(qū)在進(jìn)入中元古代薊縣紀(jì)時(shí)沉積趨于穩(wěn)定，堆積了淺海陸盆構(gòu)造環(huán)境下的碳酸鹽巖和碎屑巖建造組合，其典型地層為高家灣組。在區(qū)內(nèi)高家灣組白云巖段沉積形成過程中，高鹽度海水中的Mg2+置換底部CaCO3灰泥中的Ca2+，形成原生白云巖，而后在區(qū)域變質(zhì)作用背景下，原生灰?guī)r及白云巖發(fā)生變質(zhì)作用最終形成大理巖及化學(xué)沉積型(受變質(zhì)型)白云巖礦床。

綜上，本區(qū)白云巖礦主要受地層控制，故總結(jié)本區(qū)礦床成因?yàn)榛瘜W(xué)沉積型(或受變質(zhì)型)。