煙臺肖家溝礦區水泥用石灰巖礦地質特征及礦床成因

吳鳳萍

(山東省第三地質礦產勘查院, 山東 煙臺市 264004)

肖家溝水泥用石灰巖礦[1]為一中型礦床,礦區位于煙臺市福山區高疃鎮肖家溝一帶,東距福山城區約15 k m,面積4.73 k m2。該礦床為與新元古代沉積作用有關的淺海相沉積礦床[26],山東地區90%的石灰巖礦床與寒武紀-奧陶紀海相碳酸鹽巖建造有關[7],而肖家溝石灰巖礦則不同,在魯東地區具有一定的代表性。以往鮮有學者對肖家溝礦區礦床地質特征、成礦規律等進行研究,本文對礦床地質特征、礦石質量、礦床成因及找礦標志進行了分析,為礦山總體規劃和礦產資源開采利用提供地質依據,對魯東地區同類礦產勘查具有一定的參考價值。

1 礦區地質特征

礦床大地構造處于華北板塊(I)、膠遼隆起區(Ⅱ)、膠北隆起(Ⅲa)、膠北斷隆(Ⅲa1)之煙臺凸起(Ⅲa15)[8],區域內出露地層有古元古代荊山群,新元古代蓬萊群[9-10],中生代青山群及新生代第四系(見圖1)。蓬萊群褶皺構造較明顯,斷裂較發育,按展布方向可分為NE向、NW向、近EW向3組斷裂,區內巖漿巖主要為小規模不規則脈狀產出的閃長玢巖脈[11-12]。

圖1 肖家溝礦區水泥用石灰巖礦20勘探線剖面

1.1 地層

礦區地層主要發育古元古代荊山群祿格莊組,新元古代蓬萊群南莊組、香夼組,中生代白堊紀青山群八畝地組及新生代第四系。

賦礦地層為蓬萊群香夼組二段:大面積出露于礦區中部,總體走向NW,傾向NE,厚約240 m。根據巖性特征分為兩個巖性帶:第一巖性帶主要分布于礦區西側(F4斷裂以西),傾向為15°～40°,局部傾向SW,傾角為15°～35°,巖性主要為厚層狀灰巖,下部為青灰色夾灰白色厚層灰巖,為主要賦礦層位;上部為灰白色、淺黃色白云質灰巖;第二巖性帶主要分布在礦區東側(F4斷裂以東),傾向NE,傾角為40°～55°,局部達到60°～70°。巖性為淺灰色或灰白色薄層泥灰巖夾薄層白云質灰巖。香夼組與下伏南莊組呈整合接觸。

1.2 構造

褶皺和斷裂構造較發育。褶皺構造主要為北西-南東向蓬萊群平緩的向斜和背斜,其軸部和兩翼巖性均為蓬萊群香夼組巖性。斷裂構造主要有礦區北部的吳陽泉斷裂(F1)、礦區南部的弧形斷裂(F5),控制了區內蓬萊群地層的分布[1314]。NE向斷裂(F2、F3、F4)切割錯動礦體或含礦層及閃長玢巖脈,破壞其統一性和連續性,但伴隨斷裂活動的熱液蝕變不發育,斷裂構造對灰巖礦石質量影響不大。

F1斷裂:吳陽泉斷裂,位于礦區西北部,為一大型擠壓破碎帶,其寬度數十米。走向NE—NEE,傾向SE,傾角為60°～75°。帶內發育硅化、高嶺土化熱液蝕變。

F5斷裂:位于礦區南側。該斷裂呈向南凸出的弧形,西段構成青山群和蓬萊群分界線,東段構成蓬萊群厚層灰巖與薄層灰巖或泥灰巖沿走向接觸的分界線,傾向自西向東為SW—S—SE,傾角為43°～75°。

F2～F4斷裂:為一組NE向斷裂。F2、F3斷裂發育在礦區西北部,F4斷裂發育在礦區中部,走向長度均大于1500 m,傾向SE,傾角為70°～80°。

1.3 巖漿巖

巖漿巖主要是閃長玢巖,屬燕山期淺成侵入巖,呈不規則脈狀,總體為NNW走向平行展布,單體規模較小,長度為500～1200 m,寬度在10～50 m,個別脈體寬度達到300 m。脈巖破壞了礦層的連續性和完整性,而與脈巖活動相伴生的熱液蝕變作用不強烈,兩側灰巖物質組成變化不大。

2 礦床地質特征

2.1 礦床地質概況

該礦床賦存于蓬萊群香夼組二段第一巖性帶石灰巖層中,共圈定3個礦體,自西向東編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(見圖1)。受地層層位和巖性控制,西部地段礦層產狀較平緩,總體走向NW,傾向NE,傾角一般小于35°。局部地段礦層呈波折起伏,可見小的背、向斜和拖曳褶曲。中東部地段礦層受閃長玢巖脈穿切、破壞,不連續,礦層走向NW,傾向NE,礦體傾角變陡,為40°～50°,局部達到60°～70°。礦層直接裸露于地表(見圖1)。平均化學組分:Ca O 47.28%,Mg O 0.90%。各礦體特征見表1。

表1 礦體特征

2.2 礦體特征

2.2.1 Ⅰ#礦體

分布于礦區中部脈巖帶以西,占礦床查明資源量的69.5%。礦體呈波狀起伏的緩傾層狀,總體走向北西,傾向北東,局部傾向南西,傾角為15°～35°,局部受脈巖或斷裂影響,傾角變陡。其長度大于900 m,寬度為500～860 m,平均寬度為700 m。賦存標高為0～132 m,垂直厚度為25～36 m。有益組分Ca O含量平均為47.42%,有害組分Mg O含量平均為1.11%。礦體內夾層垂直厚度為23～30 m,夾層巖性主要為Ca O含量低于45%的石灰巖,其次為閃長玢巖。

2.2.2 Ⅱ#礦體

分布于礦區中部脈巖帶內,占礦床查明資源量的9.3%。礦體呈長條層狀展布,走向北西,傾向北東,傾角為40°～50°。礦體走向長度大于700 m,寬度為74～194 m。賦存標高為7～138 m,垂直厚度為15～22 m。有益組分Ca O含量平均為47.52%,有害組分Mg O含量平均為0.9%。礦體內夾層垂直厚度為5～24 m。

2.2.3 Ⅲ#礦體

分布于礦區的東部,占礦床查明資源量的21.2%。礦體走向北西,傾向北東,傾角為40°～55°,由于受構造活動及脈巖侵位影響,礦體傾角變陡,局部達到60°～70°。走向長度大于900 m,寬度為260～468 m。賦存標高為-32～132 m,垂直厚度為10～23 m。有益組分Ca O含量平均為46.84%,有害組分Mg O含量平均為0.88%。礦體內夾石垂直厚度為14～26 m,夾石巖性主要為Ca O含量低于45%的石灰巖。

2.3 礦石質量

2.3.1 礦石結構構造和礦物成分

礦石呈青灰色至灰白色,微細粒結構,中厚層塊狀構造,其次有條帶狀構造、角礫狀構造等。礦石礦物成分主要有:方解石、白云石、石英及少量黏土礦物。

方解石占礦石成分的80%～90%,主要是粗晶方解石,一般呈他形粒狀,粒徑為0.005～0.02 mm。當礦石中方解石細脈發育時,其Ca O含量增高,其他成分相對降低,成為優質礦石。白云石占礦石成分的2%～10%,主要是成巖白云石,少部分是后生白云石即交代原巖方解石的白云石化產物。石英占礦石組成的1%～3%,一般呈他形微粒狀,均勻散布在方解石顆粒間。黏土礦物呈微細粒塵狀,散布于礦物粒間,或集中成條帶狀、微紋狀分布,含量一般小于3%。

2.3.2 礦石化學成分

礦石化學成分主要為Ca O和Mg O,次要化學成分有Si O2、Al2O3、Fe2O3、f Si O2、K2O、Na2O、SO3、Cl-,見表2。其中礦石中主要有用組分為Ca O、Si O2、Al2O3、Fe2O3,主要有害組分為f Si O2、K2O、Na2O、SO3、Cl-。其中f Si O2在礦石中以微細粒形式存在,含量為5.42%～6.78%,生產實踐證明[15],該類礦石中f Si O2含量對水泥生產影響較小。其他有害成分遠低于工業指標要求,對水泥生產無影響。

由表2可知,各礦體內主要成分Ca O、Mg O含量一般變化不大。在有泥質夾層時,礦石中Ca O含量相對降低,而有益成分Si O2、Al2O3、Fe2O3含量相對增高。在閃長玢巖脈較為發育的Ⅲ#礦體中,礦石Si O2、Al2O3、Fe2O3有所增高,有害成分Mg O、K2O、Na2O有不同程度的降低。

表2 礦石化學成分及含量 %

2.3.3 礦石類型

根據礦石結構、構造及礦物含量等,確定其礦石自然類型主要為中厚層塊狀石灰巖型,次要為薄層石灰巖型和角礫狀石灰巖型,量少且分布零散。工業類型為水泥用石灰巖。

2.3.4 礦體圍巖和夾層

(1)礦體圍巖。主要有石灰巖、泥灰巖和閃長玢巖。石灰巖和泥灰巖圍巖與礦體為整合接觸,呈漸變過渡關系,圍巖與礦體的礦石結構、構造、礦物組成一致,由礦體至圍巖Ca O含量逐漸降低,Si O2、Al2O3、Fe2O3含量有所升高。二者是屬于同一層位,其界限是根據工業指標劃定。閃長玢巖脈與礦體侵入接觸,其界限清楚。閃長玢巖脈的侵入破壞了石灰巖礦體的連續性和完整性,而對礦體礦石物質成分的影響和改變有限,只是導致脈巖兩側幾米范圍內的礦石Ca O含量有所降低,Si O2、Al2O3、Fe2O3等含量有所增加。

(2)礦體內夾層。主要為石灰巖和泥灰巖,多呈薄層狀或透鏡狀產出,夾層與礦體屬同一層位,其礦物組成、結構、構造一致,只是化學成分有所變化,根據工業指標從礦體內圈出,實際開采時Ca O含量大于等于42%[16]的可以考慮搭配使用,總夾石量為6 397 822 m3,礦床開發剝采比為0.38∶1。

3 礦床成因與找礦標志

該礦床為淺海相沉積礦床[26]。含礦層位香夼組地層在區域內穩定分布,其上下層位皆為泥灰巖,礦床原巖呈高鈣低鎂特征,說明礦層原巖屬微咸化淺海相沉積。礦層原巖形成后,經受了斷裂及褶皺的構造變動,以及白云石化、方解石化等多次改造。白云石化至少有兩期:早期白云石化,呈條帶狀順層分布,當屬成巖期白云石化。晚期白云石化,發生在中生代白堊紀火山巖形成期,往往沿火山巖邊緣斷裂、閃長玢巖脈及一些構造薄弱帶發生。方解石化,是礦段內最晚期的熱液改造作用。方解石化使礦石進一步改造為優質礦石。

該類礦床屬于山東地塊與新元古代沉積作用有關的石灰巖等礦床成礦系列[4],主要分布在魯東地區膠北隆起區煙臺市福山區、蓬萊區、龍口市、棲霞市、萊陽市等區域[4,17],均為受地層層位和變質作用控制的新元古代蓬萊群沉積變質礦產。其主要特征為礦體呈層狀賦存于蓬萊群香夼組中,灰巖層即為礦體,礦物成分以方解石為主,礦石類型主要為塊狀石灰巖。因此,在魯東地區主要尋找與新元古代沉積作用有關的水泥用石灰巖礦床。蓬萊群香夼組地層為賦礦層位,是直接的找礦標志。香夼組二段第一巖性帶青灰色-灰白色致密塊狀灰巖是找礦的明顯巖性標志。

4 結論

(1)肖家溝礦區共圈定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3條礦體,礦體呈層狀賦存于新元古代蓬萊群香夼組,巖性主要為青灰色—灰白色厚層狀灰巖。

(2)礦石為中厚層塊狀石灰巖,青灰色至灰白色,微細粒結構,中厚層塊狀構造,主要礦物成分為方解石、白云石、石英及少量黏土礦物,礦石主要化學成分Ca O、Mg O含量變化不大,有害組分f Si O2含量較高(平均6.09%),但以微細粒形式存在,對原料的易燒性影響較小。其他有害組分的含量都低于工業指標要求。

(3)該礦床為淺海相沉積的層狀礦床,屬于淺海低能環境下,海相化學沉積作用形成、具有輕微變質的石灰巖礦床。

(4)礦床為中型水泥用灰巖礦床,有較好的開發前景,能帶動相關產業發展,具有較好的經濟效益和社會效益。