安徽巢湖錢家山地區(qū)水泥用灰?guī)r礦地質(zhì)特征

胡 甦，姚 野，張 徐，汪 楠，詹建華，馮書文

(1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心安徽總隊(duì)，安徽 合肥 230031；2.巢湖市自然資源和規(guī)劃局，安徽 巢湖 238000；3.桂林理工大學(xué)，廣西 桂林 541004)

錢家山水泥用灰?guī)r位于巢湖市南西12km 散兵鎮(zhèn)錢家山，交通便利。礦床規(guī)模為大型，為正在生產(chǎn)礦山。本文通過對礦區(qū)成礦地質(zhì)背景、礦區(qū)地質(zhì)的分析研究，總結(jié)了礦體地質(zhì)特征及構(gòu)造對礦體的影響，指導(dǎo)了礦山的規(guī)劃和生產(chǎn)，對本區(qū)域水泥用石灰?guī)r礦的找礦具有指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

礦區(qū)位于揚(yáng)子陸塊，沿江褶斷帶，屬滁州—廬江前陸過渡帶之西南端，揚(yáng)子準(zhǔn)地臺下?lián)P子臺坳的北部，沿江拱斷褶帶巢湖穹斷褶束[1-3]。地層屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)和縣—安慶地層小區(qū)[4]，主要為古生界—中生界的一套海相碳酸鹽—碎屑巖沉積建造組合。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動具有多旋回發(fā)展的特點(diǎn)，可分為地臺階段和大陸邊緣活動階段。皖南旋回形成的皖南構(gòu)造層為區(qū)內(nèi)基底構(gòu)造。爾后的印支旋回則形成區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造框架，燕山旋回、喜馬拉雅旋回褶皺均以寬緩開闊的坳陷盆地為其特征，并伴隨有較強(qiáng)的巖漿活動(圖1)。

圖1 錢家山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要有中石炭統(tǒng)黃龍組(C2h)、上石炭統(tǒng)船山組(C3c)、下二疊統(tǒng)棲霞組(P1q)地層。礦體即賦存于上述地層中[5-6]。按巖性組合特征，黃龍組分為上段、中段、下段，其中下段為灰質(zhì)白云巖，為礦層的底板；棲霞組分為二段、三段、四段、五段、六段，其中六段為燧石結(jié)核灰?guī)r，為礦層的頂板。棲霞組與下伏船山組為假整合接觸關(guān)系(圖2、表1)。

表1 水泥用灰?guī)r礦賦礦層位一覽表

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡圖

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)褶皺構(gòu)造主要為錢家山背斜，該背斜總體走向20 ～40°，背斜樞紐整體直立。組成地層核部為泥盆系五通組(D3w)，兩翼地層由石炭系至二疊系地層組成。北西翼產(chǎn)狀271°～322°∠44°～80°；南東翼產(chǎn)狀119°～152°∠42°～68°。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，共查明斷層8 條，按走向可分北東東向平移斷層和北東向橫斷層兩組，區(qū)內(nèi)斷層規(guī)模均不大。部分?jǐn)鄬与m破壞了礦體的完整性，但對兩側(cè)礦石質(zhì)量影響不大，破碎帶多充填方解石脈，質(zhì)量滿足水泥用灰?guī)r礦要求。斷層特征見表2。

表2 斷層簡要特征表

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動較弱，在礦范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有巖漿巖出露。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)水泥用灰?guī)r礦體賦存下二疊統(tǒng)棲霞組五段(P1q5)、棲霞組四段(P1q4)、棲霞組三段上部(P1q3)、棲霞組二段(P1q2)、上石炭統(tǒng)船山組(C3c)、中石炭統(tǒng)黃龍組上段(C2h3)、黃龍組中段(C2h2)地層中(圖3)。各礦層特征分述如下[7-9]。

圖3 3 勘探線線地質(zhì)剖面圖

Ⅰ礦層：賦存于棲霞組五段(P1q5)、棲霞組四段(P1q4)、棲霞組三段上部(P1q3)地層，礦體走向長度約1075.00m，傾向?qū)?9.80 ～118.20m，平均寬約75.90m，厚度59.51 ～81.84m，平均厚度66.64m，厚度變化系數(shù)9.57%；礦層出露最高標(biāo)高約130.30m，呈層狀產(chǎn)出，傾向290°～329°，傾角45°～66°，礦石巖性為深灰色、灰黑色中厚層—厚層微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、含燧石結(jié)核灰?guī)r。

Ⅱ礦層：賦存于棲霞組二段(P1q2)地層，走向長約1072.00m，傾向?qū)?3.70 ～63.60m，平均寬 約56.60m， 厚 度42.52 ～51.59m， 平 均 厚 度46.41m，厚度變化系數(shù)6.48%；礦層出露最高標(biāo)高約103.00m，呈層狀產(chǎn)出，傾向305°～335°，傾角42°～59°，礦石巖性為深灰色、灰黑色中厚層—厚層微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。

Ⅲ礦層：賦存于船山組(C3c)、黃龍組上段(C2h3)、黃龍組中段(C2h2)地層中，走向長度約1065.00m，傾向?qū)?4.40 ～154.40m，平均寬約112.30m，厚度70.16 ～75.59m，平均厚度72.42m，厚度變化系數(shù)4.66%；礦層出露最高標(biāo)高約104.30m，呈層狀產(chǎn)出，傾向296°～346°，傾角40°～72°，礦石主要為灰色、淺灰色中厚層—厚層微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、球狀灰?guī)r、巨晶灰?guī)r。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石質(zhì)量

礦石礦物成分簡單，以方解石為主，含量一般在83%～95%，其次為生物碎屑和泥質(zhì)成分。全礦區(qū)水泥用灰?guī)r礦平均化學(xué)成分CaO 53.39%、MgO 0.62%、SiO21.97%、K2O 0.07%、Na2O 0.02%、SO30.29%、Cl-0.005%(表3)[10]。

表3 礦石平均化學(xué)成分結(jié)果表 (單位：%)

礦石各組分沿厚度方向上的變化特征(以5 勘探線為例)：CaO 含量53.66%～55.71%，平均值為55.21%；MgO 含量0.24%～1.31%，平均值為0.44%；K2O+Na2O 含量0.030%～0.120%，平均值為0.043%。各組分含量沿厚度方向變化幅度較小，變化曲線呈波狀起伏，總體比較平穩(wěn)，礦石質(zhì)量穩(wěn)定(圖4)。

圖4 CaO、MgO、K2O+Na2O 含量沿厚度方向變化曲線圖

3.2.2 礦石類型

根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征，礦石類型分為微晶灰?guī)r、含生物碎屑微晶灰?guī)r、含燧石結(jié)核灰?guī)r、巨晶灰?guī)r、球狀灰?guī)r五種類型[11-12]。

(1)微晶灰?guī)r。

主要由方解石及生物碎屑組成(圖5a)，微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。方解石呈微晶粒狀，粒度較均勻，顆粒間緊密鑲嵌接觸，含量約87%；生物碎屑主要為棘皮類、腕足類等生物碎片，含量約12%，泥質(zhì)含量約1%。

(2)含生物碎屑微晶灰?guī)r。

淺灰、灰色，主要由微晶方解石、生物碎屑及少量泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)組成(圖5b)。微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。方解石無色，他形，多呈微晶粒狀，顆粒間緊密鑲嵌接觸，含量約80%；生物碎屑主要為腕足類、介形蟲等，形態(tài)各異，完整性好，含量約15%；泥質(zhì)含量約2%；有機(jī)質(zhì)含量約2%。偶見鮞粒，含量約1%?？梢妷喝茏饔眯纬傻目p合線構(gòu)造。

(3)含燧石結(jié)核灰?guī)r。

深灰色、灰黑色，主要由方解石、燧石及少量硅化生物碎屑、有機(jī)質(zhì)組成。泥晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。燧石為隱晶質(zhì)石英集合體，隱晶質(zhì)石英含量約78%(圖5c)；方解石無色，半自形—他形，中—細(xì)晶粒狀，含量約12%。局部見有孔蟲、瓣腮殼等生物碎屑，已重結(jié)晶成隱晶質(zhì)石英，含量約5%。有機(jī)質(zhì)，含量約5%。

(4)巨晶灰?guī)r。

灰、淺灰色，巨晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由方解石、泥質(zhì)及少量白云石組成(圖5d)。方解石多呈巨晶粒狀，粒度多在3.2 ～6.0mm，含量約85%；泥質(zhì)分布于方解石、白云石顆粒表面及顆粒之間，含量約10%；白云石，半自形晶粒狀，粒度0.01～0.08mm，含量約5%。

(5)球狀灰?guī)r。

淺灰—灰色，微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由生物碎屑、填隙物及少量泥質(zhì)、石英組成(圖5e)。生物碎屑主要為腕足類、有孔蟲、瓣腮殼等，含量約80%；填隙物主要為亮晶方解石和少量泥晶，含量約15%，亮晶方解石以細(xì)晶為主，泥晶部分重結(jié)晶呈微晶粒狀；泥質(zhì)含量約3%；石英粒度0.02～0.08mm，含量約2%。

圖5 水泥用灰?guī)r礦鏡下照片

3.3 礦體圍巖及夾石特征

礦體頂板為下二疊統(tǒng)棲霞組六段(P1q6)地層，巖性為深灰色、灰黑色含燧石結(jié)核灰?guī)r、燧石條帶灰?guī)r，巖石平均化學(xué)成分為CaO 45.34%、MgO 3.49%，SiO213.72%、fSiO211.09%，因游離硅超標(biāo)，不能作為石灰質(zhì)原料。

礦體底板圍巖為中石炭統(tǒng)黃龍組下段(C2h1)地層，為深灰—灰黑色灰質(zhì)白云巖，偶夾厚層灰?guī)r、薄層泥灰?guī)r，巖石平均化學(xué)成分為CaO 35.30%、MgO 9.10%。

礦體中共圈定2 個同生夾石層，分布于棲霞組四段(J1 夾石)和棲霞組三段(J2 夾石)下部地層中，呈透鏡狀或?qū)訝?，J1 夾石厚度55.66 ～57.35m，J2夾石厚度8.37 ～14.64m。夾石主要為深灰色、灰黑色含燧石結(jié)核灰?guī)r、燧石條帶灰?guī)r。夾石平均化學(xué)成分為CaO 44.17%、MgO 0.83%。2 個夾石體雖不符合水泥用灰?guī)r礦石質(zhì)量要求，但物理性能指標(biāo)符合建筑石料用灰?guī)r要求，可作為建筑用灰?guī)r礦進(jìn)行綜合利用。

4 礦床成因

早石炭世，本區(qū)主要為濱岸湖泊沼澤相沉積，早石炭世晚期地殼逐漸下降，海水入侵，自晚石炭世早期至早二疊世，本區(qū)接受了一套開闊臺地相碳酸鹽建造，期間沉積環(huán)境總體相對穩(wěn)定，反映了以碳酸鹽建造為主的淺水低能環(huán)境下的開闊臺地相沉積特征，形成了上石炭世—下二疊世的碳酸鹽巖賦礦巖系。早二疊世開始，地殼逐漸上升，又一輪海侵開始，本區(qū)再一次接受碳酸鹽沉積。后期大規(guī)模的褶皺、斷裂活動，使本區(qū)隆起，形成了現(xiàn)在所見到的石灰?guī)r礦床。本礦床成因?yàn)闇\水低能環(huán)境下開闊臺地相碳酸鹽巖沉積[11-14]。

5 結(jié)語

巢湖錢家山地區(qū)水泥用灰?guī)r礦床屬淺海相狀沉積礦床，礦體受地層嚴(yán)格控制，主要賦存于下二疊統(tǒng)棲霞組、上石炭統(tǒng)船山組、中石炭統(tǒng)黃龍組地層中，厚度穩(wěn)定。礦石中主要有用組分CaO 含量高，有害組分MgO、K2O+Na2O 含量低，各組分含量沿走向、傾向方向基本穩(wěn)定。巢湖地區(qū)棲霞組、船山組、黃龍組地層是尋找水泥用灰?guī)r礦最為理想的層位。