古浪縣石灰巖礦地質特征及成因分析

尹 杰，牛軍剛，王進濤

（甘肅省核地質二一二大隊，甘肅 武威 733000）

1 區域水文地質

工作區地貌類型屬構造侵蝕的低中山區，高程2466～2747m，氣候屬祁連山高寒亞干旱區和河西冷溫干旱區。年均氣溫4.9℃，極端最高氣溫36.6℃，最低氣溫-31℃。年均降水量300mm，蒸發量2292mm，總的氣候為四季分明，干旱少雨，降水稀少。工作區內屬祁連山系東北邊緣中低山區，按地貌形態分類屬中低山及丘陵地區。海拔2466～2747m，高差一般為100～200m，屬中等切割。地形特點南高北低，最低點位于北部邊緣。山脈呈東西向延伸，山頂山坡具黃土高原渾圓和寬緩的地貌特點，第四系覆蓋廣茂，谷底切割較強，沿溝谷底部基巖大量出露。礦區地形呈南高、北低，高地形位于礦區南界附近，從石城子村向東一線梯增，從2647～2740m 再至礦區東部大山頭2747m，轉向東南。南界外為北西西-南東東方向的石城子-橫梁淺溝，東高西低，標高2630～2643m；礦區北界為花露槽子，是一短溝，標高2480～2580m。靠近礦區西界（界內）一條近似南-北方向的、南高北低的狹谷——石城子溝將二者貫通，至礦區北邊界，海撥2466m，并向北沿伸1.1km到打拉水（村）。打拉水屬山間小拗陷，海撥2399m。再向北至干溝處出山（大靖拗陷），海撥約1980m，是區域性最低侵蝕基準面。

擬設礦區范圍內最低點2466m。區內降水不均，歷年降水集中在7—9 月份，常有洪峰出現。

本區雖與黃羊川河（匯入古浪峽河）距離很近，但受控于地形，勘查區大部分屬大靖河水系。勘查區南界東西走向的渾圓山嶺為兩個水系的分水嶺。大靖河主干發源于毛毛山北麓，由多條支溝匯集而成，并入大靖水庫后出山流入平原，消失于海子灘、騰格里沙漠，全長45km。多年平均徑流量0.128 億m3。礦區是其西側支流井兒溝－大墩溝系節性水流，向北匯入大靖盆地之西靖一帶。石城溝以及其各支溝均無常年水流，溝谷均為干溝，只在降水季節短時的降水匯集于沖溝內形成洪流。礦區南界以外屬西大灘河水系，西大灘河主流距離礦區西南約5km 距離。

2 礦區地質

2.1 地層

工作區內出露志奧陶系中上統古浪群組（O2-3gl）、留系下統馬營溝組（S1m）和第四系（Q）地層。

第四系上更新統（Q3）：工作區內分布最為廣泛，沿山坡、山脊大面積分布，溝谷中尚有零散全新統堆積，未勾繪出。

志留系下統馬營溝組（S1m）：主要在勘查區北部F1斷層以北，呈東-西向條帶狀展布[1]。

奧陶系中上統古浪群第二巖組（O2-3glb），分布在礦區南、北F2、F1 斷層間。多沿山溝及陡坡出露，以石圈城出露最完整，露頭巖石新鮮。為石灰巖礦含礦層位。

奧陶系中上統古浪群第一巖組（O2-3gla），于工作區南界F2 斷層以南火石屲南東、十條公路以南分布，呈東—西向條帶狀展布，出露范圍有限。

地層順序及接觸關系如下。

第四系（Q3）：全新統主要為砂土、砂礫石，多呈棱角狀，磨圓度較好，砂礫成分主要為石灰巖，有少量砂巖、板巖，碎屑粒徑一般在0.5～10cm。

上更新統多為坡積、風成堆積物，以灰黃、土黃色疏松黃土狀亞黏土為主。下部夾有不穩定的砂礫石層、碎石層，厚度1～6m。

下志留統馬營溝組（S1m）：主要巖性為青灰色、灰綠色粉砂質板巖、泥質板巖互層，其上部以泥質板巖為主，下部以粉砂質板巖居多。巖層產狀基本穩定，呈北北西走向，傾向南西，傾角45°～63°，厚度大于67.7m。

奧陶系中上統古浪群第二巖組（O2-3glb）：巖性以灰、灰白、淺肉紅色致密塊狀灰巖組成。該組巖層由于受斷層構造的影響，其產狀往往表現不穩定。總體呈南南西傾向，傾角為57°～86°，平均71°，厚度大于424.1m。

奧陶系中上統古浪群第一巖組（O2-3gla）：暗紫紅色、灰綠色中厚層—厚層狀變粉細砂巖，夾含礫粗砂巖及細砂巖，頂部灰綠～灰黑色泥巖、泥灰巖。產狀200°～218°∠31°～53°，出露厚度大于130m。

2.2 構造

工作區內處于區域張家溝—天成臺背斜北翼東段的部分，工作區為北翼的部分，受同生及后斷裂作用，呈一個長軸東—西向的菱形的“構造-巖層塊體”，長寬3.4km×1.6km。該“塊體”內巖層（中上奧陶統古浪群第二巖組）受斷裂改造蹺起，整體呈南西傾斜的中緩傾斜構造，其北與下志留統馬營溝組斷層接觸。受石城子向斜及斷層的影響，中上奧陶統古浪群第二巖組內多發育規模較小的褶曲，使局部地層產狀紊亂，主要礦化地段為一個局部背斜，傾角31°～53°。

切割“塊體”的同向斷裂F1 和局部斷裂F2 特征如下。

F1 斷層：位于勘查區北部。斷層總體走向77°～257°，向北傾斜，傾角70°～78°。延伸長度大于1140m。該斷裂為一逆推斷層，斷層面光滑陡直，北盤為上升盤，巖性主要為青灰色、灰綠色粉砂板巖；南盤為下降盤，巖性主要為灰白色塊狀石灰巖。

F2 斷層：位于勘查區南部石城子、火石屲南一帶。斷層性質為逆斷層，斷層大致走向為120°，傾向南。南北兩盤巖性差異明顯，北盤下降盤，巖性為灰白色灰巖；南盤為上升盤，主要為暗紫紅色、灰綠色中厚層、厚層狀變粉、細砂巖。該斷層延伸長度大于1060m，斷裂帶寬達50m 以上，斷裂帶巖性破碎，小褶曲較為發育，在坡腳巖石出露處可見糜棱巖和碎裂巖出露。

褶皺翼及石灰巖層間，構造較為簡單，含礦地層巖性發育單一，呈寬緩褶曲，產狀變化不大，局部小褶曲產狀略紊亂。總體含礦層（礦體）展布穩定、可對比性明顯。

2.3 巖漿活動

礦區范圍內未見任何巖漿巖及脈巖出露，也沒有巖漿巖的任何存在跡象，如矽卡巖化、大理巖化、白石巖化及圍巖的黏土化等現象。

3 礦床地質

3.1 礦體特征

黃羊川鎮石城子石灰巖礦賦存于奧陶系中上統古浪群第二巖組（O2-3glb）之中。古浪群第二巖組呈長軸東—西向的菱形展布，長寬3.4km×1.6km。該范圍內巖性幾乎均為石灰巖，層狀產出，最大厚度424.1m，規模較大。受擬設采礦權范圍限制，工作區范圍只是該菱形展布礦帶的局部，除北部邊緣外，工作區其他部分（絕大部分）均位于該含礦帶內。

礦區礦體長度1.473km，最大寬度1.204km，平均寬度0.95km。礦體的出露標高2470～2747m，最低點位于礦區西北邊界的石城子溝與花露槽子（溝）交匯處，海撥2470m，（礦體最低露頭2480m）；最高處位于礦區東南最高峰（大山頭）處，海撥2747m，礦區地形呈南高、北低，高差277m。礦體總體走向約290°，傾向南西，地表傾角變化21°～86°，鉆探礦心傾角31°。僅在北部在斷層處，由于受斷層擠壓，石灰巖層局部傾向北東，傾角70°～85°。

礦體主要由灰、灰白、淺肉紅色中厚層、厚層致密塊狀灰巖組成。除在沖溝兩側及陡坎地帶出露處，工作區內大部分被第四系黃土覆蓋，黃土厚3～6.5m。

本次工作工程所圈定的資源位于礦區中部，其礦體長1200m，平均寬580m，平均厚度196m；控制的資源位于礦體中部，礦體長800m，平均寬393m，平均厚度178m。此外，礦區東南部依然有資源前景。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石結構構造及礦物成分

礦石呈灰、灰白、淺肉紅色，玻璃光澤至臘狀光澤，細晶、粉晶晶粒結構，亮晶結構與泥晶結構共存，少量碎屑結構；致密塊狀構造，少量角礫狀構造。性脆，斷口平坦，與稀鹽酸作用強烈。

礦石礦物成分主要由方解石組成，占比在90%以上，方解石呈三方晶系，集合體呈平行發育的柱狀及平行發育的板狀體。方解石呈他形粒狀，彼此緊密鑲嵌，分布均一，粒徑在0.05～0.3mm；少量泥質，黏土礦物占比約3%±；極微量～微量白云石、菱鎂礦、石髓及蛋白石、黃鐵礦，總量約2%。

巖石沿層面的一些受力面有些破碎，破碎較強時被方解石雛晶重膠結石灰巖角礫、形成一種角礫狀灰巖，弱破碎處常見有貫入的后生方解石細脈，并在裂面生成毫米級柱狀、錐狀晶簇。近地表裂隙面附著含鐵質的泥質層膜和粉末狀泥質附著。這些現象在鉆孔和探槽中都可以見到。

3.2.2 礦石化學成分

以往工作共采集樣品100 件，分析項目為CaO、MgO、SiO2三項，其結果表明：CaO 變化為53.25%～55.46%，平均值54.65%，變化系數0.73%，總體變化很小，分布均勻、穩定。MgO 變化為0.20%～0.51%，平均值0.31%，變化系數24.77%，MgO 變化較均勻，單個樣品含量均小于1%。SiO2變化為0.31%～2.08%，平均值0.99%，變化系數36.05%，其變化較均勻。

3.3 礦床成因及控制因素

3.3.1 礦床成因

中上奧陶統淺海相沉積，是我國東北、華北地區（馬家溝組）石灰巖的最重要的沉積層位，是大多數水泥灰巖礦床的產出層位。

在本礦床中，以鈣質的碳酸鹽質石灰巖為主，夾微量細砂質泥質碎屑巖，石灰石呈中細粒的粒屑結構、較致密，幾無鮞粒、竹葉結構，未見到生物骨架，游離硅及鋁硅酸鹽或黏土礦物含量低，鎂礦物含量甚微[2]。

根據巖性特征及區域資料，本區中上奧陶統古浪群屬介殼相沉積或以介殼相為主的混合沉積，主要為未經變質或僅具輕微變質的連續沉積巖系。說明當時該區處于的淺海-濱海環境中，以化學沉積為主、物理－化學沉積交替發生，沉積環境屬略顯動蕩的淺海-濱海相，因此本礦床成因類型屬淺海-濱海相沉積礦床。

3.3.2 控制因素

礦床受沉積環境控制。早古生代北祁連洋為阿拉善陸塊邊緣深水盆地多島洋環境，本區處于島弧弧后盆地與大陸邊緣間環境。中晚奧陶世，北祁連洋結束擴張，趨向于收縮環境，多島環境下濱淺海發育，產生眾多的碳酸鹽沉積。

源自碳酸鹽沉積的石灰巖礦，與沉積環境息息相關，良好的淺海或海灣、穩定的構造環境、溫曖的海水及生機盎然海洋生物，以及受限的陸源物質加入，為質純的碳酸鹽沉積創造了條件。礦床嚴格受這種沉積層位控制[3]。

3.3.3 找礦標志

區域上，中上奧陶統古浪群發育區，為區域找礦標志。

石灰巖抗風化能力相對弱、區內石灰巖賦存區段大多呈渾圓形山地、地形坡度中等，是礦區內找礦標志。

石灰巖沉積區巖層穩定，少斷裂破碎，地表露頭巖石多呈灰白色、淺灰色、淺紅色，顔色越淺礦石品質越好，是礦床找礦標志。

4 工程地質條件

4.1 礦區工程地質分組

（1）堅硬巖區。堅硬巖組廣泛分布于低山丘陵區，由奧陶系中厚層—厚層狀變粉、細砂巖，夾含礫粗砂巖、細砂巖、灰巖等組成，巖性較均質、致密，節理裂隙較發育，表面微風化，內部巖體較完整，巖石強度高，天然容重2.3～2.7g/cm3，干抗壓強度60MPa～140MPa，內摩擦角65°～87°，軟化系數0.44～0.54。

（2）松散土體區。第四系松散巖類土體可劃分為黃土狀亞砂土和砂礫石兩類[4]。

黃土狀亞砂土：分布于地表，上部為黃土狀亞黏土，厚2～5m，下部為黃土狀亞砂土夾砂礫石，厚1～3m，結構疏松，多孔隙，力學強度低，地基承載力特征值fak=50kPa～150kPa。受降雨等因素影響易坍塌，穩固性較差。

砂礫石：分布于溝谷地帶，范圍小較零散，厚度大于2m，松散-中密，土石混雜，粒徑大小不一，分選差，力學強度高，地基承載力特征值fak=120kPa～300kPa。

4.2 礦體邊坡、頂底板巖體的穩固性

礦區礦體為石灰巖，呈巨厚層狀產出，巖石未風化半堅硬，穩定性好，受構造影響小，礦石穩定性較好，適合露天開采。礦體頂板為第四系松散巖類，穩固性差，厚度不大，一般2～5m，需在開采當初予以剝離。可以防止開采過程中發生滑坡、崩塌等工程地質問題。

礦體底板同為石灰巖，其穩固性較好。礦區地形自然坡度10°～15°，平均坡度12.6°。野外觀測礦巖類自然邊坡在55°左右。堆土、堆石的穩定安息角約29°。依據礦區實際初步建議礦山作業面邊坡角70°，最終邊坡角為55°，應在開采中根據巖石完整性，對邊坡進行調整，確保安全開采[5]。

5 結語

該礦山屬于大型礦山，儲量豐富。礦石的開發利用將大大改善當地的社會經濟狀況，提高勞動就業效果，并能帶動農業和鄉鎮企業的發展，在促進地區經濟繁榮、增進地方福利等方面起到較好的影響。礦山前景以及市場開采前景廣闊。