湖北京山厂河叠层石白云岩基本特征及开发利用研究

陈 刚，柳艺鑫，吴冬妹

(湖北省地质科学研究所，湖北武汉 430034)

0 引言

京山厂河叠层石是前寒武纪碳酸盐沉积中常见的有机沉积结构。由于蓝藻及菌类的生物作用和无机沉积作用相互影响而形成的一种生物沉积构造体。由富含有机质的暗层和细粒沉积物组成的亮层构成基本层，基本层向上凸起叠覆而成叠覆体。因纵剖面上呈向上凸起的弧形或锥形叠层状，如扣放的一叠碗而得名。叠层石对生物缺乏的早前寒武纪的地层划分对比十分重要，其美丽的天然饰纹，既可作观赏石，也可雕刻成工艺品。具有很高的观赏及收藏价值。

1 矿床地质特征

1.1 矿区地质

1.1.1 地层

区内地层属扬子地台区上扬子地层分区，主要出露中元古代—早古生代地层。即由中元古界蓟县系打鼓石群，新元古界青白口系花山群与南华系、震旦系及下古生界沉积盖层组成。区内所见岩性主要有白云岩、硅质岩、含硅质白云岩，整体倾向南东，倾角一般20°～50°。叠层石白云岩赋存在蓟县系打鼓石群陈家冲组的中下部。

1.1.2 构造

区内为大洪山复式背斜的重要组成部分，主要位于复式背斜核部。复式背斜轴呈北西向反“S”状弯曲。大洪山复背斜轴面走向约320°，背斜核部常见辉绿岩体(脉)侵入，尚见大量的变细碧岩及玄武岩分布。区内还发育一系列次级背斜构造。其中南部老档河次级背斜控矿作用明显。该背斜轴面走向北西，核部地层为蓟县系打鼓石群罗汉岭组;其北东翼依次出露蓟县系打鼓石群陈家冲组、李家咀组、当铺岭组及青白口系花山群六房咀组。而南西翼受北西向断层破坏，地层出露不完整。矿层则主要赋存于该背斜北东翼陈家冲组地层之中。

区内断层十分发育，主要分为北西向和北东向两组。北西向断层:呈北西向紧密平行排列，其中最具代表性的是北界的襄樊—广济断裂和南界的青寨子断裂。此外，规模较小的北西向断层十分发育，断面倾角多在30°左右，多为逆断层，形成时间较早，该组断层对矿层的完整性造成严重破坏。北东向断层:该组断层较为发育，但规模较小，走向北东，倾向南东或北西，倾角较陡，多在50°以上，多为正断层或平移断层。北东向断层形成时间较晚，明显切割了早期北西向断层。该组断裂影响矿层走向上的完整性，但对矿石破坏较小。

1.1.3 岩浆岩

区内岩浆岩主要发育基性侵入岩和基性喷出岩，在大洪山北坡尚发育中酸性侵入岩，一般规模不大。

1.2 地质特征❶❶ 湖北省地质科学研究所，湖北省京山县厂河叠层石白云岩观赏石资源地质调查报告，2009。

根据野外地质填图、工程揭露及部分样品试验结果，区内初步圈定有一定工业价值的叠层石白云石矿体及矿化体共有5个。从北西至南东依次编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号矿体，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为矿化体，Ⅳ、Ⅴ为矿体。

Ⅰ号矿化体 分布在区内中部陈家冲一带，仅见矿化体一层，矿化体赋存于打鼓石群陈家冲组第一段(Jx ch1)，岩性为灰白色含叠层石白云岩，巨厚层状，以白云石为主，局部夹有硅质条带，叠层石含量较低，一般5% ～10%，叠层石个体较小，一般5 cm×15 cm。

Ⅱ号矿化体 分布于区内中部大堰角西侧，矿化体赋存于打鼓石群陈家冲组第二段(Jx ch2)，仅见矿化体一层。岩性为灰白色叠层石白云岩。叠层石含量10%～30%，叠层石大小为5 cm×15 cm～7 cm×20 cm。

Ⅲ号矿化体 分布于调查区中部彭家冲一带，仅见一层矿化体，矿化体赋存于打鼓石群陈家冲组第二段(Jx ch2)。岩性为含叠层石白云岩。叠层石含量为10% ～30%，下部叠层石含量很低，为5% ～15%，个体小，多在5 cm×15 cm左右，向上叠层石含量明显增加，为20% ～30%，个体也增大，可达7 cm×20 cm。

Ⅳ号矿体 分布于区内南部刘关一带，仅见一层矿，矿体赋存于打鼓石群陈家冲组第二段(Jx ch2)。矿体呈层状产出，走向北西，倾向北东，倾角较缓为18°～20°，可见长＞300 m，厚7 m左右，岩性为紫红—浅肉红色叠层石白云岩，微—细晶结构，厚—巨厚层状产出，主要矿物成分为白云石，次为方解石，尚见少量粘土、铁质，叠层石含量很高，一般70% ～80%，叠层石个体也比较大，一般7 cm×20 cm，部分可达10 cm×30 cm以上。

Ⅴ号矿体 分布于区内南部刘家湾—王家河一带，矿体赋存于打鼓石群陈家冲组第一段(Jx ch1)。矿体呈层状产出，走向北西，倾向北东，倾角20°～49°，可见长＞400 m，可见两层矿，单层厚2～3 m，岩性为叠层石白云岩，浅肉红色，微—细晶结构，厚—巨厚层状构造，主要矿物成分为白云石。叠层石含量较高，一般50%～70%，其个体也较大，一般为5 cm×15 cm～7 cm×20 cm，少数个体可达10 cm×30 cm。

1.3 矿石特征

1.3.1 矿石分类

区内可分为叠层石白云岩和含叠层石白云岩两类矿石，其中叠层石白云岩中叠层石含量＞30%，呈肉红色;含叠层石白云岩叠层石含量＜30%，呈灰白色。现分述如下:

叠层石白云岩 主要分布于区内南部刘关—王家河一线，走向北西，倾向北东，倾角18°～49°，断续长约2 km，厚度变化大，在刘关西部Ⅳ号矿体处见其发育一层厚达7.5 m。而分布于刘家湾至王家河一线的Ⅴ号矿体，则发育两层，间距10～35 m，单层厚2～3 m。岩性为叠层石白云岩，呈浅肉红色，中厚层—巨厚层状产出，主要矿物成分为白云石(98%以上)，次要矿物为铁质、有机质(2%)，具微—细晶结构。岩石由大量的藻白云石组成，呈叠层构造，表现为泥晶白云岩成环带纹层分布，在环与环之间，有的是因为自身铁质含量引起的颜色深浅，或彼此间有一线状亮晶白云岩线条而分开。岩石中叠层石含量较高，一般50% ～70%，局部可达80%以上。叠层石个体亦较大，大小一般为5 cm×15 cm～7 cm×20 cm，少数可达10 cm×30 cm。

含叠层石白云岩 主要分布于区内北西部陈家冲—大堰角—彭家冲一线，产状多变，总体走向北西，局部北东，倾向北东，南东，倾角30°～50°，厚度一般2～10 m，局部达20 m以上。岩性为含叠层石白云岩，呈灰色，微—细晶结构，厚—巨厚层状构造，质地较纯，矿物成分多为白云石，层理不发育，岩石表面广泛发育刀砍纹，岩石中叠层石含量较低，一般在10%左右，局部可达30%左右，叠层石个体较小，多在5 cm×15 cm～7 cm×20 cm之间。

1.3.2 矿石化学组分

根据本次所采送的叠层石白云岩化学样分析结果可知，其化学成分见表1。

1.3.3 矿石物性

叠层石白云岩新鲜者多呈浅肉红色、灰白色，质地较纯，坚硬，抗压、抗剪性能较好，体重为2.84。

1.3.4 矿石裂隙度

区内叠层石白云岩节理裂隙不发育，多呈厚—巨厚层状产出，矿石块度大小完全可由人工控制。从部分开采面上清晰可见顺层理开凿极为有利，进度快，荒料率高(＞80%)。

表1 叠层石白云岩化学成分表Table 1 Chemical composition of stromatolites dolomite

2 叠层石形成条件与成矿规律

2.1 叠层石成因分析

2.1.1 叠层石结构

基本层又叫生长层，是构成叠层石的基本单元。它通常由暗层和亮层两部分组成，藻类生活状况及自然条件周期性变化形成叠层石的原生亮暗层理。叠层石的基本层形态有两种主要类型:拱形基本层和锥形基本层。

柱体形态主要受基本层的形态控制，同时受环境影响。根据柱体自上而下的直径变化，柱体可分为圆柱状或杯状，前者上下变化不大，后者则基部窄，上部宽。

2.1.2 叠层石基本特点

叠层石具有特殊的层纹状的生物沉积结构，是生物作用和无机化学沉积作用的共同产物，其主要特点有:

(1)叠层石主要由蓝藻、少数细菌及其他真核藻类和真菌等共同形成，不是单一物科的群体。

(2)叠层石的层纹由蓝藻层和矿物交互沉积形成。

(3)叠层石的形态结构既受生物组成的影响，也受生态因素的控制。

2.1.3 叠层石生长条件

现代叠层石主要生长于滨岸相潮下带及潮间带，生活于水下，局部可露出水面。水体可以是正常水，也可以是咸化或淡化泻湖(图1)。

(1)蓝藻、藻丛的生长发育。

(2)有一定数量的细小沉积颗粒供蓝藻的胶鞘黏附。

(3)水底的底流不太强烈，水底物质的位置相对稳定。

(4)叠层石增长速度大于它的剥蚀速度。

图1 叠层石成因示意图Fig.1 Cause schematic diagram of stromatolites

(5)叠层石在生长过程中应迅速得到固结，否则就会垮塌，不能保持形态学特征。

(6)叠层石多保存于石灰岩、白云岩中。

3 叠层石白云岩的观赏价值评价及开发利用前景分析

3.1 观赏价值评价

3.1.1 横切面观赏价值

该面为垂直柱状叠层石切面，其横切面可见叠层石呈大小不等的圆形、椭圆形花纹，纹层十分发育，轮廓清晰，给人以奇特之感，且色泽鲜艳、光滑、圆润，具有一定的观赏性。

3.1.2 纵剖面观赏价值

该面为柱状叠层石纵剖面，其纵剖面可见叠层石呈弧形、拱形纹层叠置，纹层清晰，千姿百态，且色泽鲜艳，表面光滑圆润，具有一定的观赏性。

3.1.3 自然形态观赏价值

从整体观赏价值来看，叠层石不但形神兼备、科研价值较高，而且还形成了规整生动的花纹，天然石块反映出不同切面上的纹饰变化。显得更加稀有和神秘，仔细观赏还会让人对已经灭绝的史前生命产生无限的好奇和遐想。

3.1.4 工艺美术价值

利用叠层石白云岩不同切面上的纹饰花纹，经过精心的设计，可以雕塑出千变万化的精美艺术品。因其具有很高的艺术价值，党和国家领导人曾以叠层石雕件作为馈赠国际友人的高级礼品。

3.2 开发利用前景分析

3.2.1 开发利用现状

区内已有多个采石场对上述岩石进行开发利用，主要是用做饰面石材，但作为观赏石和工艺石材进行开采利用的工作还基本没有开始，特别可惜的是优质叠层石白云岩也作为一般石材进行开采，造成资源的浪费。

国内叠层石开发利用处于起步阶段，最大的叠层石加工地在天津蓟县，加工产品主要有建筑装饰材料和工艺礼品。

目前加工叠层石工艺品当属最佳时期，也是市场的需要，它可以使有限的矿产资源得到更合理的开发和利用，创造更高的经济效益和社会效益。

3.2.2 开发利用前景分析

调查区叠层石白云岩地质特征及成矿时代与前述天津市蓟县东营房叠层石灰岩矿基本相同，且矿石中叠层石含量高、厚度大、节理不发育，矿石整体质量好，适宜露天开采，交通方便，且矿石呈肉红色，色泽美观。目前虽然开发利用处于起步阶段，但是开发利用前景可观。

虽说目前叠层石白云岩作为观赏石开采还是起步阶段，但随着社会发展进步，人们物质文化水平提高，叠层石白云岩将逐渐得到观赏石界的认可和欣赏，湖北省为中国中部崛起的中心，城市建设和经济发展，人们的生活水平、文化品位也逐渐提高。在做好宣传工作和市场调研的基础上，寻找进入市场的切入点和时机，掌握开采技术和加工工艺，叠层石白云岩作为观赏石和工艺石材的开发利用前景是乐观的。

［1］湖北省鄂东北地质大队.1∶5万三阳店域地质报告［R］.孝感:湖北省鄂东北地质大队，1987.

［2］张瑞华，肖飞.天津市蓟县东营房叠层石矿的开发利用研究［J］.地质找矿论丛，2009，24(3):226 －229.