辉县大罗口矿区水泥灰岩矿床地质特征及成因

2014-11-14王英超

中国非金属矿工业导刊 2014年3期

王英超

(河南省有色金属地质勘查总院，河南郑州 450052)

河南水泥灰岩产出层位较多，所探明储量的水泥灰岩主要集中分布于寒武系及奥陶系地层中，其中以中寒武统张夏组、中奥陶统马家沟组及峰峰组最多，且质量好、规模大。辉县大罗口矿区的水泥灰岩主要赋存于中奥陶统下马家沟组地层中。

1 区域地质概况

大罗口矿区位于华北地台山西断隆太行山拱断束带内，区内地层以早古生代碳酸盐沉积为主，是本区重要的石灰岩含矿层位。区域近东南“山”字形构造、近南北向构造，近东西向构造对工作区均有不同程度的影响，多表现为褶皱发育，脆性断裂发育。区内岩浆活动不发育。地层区划属于华北地层区山西分区太行山小区，地层出露从老到新主要有太古界(Ar)，上元古界震旦系串岭沟组(Zch)，古生界下寒武统(∈1)、中寒武统(∈2)、上寒武统(∈3)，古生界下奥陶统(O1)、中奥陶统下马家沟组(O2x)、上马家沟组下段(O2s1)，以及新生界第四系(Q)等(见下页图)。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层主要为中寒武统(∈2)、上寒武统(∈3)、下奥陶统(O1)、中奥陶统下马家沟组(O2x)及第四系(Q)。

分布在北起雁高渠、南至桥村、东至岭西、西至石门郊范围内的中奥陶统下马家沟组(O2x)，是水泥灰岩矿的主要赋存部位，根据其岩性特征、沉积环境，自下而上将其划分为4个岩性段，自下而上分别为：

第一段(O2x1)：以黄绿色薄层状泥灰岩、角砾状泥灰岩为特征，层位稳定，出露厚度5～26m。

第二段(O2x2)：以灰黑色中厚层角砾状灰岩为特征，厚度5～30m。

第三段(O2x3)：以灰黑色薄层—中厚层细晶灰岩为主。上部为灰黑色薄层状细晶灰岩，顶部为灰黑色角砾状灰岩，下部灰黑色薄层—中厚层状细晶灰岩夹灰黑色具暗红色泥质条带豹皮状灰岩，局部夹少量白云质灰岩。出露厚度35～80m。

第四段(O2x4)：底部以灰黑色中厚层状生物碎屑灰岩为特征，上部为浅灰色具暗红色泥质条带豹皮状灰岩，暗黑色肾状灰岩、浅黄具浅紫红色角砾状泥灰岩。出露厚度0～50m。

其中，第二、三段为水泥灰岩矿的主要含矿层。

2.2 构造及岩溶

大罗口矿区地质简图

矿区位于区域一级构造合涧—上八里复式背斜东翼近核部，区内地层总体呈向东倾的单斜构造。区内构造以断裂构造为主，普遍发育在中奥陶统下马家沟组地层中，典型的构造有4组，分别呈北北东向、近南北向、北北东—南南西、北西—南东向在矿区内展布。断层面均呈舒缓波状，断层带内多发育断层角砾岩、断层泥、糜棱岩，断层西盘下降、东盘上升，断裂带具压扭性特征。断层对矿体连续性虽有破坏，但对矿体质量影响不大。矿区内未见到大的岩溶裂隙及溶洞，岩溶率均<3%，岩溶明显不发育。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿体赋存于中奥陶统下马家沟组(O2x)中，矿体呈层状产出，部分裸露地表、部分被第四系残坡积物覆盖，由于受构造及后期剥蚀作用的影响，矿体的顶底板出露平面上呈不规则的曲线形态，出露地表宽窄不一。

由于受断裂构造的破坏，造成矿层不连续，根据化验分析结果，矿层的分布规律、受构造及地形切割剥蚀的影响，共圈定5个矿体，各矿体特征详见表1。

其中，Ⅲ号矿体为主矿体，Ⅲ号矿体在矿区内位于第1～5勘探线间，主要赋存于下马家沟组第二、三岩性段中，在第1勘探线处第一岩性段上部及第3勘探线处第四岩性段下部经化验分析也能达到水泥用灰岩指标要求。矿体由TC1、BT1、TC3、TC5、TC5-1控制，沿走向出露长度1400m左右，宽度40～110m，平面上呈弧形展布，矿体厚度17.65～62.85m。平均厚度45.81m，厚度变化系数42.95%。品位(%)：CaO 50.84～53.59、MgO 0.82～1.66，平均品位(%)：CaO 52.17、MgO 1.25，品位变化系数分别为：2.29%、28.57%。

表1 大罗口矿体特征

矿体总体产状：32～129°∠12～43°，平均倾角22°；第5勘探线，产状32～43°∠17～22°；第3勘探线，产状90～129°∠12～15°；第1勘探线，产状50～80°∠25～43°，由此可以看出矿体沿走向、倾向均呈波状变化。

矿体顶板为第四岩性段灰黑色中厚层状白云质灰岩及黄绿—浅紫红色角砾状泥灰岩，底板为第一岩性段顶部的泥灰岩。

3.2 矿石质量

矿石矿物成分简单，主要由方解石(95%～96%)组成，晶粒一般＜1mm；次要矿物为白云石(＜5%)，含有少量铁质、泥质等。

矿石结构以细晶结构为主，泥晶结构次之；矿石构造以中厚层状构造为主，单个层理厚度一般为10～50cm，薄层状构造次之，单个层理厚度一般为2～10cm。矿石的结构构造较均一。

依据分析结果，矿石主要化学成分为CaO、MgO、SiO3、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、SO3、Cl等，其中CaO、MgO为基本分析项目，其他为组合分析项目。

矿石中有用组分为CaO。CaO含量最大值54.73%，最小值45.74%，平均值52.72%；矿石中有害组分为MgO、KO2、Na2O、SO3、Cl等，其中MgO品位0.69%～1.40%，平均品位0.98%。其他有害组分质量百分数见表2。

表2 矿体有害组分含量(%)

从表2中可以看出，虽然ZH4中K2O+Na2O为0.65%，但Ⅲ号矿体K2O+Na2O平均值为0.55%，不影响矿石整体质量。其他有害组分均不超过工业指标的一般要求，因此矿石质量符合水泥用石灰岩矿一般工业指标要求。

3.3 矿石类型和品级

3.3.1 矿石类型

矿石的自然类型，根据矿石的宏观及微观结构构造可分为薄层—中厚层状细晶、角砾状、豹纹状灰岩。三者在矿体内均有分布，前者分布较广，且三者矿物成分、化学成分差异很小。

从工业利用的目的出发，根据矿石化学成分特征，矿石的工业类型属高钙、低镁、低钾钠的水泥原料石灰岩矿石。

(1)细晶灰岩。

风化面呈灰色，新鲜面呈灰黑色，微晶—细晶结构。薄层状—中厚层状构造，缝合线构造，断面呈平坦状或显贝壳状，矿物成分主要为方解石95%～96%，次要矿物为白云石＜5%，含少量铁泥质。

方解石粒度一般在0.3～1mm，填隙物极少。裂隙发育，沿裂隙面有次生方解石细脉充填。水平层理发育，层理厚10～30mm，层理之间为厚度小于1mm的黄绿色钙质薄膜。

(2)角砾状灰岩。

浅黄色，角砾状结构，中厚层状构造，矿物成分：方解石＞90%，白云石1%～5%，杂基＜5%。

角砾大小0.5mm×(1～20)mm×30mm，呈棱角状—次棱角状，无位移或位移不明显，角砾均为微晶—细晶灰岩碎块。

胶结物为显晶质方解石及白云石，颗粒在0.01～0.05mm间。杂基少，呈星点状分布。

(3)豹皮状灰岩。

灰色，暗红色铁泥质条带，微晶(泥晶)结构，豹皮状构造，矿物成分：方解石＞90%，白云石1%～3%，铁泥质＜5%，含少量生物碎屑。暗红色铁泥质条带呈(1～2.5)mm×(5～30)mm棒状，少量呈星点状，形成豹皮状构造。

3.3.2 矿石品级

矿石品级基本分析及组合分析结果见表3。

表3 矿石品级

根据(DZ/TO213-2002)《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》的一般工业指标要求[2]，本区矿石品级均属Ⅰ级品。

3.4 矿体围岩和夹石

矿体顶底板为下马家沟组泥灰岩、角砾状泥灰岩、白云质灰岩。化学成分(%)：顶板CaO 31.77～53.22，平均44.69；MgO 3.14～13.87，平均6.71。底板CaO 25.39～49.78，平均39.55；MgO 1.79～12.15，平均4.01。顶底板围岩明显的颜色、岩性特征是区分矿体的明显标志。

矿体内部结构简单，夹层很少，全区见到5处有夹石，均为不连续的小透镜体，经与其上下样品任意8m加权平均后，其化学成分均可满足矿石的工业指标要求，故将其圈进矿体中。

4 矿床成因

4.1 矿床成因

该矿床位于中朝准地台(Ⅰ)山西台隆(Ⅰ1)东缘太行山拱断束带内，从早古生代开始，直至进入晚古生代末期，整个中朝准地台的发育进入了广泛的盖层发育期时期，这段时期地台活动处于相对稳定阶段，构造运动整体上的表现为地层的上升与下降。在寒武纪时期，广泛的海侵超覆发育，早期沉积了滨海—浅海相的砂岩、砂砾岩页岩、泥灰岩；条带状、鲕状灰岩、白云质灰岩，局部为矿体底板。地台发育的中期，初期的沉积环境为短暂的动荡—静止期，形成了较稳定的滨海相或泻湖相环境，物质来源丰富，受古地理气候影响形成了浅灰色条带状豹皮灰岩和厚层状灰色鲕粒灰岩、深灰色花斑灰岩。本矿床属化学、物理、生物作用下形成的一套碳酸盐建造，又经各种构造运动，逐步形成本矿床现在的形态[3]。