洛浦县阿其克一带石灰岩矿地质特征及成因初探

2016-09-01郭志云中国建筑材料工业地质勘查中心新疆总队乌鲁木齐830002

新疆有色金属 2016年6期

关键词：钙质层状灰岩

郭志云（中国建筑材料工业地质勘查中心新疆总队　乌鲁木齐　830002）

郭志云
（中国建筑材料工业地质勘查中心新疆总队乌鲁木齐830002）

本文从区域地质背景、矿区地质、矿体地质及矿石质量等方面阐述了洛浦县阿其克一带石灰岩矿地质特征，并初步确定该石灰岩矿属于浅海相沉积矿床。

阿其克石灰岩地质特征矿体成因

1　区域地质背景

本区大地构造位置位于塔里木-华北板块（Ⅰ级）-塔里木微板块（Ⅱ级）-铁克里克陆缘地块（Ⅲ级）的东部。

1.1地层

区内出露的地层自老至新依次有寒武系-奥陶系阿其克片岩、泥盆系上统奇自拉夫组、石炭系上统、二叠系、古近系、古-新近系及第四系。

1.1.1寒武系-奥陶系阿其克片岩（∈-O）sch

出露于吐格曼他什塔格南部，岩性主要为灰绿色黑云绿泥石方解石石英片岩、浅绿色斜长石英绢云母片岩、绿泥绢云斜长石英片岩夹绿色绿泥绢云石英片岩、浅灰色长石石英变砂岩、浅灰色绢云母方解石片岩、千枚岩等，厚度大于840.83m。

1.1.2泥盆系上统奇自拉夫组（D3q）

出露于吐格曼他什塔格山北部，与下伏寒武系-奥陶系阿其克片岩为角度不整合接触。岩性主要以紫红色厚-巨厚层状砾岩为主夹灰绿色中-厚层状细-粗粒岩屑砂岩、紫红色薄层状岩屑杂砂岩、泥岩、砂岩，砂岩、杂砂岩、泥岩多呈透镜体状。砂岩中常见鳞木、薄皮木、芦木茎杆化石，厚963.36m。

1.1.3石炭系上统卡拉乌依组、阿孜干组、塔哈奇组并层（C2k+a+t）

由于卡拉乌依组地层厚度薄、地表出露较窄，图面无法表示，因此与阿孜干组、塔哈奇组统一用（C2k+a+t）代号表示。

（1）卡拉乌依组（C2k）：出露于吐格曼他什塔格西北部，与下伏上泥盆统奇自拉夫组为角度不整合接触。岩性可划分为上、中、下三段，下段岩性主要为浅灰绿色中-粗砾砾岩、黑色薄层状含炭粉砂质泥岩夹煤线，砾岩中砾石磨圆度中等、分选性差，呈次棱角、次圆状为主，大小混杂堆积，成分以白色石英岩为主，绿色片岩次之；中段岩性主要以浅灰白色石英质细砾岩、石英质粗砂岩、石英质细砂岩、岩屑长石细砂岩为主夹棕红色石英质粗砂岩；上段岩性主要为灰色薄层状泥灰岩、钙质粉砂质泥岩不等厚互层，发育平行层理，薄层状构造、疙瘩状构造发育，单层厚3～9cm。含腕足、珊瑚、蜓等化石，厚209.7m。

（2）阿孜干组（C2a）：出露于吐格曼他什塔格西部，与下伏卡拉乌依组为整合接触。下部主要为灰白色、土黄色、深灰色薄层状、中层状泥晶灰岩夹灰色薄层状钙质泥岩、钙质粉砂质泥岩，基本层序一般厚10～25cm，底部灰岩为泥-微晶结构、薄-中层状构造；上部主要为紫红色、灰色、灰白色泥晶灰岩、微晶灰岩，灰岩为微晶结构、泥晶结构，薄层状构造，灰岩中方解石含量大于95％，纯度极高。含蜓、珊瑚、碗足、牙形石等化石，厚度156.1m。该组地层为本次工作的石灰岩矿体的赋存层位。

（3）塔哈奇组（C2t）：出露于吐格曼他什塔格西部，与下伏阿孜干组为整合接触。岩性为灰色中-薄层状钙质长石石英细砂岩，中-粗粒石英砂岩、薄层状泥质粉砂岩夹灰黑色薄层状砂质灰岩，顶部为薄层状白云岩，含丰富蜓、珊瑚、碗足、腹足类、牙行石类化石。厚度131.1m。

1.1.4二叠系普司格组（P1-2p）

出露于吐格曼他什塔格山西部，与下伏塔哈奇组为平行不整合接触。岩石组合以深棕色、紫灰色碎屑岩为主，可划分为上、下两个岩性段。下段岩性主要为紫灰色岩屑长石粗粒砂岩、深棕色岩屑长石中粒杂砂岩、含砾砂岩夹棕色钙质粉砂质泥岩，局部夹少量的粉晶灰岩；上段岩石为棕色薄层状钙质粉砂质泥岩夹灰色中-薄层状岩屑长石砂岩、砂质灰岩，产双壳类及植物化石，厚度1 003.9m。

1.1.5古近系喀什群（Ek）

出露于吐格曼他什塔格山西北部和南部，出露面积较小，与下伏普司格组为平行不整合接触。根据其岩性组合该群可分为上、中、下三部分。下部岩性主要为白色厚层-块状细晶石膏层、棕红色灰绿色薄层状钙质泥岩、膏泥岩，底部为3～5 m的浅棕色石英质细-中砾岩；中部为灰色中层状砂质白云岩；上部主要为棕红色夹灰绿色薄层状钙质泥岩、棕红色长石石英细砂岩夹膏泥岩，厚度211.2m。

1.1.6古-新近系乌恰群（E3N1W）

乌恰群以陆相相碎屑岩为主的一套沉积序列，并自下而上分为：克孜洛依组、安居安组和帕卡布拉克组。

（1）克孜洛依组（E3N1k）：出露于吐格曼他什塔格山北部，与下伏普司格组为平行不整合接触。岩性为深灰色薄层状钙质泥岩、钙质粉砂岩不等厚互层夹薄层状岩屑长石细砂岩，底部为2～3 m厚的石英质中-细砾岩、含砾粗砂岩，厚度831.58m。

（2）安居安组（N1a）：在吐格曼他什塔格山北部零星出露，与下伏克孜洛依组为整合接触。岩性为砖红色中-厚层状钙质长石石英细砂岩、中-厚层状钙质岩屑长石中-细粒砂岩夹棕红色薄层状钙质粉砂岩、钙质泥岩，厚度330.31m。

（3）帕卡布拉克组（N1p）：在吐格曼他什塔格山北部零星出露，与下伏安居安组为整合接触。岩性为砖红色中-厚层状钙质细粒岩屑长石砂岩与砖红色薄层状粉砂岩或褐红色泥岩不等厚互层，厚度727.83m。

1.1.7古-新近系阿图什组（N2a）

出露于吐格曼他什塔格山西北部，与下伏帕卡布拉克组为平行不整合接触。岩性主要为棕红色中-粗粒岩屑长石砂岩、砂砾岩夹褐红色薄层状钙质泥岩，厚度1535.28m。

1.1.8第四系

（1）下更新统西域组（N2Qp1x）：在吐格曼他什塔格山东、西部大面积出露。岩性主要为青灰色块状砾岩、中-厚层状中-细砾砾岩、含砾砂岩，含砾砂岩夹土黄色透镜状细砂岩、泥质粉砂岩，厚度919.66m。

（2）中-上更新统冲积层（QP2-3al）：出露于区域的西北角，主要为半固-固结状厚层状砂砾岩、砾岩夹褐红色薄层状钙质泥岩。

（3）上更新统冲洪积层（QP3apl）：在区域内大面积分布于山前倾斜平原及洪积扇前缘，由灰黄色松散状砾石、砂砾石、砂土、粉砂土等组成。

1.2构造

区域构造线为北北西向。区内褶皱构造主要为阿其克背斜，矿区位于该背斜的西翼。除此之外，尚未见到较大的构造地质体。

阿其克背斜为一破背斜（又称阿其克鼻状构造），卷入了早古生代-新生代的地层。位于铁克里克北缘断裂以北阿其克山，背斜长约20km，南部宽为8km，北部宽为5km。背斜东翼地层缺失而成为不对称的向西倾的单斜背斜，背斜轴走向为北北西向，北端轴向北北东，核部为寒武系-奥陶系阿其克片岩、千枚岩，泥盆系奇自拉夫组砾岩。北翼保存完整，由石炭系地层、二叠系普司格组、古近系及古-新近系地层组成，岩层倾向280°～360°，由内向外倾角逐渐变缓，由20°～60°变化。古-新近系与二叠系地层之间、石炭系与泥盆系之间的不整合面也卷入褶皱变形。

1.3岩浆岩

区域内岩浆岩不发育，未见岩浆岩分布。

2　矿区地质

2.1地层

矿区出露地层主要有石炭系上统卡拉乌依组、阿孜干组、塔哈奇组及第四系。现将各地层特征叙述如下：

2.1.1上石炭统卡拉乌依组（C2k）

为矿体底板围岩，分布于矿区的东部，呈南北走向的单斜层状产出，岩性为浅灰白色、黄白色厚层状含砾粗粒石英砂岩，顶部为灰褐色、褐紫色薄层状粉砂质泥岩夹灰色薄层状灰岩。地层产状为256°～269°∠29°～42°。该层与上覆阿孜干组为整合接触，出露厚度大于123m。

2.1.2上石炭统阿孜干组（C2a）

为石灰岩矿的赋存层位，分布于矿区的中部，该层与下伏卡拉乌依组为整合接触。根据其岩性特征，将其划分为两层，从下至上分述如下：

（1）上石炭统阿孜干组第一层（C2a1）：该矿层呈南北走向的单斜层状产出，岩性为浅灰色、少量土黄色，中-厚层状微晶灰岩夹灰色薄层状（单层厚10～20cm）钙质粉砂质泥岩，底部偶见少量的含白云质灰岩透镜体。产状251°～270°∠29°～44°，厚度21～61m。

（2）上石炭统阿孜干组第二层（C2a2）：该矿层呈南北走向的单斜层状产出，岩性为紫红色、灰色、深灰色，薄层状泥晶灰岩。产状251°～270°∠31°～44°，厚度37～79m。

2.1.3上石炭统塔哈奇组（C2t）

为矿体顶板地层，分布于矿区的西部，该层与下伏阿孜干组为整合接触。根据其岩性特征，将其划分为两层，从下至上分述如下：

（1）上石炭统塔哈奇组第一层（C2t1）：岩性为浅灰、灰白色，厚层状钙质粗砂岩。产状254°～269°∠32°～43°。厚度7～39m。

（2）上石炭统塔哈奇组第二层（C2t2）：岩性为灰色中-薄层状钙质长石石英细砂岩、钙质粉砂岩夹灰黑色薄层状砂质灰岩。产状252～269°∠32～39°，厚度大于186m。

2.1.4第四系全新统冲积层（Q4al）

分布于矿区的沟谷平缓地带，由松散状砾石、砂砾石、砂等组成，分选性差，砾石直径一般1～10cm，最大达100cm以上，砾石磨圆度一般，多呈次棱角状、次圆状。砾石成分复杂，有砂岩、石英岩、灰岩等。

2.2构造

矿区内构造简单，上石炭统卡拉乌依组、阿孜干组、塔哈奇组是区内出露的主要地层，为一向西倾斜的单斜岩层，地层走向与构造线方向一致，呈近南北向展布的单斜构造。岩层产状基本稳定，总体产状为251°～271°∠29°～44°，构造形态简单，区内未见断裂构造。

2.3岩浆岩

区内无岩浆岩分布。

3　矿体地质

3.1矿体形态、规模与产状

矿体赋存于上石炭统阿孜干组（C2a）地层中，呈近南北向延伸的单斜层状产出，基岩裸露良好，基本无覆盖，矿体地表出露形态为一长条状山脊，矿层分上、下两层，上部为薄层状泥晶灰岩，下部为中—厚层状微晶灰岩，中部夹有一层约10cm厚的灰色、灰黄色钙质粉砂质泥岩。

据基岩露头、工程控制情况来看，矿区范围内矿体南北出露长度约3.7km，控制的矿层厚度稳定，一般厚58.51～126.07m，平均厚94.47m，厚度变化系数为20.03％。总体产状为251°～271°∠29°～44°。矿体内部有少量夹石，夹石厚度较小，延伸不大，对矿石质量影响甚微。

顶板围岩为浅灰、灰白色，厚层状钙质粗砂岩。底板围岩为浅灰白色、黄白色厚层状含砾粗粒石英砂岩，顶部为灰褐色、褐紫色薄层状粉砂质泥岩夹灰色薄层状灰岩。矿体规模为大型。

3.2矿石质量

3.2.1矿石的自然类型及矿物成分

按矿石颜色、结构构造不同，该石灰岩矿石可划分为两个自然类型。现分述如下：

3.2.1.1薄-中厚层状泥晶灰岩

分布于矿层上部。肉眼观察：呈紫红色、灰色、深灰色，层理清晰，层厚一般小于20cm，加稀酸剧烈起泡。镜下鉴定：泥晶结构，块状构造，岩石由泥晶方解石组成。泥晶方解石粒径＜0.004mm，少量粒径0.03～0.004mm的微晶，结构较均匀，含量100％；少量生物屑分布，呈碎片状，粒径0.1mm左右，还有少量石英、褐铁矿零星分布，粒径＜0.1mm。

3.2.1.2厚层状微晶灰岩

分布于矿层下部。肉眼观察：浅灰色、少量土黄色，层理清晰，层厚一般大于50cm，加稀酸剧烈起泡。镜下鉴定：微晶结构，块状构造，岩石主要由微晶方解石组成，含少量生物屑、陆源碎屑。微晶方解石粒径0.03～0.004mm，结构均匀，含量99％；陆源碎屑呈次棱角状-次圆状，零星分布，粒径0.1～0.05mm，成分为石英，少量岩屑，含量1％；生物屑少量分布，粒径0.4～0.2mm，少量海百合茎、介形虫，成分为方解石；含少量尘点状铁质。岩石发育微裂纹，宽0.8～0.2mm，分布有少量方解石。

3.2.2矿石的化学组分

（1）矿区矿石的平均化学成分

全区矿石的化学组分平均值为：CaO 54.26％、MgO 0.32％、SiO21.14％、Al2O30.57％、Fe2O30.30％、K2O 0.07％、Na2O 0.04％、SO30.049％、Cl-0.0048％、烧失量43.01％。

（2）薄-中厚层状泥晶灰岩矿石化学组分

薄-中厚层状泥晶灰岩矿石化学组含量为：CaO 54.07％；MgO 0.22％；SiO21.51％；Al2O30.72％；Fe2O30.31％；K2O 0.07％；Na2O 0.05％；SO30.054％；Cl-0.0051％；烧失量42.78％。矿石主要化学组分含量情况见表1。

由表1可知，CaO、烧失量组分的变化系数为2％～3％，属变化稳定组分；MgO、Al2O3、Fe2O3、K2O、Cl-组分的变化系数为59％～67％，属变化较稳定组分；只有SiO2、Na2O、SO3组分的变化系数为80％～134％，属变化不稳定组分，总体评价泥晶灰岩矿石质量变化较稳定。

表1　泥晶灰岩矿石主要化学组分含量统计表　％

（3）厚层状微晶灰岩矿石化学组分

厚层状微晶灰岩矿石化学组含量为：CaO 54.52％、MgO 0.44％、SiO20.71％、Al2O30.38％、Fe2O30.29％、K2O 0.07％、Na2O 0.03％、SO30.042％、Cl-0.0044％、烧失量43.28％。矿石主要化学组分含量情况见表2。

表2　微晶灰岩矿石主要化学组分含量统计表　％

由表2可知，CaO、烧失量组分的变化系数为2％～3％，属变化稳定组分；Fe2O3、Na2O、Cl-组分的变化系数为53％～61％，属变化较稳定组分；而MgO、SiO2、Al2O3、K2O、SO3组分的变化系数为78％～155％，属变化不稳定组分，总体评价微晶灰岩矿石质量变化较大。

3.2.3矿石主要化学组分的相关性分析

矿石主要化学组分的相关系数见表3。

表3　矿石主要化学组分相关系数表

从表3可以看出：

（1）有益组分CaO与有害组分MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、SO3、Cl-为负相关关系，即当CaO含量增大时，MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、SO3、Cl-含量有减小的趋势；与烧失量为正相关关系。

（2）有害组分MgO与SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、SO3、Cl-为正相关关系，即当MgO含量增大时，SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、SO3、Cl-含量有增大的趋势；而MgO与烧失量为负相关关系。

3.2.4矿石的其它化学组分

化学多元素分析结果：CaO 55.51％～53.97％、mgO 0.28％～0.14％、SiO21.60％～0.26％、Al2O30.65％～0.19％、Fe2O30.30％～0.10％、K2O 0.06％～0.02％、Na2O 0.06％～0.02％、SO30.099％～0.033％、TiO20.063％～0.043％、P2O50.0110％～0.0064％、Mn3O40.110％～0.063％、Cl-0.0056％～0.0035％、烧失量43.67％～42.91％。

3.3矿石品级

根据中华人民共和国地质矿产行业标准《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》（DZ/T 0213-2002）附录D.6表中水泥用石灰质原料矿石化学成分一般要求，矿区内的石灰岩矿石主要化学组分的平均值为：CaO 54.26％、MgO 0.32％、K2O+Na2O 0.11％、SO30.049％、Cl-0.0048％。矿石品级均达到了Ⅰ级品的要求。

3.4矿体围岩及夹层

3.4.1矿体围岩

底板围岩为上石炭统卡拉乌依组（C2k）地层中的浅灰白色、黄白色厚层状含砾粗粒石英砂岩，顶部为灰褐色、褐紫色薄层状粉砂质泥岩夹灰色薄层状灰岩。与矿体呈整合接触。顶板围岩为上石炭统塔哈奇组第一层（C2t1）地层中的浅灰、灰白色，厚层状钙质粗砂岩。与矿体呈整合接触。

3.4.2夹层

矿体内部夹层较少，厚度一般都小于10m，夹层延伸不长，对矿体的影响不大。夹层有两种类型：一种为含矿夹层，即矿石主要化学组分低于工业指标要求的石灰岩；另一种为矿层中间夹杂少量的钙质砂岩和粉砂质泥岩。