淮北地区中寒武世徐庄期至晚寒武世崮山期南北沉积环境差异探讨

刘运标

（安徽省地质矿产勘查局325地质队， 安徽淮北 235037）

0 引言

淮北地区中上寒武统分布大量海相沉积灰岩，但在中寒武世徐庄期至晚寒武世崮山期，南北距离相差30公里的同时期岩石中Ca、Mg含量差异较大，南部形成富镁碳酸盐岩，部分岩层形成冶金用白云岩矿，MgO含量在20%左右，CaO含量只有31%左右；而同层岩性，北部却形成了富钙少镁碳酸盐岩，部分岩层形成水泥用灰岩矿，MgO含量小于4%，CaO含量在53%左右。如此短的距离内Ca、Mg含量差异如此之大，反映出本区中上寒武世具有特殊的沉积环境，本文对此作初步探讨。

1 地理位置及代表矿区概况

淮北地区中上寒武统灰岩在燕山运动之后形成了出露地表的现状。主要分布在符离集断层以北，宿州市埇桥区北部、萧县和淮北市北部范围内。该层位地层形成了众多的有经济意义的灰岩矿区，现南部以宿州打鼓山白云岩矿区、北部以淮北市滂汪山水泥灰岩矿区为例（两地相距30km，见图1），对本区南北寒武系中上统灰岩矿层进行概述。

图1 交通位置图Fig.1 Location map of the study area

淮北市滂汪山水泥灰岩矿床位于淮北市北4.5km处滂汪山上。1983年8月原安徽省地矿局三二五地质队在该区开展水泥灰岩勘查工作，提交了《安徽省淮北地区滂汪山水泥灰岩矿床详细普查地质报告》。通过详查，水泥灰岩矿分布在寒武系徐庄组上部、张夏组和崮山组下部，探明储量C+D级3228.9×104t，为淮北矿务局水泥厂源料矿山基地。

宿州市打鼓山白云岩矿床位于宿州市符离集北5.5km处，1992年10月原安徽省地矿局三二五地质队在此开展白云岩矿勘查工作，提交了《安徽省宿县打鼓山白云岩矿床详查地质报告》，矿层主要分布于张夏组上部，崮山组上部及长山组顶部。

上述二地质报告对矿床成矿机理研究不足，因此本文尝试对该矿床岩性特征进行研究，从而对本区中寒武世徐庄期至晚寒武世崮山期成岩机理作些探讨。

2 区域地质背景

2.1 地层

淮北地区地层划分属华北地层区，淮河地层分区的淮北地层小区范畴，为标准的北相地层，出露地层有中、下奥陶系，寒武系和少量震旦系，其余为第四系覆盖。奥陶、寒武纪地层主要分布在区内皇藏峪背斜和萧县背斜，少量震旦纪地层分布在皇藏峪背斜东部。现将主要的寒武、奥陶纪地层岩性叙述如下：

2.1.1 寒武系

下寒武统（∈1）：下部含海绿石灰岩，肝紫色页岩，中部中厚层豹皮状灰岩，上部中薄层灰岩，泥质灰岩，紫色页岩与砂质页岩互层。厚度大于200m。

中寒武统（∈2）：下部中厚层至厚层灰岩，含白云质灰岩，瘤状灰岩，中部中薄至厚层状鲕粒含白云质灰岩，豹皮状含白云质灰岩，上部厚层状鲕粒含白云质灰岩，厚约400m左右。

中寒武统（∈3）：中薄到中厚层豹皮状、条带状灰岩夹竹叶状灰岩，顶部为中厚层含泥质灰质白云岩，厚度250m左右。

2.1.2 奥陶系

下奥陶统（O1）：下部中薄层至中厚层灰岩、白云质灰岩、角砾状泥质白云质灰岩；中部中薄至厚层灰质白云岩，上部为中厚到厚层灰岩、斑纹状白云质灰岩，厚度400m左右。

中奥陶统（O2）：中厚层含泥质白云岩夹薄层灰岩，厚度40m左右。

2.2 构造

本区主要构造线方向为北东向，由西向东分布有蒋河向斜、萧县背斜、闸河复向斜、皇藏峪复式背斜；主要断层有青龙山断层、杨庄地堑一、二号断层、宿北断层。打鼓山白云岩矿区位于皇藏峪复式北斜南部，滂汪山水泥灰岩矿区位于萧县背斜南部。

2.3 岩浆岩

本区岩浆岩主要为燕山期侵入的中酸性岩体，分布在南部的三铺复式隐伏财体，中部的丁里岩体（微粒花岗岩）及东部的磨山岩（花岗闪长岩）等。其中三铺岩体是本区铁铜矿床主要的矿源层。

3 中寒武世徐庄期至晚寒武世崮山期岩层地质特征

本区中寒武世徐庄期至晚寒武世崮山期海相地层普遍发育，但南北岩性有所区别，现以上述两矿区地层进行对比说明。

徐庄组（∈2x）：南部打鼓山白云岩矿区： 中部为紫红色薄层状长石石英砂岩、砂质页岩；上部为浅灰、灰色中厚-厚层鲕粒状含白云质灰岩。北部滂汪山矿区：中部灰-青灰色含白云质生物碎屑灰岩；上部灰色鲕状灰岩。对比可知，南部长英质成份较多，岩层相对较薄，说明此时沉积环境南部比北部稍高。由下表可以看出，南部地层MgO含量普遍比北部高，CaO含量相反(表1)。

表1 徐庄组中上部MgO、CaO含量对照表Table 1Comparison of MgO and CaO content in the midupper Xuzhuang Formation

张夏组（∈2z）；南部矿区：中下部为浅灰色厚层状鲕状含白云质灰岩、斑纹状含白云质灰岩，上部为灰黑色、灰褐红色厚层状、块状鲕状白云岩、细粒白云岩、鲕状灰质白云岩。白云岩矿赋存于本组上部。北部矿区：下部灰红色中薄层斑纹状鲕粒灰岩；中部灰-灰红色中厚层鲕状类斑状灰岩（斑纹为白云质灰岩），上部灰色中-厚层斑纹状灰岩。该层为主要的水泥灰岩层位。对比可知，该层南部以白云岩为主，白云质灰岩次之，含Mg较高。北部以灰岩为主，白云质灰岩次之，含Ca（详见表2）南北岩性差异较大。

表2 张夏组MgO、CaO含量对照表Table 2 Comparison of MgO and CaO content in the Zhangxia Formation

晚寒武系崮山组（∈3g）：南部矿区：下部为灰色厚层状泥晶鲕状灰质白云岩、鲕状白云质灰岩，中部为灰黄色条带状含白云质灰岩；上部为褐红色厚层状亮晶鲕状白云岩，细粒白云岩。白云岩赋于本组上部。北部矿区：下部灰-灰红色中厚层状鲕状灰岩夹白云质鲕状灰岩；中部灰黄色灰岩夹含白云质灰岩；上部灰色中厚层鲕状灰岩，灰色-灰黄色薄层灰岩、含白云质灰岩。水泥灰岩分布于该层的鲕状灰岩及薄层灰岩中。对比可知，南部以灰质白云岩、白云岩为主，含Mg较高。北部以灰岩为主，白云质灰岩次之，含Ca较高，含Mg较低。经统计，本组Mg、Ca含量南北差异详见表3。

表3 崮山组MgO、CaO含量对照表Table 3 Comparison of MgO and CaO content in the Gushan Formation

4 成岩差异机理分析

由前述岩性特性分析可知，淮北地区中寒武世徐庄期到晚寒武世崮山期形成的地层岩性有很大差异，同期地层，南部含Mg较高，形成富Mg碳酸盐岩，部分地层形成白云岩矿；而北部地层含Ca较高，含Mg少，形成富Ca、低Mg碳酸盐岩，一些地层可作为水泥用灰岩矿。形成此现象与成岩时古地理沉积环境有较大关系，对此进行详细探讨。

根据区域地质背景资料，在中元古代末发生的凤阳构造运动后，华北和北淮阳地区隆起成陆，经较长期的相对稳定和剥蚀后，在青白口纪海水入侵，形成黄淮海。

早寒武世晚期（相当于猴家山组上部至馒头组的沉积时期）,黄淮海的海水加深,流通条件明显变好,为开阔台地相沉积所替代,但泥质成分稍高,时含海绿石。岩石的颜色以灰、紫红色为主,代表还原至氧化环境，本区出现的馒头组紫色页岩为突出代表。泥岩的经常出现,表明黄淮海的间歇性升降运动较为频繁,有时可能露出水面。

中寒武世（相当毛庄组至张夏组的沉积时期）至晚寒武世早期,也就是本文所说的打鼓山白云岩矿床的沉积时期,这一时期黄淮海除了间歇性升降运动较为频繁、水动力稍有增强外,其沉积环境与早寒武世晚期基本相似,但此时蚌埠一带虽未隆起，但相对位置还是比较高，即从宿州北打鼓山一带往南相对地势比较高，海水较北部浅。此时整个海域形成鲕粒状灰岩和生物碎屑灰岩，只是打鼓山矿区以南海域时有蒸发，水体盐度较大，形成富镁碳酸盐岩，部分形成白云岩矿，如打鼓山白云岩矿、黄山白云岩矿等。二矿区白云岩矿主要赋存于夏组上部和崮山组上部，其余多为白云质灰岩。打鼓山矿区往北，海水慢慢加深，形成灰色灰岩，部分达到水泥灰岩（如滂汪山水泥灰矿），气候干燥时，形成白云质灰。所以在淮北地区北部徐庄组、张夏组及崮山组均有水泥灰岩矿，CaO含量较高，但MgO含量不稳定，常在3%上下波动，此现象与当时古气候干旱时成岩有关，所以矿层也不稳定。另外,本时段也形成豹皮状、条带状白云质灰岩,是持续高能的潮下带的产物,其中角砾都呈扁长形,扁平面平行层理,圆度及分选性较好,长短径大多分别为1～10cm及0.5～3cm,边缘圆滑,酷象竹叶,常称为竹叶状灰岩(图2)。

图2 晚寒武世淮河台坳剖面Fig. 2 Platform downwarp section of Huaihe River, Late Cambrian

晚寒武世早期（相当崮山组上部的沉积时期）,在蚌埠一带又成为隆起区,起着障壁岛的作用。海水北畅南滞,造成淮南与淮北的沉积环境有明显差异。淮北地区的沉积环境仍与早时相似,为开阔台地相沉积;而淮南、霍邱一带则为局限台地相或局限蒸发台地相沉积,形成厚、中厚层白云岩、白云质灰岩。淮北地区虽然为开阔台地相沉积，但靠近隆起区为台地潮缘区，若在潮间带，气候干旱炎热，水体盐度大（4.5%～5%），碱性环境时，镁含量就会增高，可形成富镁碳酸盐岩，甚至形成白云岩矿。打鼓山白云岩矿上部崮山组白云岩就是在该位置该种环境下形成的矿区。而往北远离隆起区的稍深的海域，如滂汪山矿区，为正常的开阔台地相沉积环境，形成正常的含钙较高含镁较少的灰岩，部分岩层形成了水泥灰岩矿。

5 结论

中寒武世徐庄组期至晚寒武世早期，黄淮海间歇性升降运动较为频繁、水动力稍有增加，打鼓山白云岩矿区距离蚌埠一带未隆起区较近，相对位置较高，该区以南海域时有蒸发，水体盐度较大，形成富镁碳酸盐岩，部分形成白云岩矿，即打鼓山白云岩矿。打鼓山矿区往北，海水慢慢加深，形成灰色灰岩，部分达到水泥灰岩，如滂汪山水泥灰矿。晚寒武世早期崮山期,在蚌埠一带复又成为隆起区,淮北地区为开阔台地相沉，但靠近隆起区为台地潮缘区，潮间带，气候干旱炎热，水体盐度大（4.5%～5%），碱性环境时，镁含量就会增高，可形成富镁碳酸盐岩，甚至形成白云岩，如打鼓山白云岩矿。而往北远离隆起区的稍深的海区，为正常的开阔台地相沉积环境，形成正常的含钙较高含镁较少的灰岩，部分岩层形成了水泥灰岩矿，如滂汪山水泥灰岩矿。

参考文献：

[1]安徽省地质矿产局. 安徽省区域地质志[R]. 1987.

[2]安徽省地质矿产勘查局325地质队 .安徽省淮北地区滂汪山水泥灰岩矿床详细普查地质报告[R] 1983.

[3]安徽省地质矿产勘查局325地质队. 安徽省宿县打鼓山白云岩矿床详查地质报告[R].1992.

[4]安徽省地质矿产勘查局325地质队. 中华人民共和国地质图说明书 1：5万 11幅[R].2012.