内蒙古哈北山地区水泥用石灰岩矿床地质特征及开采技术条件

刘明君

（中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古 呼和浩特 010010）

呼伦贝尔市东靠黑龙江省，西邻蒙古共和国，北与俄罗斯接壤，目前已经成为我国北方国际贸易的重要窗口。随着我国世贸交易飞速发展，呼伦贝尔市的经济建设得到了蓬勃发展，城乡及能源基地建设规模空前，特别是在海拉尔区周边的国家重点项目的建设和展开，对水泥的需求量将急剧增加。此外水泥产品出口俄罗斯为当地水泥市场提供了更为广阔的空间。哈北山水泥用石灰岩矿床的发现，将提高当地水泥工业的技术水平，有利于调整全区的水泥工业布局。并改善内蒙古东部区的水泥工业结构，进一步促进该地区的经济建设。因此，本石灰石矿山的开采与开发具有非常大的经济价值和社会效益。

1 哈北山地区地质概况

1.1 地层

哈北山地区位于新华夏系第三巨型沉降带华北段与蒙古弧型构造东段南缘的交汇处。在海拉尔东西向构造带和蒙古弧型构造谢尔塔拉—新峰山复式背斜的复合部位。区内出露的地层主要有上古生界泥盆组火山沉积岩系、中生界火山岩系及新生界古近系—新近系、第四系地层(见图1)。

1.1.1 上古生界

上泥盆统大民山组(D3d)位于哈北山西南部日当山西侧及谢尔塔拉牧场—分场周围，零星出露。主要由酸性凝灰岩、火山碎屑岩组成。该组地层被上石炭统谢尔塔拉组地层不整合覆盖。

下石炭统莫尔根河组(C1m)地层共分三段。①下段为砂砾岩段(C1m1)：只在日当山西侧及天月山、哈北山西侧有小面积出露，主要由砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩及钙质粉砂岩组成，此岩段厚度＞66m；②中段为生物碎屑灰岩段(C1m2)：在日当山、天月山一带均有出露，其上部以生物碎屑灰岩为主，下部泥质灰岩、钙质粉砂岩呈互层状产出，该岩段最大厚度250m；③上段为粉砂岩、粘土岩段(C1m3)：此段分布广，主要以粉砂岩、粘土岩为主，其间夹有石灰岩透镜体或夹层，该岩段厚度＞210m。

1.1.2 中生界上侏罗统(J3)

该组地层分布于哈北山东部、东南部及西北部。分为两个组四个岩段，下部为塔木兰沟组，上部为满克头鄂博组。

图1 哈北山区域地质简图

(1) 塔木兰沟组(J3tm)安山岩段出露于矿区东南部。由安山岩、石英安山岩、角砾状安山岩等组成。此段厚度288m。

(2) 满克头鄂博组(J3mk)。

一岩段酸性熔岩(J3mk1)。该段地层零星出露于东部地势较高部位，由灰—灰白—浅绿色流纹岩、灰白色流纹质凝灰熔岩等组成。

二岩段酸性凝灰岩(J3mk2)。该岩段主要由流纹质凝灰岩、角砾状凝灰熔岩等组成。虽厚度不大，但分布较广泛。该岩段厚度57m。

三岩段凝灰质砂页岩(J3mk3)。于南东、东北及西北角均有零星出露。主要有灰白—浅紫灰色凝灰质砂岩、夹薄层凝灰质砂岩、火山角砾岩等组成。该岩段厚度335m。

1.1.3 新生界

新近系上新统五叉沟组(N2wc)。该组地层分布在北部东大沟一带，为一固结成岩作用较差的内陆湖泊相沉积。主要为灰黑色泥岩，岩石固结性差，含有较多的炭屑、植物化石碎片及孢子花粉等化石。该组地层不整合覆盖在上侏罗统吉祥峰组地层之上，沉积厚度50～150m。

第四系(Q)。本区第四系发育齐全、遍布全区，且厚度较大。自下而上有下更新统的白土山组(Q1b)红色粘土堆积；中更新统绰纳河组(Q2c2)，下部湖泊相及古河床相堆积；上更新统海拉尔组(Q3ha2)；全新统河漫滩相冲积物(Q4)。厚度一般30～60m，最厚达122.15m。

1.2 岩浆岩

海西活动使本区古老岩层发生了褶皱与断裂，岩浆沿着断裂及褶皱轴上侵，形成了以斜长花岗岩及斜长花岗斑岩为主的小规模酸性侵入体。岩体多呈岩株及岩枝状分布于日当山、哈北山及红胡子沟等地，最大出露面积2.5km2。

燕山早期侵入岩以酸性为主，次为中性、中基性。多为浅成或超浅成相，呈岩株、岩脉等形态产出。

1.3 构造

区域性纬向构造表现为压性—压扭性断裂，蒙古弧型构造表现为一系列北东向褶皱和断裂。新华夏系是在蒙古弧型构造体系的基础上发展起来的，它控制了区内大面积的侏罗系火山及次火山岩的形成和分布。

2 矿床地质特征

2.1 含矿地层特征

下石炭统莫尔根河组为一套浅海相及海陆交互相沉积地层。划分为下、中、上三段，下段为砂砾岩段(C1m1)、中段为生物碎屑灰岩段(C1m2)、上段为粉砂岩、泥岩段(C1m3)。石灰岩赋存于莫尔根河组中段(C1m2)，岩性为生物碎屑灰岩。

下石炭统莫尔根河组中段(C1m2)分布于矿区中部，根据岩性及其组合特征将其分为泥灰岩钙质砂岩、生物碎屑灰岩两个亚段，其岩性特征为：

(1) 钙质砂岩(C1m2-1)：岩石呈灰绿色，细—粉砂结构，块状及层状构造。碎屑主要由石英砂及少量岩屑组成。砂屑多呈次棱角状，分选性好，粒度0.2～1.0mm。胶结物由方解石及少量次生绿泥石、绿帘石组成，粒度0.05～0.3mm，充填在碎屑间隙中。

(2) 生物碎屑灰岩亚段(C1m2-2)：该亚段岩石组成较单一，主要为生物碎屑灰岩，内夹砂质细微晶灰岩薄层。分布在矿区中部，呈近南北向分布。该层是主要的含矿层位。

生物碎屑灰岩呈深灰—灰白色，生物碎屑结构，块状及厚层状构造。岩石主要由生物碎屑、胶结物及少量陆源碎屑组成。生物碎屑含量一般为15%～75%，个别可达90%。生物碎屑均为钙质充填，杂乱分布，粒径多在0.3～2.5mm，个别达3.5mm。胶结物以隐晶及微晶方解石为主，粒径0.01mm以下，含量15%～40%，其含量与生物碎屑互为消长关系。陆源碎屑以石英粉砂、泥质及少量岩屑组成。含量＜5%，该段最大厚度＞150m，平均厚度40.63m。

泥岩、含生物碎屑粉砂岩，岩石呈浅黄—浅绿色，粉砂结构、块状及层状构造。主要矿物由石英粉砂组成，并含有少量长石颗粒。该层为海陆交互相的过渡部位，岩石结构相变频繁，表现为粉砂岩与泥岩互层状产出。

2.2 矿体特征

石灰岩矿床赋存于下石炭统莫尔根河组中段地层中，该层在矿区分布比较集中，呈近南西—北东向延伸，地表形态为“S”形。最大延伸长度约2.8km，出露宽度400～700m，含矿层南西端与日当山矿体相连，北东端延出区外。矿体长900m，宽220～600m，由于矿体受风化剥蚀程度的不同，各工程所控制的矿体厚度也各不相等，最大69.35m，最小13.27m，平均厚度40.63m，厚度变化系数43%。矿体为缓倾斜的背斜形态，背斜轴呈南西—北东向分布，北西翼倾角7～8°，倾向北西；南东翼倾角2～7°、倾向南东。局部受侵入岩的挤压，产状变陡。

2.3 矿石质量

根据《矿产资源工业要求手册》[1]及行业标准DZ/T0213-2002《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》[2]中熔水泥用石灰岩一般工业指标要求，矿体主要有益有害组合品位变化系数(%)：矿区CaO平均为49.77、MgO为0.85， fSiO2为3.55。选择矿区中部的勘查线各单工程平均品位后再计算出矿体沿倾斜方向品位变化系数(%)：CaO为0.24、MgO为0.39、fSiO2为0.85。选择纵剖面上各单工程平均品位后再计算出矿体沿走向品位变化系数(%)：CaO为0.20、MgO为0.28、fSiO2为0.50。从以上计算结果来看，按工业指标圈定的矿体范围内的主要有益有害元素的含量较稳定(见图2)。

图2 品位变化曲线

2.4 围岩及夹石

矿体围岩主要是其顶部的大面积覆盖层，其直接顶板岩性为紫红色粘土及亚砂土。在矿体西侧则有面积很小且厚度很薄的泥岩及粉砂岩。亚砂土及粘土物质质地疏松或虽然致密，但仅为半固结状，便于彻底剥离。泥岩及粉砂岩因近地表，风化程度较高，岩石强度减弱，同样便于剥离。经采样化验，粘土中的有害组合均在水泥原料允许范围内。开采时局部混入对矿石质量不会产生大的影响。

矿体内的夹层比较单一，主要为含砂质生物碎屑灰岩，其次为少量的砂岩透镜体。

2.5 矿石加工技术性能

经过对生料做易烧性试验，采用石灰石、硅石(或硅砂)、粉煤灰和铁矿粉配料，用当地拉布达林煤作为熟料烧成燃料，熟料率值较适宜且便于调整、熟料碱含量低。根据熟料中fCaO测定及熟料岩相鉴定，熟料晶形规则，矿物结构较好，煅烧正常，生料易烧性属“中等”。产品为普通325#、425#硅酸盐水泥及复合325#水泥、其质量均符合国家标准。

3 矿床成因

该区泥盆纪晚期，火山活动频繁，沉积了一套火山沉积岩，地壳开始上升，接受风化剥蚀作用，直到早石炭纪早期，地壳开始下降，剥蚀夷平作用结束，该区开始接受沉积。到早石炭纪中期，地壳仍在下降，陆地被海水淹没，大量海生动植物开始繁衍生息，在相对稳定的环境下，该地沉积了一套厚度较大的浅海相生物化学沉积地层。到晚石炭纪晚期，海退开始，形成海陆交互相沉积环境。

4 矿区开采技术条件

根据GB18306-2015附录《中国地震动峰值加速度区划图》图A1[3]得知，矿区地震动峰值加速度为0.05、对照烈度为6度。

矿区水文地质和工程地质工作按照国家标准GB12719-1991《矿区水文地质工程地质勘探规范》[4]要求，随地质勘探工作同时进行。对全部深孔进行了简易水文观测。通过本次勘查，基本查明该矿区主采层位于侵蚀基准面以上，勘查类型属Ⅱ类2型(Ⅱ-2)，即水文、工程与环境地质条件简单。可以为矿床的技术经济评价及矿山建设可行性研究和设计提供依据。