渝东方斗山水泥灰岩矿地质特征及成因浅析

付隆荣

（中国建筑材料工业地质勘查中心四川总队，四川 成都 610000）

1 区域地质背景

矿区大地构造位置处于新华夏系第三隆起带和第三沉降带之接合部位。亦即川鄂湘黔隆褶带之北西缘和四川沉降褶带之川东褶带的万县弧形构造，在齐耀山背斜西侧斜接复合[1]。齐耀山脉北西属四川盆地分区万县小区、通江小区，出露地层主要有上古生界二叠系(P)；中生界三叠系(T)、侏罗系(J)等一套海相—陆相地层，其中、下二叠—三叠统为滨海至浅海相碳酸盐岩沉积发育区，石灰岩、白云岩、隐伏石膏、岩盐等矿产资源丰富，上三叠统至侏罗系为内陆湖泊沼泽含煤碎屑岩建造—内陆河湖相红色碎屑岩建造，煤、铁、砂岩、粘土岩及耐火粘土等矿产资源较多。区域构造属忠县及石柱县域的万县弧形构造，由北北东向弯转为近东西走向的马头场向斜、龙驹坝背斜、赶场向斜、方斗山背斜、忠县向斜、涂井场背斜及万县向斜组成，褶皱形态为宽阔平缓的屉形向斜和梳状高背斜相间排列，组成隔挡式构造，主背斜西段北西翼缓、南东翼陡，东段亦北翼缓、南翼陡，反应由北西往南东的地应力的主动作用。茨竹垭正断层发育方斗山背斜东段南东翼，楠木垭—大垭口逆断层及茶店斜冲断层发育方斗山背斜轴部，组成现今地貌地质特征。该区未见岩浆活动及变质作用。

方斗山水泥灰岩含矿层位有三叠系大冶组(T1d)、嘉陵江组(T1j)、巴东组(T2b)[1]，各组按岩性组合分为四段。大冶组：一、四段以泥页岩为主，夹泥质灰岩、灰岩；二段由薄层含泥灰岩、泥质灰岩、灰岩夹少量页岩组成，厚126～283m；三段由中厚层灰岩夹鲕状灰岩组成，长70km，厚130～181m，矿石质优量大，是渝东境域最优的水泥灰岩矿源层。嘉陵江组：二、四段分别由厚层角砾状灰岩、白云质灰岩及白云岩组成，含石膏、卤水及天燃气；一、三段分别由薄—厚层灰岩、泥质灰岩夹白云质灰岩组成，长≥88km，总厚375m，虽灰岩层规模大，但灰岩中CaO、MgO含量变化较频繁，K2O+Na2O含量高，低钙高镁及高碱夹石较多，符合一般工业要求的矿石资源量较小，仍属渝东地区一般的水泥灰岩矿源层。巴东组：二、四段分别由紫红色泥页岩夹同色石英粉砂岩及泥灰岩组成，含石膏及铜砂岩；一、三段由薄—中厚层泥质灰岩夹白云质灰岩及钙质页岩组成，长82～89km，总厚114～465m，泥质灰岩中CaO含量偏低、MgO含量稍高，沿走向及厚度方向变化大，K2O+Na2O含量很高，矿量很小，为渝东忠县、石柱县境内最次的水泥灰岩矿源层。嘉陵江组和巴东组中水泥灰岩矿源层质量从一般至较差，本文仅介绍大冶组水泥灰岩矿床。

2 典型矿床地质特征

2.1 地层

矿区出露地层有上二叠统长兴组、下三叠统大冶组及嘉陵江组和第四系，由老至新叙述如下[2]。

(1) 长兴组(P2c)：灰、深灰色厚层含燧石灰岩，黑灰色燧石团块平行层理分布，出露厚＞40m。

(2) 大冶组(T1d)：按岩性组合特征分四段。

第一段(T1d1)：黄灰—黄褐色钙质泥岩、页岩为主，夹少量薄层泥质灰岩，厚35m，与下伏长兴组地层呈假整合接触。

第二段(T1d2)：黄灰、深灰色薄层含泥质灰岩为主，夹薄—中层微晶灰岩及薄层泥质灰岩，厚67～73m，是矿体的底板围岩。

第三段(T1d3)：是矿体的赋矿层位，分五层。①第一层(T1d3-1)：浅灰色中厚层微晶及粉晶灰岩为主，夹薄层蠕虫状灰岩，风化面微带浅黄色，为第一矿层，厚143.90～170.45m；②第二层(T1d3-2)：浅灰、灰白色中厚层鲕状灰岩，含少量生物碎屑，为第二矿层，厚10.86～15.50m；③第三层(T1d3-3)：浅灰、灰色中厚层微晶及细晶灰岩为主，中下部夹少量鲕状灰岩，底、上部各夹一层厚0.8～1.1m的含白云质灰岩，为第三矿层，厚48.51～90.85m；④第四层(T1d3-4)：黄灰色薄层泥质灰岩，是三、五层间的低钙夹层，厚1.20～6.70m；⑤第五层(T1d3-5)：浅灰、灰色中厚层微晶灰岩，底有一层浅黄色含泥质灰岩，为第四矿层，厚35.95～45.40m。

第四段(T1d4)：紫红色钙质泥岩为主，夹浅黄色薄层泥质灰岩，厚25.80～28.00m，是矿体的顶板围岩。

(3) 嘉陵江组(T1j)：浅灰—灰色薄—厚层灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩、角砾状灰岩及白云岩不等厚互层，厚＞492m，与下伏大冶组地层整合接触。

2.2 构造

矿区位于方斗山背斜北西翼，地层呈较陡倾单斜层状产出，倾向305～315°，倾角55～65°，矿体内节理裂隙较不发育，未见断层，岩(矿)层厚度较稳定，矿区地质构造简单。

矿区大冶组二、三段为可溶性碳酸盐类地层，沿节理裂隙容易被水溶蚀，经化学作用，辅以机械作用等形成千姿百态的岩溶地貌，形成以溶蚀—侵蚀类型为主的溶洞、蜂窝状溶坑、溶沟、溶槽等。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

表1 水泥灰岩各矿层特征及主要化学成分

从表1可见，各矿层的厚度变化均不大，属稳定型；各矿层有益组分CaO、有害成分MgO、K2O+Na2O、SO3、Cl-品位变化较小，属均匀型。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石类型及矿物成分

根据矿石的矿物成分及含量、结构、构造等特征，石灰岩矿石自然类型可划分为粉晶、微晶、细晶灰岩和亮晶鲕状灰岩，统称为中厚层石灰岩，工业类型为水泥用石灰岩矿石。

矿石为浅灰、黄灰、灰、灰白色，微晶结构、粉晶结构、细晶结构、亮晶真鲕粒结构，中厚层致密块状构造。

矿石的矿物成分主要为方解石，粒径≤0.25mm，含量98%～95%，矿石局部发育细小裂隙，其内充填有微细粒方解石。

矿石脉石矿物主要为白云石，粒径≤0.25mm，含量＜5%，铁泥质呈粒状及片状产出，含量＜3%。

3.2.2 矿石化学成分

矿石化学成分见表2，矿石质量沿走向及倾向均很稳定，为水泥用优质石灰岩矿石。

3.3 矿体围岩及夹层特征

3.3.1 矿体围岩

石灰岩矿体呈层状，绝大部分裸露地表。顶板围岩为大冶组四段紫红色泥页岩夹薄层泥质灰岩，与矿层易于区分；底板围岩为大冶组二段地层与矿层呈渐变过渡关系，但以岩层组合特征可与矿层相区分。

表2 各类矿石化学成分分析结果(%)

3.3.2 夹层特征

根据圈矿工业指标要求，经工程揭露石灰岩矿体中，有低钙(CaO＜48%)和高镁(MgO＞3%)及高碱(K2O+Na2O＞5%)的夹石体(层)7个，多为透镜状产出，个别为层状或似层状分布，各夹石体厚度及主要化学成分(见表3)，G1、G2可综合利用，其余夹石体(层)较稳定，作废石剔除为宜。

表3 各类夹石体厚度及主要化学成分

4 矿床成因及找矿标志

本区中生代受万州、咸丰、酉阳古坳陷的限制，迁就其形态，继续发育北东向的隆起坳陷，早中三叠世沉积中心位于恩施、巴东一线，为碳酸盐相建造，厚1 600m。从岩性层序关系分析，早三叠世分大冶期及嘉陵江期。大冶期早期所沉积的岩性为灰—黄灰—深灰色页岩、有机质页岩、薄层泥质灰岩及灰岩，说明当时沉积环境为间断性动荡运动；大冶期中期由动荡的滨海—浅海环境转变为相对稳定的浅海相环境，并持续相对较长的一段时间，先沉积大冶组二段一套浅灰色薄层泥质灰岩、含泥质灰岩、灰岩及少量页岩后，连续沉积大冶组三段厚大的浅灰、灰色中厚层灰岩；大冶期晚期沉积环境由稳定再次转变为旱季动荡环境，形成大冶组四段紫红色泥岩、泥质灰岩及白云质页岩。早三叠世晚期，生成齐耀山、方斗山北东向水下隆起封闭，高地上水浅咸化，膏盐富集。嘉陵江期沉积厚533～1 041m的浅海—泻湖相含膏盐碳酸盐岩沉积建造。中三叠世巴东期沉积紫红色碎屑岩夹膏盐碳酸盐岩，本区受印支运动影响，巴东期后转换抬升为陆地，长期经受风化剥蚀，开始了崭新的陆相沉积。从地层中赋存的生物碎屑来看，为瓣鳃类及菊石，也说明当时沉积环境为浅海相，故本矿床属浅海相化学—生物化学沉积矿床。

寻找下三叠统大冶组三段地层是勘查大冶组时期沉积的水泥灰岩矿最有效途径，方斗山地区该组三段地层是寻找水泥灰岩的有利层位。在找矿过程中要注意层控性和岩性标志。