福建大田狮古洞矿区黑色冶金用熔剂灰岩矿地质特征及成因探讨

刘检生

(福建省闽西地质大队，三明，365000)

狮古洞黑色冶金用熔剂灰岩矿床位于大田广平镇、沙县湖源乡，地处大田—龙岩坳陷区东北端。广平—龙岩复式向斜北端部广平—建爱中深层次的逆冲推覆断层[1，2]在区内发育。近年来，闽西南广平推覆构造体下相继发现了煤和一批多金属矿[3]，如坑口、苏桥、元沙3个隐伏煤矿井田[注]福建省闽西地质大队，福建省大田县奇韬煤矿区广平坑口井田普终报告，1995。[注]福建省闽西地质大队，福建省大田县奇韬煤矿区苏桥井田详查(最终)报告，2005。[注]福建省闽西地质大队，福建省大田县奇韬煤矿区元沙井田详查(最终)报告，2007。，大田元沙铅锌矿床[4]，龙凤场中型铁硫多金属矿等。狮古洞矿区深部发现埋藏深、厚度大、品质好的石灰岩，2012～2016年经普查、详查、勘探工作确定为大型黑色冶金用熔剂灰岩矿床[注]福建省闽西地质大队，福建省大田县狮古洞矿区黑色冶金用熔剂灰岩矿详查报告，2016。[注]福建省闽西地质大队，福建省大田—沙县狮古洞矿区黑色冶金用熔剂灰岩矿、水泥用灰岩勘探报告，2018。。

1 矿区地质

1.1 地层

矿区出露地层简单，自老到新有新元古代大岭(岩)组、晚泥盆世天瓦岽组和桃子坑组、早石炭世林地组、早二叠世船山组、中二叠世栖霞组及新生代第四纪全新世地层(图1)，并对各组岩性特征和船山组3个标志层进行详细描述(表1)。

船山组主要岩性为青灰色中-厚层状微晶灰岩、(含)生物碎屑灰岩，微晶灰岩中见豹纹状微晶灰岩、扁豆状微晶灰岩。上、中部常夹有泥质灰岩、硅质灰岩、白云质灰岩，底部往往有较多的泥质灰岩、含生物碎屑泥质灰岩、白云质灰岩。通过矿区钻孔岩性对比，建立了3个标志层：豹纹状-大扁豆状灰岩组合、白云质灰岩、小扁豆状灰岩。

图1 大田狮古洞矿区地质略图Fig.1 The geological map of Shigudong deposit in Datian county1—第四纪全新世；2—早二叠世船山组；3—晚泥盆世桃子坑组；4—晚泥盆世天瓦岽组；5—新元古代大岭(岩)组；6—断层破碎带；7—实测地质界线/不整合地质界线；8—实测逆断层及编号；9—实测性质不明断层；10—推测性质不明断层；11—逆冲推覆断层；12—隐伏背斜/向斜；13—勘探线及编号；14—A-A'纵剖面线；15—钻孔位置；16—矿区范围

豹纹状-大扁豆状灰岩组合：分布在船山组上部Ⅲ矿体中。豹纹状灰岩是由微晶灰岩组成，含炭泥质相对较多的深灰色灰岩与较纯净的浅灰色-灰白色灰岩相间出现，在切面上形成豹纹状花纹的构造，宽一般1～3 cm，厚度1～8 m(照片1-c)。显微镜下岩石全由方解石组成，含少量生物碎屑。呈泥微晶结构，块状构造。沿其炭质缝合线见泥晶状方解石呈不规则团块状分布，手标本见其呈豹纹状分布(照片2-a)。大扁豆状灰岩扁豆由方解石组成，形成大小不一的扁豆体、透镜体，具拉长定向排列形成扁豆状构造，扁豆颗粒较大，大部分呈椭圆状，粒径一般为(0.5×4～1×4)cm，具定向排列，厚0.5～20 m(照片1-d)。显微镜下呈微晶结构，定向构造。方解石受压实压溶作用后，长轴基本呈定向排列(照片2-b)。该标志层上部为Ⅲ矿体中-厚层状微晶灰岩、含生物碎屑泥晶-微晶灰岩和矿体顶板泥质灰岩、硅质灰岩，下部为微晶灰岩。

表1 矿区地层划分及特征

照片1 矿石岩心照片Photo.1 Core photos of the orea—角砾状灰岩；b—角砾状灰岩；c—豹纹状灰岩；d—大扁豆状灰岩；e—小扁豆状灰岩

白云质灰岩：分布于Ⅲ-Ⅳ、Ⅳ-Ⅴ矿体间的夹石及Ⅴ矿体底板，上下岩性为微晶灰岩。该标志层在矿区中部较稳定，由东南侧、西北侧白云质灰岩过渡到硅质灰岩、角砾状硅质灰岩等。

小扁豆状灰岩：分布于Ⅴ矿体底部，显微镜下扁豆颗粒较小，粒径一般为(0.1×2～0.2×2)cm，具定向排列，厚0.5～6 m(照片1-e)。显微镜下砾屑呈泥微晶结构，块状构造。砾屑直径为5～9 mm，扁圆状，成分为微晶灰岩，受压实压溶作用一致定向(照片2-c)。小扁豆状灰岩上部为Ⅴ矿体，岩性为浅灰-灰色厚层状、巨厚层状微晶-细晶灰岩、含生物碎屑泥晶灰岩；下部岩性为矿体底板的泥质灰岩、硅质灰岩、白云质灰岩或F0断层构造角砾岩。

照片2 矿石显微镜下照片(4×10+)Photo.2 Microscopic photos of the ores(4×10+)a— 豹纹状灰岩；b—大扁豆状灰岩；c—小扁豆状灰岩

1.2 构造

区内褶皱为一组南西向背斜、向斜褶皱，断裂构造地表发育有F1逆冲推覆断层、F2层间逆断层，以及西南角的F3逆断层；深部发育F0滑脱断层。

1.2.1 Ⅱ背斜、Ⅱ向斜

Ⅱ背斜、Ⅱ向斜发育于矿区西部龙宫—狮古洞、双坑拱一带，核部为船山组，两翼为栖霞组-船山组，枢纽总体走向北北东，长大于1.9 km。背斜轴面倾向北西，轴面倾角65°～89°；向斜轴面近直立。褶皱均被F3横切，在20线以北被F1切割，栖霞组缺失，船山组部分缺失。

在20线局部(ZK2001控制)发育一组紧闭的倒转背向斜(Ⅲ级构造)。该褶皱虽然使矿层增厚，但影响较小(图2)。

图2 A-A'地质纵剖面图(Ⅲ级构造放大)Fig.2 Diagram showing the geological profile in the A-A' exploration line in Shigudong deposit1—中二叠世栖霞组；2—早二叠世船山组；3—早石炭世林地组；4—新元古代大岭(岩)组；5—实、推测地质界线；6—实测逆断层及编号；7—浮土；8—黑云斜长变粒岩；9—豹纹状灰岩；10—白云质灰岩；11—扁豆状灰岩(不分大小)；12—微晶灰岩；13—石英砂砾岩；14—白云质灰岩带；15—钻孔位置及编号；16—矿体编号

1.2.2 断层

矿区主要控矿构造有F1逆冲推覆断层，F0滑脱断层以及F2、F3逆断层等。

F0滑脱断层：地表未出露。总体走向北北东、倾向南东东，倾角一般为5°～15°。上盘为船山组石灰岩，下盘为林地组砂砾岩，断层中见构造角砾岩、构造片岩、碎粉岩，擦痕清晰，厚度较薄，为10～30 cm。

F1逆冲推覆断层：属区域性广平—建爱中深层次推覆断层北延部分，局部在(28线)有分叉复合现象。长度超过3 km，宽10～250 m。总体走向北北西、倾向南西西，产状变化较大。断层中主要见构造角砾岩，角砾成分较复杂。该构造角砾岩局部具金矿化，是矿区内金矿的主要控矿和储矿构造。F1逆冲推覆断层控制石灰岩矿体顶板，并影响了矿石质量(SiO2、MgO含量增多)。

F2逆断层：出露于矿区中部，长度大于4 km，宽度5～90 m。总体走向近南北，倾向西，倾角5°～10°。新元古代大岭(岩)组逆冲于晚泥盆世桃子坑组之上，为F1伴生的层间逆断层。

F3逆断层：仅见于矿区西南角。长大于1.7 km，宽5～30 m。走向北西西、倾向北北东，倾角较陡50°～60°，为后期形成。

2 矿体特征

矿区圈定有5个黑色冶金用熔剂灰岩矿层，Ⅰ、Ⅱ矿体贮存于栖霞组，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ贮存于船山组。Ⅲ、Ⅴ为矿区主要矿体，Ⅳ规模中等，Ⅰ、Ⅱ规模较小。

2.1 主矿体特征

Ⅲ矿体：矿体呈层状，总体走向北北东。背斜西部倾向274°～310°，背斜东部倾向94°～130°，向斜西部倾向270°～290°，向斜东部倾向90°～110°。矿体走向延伸1 400 m，倾向延伸760～1 700 m。矿体贮存标高628.03～-34.70 m，埋深4.80～588.89 m。真厚度8.14～180.02 m，平均真厚度64.84 m。厚度变化系数60.21%。容矿岩石为浅灰-灰色厚层状微晶灰岩、含生物碎屑泥晶-微晶灰岩、豹纹状微晶灰岩、大扁豆状微晶灰岩。其中豹纹状微晶灰岩-大扁豆状微晶灰岩是Ⅲ矿体标志层，有1～2层豹纹状微晶灰岩位于Ⅲ矿体中下部，有1层扁豆状微晶灰岩位于Ⅲ矿体底部。矿体顶板为硅质灰岩、泥质灰岩，或F1断层构造角砾岩；底板为硅质灰岩、白云质灰岩或泥质灰岩。矿体CaO、MgO、SiO2和S平均品位分别为54.19%、0.38%、1.38%和0.05%。

Ⅴ矿体：矿体呈层状，总体走向北北东。背斜西部倾向274°～310°，背斜东部倾向94°～130°，向斜西部倾向270°～290°，向斜东部倾向90°～110°。矿体走向延伸1 800 m，倾向延伸540～1 700 m。矿体贮存标高526.29～-200.90 m，埋深61.86～730.01 m。真厚度10.85～136.36 m，平均真厚度53.57 m。厚度变化系数30.16%。容矿岩石由浅灰-灰色厚层状、巨厚层状微晶-细晶灰岩，含生物碎屑泥晶灰岩、小扁豆状微晶灰岩组成。其中小扁豆状微晶灰岩是Ⅴ矿体标志层，位于Ⅴ矿体底部。矿体顶板为硅质灰岩、白云质灰岩或泥质灰岩，底板为泥质灰岩、硅质灰岩、白云质灰岩或F0断层构造角砾岩。矿体CaO、MgO、SiO2和S平均品位分别为54.54%、0.35%、0.86%和0.04%。

2.2 矿石质量特征

2.2.1 矿石结构、构造

矿石结构主要为微晶结构、生物碎屑结构，局部呈细晶结构。

矿石构造以块状构造为主，次为缝合线构造、角砾状构造、豹纹状构造、扁豆状构造。

2.2.2 矿石类型

矿石自然类型为微晶灰岩矿石，工业类型为黑色冶金用熔剂灰岩矿石。

2.2.3 矿石化学成分

矿石主要有用组分为CaO。主要杂质组分为MgO、SiO2，主要有害组分为P、S。

根据分析结果，CaO、MgO和SiO2的矿床平均品位分别为54.48%、0.35%和1.11%。P的矿床平均含量0.002 4%，远低于0.04%的标准；S平均值为0.079%，总体能符合黑色冶金用熔剂灰岩的工业要求。

经煅烧试验表明样品具有分解率高、有用组分CaO含量高(平均95.43%)、杂质MgO(平均0.35%)、SiO2(平均0.45%)含量低、煅烧后的石灰活性度高(360～400 ml)的特性，达到优质冶金用石灰岩标准。

3 矿床成因

4 结语

(1)船山组建立了3个标志层——豹纹状-大扁豆状灰岩组合、白云质灰岩、小扁豆状灰岩，为福建省内船山组划分提供新的证据。

(2)矿体顶部受F1断层控制，底部受F0断层控制；F1逆冲推覆断层是该矿床的重要控矿因素。新元古代大岭(岩)组，晚泥盆世天瓦岽组、桃子坑组推覆于早二叠世船山组，中二叠世栖霞组之上，为大田一带推覆断层之下寻找石灰岩矿床、煤矿床具有一定的指导意义。这对推覆断层较发育的大田一带寻找石灰岩矿床有很好的指导意义。

该文是在福建省大田县狮古洞矿区黑色冶金用熔剂灰岩矿详查和勘探报告的基础上总结而成，在成文过程中得到了童茜辉、邱盛安、王方权高级工程师的审阅和指导，并提出宝贵的修改意见，在此表示衷心感谢！