宿州市大荆山水泥用灰岩矿地质特征及成因

王超峰，许 祥

(中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队，安徽 合肥 230031)

大荆山水泥用灰岩矿位于安徽省宿州市北东方向约42km。矿区属丘陵地带，山体总体走向呈南北方向，为一大型矿床，交通方便。

1 区域地质概况

区域地层属华北地层大区晋冀鲁豫地层区(Ⅰ)徐淮地层分区(Ⅰ1)淮北地层小区(Ⅰ11)，主要出露有晚元古界青白口系、古生界寒武系、奥陶系、第四系，其中以碳酸盐岩为主的寒武系、奥陶系地层分布最广。区域构造处于华北陆块徐淮地块淮北断褶带北部、徐州—时村镇复背斜的西翼，褶皱变形强烈，由一系列轴向NNE的向斜、背斜组成，其中任山头—老山口单斜控制了矿区整体形态。断裂构造主要表现为近南北向的逆冲断裂、近东西向张性断裂、北西向左旋剪切断裂和北东向右旋剪切断裂，区域内岩浆岩不发育(图1)。

2 矿区地质特征

2.1 地层

(1)中下寒武统馒头组(∈1-2m)。

分布于矿区西南侧，仅出露上部，为钙质粉砂岩与砂质灰岩不稳定互层，钙质粉砂岩呈黄灰、灰绿色，钙质胶结，粉砂状结构，薄—中厚层构造，砂质灰岩呈灰—深灰色，砂质亮晶结构，中厚层构造。系矿层底板，厚＞24.49m(图2)。

(2)中寒武统张夏组(∈2z)。

张夏组下段(∈2z1)分布于矿区中部，底部为浅灰—深灰色鲕状灰岩，亮晶鲕粒结构，中厚—厚层构造；下部为灰色、深灰色核形石鲕状灰岩，亮晶核形石鲕粒结构，中厚—厚层构造；中部为灰色、棕红色豹皮状灰岩与鲕状灰岩互层，以豹皮状灰岩为主，泥粉晶结构，中厚—厚层构造；上部灰—深灰色鲕状灰岩、含白云质鲕状灰岩，亮晶鲕粒结构，中厚—厚层构造，厚度为224.54m。

图1 区域地质简图

张夏组上段(∈2z2)：分布于矿区东侧，灰色中—厚层残余鲕粒细晶白云岩、叠层石白云岩，亮晶鲕粒结构，中厚—厚层构造，厚度＞44.42m。

(3)第四系(Q)。

分布于矿体周边平坦处，岩性为褐红色、黄褐色粘土、亚粘土，含灰岩碎块，厚度为0～22.30m。

2.2 构造

矿区呈单斜构造产出，地层产状变化较大，北部倾向350～45°，倾角8～22°；南部倾向18～78°，倾角10～26°。

矿区有F1～F7七条断层，除F6为逆断层外，其余均为正断层，倾角均较陡(60～85°)。其中F1、F3断层破碎带宽0～10m，由棱角状和次棱角状的石灰岩角砾及铁泥质粘土组成，角砾直径1～15cm，不能满足矿石质量要求，其他断层对矿石质量没有影响。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿体赋存于中寒武统张夏组下段(∈2z1)地层中，岩性主要为灰、深灰、棕红色中厚—厚层鲕状灰岩、豹皮状灰岩、核形石鲕状灰岩，受地形影响分为Ⅰ、Ⅱ两个矿段，Ⅰ矿段为主，Ⅱ矿段次之。

Ⅰ矿段北起12勘探线北，南至10勘探线，南北长2 300m，东西宽224～540m，平均宽度430m，平均厚度73.32m，呈单斜层状产出，受F7断层影响，造成矿层错位及产状变化，南侧矿层产状18～78°∠8～26°，北侧矿层产状350～45°∠8～22°，出露最高标高(大荆山顶)204.20m，至开采标高+45m相对高差159.20m，矿体裸露地表。

Ⅱ矿段北起18勘探线北西，南至16勘探线南东，矿体出露南北走向长280m，东西宽170m，单斜层状产出，产状48～92°∠12～18°，平均厚度53.80m，矿体裸露地表。

3.2 矿石质量

矿石矿物成分主要为方解石，少量白云石、铁泥质等；主要化学成分为：CaO 45.31%～55.5%，平均 52.44%；MgO 0.04%～ 6.01%，平均 2.07%；其他成分平均为 SiO21.05%、Al2O30.32%、Fe2O30.36%、K2O+Na2O 0.16%、SO30.037%、Cl-0.011%、烧失量43.00%。其中Ⅰ矿段平均CaO 52.40%、MgO 2.08%，Ⅱ矿段平均CaO 53.25%、MgO 1.86%。

CaO含量在走向、倾向及垂向上变化均较小；MgO含量变化较大，垂向上呈水平波状起伏，走向、倾向上呈渐变过渡关系，与CaO含量呈消长关系。

3.3 矿石类型

3.3.1 鲕状灰岩

灰—深灰色，亮晶鲕粒结构，中厚—厚层构造，由粒屑和胶结物组成。粒屑主要为鲕粒，次为球粒、生物屑、砂屑等，含量70%～80%。鲕粒呈圆状、似圆状、长条状，大小为0.5～2.0mm，一般1.0～1.5mm左右，多系真鲕，极少数复鲕，鲕核为生物屑，胶结物为亮晶方解石。矿物成分主要是方解石，呈他形粒状、柱状，含量90%～91%；次为白云石，少量铁泥质及有机质等，含量3%～10%，为矿区主要矿石类型。

3.3.2 豹皮状灰岩

灰色、棕红色含球(团)粒泥粉晶结构，中厚—厚层构造，由粉晶、泥晶方解石及少量球(团)粒、异形石、残余鲕生物屑等组成，其中泥、粉晶方解石呈他形粒状，含量70%～80%；球(团)粒呈圆状、椭圆状，粒径0.05～0.09mm，由泥晶方解石，有机质等均匀组成。异形石、残余鲕粒、生物屑等稀散地分布于泥晶方解石中。矿石中棕红色部分由重结晶的微晶方解石、白云石及铁泥质等组成，形成断续的斑块状、星点状、疙瘩状。灰色部分由粉晶、泥晶方解石及少量微晶方解石、白云石组成，灰色和棕红色混杂在一起，形成豹皮状构造。矿物成分主要是方解石，含量80%～85%，次为白云石，含量10%～15%，少量铁泥质及有机质等，为矿区次要矿石类型。

3.3.3 核形石鲕状灰岩

灰色、深灰色，亮晶核形石鲕粒状结构，中厚层构造。粒屑主要为鲕状，次为核形石，含少量凝块石及生物碎屑，总含量80%左右，其中鲕状占60%～70%，核形石10%～20%左右。鲕粒呈灰黑色，少数棕红色，圆状、似圆状，粒径1～1.5mm。核形石呈暗灰色，椭圆状、浑圆状等，粒径5～20mm，具宽窄不一的同心纹层构造，中心多为藻类碎屑及白云石晶粒。矿物成分主要是方解石，次为白云石及少量铁质、泥质及有机质等，为矿区次要矿石类型。

3.4 矿体围岩及夹石特征

矿体底板为中下寒武统馒头组(∈1-2m)钙质粉砂岩，顶板为中寒武统张夏组上段(∈2z2)白云质灰岩，均整合接触。

矿区共有10个同生夹石体，2个断层破碎带夹石体，其中Ⅱ矿段有3个同生夹石体，其余分布于Ⅰ矿段。断层破碎带夹石泥质含量高难以利用。同生夹石按照体积加权平均后，矿区平均化学成分为：CaO 52.23%、MgO 2.19%，仍能满足水泥用灰岩工业指标要求，但矿层产状较缓，开采时需合理布局，进行矿石均化处理。

4 矿床成因

华北陆块自青白口纪晚期上升后，经过一段时期的风化剥蚀，逐渐下降，早寒武世—中寒武世早期，沉积了一套灰、紫红色的砂岩、页岩、灰岩和白云岩建造，化石丰富，保存完好，期间泥岩多次出现，表明当时为开阔台地相的氧化环境，地壳间歇性升降运动较频繁；中寒武世，地壳趋于稳定，开始接受碳酸盐沉积，但水动力增强，沉积了一套以鲕状灰岩为主的岩石组合(张夏组下段)，岩石中富含藻类及生物碎屑，MgO含量局部较高，说明当时是一种气候温暖、氧气充足、阳光较强的沉积环境，海水含盐度高且蒸发量较大；中寒武世后期，地壳回升，海水中MgO含量逐渐升高，形成了张夏组上段白云岩建造。故本矿床属开阔台地相沉积形成的碳酸盐岩矿床。