山东省枣庄市侯孟熔剂用白云岩矿地质特征及开发利用前景

孟祥伟，高燕，张英梅，陈丽静，徐超

(山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地勘局第二地质大队)，山东 济宁 272100)

0 引言

白云岩矿广泛用于冶金、建材、玻璃、陶瓷等部门，在冶金工业中主要用做熔剂、耐火材料、提炼金属镁和镁化物等。其中熔剂用白云岩常用于钢铁、陶瓷、建材、橡胶等工业生产中，是主要用作炼铁和炼钢的碱性熔剂，随着经济的快速发展，企业对优质白云岩的需求量越来越大，因此，加快白云岩矿的勘查与研究，了解其矿床成因，寻求更多的白云岩资源基地，是一项特别紧迫的任务[1-3]。

1 区域地质背景

侯孟熔剂用白云岩矿位于山东省枣庄市台儿庄区张山子镇东南。区域大地构造位置属于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)枣庄断隆(Ⅳ)河头集凸起(Ⅴ)的西南部边缘[4]。

区域出露的地层由老到新主要有新太古代南华纪-震旦纪土门群、古生代寒武纪长清群与九龙群、石炭纪月门沟群及新生代第四系。区内构造分为褶皱及断裂构造，褶皱构造主要为复式褶皱，即向斜—背斜—向斜，矿层处于宽缓的向斜地带。断裂构造以NE向、NW向为主，其中NW向断裂对矿层影响最大，呈破坏性作用。

2 矿区地质特征

2.1 地层

区内地层出露自老至新为新元古代震旦纪石旺庄组、古生代寒武纪朱砂洞组、馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组及新生代第四纪地层(图1)。其中震旦纪土门群石旺庄组地层为熔剂用白云岩矿的赋矿层位(1)山东省鲁南地质工程勘察院，山东省枣庄市台儿庄区侯孟矿区熔剂用白云岩矿详查报告，2016年。。

1—第四系；2—寒武纪炒米店组；3—寒武纪崮山组；4—寒武纪张夏组；5—寒武纪馒头组；6—寒武纪朱砂洞组上灰岩段；7—寒武纪朱砂洞组余粮村段；8—震旦纪石旺庄组白云岩段；9—震旦纪石旺庄组灰岩段；10—震旦纪石旺庄组砂质灰岩段；11—实测地质界线；12—平行整合地质界线；13—断层及其编号；14—矿区位置

(1)石旺庄组分布于矿区北部，呈NE向展布，倾向SE。地层厚度约545m，分为3个岩性段，由下而上分别为砂质灰岩段、灰岩段、白云岩段，其中顶部白云岩段为本矿床的赋矿层位。

白云岩段岩性为灰黄色中厚层白云岩，为该区熔剂用白云岩的含矿层位[5-7]。与上覆寒武纪朱砂洞组地层呈角度不整合接触。该段厚度约170m。

(2)朱砂洞组分布于矿区中北部地区，呈NE向展布；主要发育余粮村段、下灰岩段。厚度约97～126m。

(3)馒头组主要岩性为杂色薄层泥云岩、泥灰岩夹生物碎屑灰岩、肝紫色页岩、中薄层泥质粉砂岩。该组厚度约231m。

(4)张夏组主要发育下灰岩段、盘车沟页岩段、上灰岩段3个岩性段。岩性主要为藻灰岩、云斑灰岩、含藻鲕粒灰岩、黄绿色页岩、中—薄层及透镜状泥晶灰岩。该组厚度约215m。

(5)崮山组主要岩性为黄灰色中薄层疙瘩状泥晶灰岩与黄绿色页岩互层，夹生物碎屑灰岩、竹叶状灰岩。该组厚度约34m。

(6)炒米店组主要岩性为青灰色中—薄层泥晶灰岩、链条状灰岩，夹灰色中层砾屑灰岩、生物碎屑灰岩。该组厚度约129m。

(7)第四系主要发育山前组，岩性以黏土夹砂土、砂砾，砾石层为主。

2.2 构造

矿区内整体呈单斜构造，总体走向50°，倾向SE，倾角19°～43°。断裂构造主要以NW向断裂构造为主。

F1断层：位于矿区的东北部,出露长度约300m，走向310°，倾向NE，倾角75°,北东盘下降,南西盘上升,为正断层，断距30m。

F2断层：位于矿区的中部，出露长度1550m，整体走向290°,倾向SW，倾角75°。为平移正断层，垂直断距30m，北盘上升,南盘下降。水平断距100～160m，南西盘西移，北东盘东移。该断层错断了矿层，影响了矿层的连续性。

F3断层：位于矿区的西南部，出露长度3300m，走向320°，倾向SW，倾角80°，为平移正断层，垂直断距15～24m，水平断距100～130m，南西盘北移，北东盘南移，该断层错断了矿层，控制了矿层的分布。

F4断层：位于矿区的西南部，出露长度约2400m，走向288°，倾向SW，倾角80°，正断层，垂直断距85～100m，北东盘上升，南西盘下降，破碎宽约5～15m。

F5断层：位于矿区的中部，经追索出露长度约590m，总体走向40°，基本上沿矿层走向展布。倾向SE，倾角50°～60°，为一北西盘下降、南东盘上升的逆断层，垂直断距约75m，错断了矿层，影响了矿层的连续性。

2.3 岩浆岩

矿区内地表未见岩浆岩出露。仅于钻孔中见有厚0.20m的蚀变(辉长)闪长玢岩。位于石旺庄组白云岩段中下部。

3 矿床地质特征

3.1 矿层特征

矿区内圈定了1个矿层，赋存于新元古代震旦纪土门群石旺庄组白云岩段地层中，呈层状产出，严格受地层控制(图2)。矿层总体走向50°，倾向SE，倾角19°～43°，矿层中东部被NE向断层切割(图3)。

1—第四系；2—张夏组下灰岩段；3—馒头组洪河段；4—寒馒头下页岩段；5—馒头石店段；6—朱砂洞组上灰岩段；7—朱砂洞组余粮村段；8—石旺庄组白云岩段；9—石旺庄组灰岩段；10—实测地质界线；11—平行不整合界线；12—断层及其编号；13—钻孔位置及其编号；14—勘查线位置；15—矿层位置及其编号

1—朱砂洞组上灰岩段；2—朱砂洞组余粮村页岩段；3—石旺庄组白云岩段；4—石旺庄组灰岩段；5—实测地质界线；6—平行不整合界线；7—断层及其编号；8—钻孔位置及编号；9—最低开采标高；10—矿层

矿层沿走向延伸长1200m，沿倾向出露宽164～286m，出露最高标高+140.13m，最低标高+45m，相对高差95.13m。由9个钻孔控制，工程控制矿层最大真厚度171.41m，最小真厚度102.77m，平均厚度144.01m，厚度变化系数20.87%，整体呈现南西部厚、北东部变薄的趋势。矿层主要组分最高含量MgO 23.84%，CaO 38.76%，最低含量MgO 15.02%；CaO 23.84%，平均含量MgO 19.63%，CaO 30.26%，组分变化系数MgO 6.89%，CaO 3.95%。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿物成分

区内矿石主要为熔剂用白云岩。矿物成分主要为白云石，含量95%～99%，平均98%；次为方解石，含量1%～5%；局部含有微量褐铁矿、赤铁矿、黄铁矿、石英等。

白云石：镜下多呈他形粒状，颗粒细小，粒径大多在0.004mm以下，极少许在0.004～0.03mm间，构成泥微晶结构，晶粒间紧密接触，杂乱排列，构成岩石主体。

方解石：他形粒状，颗粒稍大，粒径最大约0.50mm，填隙分布于岩石裂隙中，不太均匀，局部稍稍明显。浅褐灰色，极个别可见菱面体解理发育。

石英：他形粒状，极细小，填隙分布于岩石微隙中，局部可见。

褐铁矿：他形粒状为主，极个别呈半自形粒状，粒径最大约0.05mm，分布于方解石间隙中或岩石裂隙中，局部零星可见。淡褐棕色，均质性。

赤铁矿：他形粒状，粒径最大约0.05mm，分布于岩石裂隙中，局部见到。淡蓝灰色。

黄铁矿：形粒状为主，部分呈半自形粒状，粒径最大约0.30mm，零星可见，集合体呈星散状构造。黄白色，糙面明显，均质性。分布于白云石间隙中。

3.2.2 矿石结构构造

矿石结构以泥微晶结构为主，次为粉细晶结构(图4)。矿石构造主要为块状构造，局部见有缝合线构造。

a—泥微晶结构：岩石主要由白云石(Dol)和少许方解石(Cal)、石英(Qtz)等组成(+)；b—粉细晶结构：岩石主要由白云石(Dol)组成，微隙发育(+)

3.2.3 矿石中主要有益、有害组分

矿石的化学成分主要有MgO，CaO，SiO2，Fe2O3，Mn3O4，Al2O3，P2O5，SO3，LOI等。其中，主要有益组分为MgO，CaO；主要有害组分为SiO2，Fe2O3，Mn3O4，Al2O3，P2O5，SO3(表1)。

表1 矿层有益、有害组分含量表

3.2.4 矿石类型

矿石自然类型单一,为灰色细晶白云岩。颜色呈灰色，泥微晶结构为主，见有粉细晶结构，块状构造、矿物成分主要为白云石，含量95%～99%，平均98%；次为方解石，含量在1%～5%之间。另外，局部含有微量的褐铁矿、赤铁矿、黄铁矿、石英等。矿石的工业类型为熔剂用白云岩。

3.3 矿床围岩与夹石特征

矿床底板为石旺庄组叠层藻灰岩段，岩性以中厚层白云质灰岩、叠层石灰岩为主，分布较稳定；顶板为寒武纪朱砂洞组余粮村段，砖红色夹黄绿色云泥岩、泥云岩、页岩、含砂质页岩等。顶板与矿层走向一致，出露长度约6200m，斜深约110m，厚度5～40m不等。矿层顶板剥离后可作为砖瓦原料、建筑石料进行综合利用。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

该矿层赋存于新元古代白云岩段地层中，在沉积环境中，刚沉积的碳酸钙沉积物，通过交代或白云岩化作用生成白云岩[9-11]。矿石中的白云石呈他形粒状，颗粒细小，粒径大多在0.004mm以下，极少许在0.004～0.03mm间，构成泥微晶结构，晶粒间紧密接触，杂乱排列。初步认定为滨海瀉湖相沉积的层状白云岩[12]。

4.2 找矿标志

本矿床为滨海瀉湖相沉积的层状碳酸盐岩矿床，层位稳定，物质组分变化稳定，分布广，受地层层位控制，主要产于震旦纪土门群石旺庄白云岩段中，本段中的白云岩可作为找矿标志[13-15]。

5 开发利用前景

5.1 矿石工业利用性能评价

(1)根据矿石物理力学试验结果，矿石的抗压强度(37.3MPa)属中等—坚硬类型，具较好的机械强度，不易形成碎块和粉末，用作熔剂具有较好的透气性和炉料的均衡性。可起中和酸性炉渣的作用，提高炉渣的碱度、降低炉渣中FeO的活度，以减轻炉渣对炉衬的侵蚀作用。

(2)本矿层层位及厚度均较稳定，矿石工业类型为熔剂用白云岩，矿石质量稳定，有害组分含量低，质量较优。矿石的主要有益组分为MgO含量19.63%，CaO含量30.26%。主要有害组分Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2=1.65%，小于2%。矿石品质满足《矿产资源工业要求手册》中白云岩矿床(熔剂用白云岩)I级品标准。

5.2 环境地质条件评价

(1)区内为丘陵区，沟谷冲蚀地貌，基岩大部分出露地表，无散粒碎石堆积和软弱滑坡体等地质灾害。区内无大的新构造活动和正在活动的断裂，区域稳定性好。

(2)矿床为露天开采，地面采石、挖土、破坏植被等损害当地地貌景观。矿山开采对地质环境造成一定破坏。

(3)矿床最低开采标高位于当地最低侵蚀基准面以上，矿层地下水位较低，虽然含有较小的水量，随着开采深度的增加，地下水位也逐渐降低，水量逐渐减小。当开采标高+45m时，低于唐庄泉水出露高度，唐庄泉水将部分进入采坑，不会引起区域地下水位下降灾害。

(4)矿床围岩较稳固，当矿床开采形成边坡后会出现边坡崩塌掉块等潜在地灾，矿山在生产过程中对矿层的开采会造成原岩应力发生改变，岩石会发生形变形成新的应力平衡，如果岩石变形影响到边坡及围岩，会造成崩塌。可采用喷浆固坡法，以防止产生崩塌地质灾害。矿床开采技术条件为Ⅱ-2型。

5.3 经济建设条件分析

(1)区内公路、铁路、水运条件便利。矿区电力充足，矿区所在地为人多地少的丘陵山区，劳动力富余。

(2)矿床位于当地最低侵蚀基准面之上，地形有利于自然排水。矿层底板为灰色厚层白云质灰岩、叠层石灰岩，稳定性较好；顶板寒武纪李官组余粮村段云泥岩、泥云岩、页岩、含砂质页岩等，开采时须进行剥离。剥离后可作为砖瓦原料、建筑石料进行综合利用。综上所述，矿山整体开发条件较好，能够基本满足鲁西地区钢铁企业对熔剂用白云岩的需求，推动矿区周边的经济发展，具有较好的经济价值。

6 结论

侯孟熔剂用白云岩矿赋存于新元古代震旦纪土门群石旺庄组白云岩段地层中，呈层状产出，矿层沿走向延伸长1200m，沿倾向出露宽164～286m。该矿床厚度均较稳定，产状稳定，矿石质量稳定，MgO平均品位达19.63%，CaO平均品位达30.26%，SiO2平均品位达1.26%，有害组分含量低，质量较优。累计探求熔剂用白云岩矿石量1439.6万t。矿床外部建设条件优越，开采加工技术上可行，经济效益较好，具有较高的开发利用价值。矿石工业类型熔剂用白云岩。石旺庄组地层中发现该类型矿床在鲁西地区尚属首例。