安徽淮北市双顶山水泥灰岩矿特征及找矿标志

2021-11-13尚德锋

云南地质 2021年3期

尚德锋

(安徽省地质矿产勘查局325地质队，安徽淮北 235000)

安徽省淮北市双顶山水泥灰岩矿位于中朝准地台南缘，鲁西隆起区南段。徐宿弧形构造带中偏南部，皇藏峪复背斜南段的西翼中部，西侧与闸河复式向斜毗邻，构造属新华夏系构造体系[1]，构造线方向在18°～35°之间，剧烈的构造运动使区内地层叠加和改造，发生了差异性的断块升降和岩浆活动，致使石灰岩矿层分割成条条块块。在抬升隆起区[2]，矿层裸露地表，成为今日可以开发利用的矿产

1 矿区地质特征

1.1 矿区地层

矿区内出露地层有下奥陶统萧县组、马家沟组及第四系(图1)。现简述如下：

图1 淮北市双顶山地区区域地质简图Fig 1.Regional Geological Sketch Map of Shuangdingshan Area，Huibei

(1)第四系(Q)：分布在矿区西侧及南侧的山坡地带，岩性为棕红色砂质粘土、粘土，厚0～15m。

(2)下奥陶统马家沟组(O1m)：划分上、下两个岩性段

马家沟组上段(O1m2)：以灰质白云岩为主，夹白云质灰岩及灰岩，上部夹少量泥质灰岩。底部以一层明显的斑纹状灰质白云岩与马家沟组下段分界，区域厚100m左右。

马家沟组下段(O1m1)：区内自下而上可分为六个岩性段：

(a)深灰色隐晶质灰岩段：为Ⅰ矿层的赋矿层位，与萧县组上段呈整合接触，底部为薄层状灰质白云岩与泥质灰岩互层(萧县组顶部)，分界明显。该灰岩段区域上厚度及化学成分极其稳定，含少量硅质结核，质量符合水泥灰岩灰石Ⅰ级品的规范要求，部分符合电石灰岩矿质量要求，区域厚7.5m～12.80m，平均厚10m左右。

(b)灰黑色厚层状斑纹状白云质灰岩、灰质白云岩岩性段：与上、下岩性段分界明显且为突变关系，斑纹状构造、风化面呈黑色，白云岩含量较多，一般在25%～30%左右，且不稳定。MgO含量7～12%之间，厚5m左右，构成Ⅰ、Ⅱ矿层连续而稳定的夹层。

(c)含硅质结核灰岩岩性段：位于马家沟组下段中部，为水泥灰岩Ⅱ矿层含矿岩性段，下距Ⅰ矿层约5m，厚55m左右。普含硅质结核，下部(约30m厚)呈灰色～青灰色、隐晶质结构，以厚层状为主，质纯性脆，化学成分稳定，上部(厚约25m)呈灰色、灰黑色、隐晶质结构，以中厚层状为主，局部含不连续夹层，由白云质呈条带状分布构成，沿走向白云质条带相变较快，在数十米内可逐渐消失，化学成分较稳定。一般含CaO 52～54% 、MgO 0.8～1.5%、SiO22%左右。

(d)斑纹状白云质灰岩、灰质白云岩岩性段：为灰色、深灰色白云质灰岩、灰质白云岩，具斑纹状构造、风化面呈黑色，MgO含量8%～12%之间，构成Ⅱ、Ⅲ水泥灰岩矿层的夹层，厚约9.50m。

(e)含硅质结核含白云质灰岩岩性段：为Ⅲ矿层含矿层位。位于马家沟组下段上部，上距马家沟组下段上界约8.5m，最大厚12m。呈灰黑色，隐晶～细晶质结构，含硅质结核，由于白云石含量变化较大，局部MgO较高，矿层消失，故作为矿层，厚度则不甚稳定。化学成分不甚稳定，CaO一般在51%～53%、MgO含量 1%～3%、SiO2在2%左右。

(f)灰质白云岩岩性段：位于马家沟组下段顶部，表面灰黑色，风化面具刀砍状、白云石含量明显增加，细晶结构，中厚层状，厚约8.5m。

(3)下奥陶统萧县组(O1x)：划分2个岩性段

萧县组上段(O1x2)：上部灰质白云岩与泥质灰岩互层。灰质白云岩呈灰色至灰黑色，细晶结构，中厚～薄层状。泥质灰岩呈灰黄色，薄层状；中上部夹2层灰至灰黑色中厚层状隐晶质灰岩，厚1.18m～2.64m，区内分布稳定。厚90m左右；下部由两层角砾状白云质灰岩与泥质灰岩互层，与两层石灰岩相间组成。前者呈浅红色，黄褐色，薄～中厚层状，具蜂窝状构造，后者呈灰～蓝灰色，隐晶结构，中厚层状，具微细层理，局部呈斑纹状。厚50m在右。

萧县组下段(O1x1)：岩性为中厚至厚层微细层理白云质灰岩，含硅质结核灰岩，底为角砾状灰岩。主要出露于矿区东西两侧，厚100m左右。

1.2 构造

矿区位于皇藏峪复式背斜和闸河复式向斜的相接部位，总体构造线方向近北东，由于构造的原因使整个矿区分成三个矿段。一矿段位于时村背斜东翼，西翼倾向135°～145°，倾角70°～75°，北部转为向斜，东翼较缓，倾向285°～290°，倾角22°～41°；二矿段位于时村背斜东翼，矿层倾向150°～160°，倾角50°左右；三矿段位于双顶山向斜中，10线以北、3线以南向斜闭合，西翼倾向140°～160°，倾角21°～50°，东翼倾向250°～315°，倾角20°～41°。矿区褶皱构造主要有双顶山向斜。

2 矿床地质特征

2.1 矿层特征

该矿区水泥灰岩矿矿层主要赋存于下奥陶统马家沟组下段(O1m1)岩层中[4]，被两层分布稳定的白云质灰岩夹层隔开，自下而上划分为Ⅰ、Ⅱ二个矿层。Ⅰ矿层为块状纯灰岩，平均厚10.69m；Ⅱ矿层为含硅质结核灰岩，出露最大厚度54.91m，平均厚44.61m。由于矿区内F6、F7断层及双顶山向斜构造的影响，本矿床自然地分隔成三个矿段(图1)。

图1 勘探线9线资源/储量估算剖面图Fig 2.Section of Exploration Line 9

(1)一矿段：位于南山一带，南北长约620m，东西宽35m～100m，出露标高49m～147.60m，该矿段西部矿层倾向135°～145°，倾角70°～75°，东部倾向285°～290°，倾角22°～41°。该矿段见有F7断层，F7断层在辅7线以南对Ⅱ矿层破坏较大。由于受F10断层影响，使Ⅰ矿层在11线以南不连续。11线北8.23m，沿南山东、北、西坡环形出露，南北长约150m，出露标高120m～142m。Ⅰ矿层在该段出露良好，厚8.23m～9.33m。Ⅱ矿层在9、10线出露良好，厚54.02m～49.71m，6、辅7线和11线厚分别为15.71m、23.02m和34.56m。

(2)二矿段：南北长约500m，东西宽48m～70m出露标高56m～114m，由于3线南侧及西侧有高压线通过，实际资源量估算范围南北长仅220m。倾向150°～160°，倾角20°～65°左右。Ⅰ矿层厚10.86m，长280m，Ⅱ矿层厚54.84m，长410m，出现两层厚2.06m的不连续夹层，MgO分别为3.60%、4.58%。由于F7断层的存在，使一、二矿段不连续。

(3)三矿段：南北长约750m，东西宽150m～230m，出露标高65m～212m西翼倾向140°～160°，倾角21°～56°，东翼倾向250°～315°，倾角20°～56°。Ⅰ矿层厚8.06m～14.68m，平均10.94m，分布于三矿段的周围，西部受F6断层影响多以重复出现，且厚度变化较大，Ⅱ矿层分布于中部，上部大部分已被剥蚀，厚仅为15.71m～54.91m(表1)。

表1 双顶山矿层特征一览表Tab 1.Characteristics of Shuangdingshan Deposit

2.2 矿石质量

矿区内矿石的化学组份在Ⅰ、Ⅱ矿层间虽有差异，但总体变化不大。Ⅰ矿层灰岩较纯，CaO平均含量高于Ⅱ矿层，Ⅰ、Ⅱ矿层MgO含量相近，SiO2在矿体中含量变化较大，Ⅰ矿层平均1.23%，Ⅱ矿层平均2.83%，Ⅱ矿层一般上部较低，中下部含量较高、局部最高达4.72%。矿石中的Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O、S、P、LOI在整个矿体中的含量变化不大(表2)，Cl仅在三矿段Ⅰ矿层个别地段超标，但平均含量在规范要求范围内[5]。

Ⅰ矿层矿石为隐晶质结构灰岩，灰色，碎屑结构，团粒结构，泥晶胶结块状构造，质纯性脆，几乎全由泥晶方解石组成，方解石含量大于95%，不透明矿物小于1%，含微量细小的硅质结核，有细小方解石脉穿插。Ⅰ矿层矿石化学成分极其稳定，在三个矿段平均有益成分CaO约54.10%；有害成分MgO约0.77%，SiO2约1.23%。水泥灰岩有益、有害平均化学成分全部满足水泥灰岩矿石一级品的规范要求(表2)。其主要有害成分MgO、SiO2含量变化不大，MgO含量均小于1%，SiO2含量均在1%左右。

Ⅰ矿层矿石呈灰色、灰黑色，方解石含量95%～98%。白云石含量3%～5%，石英≤1%，不透明矿物≤1%。Ⅰ矿层矿石化学成分稳定，在三个矿段平均有益成分CaO约53.48%；有害成分MgO约0.67%；SiO2约2.83%。其成分均满足水泥灰岩一级品矿石的规范要求(表2)。其主要有害成分MgO含量变化不大，只有在3线Ⅱ矿层的中上部出现两层厚2.06m的不连续夹层，MgO含量分别为3.6%、4.58%。

表2 化学分析结果统计表Tab 2.Chemical Analysis

由于上下矿层MgO含量低，对开采矿石质量不会产生较大影响。SiO2含量的变化主要是由硅质结核引起的，从地表观察Ⅱ矿层下部硅质结核较少，SiO2含量低，中上部硅质结核含量多，SiO2含量高。

2.3 矿层围岩与夹层

Ⅰ矿层底板：为灰黄色薄层状灰质白云岩与泥质灰岩互层。由于此段岩性软硬相间，层理发育，地表出露不好，往往为坡积物所覆盖，CaO含量在34.32%～48.46%之间，MgO含量在3.78%～15.58%之间，一般在10%左右。

Ⅰ矿层与Ⅱ矿层之间夹层：为厚层状斑纹状白云质灰岩，半自形～自形粒状结构、微晶结构，厚层状构造，岩石主要由微晶方解石组成，方解石含量70%～75%，白云石呈半自形-自形粒状，主要呈透镜状、斑纹状分布，部分浸染状分布于微晶方解石中，含量25%～30%，不透明矿物小于1%。区域上厚度一般在5m左右，本矿区由于受构造影响，厚度变化较大，厚2.08m～11.18m，平均4.93m，MgO含量3.6%～16.07%之间，一般在10%左右。该层介于Ⅰ、Ⅱ矿层之间，为Ⅰ矿层顶板、二矿层底板岩性分层。

Ⅱ矿层顶板：区域上为斑纹状白云质灰岩、灰质白云岩，半自形～自形粒状结构微晶结构，中厚～厚层状构造，白云石呈半自形～自形粒状，不同部位有所不同，白云石含量85%～90%，方解石主要呈微晶状，部分呈脉状、斑块状分布，含量10%～15%，不透明矿物±1%。MgO含量一般在6.68%～10.91%之间。

3 矿床成因及找矿标志

依据区域上矿层呈层状，分布范围广泛，成分稳定，产状变化不大等特征，矿床之成因类型应为陆台型海相沉积矿床。

下奥陶统马家沟组下段为淮北地区较重要的水泥灰岩赋矿层位，区域上有两层稳定的厚层状斑纹状白云质灰岩夹层将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿层。其顶部的Ⅲ矿层往往不稳定，不能构成水泥灰岩矿层。

底部的Ⅰ矿层为深灰色隐晶质灰岩，与萧县组上段呈整合接触，底部为薄层状灰质白云岩与泥质灰岩互层，化学成分较稳定，含少量硅质结核，厚一般在10m左右。此段岩性软硬相间，层理发育，地表出露不好，往往为坡积物所覆盖，而Ⅰ矿层为大型厚层块状灰岩，突显地表，两者反差极大，野外极易辨认。

Ⅰ、Ⅱ矿层之间的夹层由灰黑色厚层状斑纹状白云质灰岩和灰质白云岩组成，与上下岩层呈突变关系，斑纹状构造，白云岩含量较多，野外风化面呈黑色，与上下矿层反差大，很好识别。

Ⅱ矿层为厚层状含硅质结核灰岩，厚55m左右，为主要的水泥灰岩矿层，下伏夹石层颜色反差明显，再结合Ⅰ矿层的突出位置，极易确定Ⅱ矿层层位。

Ⅱ、Ⅲ矿层之间的夹层为灰色、深灰色白云质灰岩、灰质白云岩，具斑纹状构造，风化面呈黑色。

由上可知，马家沟组下段区域出露较少，主要分布于萧县、皇藏峪复式背斜翼部，Ⅰ矿层底部为薄层状灰质白云岩与泥质灰岩互层(萧县组顶部)，分界明显，为突变关系，顶部为厚层斑纹状白云质灰岩，厚5m左右，区域稳定；Ⅱ矿层为厚层状含硅质结核灰岩，化学成分稳定，厚55m左右。依据上述岩石组合特征及分布范围，马家沟组下段特殊层位为本地区水泥灰岩矿的重要找矿标志。