晋北养家会冶镁白云岩矿矿床地质特征

聂 天

(中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，山西 太原 030031)

山西省金属镁年生产能力达35 万吨，占全国总产量的60%以上，镁及镁合金是山西七大优势产业之一。按照有关规划，山西将构建以太原为中心，大同和运城为两极，大运线为轴线的全国最大的镁业基地[3]，冶镁用白云岩是生产金属镁不可缺少的原料。晋南对白云岩的勘探及开发利用相对较早，运城市的张夏组白云岩已得到开发与利用。而晋北的五台、定襄一带瑶池村组白云岩也开展了勘查及利用工作，但受限于分布范围较小，总资源量有限。灵丘、广灵一带的高于庄组三段白云岩质量较好，目前开发利用程度相对较低[4]。养家会白云岩位于灵丘、广灵成矿带上，对其附近冶镁白云岩进行调查与勘探，表明养家会附近一带白云岩层位稳定，资源量可观，规模大、质量好，开发利用前景优，可作为山西省能源重化工基地重要的矿产资源战略地。本文对山西省养家会长城系高于庄组碳酸盐岩地层进行了详细的矿产调查及分析测试，养家会地区共划分5 个矿体，层位稳定，主要矿石类型为微晶白云岩，矿石品位均达冶镁白云岩工业要求，变化系数小，具有很好的优质冶镁白云岩资源潜力，为白云岩的开发和利用提供了参考依据。

1 成矿地质背景

研究区大地构造位置位于中朝准地台上的燕山沉降带和山西中台隆，结合部的次级单元涞源块隆的北部[5](图1)。中、新元古界海相碳酸盐岩夹碎屑岩地层总厚度约8 000m，自下而上划分为中元古界的长城系、蓟县系和新元古界的青白口系[9]。

图1 研究区成矿地质背景图

中—新元古代华北地台进入了拗拉谷发展阶段，并伴随强烈的火山活动，在长城纪中期，随着裂谷的发展海水逐渐向北侵，形成了广阔的陆表海，在长城纪中期海水略深沉积了不厚的潮下局限海相黑色页岩(高于庄组二段)和广海陆棚相的厚层白云岩，长城纪晚期，由于陆地早已准平原化，陆源碎屑缺少，形成碳酸盐岩(白云岩)沉积[10-11]，此时，山西北部一带海水不深，咸度偏大，气候温暖，蓝绿藻兴盛。高于庄组沉积以后，华北地区再次整体上升，海水退缩，长城纪时代结束。该区域太古世大致为一个以灵丘为中心并向北东倾没的大隆起，长城系和蓟县系地层向西变薄，向东变厚。故本矿床为滨海和浅海海相沉积，由化学沉积作用和同生交代作用的共同作用下形成的沉积白云岩矿床，在成岩过程中和后生交代阶段有一定的重结晶及白云岩化。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

研究区出露地层自下而上有太古界五台群老潭沟组(Arl)、上长城统高于庄组第一、二段(Ch3g1+2)、上长城统高于庄组第三段第一层(Ch3g3-1)、上长城统高于庄组第三段第二层(Ch3g3-2)，区域地层倾向240°～270°，倾角16°～32°(图2)。

图2 研究区地质简图

矿体赋存于上长城统高于庄组第三段第一层(Ch3g3-1)中，呈层状产出，矿体顶板为薄层白云岩、薄层含燧石条带白云岩，底板为薄层—中厚层含燧石条带白云岩。由于矿层厚度变化不大且无夹层，根据矿区地层被沟谷切割和断层断开地层的情况，区内分为5 个矿体( 表1)，赋存标高为1 325 ～1 630m，埋深0 ～80m，根据普查工作，共推断资源量5 000 万吨以上。现将矿体特征分别叙述。

1 号矿体位于研究区西南部，由5 个探槽(TC11-1、TC13-2、TC15-2、TC17-1、TC19-1)控制，南北长约2 600m，东西宽约80 ～360m。矿体呈层状，倾向为240°～260°，倾角为26°～32°。矿体真厚度62.9 ～73.9m，平均69.56m，变化系数6.68%。白云石MgO 含量20.61%～21.18%，平均20.96%，变化系数0.90%；SiO2含量0.302%～0.681%，平均0.486%，变化系数28.57%；K2O+Na2O 含量0.04%～0.08%，平均0.06%，变化系数25.34%。

2 号矿体位于研究区南部，由2 个探槽(TC15-1、TC17-1)控制，南北长约1 200m，东西宽约90 ～460m。矿体呈层状，倾向为250°～261°，倾角为26°～31°，矿体真厚度74.9 ～80.1m，平均77.33m，变化系数2.76%(表1)。白云石MgO含量21.18%～21.31%，平均21.25%，变化系数0.26%；SiO2含量0.384%～0.632%，平均0.539%，变化系数20.40%；K2O+Na2O 含量0.08%～0.10%，平均0.09%，变化系数9.07%。

表1 冶镁白云岩矿体主要特征

3 号矿体位于研究区中部，由3 个探槽(TC21-1、TC23-1、TC27-1)控 制， 南 北 长 约1 800m，东 西 宽 约80 ～440m。 矿 体 呈 层 状， 倾 向 为243°～255°，倾角为25°～30°，矿体真厚度61.2 ～74.6m，平均67.6m，变化系数8.12%。白云石MgO 含量21.01%～21.23%，平均21.12%，变 化 系 数0.43%；SiO2含 量0.315% ～0.533%，平均0.424%，变化系数20.77%；K2O+Na2O 含量0.06%～0.07%，平均0.06%，变化系数7.44%。

4 号矿体位于研究区中北部，由2 个探槽(TC25-1、TC29-1) 控 制， 南 北 长 约1 500m，东 西 宽 约80 ～500m。 矿 体 呈 层 状， 倾 向 为255°～270°，倾角为16°～20°，矿体真厚度72.3 ～78.6m，平均75.45m，变化系数4.17%。白云石MgO 含量21.12%～21.17%，平均21.15%，变 化 系 数0.12%；SiO2含 量0.360% ～0.624%，平均0.498%，变化系数26.83%；K2O+Na2O 含量0.06%～0.07%，平均0.07%，变化系数7.69%。

5 号矿体位于研究区北部，由一个矿层组成，由1 个探槽(TC31-1) 控制，南北长约770m，东西宽约100 ～350m。矿体呈层状，倾向为250°～260°，倾角为18°～23°，矿体真厚度49.5m。白云石MgO 含量21.14%、SiO2含量0.43%、K2O+Na2O 含量0.07%。

2.2 矿石特征

(1)矿石类型及特征。

研究区内5个矿体主要矿石类型为微晶白云石，其次为不等晶白云石，两种类型矿石无明显分布规律。

微晶白云岩：浅灰白色、浅黄色、浅玫瑰红色，风化面呈灰色、黄灰色，微晶结构，块状构造，在风化面上有刀砍状和波纹状溶蚀细沟。岩石组成矿物主要为白云石，次为石英与铁质。白云石(Dol)：粒径多在0.004 ～0.03mm，为微晶，单偏光镜下呈灰色，局部偶见少量由粒径0.03 ～0.10mm 晶体形成的粉晶—细晶团块，颜色略浅，高级白干涉色，含量约97%。石英(Q)：次棱角状，粒径0.02 ～0.07mm，为粉砂，晶体无色透明，一级灰干涉色，零星分布，含量约1%。铁质：微小薄片状，片径0.005 ～0.05mm，散布于白云石间隙，含量约2%。

不等晶白云岩：灰白色、浅黄色、浅玫瑰红色，不等晶结构，块状构造，薄层片状，有轻微的刀砍状溶蚀沟，风化比较严重，层理清晰。风化面为灰白色、浅黄色。岩石组成矿物主要为白云石，次为极少量铁质。白云石(Dol)：镜下半数左右由微晶组成，粒径0.01 ～0.03mm，单偏光镜下呈浅灰色，另外半数由粒径0.03 ～0.23mm 的粉晶—细晶—粗晶形成的无色透明团块组成，该团块为重结晶所成，含量约99%。铁质：多沿矿物间微裂隙充填形成宽0.005 ～0.01mm 的微小脉体分布，少量以微小薄片状散布于白云石间隙，含量约1%。

(2)矿石化学成分。

根据DZ/T 0348-2020《矿产地质勘查规范 菱镁矿、白云岩类》冶镁白云岩的一般工业指标为：MgO ≥20%，SiO2≤3%，K2O+Na2O ≤0.30%[12]。对研究区内白云岩进行了采样基本分析(主要为MgO、SiO2和K2O+Na2O 三 项)，并 选 择 代 表 性矿层采取了多元素分析样(表1)，矿石品位：MgO 20.61%～21.31%，平均21.08%，变化系数0.81%；SiO20.302%～0.681%，平均为0.472%，变化系数25.57%；K2O+Na2O 0.04%～0.10%，平均0.07%，变化系数23.09%。因此，研究区矿石品级均为Ⅰ级品。

2.3 矿床顶底板

根据岩性特征结合工业指标，对矿床顶底板进行了界定及区分。矿床顶板为上长城统高于庄组第三段第二层，岩性为薄层状泥晶白云岩、中厚含燧石条带白云岩、白云岩。化学成分MgO 11.77% ～20.53%；SiO24.42% ～42.28%；K2O+Na2O 0.03%～0.4%。矿床底板为上长城统高于庄组第一、二段，底板界线与地层界线基本一致，岩性为薄层泥晶白云岩、中厚层含燧石条带白云岩、中厚层白云岩。化学成分MgO 7.34%～19.73%、SiO25.68% ～51.46%；K2O+Na2O 0.04%～0.87%。

3 结论

山西养家会冶镁白云岩赋存于长城系高于庄组第三段第一层(Ch3g3-1)地层中，层位稳定，共划分5 个矿体，主要矿石类型为微晶白云岩，具有很好的优质冶镁白云岩资源潜力。

冶镁白云岩矿石类型以微晶白云石为主，不等晶白云石为辅。矿石品位均达Ⅰ级品，是优质冶镁白云岩原料。