阳泉地区奥陶系马家沟组石灰岩成矿特征分析

王浩乾，王波涛，郭政斌，王明明

(中国冶金地质总局三局，山西 太原 030000)

石灰岩用途广泛，是冶金、建材、化工、轻工、农业等产业的重要工业原料，是一种与社会经济发展密切相关、重要的非金属矿产[1]。

阳泉地区石灰岩主要赋存于奥陶系马家沟组，主要用途为：熔剂用石灰岩、水泥用石灰岩、建筑石料用石灰岩等[2]。广泛出露于区内中部、中东部，面积约2 482km2，占阳泉地区总面积的54%。全市现有石灰岩矿山75 个，采矿权面积约10km2,其中，水泥用石灰岩矿山3 个，总生产能力185 万吨/年；熔剂用石灰岩矿山5 个，总生产能力160 万吨/年；建筑石料用石灰岩矿山67 个，总生产能力600 万吨/年。

笔者长期在阳泉地区进行石灰岩矿产勘查，根据多年勘查成果，对区内马家沟组石灰岩的地质特征、岩性特征及成矿特征进行分析总结，对其成矿地质演化进行探讨，为今后勘查、科学开发利用石灰岩矿产资源提供参考。

1 地质背景

研究区大地构造位于华北板块(Ⅰ)山西块隆(Ⅱ)沁水块坳(Ⅲ)北缘盂县块坪东缘(Ⅳ)[3]。东部为太行山隆起，北部为五台山隆起，南部为沁水块坳，西部为新生代晋中断陷盆地(图1)。

图1 研究区区域构造位置简图(a)，研究区地质简图(b)

奥陶系马家沟组平面形态总体呈现为向北突出的弧形，分布面积约占该区的一半以上，是石灰岩矿床的主要赋矿层位。区内构造形态总体呈现为轴向北北东向展布的开阔平缓复式向斜，进一步划分为西烟北东向断褶带、盂县近东西向断褶带与娘子关北东向断褶带。

根据区域地质资料[2]，马家沟组为山西早古生代地层中最上部的一个由碳酸盐岩组成的岩石地层单位，与下伏的寒武系三山子组、上覆的上石炭中统本溪组均呈平行不整合接触。马家沟组实际上应属群级岩石地层单位，但全国地层清理时，华北片统一处理为组级，划分为6 个岩性段，总厚度多在350 ～620m 之间，岩性组合见表1。

表1 阳泉地区马家沟组地层简表

2 地层及岩性特征

本次工作收集了阳泉地区以往11 个勘查区资料[4-8]，结合区域地质资料，对区内马家沟组地层及岩性特征归纳总结。以往勘查区以探求熔剂用石灰岩为主要矿体，以CaO、MgO、SiO2为主要分析项目[9]，这也是石灰岩的主要化学组分，因此本文主要依据CaO、MgO、SiO2百分含量对其成矿性进行评价分析。

2.1 地层特征

通过对阳泉地区奥陶系马家沟组石灰岩分布地质特征综合分析，划分了6 个岩性段。由于各段地层沉积厚度不同、后期剥蚀等原因，在平面上展布形态以宽、窄条带相间出现，总体分布特征为：马家沟组1、3、5 段地层厚度较小，呈细条带状沿地形不规则分布，平面出露面积较小；马家沟组2、4、6 段地层厚度大，呈宽条带状沿地形不规则分布，平面出露面积明显大于1、3、5 段，其中尤以马家沟组4、6 段出露面积较大，约占整个马家沟组地层平面出露面积的80%以上(图2)。各段地层的基本特征叙述如下：

图2 研究区马家沟组地层分布简图

(1)马家沟组1 段：分布于研究区北东部、东部，地层厚度10 ～70m。主要岩性为泥质白云岩、白云质泥灰岩、白云质灰岩。

(2)马家沟组2 段：连续分布于研究区内，地层厚度150 ～200m。主要岩性为花斑灰岩、少量泥晶灰岩及白云质灰岩互层。

(3)马家沟组3 段：地层厚度10 ～65m，连续分布于研究区内。主要岩性为黄色角砾状泥灰岩，局部可见厚约6 ～10m 左右的白云质灰岩。

(4)马家沟组4 段：连续分布于研究区内，地层厚度150 ～200m，是研究区内出露面积最大的地层。主要岩性为花斑状灰岩、白云质灰岩、黄色角砾状泥灰岩等，各类岩性互层渐变出现。

(5)马家沟组5 段：连续分布于研究区内，地层厚度10 ～60m，平面呈带状形态展布，分布宽度明显小于其周边的4、6 段地层。主要岩性为黄色角砾状泥灰岩，局部可见厚约6 ～10m 的白云质灰岩。

(6)马家沟组6 段：位于马家沟组顶部，地层厚度11 ～90m。研究区内地层厚度不一，区内西部该段地层全部剥蚀，中部由北向南地层厚度逐渐变厚。主要岩性为厚层深灰色泥晶灰岩，局部可见1 层厚约2 ～4m 含白云质灰岩。

2.2 岩性特征及用途

马家沟组地层主要岩性组成为泥晶灰岩、白云质灰岩、角砾状泥灰岩和花斑状灰岩，各岩性特征及用途叙述如下[4-8]：

(1)泥晶灰岩：新鲜面深灰色，风化面灰白色，矿物成分主要为隐晶—微晶方解石组成，含量95%以上，泥晶结构，块状构造。主要化学成分：CaO 50.03% ～55.35%，平均53.32%；MgO 0.194%～2.98%，平均1.12%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%。物理力学性能：饱和抗压强度75.6MPa，吸水率0.02%。可作水泥、熔剂，局部品位较高的还可作电石、化肥等，其物理性能好，可作建筑石料。

(2)白云质灰岩：新鲜面灰色、灰黄色，风化面浅灰黄色，矿物成分主要为方解石，一般含量大于85%，次为微晶白云石，含量10%～ 15%；隐晶质结构，块状构造。主要化学成分CaO 47.03%～50.35%，平均49.32%； MgO 3.194%～5.98%，平均4.12%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%，物理力学性能：饱和抗压强度71.3MPa，吸水率0.03%。可作黑色熔剂、建筑石料。

(3)角砾状泥灰岩：新鲜面灰黄色、黄色，风化面浅黄色，矿物成分主要为方解石，一般含量大于75%，次为泥质及微晶白云石，含量12%～18%；角砾由细晶方解石、少量白云石及泥质组成。主要化学成分CaO 38.03%～48.16%，平均42.32%；MgO 6.17%～12.08%，平均10.12%；物理力学性能：饱和抗压强度25.6MPa，吸水率2.36%。几乎无工业利用价值。

(4)花斑状灰岩：新鲜面灰色，风化面灰白色，矿物成分主要为方解石，一般含量大于90%，次为微晶白云石，含量5% ～10%；花斑由细晶方解石、白云石及泥质组成。主要化学成分CaO 47.03% ～52.35%， 平 均 51.41%； MgO 0.85%～3.98%，平均2.45%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%；物理力学性能：饱和抗压强度65.5MPa，吸水率0.02%。可作水泥、黑色熔剂、建筑石料。

3 成矿特征分析

总体来说马家沟组1、3、5 段氧化钙含量较低，氧化镁含量高，物理力学性能差，几乎无工业利用价值。

马家沟组2、4 段地层均可作水泥用[10]，少量较好的石灰岩可作黑色冶金用[2-3]，与6 段地层相比，其氧化钙含量通常偏低，氧化镁含量通常偏高，不可用作有色冶金熔剂、电石等。通常可见3 ～4 层矿体，含2 ～3 层夹层。全段地层物理力学性能好，可用作建筑石料。

马家沟组6 段几乎全部可以用作各类用途的石灰岩[4-8]，化学成分稳定，仅在局部可见一薄层白云质灰岩，其氧化镁含量较高，不可用作水泥用、熔剂用等。全段地层物理力学性能好，可用作建筑石料。作为矿体，其通常裸露地表，仅在局部可见少量第四系黄土覆盖，底板为马家沟组五段，矿床开采技术条件好，易于开采。研究区西部因后期剥蚀几乎不可见，主要出露于中部、南部，出露范围内地层厚度呈现规律性变化，北部较薄，南部较厚。如北部獐儿坪村熔剂灰岩矿该段厚度平均为28m[11]，向南高垴庄熔剂灰岩矿区内该段厚度平均为50m，最南部枣岭、赵家庄该段厚度已达80m。

4 矿床地质成因分析

自晋宁运动后，山西地区整体上升陆地，遭受了长期侵蚀与剥蚀作用。从古生代寒武纪开始沉降，海水自南向北涌入，形成早古生代寒武纪—奥陶纪陆表海沉积。

中奥陶世早期，海水初侵，早期沉积了马家沟1段泥灰岩、白云质灰岩；中期海水加深，沉积了马家沟组2 段中下部局限海潮间泥坪相中厚层泥晶灰岩；晚期开始地壳抬升，交替沉积了2 段上部潮间—潮上泥云坪相泥晶灰岩和泥质白云岩。中奥陶世中期处于潮上膏云坪环境，沉积了马家沟组3 段含膏溶角砾岩的泥灰岩和石膏层，之后海水加深，沉积了马家沟组四段潮间—潮上泥坪相泥晶灰岩、花斑灰岩。

进入晚奥陶世，早期再次处于潮上膏云坪环境，沉积了马家沟组5 段薄层状泥质白云岩、膏溶角砾岩。晚期海水达到奥陶纪以来的高峰，沉积了马家沟组6 段厚层状泥晶灰岩、生物碎屑灰岩。马家沟组沉积之后，由于加里东运动影响，形成晋冀鲁豫上升，使山西早古生代地壳抬升为陆，长期受侵蚀、剥蚀而未接受沉积[12-13]。

5 结论

(1)马家沟组1、3、5 段地层厚度小，平面形态表现为细条带状；马家沟组2、4、6 段地层厚度大，平面形态表现为宽条带状。其中尤以马家沟组4、6 段出露面积较大，约占整个马家沟组地层出露面积的80% 以上，是石灰岩矿产资源的主要赋存层位。

(2)马家沟组各段地层的含矿性差异大，表现出明显的规律。马家沟组1、3、5 段几乎无工业利用价值；2、4 段灰岩可作水泥用，少量较好的石灰岩可作黑色冶金用，通常可见3 ～4 层矿体，全段地层物理力学性能好，可作建筑石料用；6 段灰岩化学成分稳定，氧化钙含量高，氧化镁含量低，物理性能好，可以作各类工业用途。

(3)马家沟组地层垂向上地层层序以1、3、5 段白云质灰岩与2、4、6 段石灰岩成对交替发育，反映该阶段地壳运动以周期性垂直升降，造成频繁的海进、海退更叠，整体具局限海碳酸盐岩台地沉积特征。