乌兹别克斯坦塔什干库拉玛地区水泥用灰岩矿地质特征及成因

韩鹏飞，汪 凯，崔拥军，寿立永，牛运玖，杨联涛，张晓龙

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710003；2.安徽海螺水泥股份有限公司，安徽 芜湖 241000)

库拉玛水泥用灰岩矿位于乌兹别克斯坦塔什干市阿汉加兰区库拉玛村，面积约1.58km2。通过详查地质工作，查明水泥用灰岩矿资源总量5 190万t，为当地水泥生产提供了原料。本文分析了矿区成矿地质背景、研究了矿区地质特征，为今后的矿山开发利用提供了地质依据，对本区域水泥用石灰岩矿的找矿具有指导意义。

1 成矿地质背景

矿区位于图尔盖—中天山加里东—华力西褶皱带内。图尔盖—中天山加里东—华力西褶皱带包括北部卡拉让套—恰特卡洛华力西地槽褶皱带、中部库拉明—费尔干纳中间地块和南部的库拉明火山—深成岩带[1]，矿区位于库拉明火山—深成岩带东段(图1)。中、上泥盆统、石炭系和二叠系构成华力西构造层，中泥盆—下石炭统由砂岩和碳酸盐岩组成，以灰岩和白云岩为主[2]；上石炭统为火山—沉积岩层，二叠系为陆相火山岩夹碎屑岩建造[1,3]。

图1 区域地质简图(据参考文献[1]修编)

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层为下石炭统多内昔组(C1t)，主要为一套碳酸盐岩[4-5]。自下而上按岩性特征分为7层，为整合过渡关系(图2)。

图2 矿区地质简图

(1)第一岩性层(C1t1)：深灰色中厚层状灰岩，分布于矿区东南角，断续出露长度约630m，厚度大于30m。中部地段被大面积第四系黄土覆盖，东部被岩体“吞噬”。岩层产状为252°～316°∠51°～67°。该层分布于矿区底部，未见底。

(2)第二岩性层(C1t2)：灰色厚层状白云岩，仅在矿区东南角出露，Ⅶ勘探线以东全部为第四系覆盖。出露长度约410m，厚度100m以上，岩层产状为316°∠51°。该层为非矿(夹)层，与第一岩性层整合接触。

(3)第三岩性层(C1t3)：深灰色中厚层状含燧石条带(团块)灰岩，分布于矿区中部Ⅲ勘探线以东，出露长度约440m，厚度约60m，其他地段呈捕虏体零星出露。岩层产状为291°～8°∠3°～33°。该层为矿层，与下伏第二岩性层呈整合接触。

(4)第四岩性层(C1t4)：灰色—土灰色白云岩、白云质灰岩。分布不连续，仅在Ⅱ勘探线以西(长度180m)及Ⅳ勘探线以东(长度350m)断续出露，中间部分完全被地表岩体“吞噬”，厚度40m。岩层产状265°～330°∠9°～35°。该层为非矿(夹)层，与第三岩性层(C1t3)石灰岩呈整合接触。

(5)第五岩性层(C1t5)：灰色生物碎屑灰岩，区内出露较为完整，仅在Ⅳ勘探线附近部分被岩体“吞噬”覆盖，出露长度约810m，厚度约46m。岩层产状为267°～348°∠6°～32°。该层为矿层，与下伏地层呈整合接触。

(6)第六岩性层(C1t6)：深灰色中厚层状灰岩，区内出露最为完整，Ⅰ勘探线西南部为大面积岩体，沿矿体走向北东方向仅在Ⅳ勘探线附近被少量岩体穿插切割，出露长度约954，厚度大于40m。岩层产状为298°～348°∠17°～28°。该层为矿层，与下伏第五岩性层呈整合接触。

(7)第七岩性层(C1t7)：灰色—土灰色白云岩，仅在Ⅱ勘探线西侧山顶处小面积出露，近水平状产出，厚度小于8m。该层为矿区最顶层，与第六岩性层呈整合接触。

2.2 构造

矿区构造较为简单，总体为一单斜构造。岩层走向近北东—南西向，倾向北西，倾角3°～35°。主要构造行迹为节理裂隙。

矿区范围内主要发育有三组节理，走向分别为135°～315°、15°～195°、55°～235°，均为剪切节理，节理面较平直，偶见水平擦痕，延伸较远，宽度一般数毫米。三组剪切节理的受力呈近南北向挤压，与区域应力场方向一致。近地表处沿节理面多形成钙华薄壳或因风化溶蚀形成较大的石缝，且多被黏土充填。深部钻探取芯见节理错开层理和缝合线构造等现象。地表节理密度1条/1.5m，深部(钻孔岩芯中)逐渐稀疏。裂隙多见于近地表部位，以风化裂隙、坡角卸荷裂隙为主，岩溶裂隙较少，排列无序，裂隙面微张，上部多被黏土充填。据钻孔岩芯资料观察，深部裂隙减少，以闭合状为主，无黏土充填。

2.3 岩浆岩

区内石炭纪火山喷发强烈，在石炭系中发育厚度很大的中性—中酸性火山岩，主要岩性有安山(玢)岩、安山—英安岩、粗面(斑)岩、流纹岩，总厚度大于1 000m[6]。石炭纪中酸性侵入岩分布广泛，常成巨大的复式岩体[7]。早期主要为闪长岩(330～321Ma，K-Ar法)，其次为石英二长闪长岩(319Ma，K-Ar法)，中期为花岗闪长斑岩(311～292Ma，K-Ar法)，晚期为中—酸性岩脉(283～228Ma，K-Ar法)[8]。闪长岩类主要呈岩株产出，有时亦呈复式岩基的组成部分。闪长岩有时过渡为辉长闪长岩。该类岩石特点是总的碱性程度偏高。花岗闪长岩类是该期侵入岩中主要岩类，常成为巨大复式岩体的主体部分，主要为角闪石—黑云母花岗闪长岩，常过渡为石英二长岩[9]。矿床沉积后，后期岩浆岩侵入为矿床提供热源，使矿床中灰岩矿发生变质作用，碳酸盐岩与硅酸盐进行接触交代作用，使灰岩变质成为矽卡岩化灰岩和矽卡岩[10]。

3 矿体地质特征

库拉玛水泥用灰岩矿床是海相沉积的石灰岩矿床。矿体呈层状、似层状赋存于下石炭统多内昔组(C1t)[11-12]。矿区范围内标志层特征明显、稳定，不同矿层(体)厚度变化较小，矿石质量稳定。根据岩性特征可分为七个岩性层(C1t1-C1t7)，其中C1t7、C1t4、C1t2为非矿 ( 夹 ) 层，C1t6、C1t5、C1t3、C1t1为矿层，编号为t6、t5、t3、t1。

3.1 矿体特征

四个矿层产出形态较稳定，延伸长度受地形切割及岩体“吞噬”影响不完全一致。矿层总体呈平缓单斜，间有波状起伏，层位稳定。产状252°～8°∠3°～67°。各矿层特征见表1。

表1 各矿层特征一览表

t6矿层：为深灰色中厚层状灰岩，为上矿层，呈平缓单斜状产出。沿走向工程控制长度为959m，宽度为310～959m，产状252°～8°∠3°～33°。工程控制矿体最大厚度95.01m，最小厚度22.24m，平均厚度48.43m。厚度变化系数为28.55%，属稳定性矿层(体)。

t5矿层：为深灰色含燧石条带(团块)灰岩，位于矿区的中部，为中矿层，该层含燧石条带及团块较为普遍。沿走向工程控制长度为830m，宽度为150m，矿体产状267°～348°∠6°～32°。工程控制的最大厚度108.46m，最小厚度8.91m，平均厚度45.8m，厚度变化系数为31.30%，属稳定性矿层 (体)。

t3矿层：为灰色生物碎屑灰岩，为下矿层。层间有波状起伏，层位稳定，层状产出。沿走向工程控制长度为430m，宽度为225m，产状为291°～8°∠3°～33°，工程控制的矿层体最大厚度92.49m，最小厚度40.77m，平均厚度61.01m，厚度变化系数为22.43%，属稳定性矿层(体)。

t1矿层：为深灰色中厚层状灰岩，为矿区最底部矿层。层位稳定，层状产出。沿走向工程控制长度约630m，宽度为230m，产状为252°～316°∠51°～67°，该层未见底，可见厚度大于30m。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石类型

矿区矿石有三种自然类型：

(1)深灰色中厚层状灰岩：主要发育于t6、t1矿层中。矿石呈深灰色，球粒粉晶结构，局部为球粒泥晶结构，中厚层状、块状构造(图3a)。主要由方解石矿物组成，含量达95%～98%，含极少量白云石、铁质、泥质及石英，含量＜3%。矿石质纯性脆，贝壳状断口，局部常见方解石细脉穿插。

(2)灰色生物碎屑灰岩：发育于t5矿层中。矿石呈灰色，粒屑粉晶结构，生物碎屑结构，局部粒屑泥晶结构、粒屑细晶结构，中厚层块状构造。主要组成矿物为方解石，含量在95%以上，少量白云石(2%～3%)，微量石英及铁质。岩石表面可见腕足类、贝类、珊瑚化石等生物碎屑，不均匀分布，有的呈完整形体，多数为碎片。胶结物主要为泥晶或亮晶的方解石，偶含石英与黏土矿物。质纯性脆，贝壳状断口。

(3)深灰色中厚层状含燧石条带(团块)灰岩：发育于t3矿层中。该类型主要为含硅质结核(条带)灰岩。矿石呈深灰色，层状、条带状构造。矿物成分以方解石为主，占75%～80%，少量白云石及铁质，燧石占10%～15%。燧石为黑色，油脂光泽，粒径一般3～5cm，大者可达10cm，在灰岩层中成层断续分布，燧石矿物成分为硅质、碳酸盐岩及少量铁泥质矿物，燧石在灰岩层面上呈瘤状、结核状，与灰岩接触界线清楚，在垂直断面上呈串珠状、结核状平行于层面分布(图3b)。

图3 t6和t3矿层灰岩

3.2.2 矿石化学成分

矿区圈定的4个矿层地表矿石CaO含量最大53.84%，最小49.35%，平均52.90%；MgO含量最大2.01%，最小0.50%，平均0.73%。深部钻孔中矿石CaO含量最大55.26%，最小45.84%，平均52.05%；MgO含量最大3.54%，最小0.13%，平均1.08%。全矿区矿层(体)矿石的CaO平均含量为52.34%，MgO平均含量为0.96%(表2)。统计结果表明各矿层(体)的矿石中有益组分CaO含量较稳定；有害组分MgO含量也较稳定，满足水泥用灰岩矿的一般要求[13]。

表2 矿体主要有益有害组分变化特征一览表(单位：%)

矿石中其他氧化物成分含量为：SiO20.73%～16.68%，平均3.62%；Al2O30.10%～4.76%，平均0.42%；Fe2O30.066%～1.11%，平均0.21%；K2O+Na2O 0.097%～0.283%，平均0.148%；SO30.02%～0.45%，平均0.12%；Cl-0.003 8%～0.013%，平均0.007 5%；烧失量34.90%～43.44%，平均42.21%。满足水泥用灰岩矿石的质量要求[13]。

3.2.3 围岩及夹石

矿区范围内仅有约三分之一矿层(体)裸露地表，无顶板层；其余矿层(体)上覆有顶板层，主要由岩体及第四系黄土层组成。上覆岩体主要为中石炭统正长斑岩、硅长斑岩和未分割的喷出岩岩系，岩体直接覆盖于不同矿层(体)之上，地表主要颜色为暗红色，局部夹杂暗绿色灰绿玢岩，厚度在0.5～35m。顶板黄土层主要分布在山峁及北、西、东三侧的山体迎风坡、坡脚地带，厚度0.0～15m。黄土呈浅黄色—棕褐色，土质较均匀，砂感强，含钙质结核和灰岩碎块。矿层(体)的底板由详查的矿体开采标高控制，为下石炭统多内昔组第二岩性层(C1t2)，主要岩性为灰色—土灰色白云岩、白云质灰岩。

详查控制的三个非矿夹层分布在t3和t5矿层中，主要由闪长岩、白云岩组成，编号J1、J2、J3，主要特征见表3。C1t4作为t3、t5矿层中间夹层，受岩体侵入影响，沿走向及倾向方向均不连续分布，各勘探线深部钻孔均未钻遇该层，地表实际出露部分各勘探线剖面将该层作为直接底板层处理，实际开采境界范围内不涉及该层，不作为夹层处理。

表3 库拉玛矿区主要夹层地质特征

3.3 岩体对矿体破坏作用

矿区周边岩浆岩极为发育，地表整体表现为一套红色岩系，岩体中常见灰岩残留体或灰岩以岩帽形式存在(图4a)。矿区内岩体沿矿区中部侵入，将矿区一分为二，东南部以白云岩为主，西北部山梁构成矿区主矿体，岩性以灰岩为主，Ⅲ-Ⅴ勘探线之间矿体局部被岩体穿插分割，靠近矿体一侧常形成烘烤边(图4b)。经多个钻孔(ZK02、ZK06、ZK09、ZK16)验证，岩体呈薄被状覆盖于矿体之上，对深部矿体无明显“吞噬”破坏现象[14]。岩体与灰岩接触带岩石常见矽卡岩化，接触带宽度4～50m，接触带内岩石CaO含量明显降低，含量一般＜30%。

图4 矿区外围岩体照片

4 矿床成因

库拉玛水泥用灰岩属于石炭纪陆台浅海相碳酸盐岩沉积矿床。岩石结构、构造特征反映了矿床形成于低能—高能带沉积环境[15-16]。矿床下部t3矿层为深灰色中厚层状含燧石条带(团块)灰岩，燧石结核和条带往往与藻球(团)粒灰岩共生，硅质条带中尚有少量介形虫和线纹藻残余，为沉积物在成岩期物质重新分配、生物吸收与富集的结果，形成于滞留水环境；矿床中上部为亮晶粒屑灰岩，粒屑以内碎屑(砾屑、砂屑)，生物碎屑(螺、贝壳、介形虫等)和球粒、团粒为主，被方解石胶结。岩石质纯、洁净，代表着潮下高能带强水流水搬运再沉积的环境特征。此外，岩层体厚度方向的不均匀组合，反映了沉积过程中海水曾发生过多次短暂的进退变化，地层剖面中C1t1-C1t6岩性段为中厚层状灰岩—厚层状白云岩—中厚层状含燧石条带(团块)灰岩—白云质灰岩—潮间动荡带的生物碎屑灰岩，反映一个海进—海退—潮间动荡的过程[17]。

石炭纪末期，区内发生大规模火山喷发活动，中性—中酸性火山岩将区内周边石炭系地层基本“吞噬”殆尽，岩浆运动至矿区周边逐渐减弱，矿区作为一个巨大的残留体得以保存下来。

5 结论

(1)塔什干库拉玛水泥用灰岩矿属于石炭纪陆台浅海相碳酸盐岩沉积矿床，沿走向延伸稳定，厚度变化小，矿体厚度较稳定，连续性较好。有益组分CaO平均含量52.34%，MgO平均含量0.96%。其他有害组分的化学指标皆满足水泥用灰岩Ⅰ级品的要求，为优质的水泥生产原料。

(2)矿区及周边岩浆岩发育，岩体对底部矿层破坏较大，上部矿层整体较为完整，岩体呈薄被状覆盖于矿体之上，对深部矿体无明显破坏现象。