江西修水埚头水泥用灰岩矿地质特征及成因分析

2023-09-14王亮发

现代矿业 2023年8期

王亮发

（中国建筑材料工业地质勘查中心江西总队）

水泥为国民经济的重要基础产业，为地区经济社会高速发展提供较大助力。而灰岩为水泥生产的主要原材料，其质量和规模对水泥产业的发展起到限制作用。本研究依托修水县埚头矿区水泥用灰岩矿详查成果，通过矿区水泥用灰岩矿地质特征及成因分析进行总结，确定地区找矿方向，为地区有序开展矿产规划提供相应科学依据。

1 区域地质概况

埚头矿区位于江西省修水县城4°方向，直距约12 km处，矿区属修水县四都镇管辖，交通较便利。矿区属低山丘陵地形，山体总体走势呈北东向，基岩出露较好，为一中型水泥灰岩矿床。

矿区位于扬子准地台（Ⅰ）江南台隆（Ⅱ）修水—都昌台陷（Ⅲ）修水—武宁凹褶断束（Ⅳ）西端北翼［1］，即走向北东东的四都盆地内北侧（图1）。

区域地层较齐全，主要为前震旦双桥山群、寒武系、奥陶系、志留系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系和第四系。区域构造中基底褶皱表现为近东西向大型线形褶皱，为溪口—里溪向斜，向斜内部还分布有短轴向斜，构成复式向斜。盖层褶皱为短轴向斜褶皱，为四都—辽山短轴向斜，整体呈北东东向，长十几公里，宽2～5 km。区域主体断裂构造为四都向斜盆地及周边的一系列北北东向滑脱断层，区域内未见岩浆岩分布。区域主要矿产有水泥用灰岩矿、板岩石材矿、石煤、褐铁矿、钒矿等。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地层

矿区出露地层主要有茅口组（P1m）及第四系（Q）（图2）。

（1）二叠系下统茅口组（P1m）广泛分布于全区，按岩性特征分为上、下2段。下段（P1m1）岩性为扁豆状灰岩夹灰褐色钙质页岩，为深灰色—灰黑色，薄—中层状，为瘤状灰岩与钙质页岩互层产出，其瘤体大小从数厘米到70 cm，一般为10～30 cm，呈透镜状、短条带状产出，地层厚58～75 m。上段（P1m2）岩性由泥晶灰岩、微晶灰岩和生物碎屑灰岩组成，泥晶微晶结构，块状构造，巨厚层状，厚约231.67 m，含较多䗴类及珊瑚足类化石，其中夹多层似层状、层状或透镜状产出的含燧石团块灰岩或燧石条带灰岩。该层为水泥用灰岩赋矿层位。

（2）第四系（Q）主要分布于矿区表层和沟谷低洼处的沟底及坡脚底部，为棕红等色的含砾砂质黏土及黑褐色腐植土，厚0～3 m，局部边缘可达12 m。

2.2 矿区构造

矿区处于四都向斜盆地中盖层褶皱的次级向背斜中，其轴向呈北东向，受构造影响，背斜发生较大扭转，轴面倾向发生倒转，即3线以东岩层发生倒转。位于4线—3线，褶皱轴面走向近北东，倾向北西，倾角约50°；位于3线—F1以西9线，轴面走向近北东，受构造影响，该区域轴面倾向北东，倾角60°～50°；3线—5线为褶皱扭转核心区域，矿体倾向发生倒转，倾向变化较大（图2）。矿区主要位于该背斜的南东翼，岩层呈单斜产出，由于受构造影响，褶皱中部发生扭转，导致矿区岩层产状变化较大；岩层倾角由4线向3线从45°逐渐变化至79°，倾向为南东，3线至F1以西岩层倒转倾向北北西，倾角76°～58°。由于处于背斜的北西翼倾伏端，F1以北11线附近岩层倾向为南东东，倾角约20°。

矿区仅分布发育1条断层（F1断层），位于矿区9线—11线的中部，断层走向近东西，区内走向长度415 m，西端延出区外，东端为第四系所覆盖，倾向、倾角及断距不详［2］。

2.3 矿区岩溶

矿区基岩出露较广泛，矿体局部岩溶发育，规模不大，主要为落水洞、石芽、溶沟及小型溶洞等，其形态各异，大小不一。据施工钻孔数据可知，矿区深部岩溶较发育，其规模一般为1.2～6.3 m，深部溶洞多无充填物，少数浅部溶洞为含角砂质黏土全充填或半充填，矿区平均岩溶为2.63%。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿体赋存于二叠系下统茅口组（上段P1m2）地层中，为沉积形成的矿体，主要由生物碎屑微晶泥晶灰岩、微晶泥晶灰岩和微晶灰岩组成。矿体连续性较好，分布较均匀，矿体走向控制长度1 820 m；出露宽度200～330 m；真厚度75.93～231.67 m，平均137.24 m，变化系数41.62%。矿体出露最高标高291.2 m，南部较低，北部偏高；以最低可采标高130 m为底，最大埋深161.2 m，矿体规模属中型。矿体总体走向为北东，位于矿区中部矿层受构造影响发生倒转，其中4线—3线矿体倾向南东，倾角由西向东逐渐变陡，产状150°～155°∠45°～79°；3线至F1以西间矿体发生倒转，产状290°～325°∠58°～76°；3线附近为矿体扭转核心区域，矿体倾向发生倒转，倾角变化较大；F1断层以东至11线的矿体产状为102°∠20°～30°。构造对矿层产状产生较大影响，但未对矿石质量产生影响。

3.2 矿石质量

矿石为浅灰色—灰色，泥晶结构、微晶结构、泥晶微晶结构、生物碎屑微晶泥晶结构，块状构造。矿石主要矿物成分为方解石、生物碎屑、燧石、白云石、泥炭质等。

方解石主要由微晶方解石和隐晶质方解石组成，微晶方解石为菱形、多边形的微粒状，粒径为0.1～0.05 mm，其含量变化较大，为20%～90%；隐晶质方解石，粒径为0.05 mm以下，镜下无法分辨晶型，其含量变化也较大，为38%～80%。生物碎屑的种类多样，有海百合茎、轮孔虫、棘皮动物和蜓等其他藻类，其粒径在0.04～3.6 mm，外形多样，呈蠕虫形、螺旋形、纺锤形、椭圆形、螺旋形和圆形等。其主要由亮晶方解石组成，局部由微晶方解石和泥晶方解石集合体组成，生物碎屑分布极不均匀。硅质为极细小的不规则颗粒状的集合体，粒度一般在0.005 mm及以下，近似隐晶质。白云质为菱形状、四方形状和等轴形的粒状，粒度大小均匀，一般0.1～0.25 mm，属细晶粒级。其含量很少，且分布不均匀，一般小于2%，岩石偶见团块状白云质。炭质呈质点状和细脉状分布于方解石粒间，含量约1%。褐铁矿为黑褐色，呈侵染星散状分布，含量微。

CaO含量在38.45%～55.73%，平均53.62%；MgO含量在0.21%～5.2%，平均0.78%。其中矿石中有益组份CaO含量高，且变化幅度小；主要有害组分MgO虽变化幅度较大，但其含量较小；其他有害组分含量均很少。

3.3 矿石类型

根据矿石结构、构造及矿物组成，矿区矿石主要有如下4种自然类型。

（1）泥晶灰岩型。浅灰—深灰色，泥晶结构，厚层—巨厚层状构造，矿石主要由方解石和生物碎屑组成，局部分布微量的质点状褐铁矿和炭质等，其中泥晶方解石含量50%～90%，生物碎屑含量一般5%～40%，另有微量的炭质和褐铁矿呈质点状零星分布，偶见少量的白云石及石英。

（2）微晶灰岩型。浅灰—深灰色，微晶结构，厚层—巨厚层状构造，矿石主要方解石和生物碎屑组成，局部分布微量的质点状褐铁矿和炭质等。微晶方解石含量一般50%～90%，亮晶方解石组成的生物碎屑含量一般小于25%，另有微量的炭质和褐铁矿星点及少量的白云石、石英。

（3）泥晶微晶灰岩型。浅灰—深灰色，泥晶微晶结构，厚层—巨厚层状构造，矿石主要方解石和生物碎屑组成，局部分布微量的质点状褐铁矿和炭质等。泥晶微晶方解石含量50%～90%，生物碎屑含量小于25%（有时未见生物碎屑），微量炭质和褐铁矿，偶见白云石、石英。

（4）生物碎屑微晶泥晶灰岩型。浅灰—深灰色，泥晶微晶结构，厚层—巨厚层状构造，矿石由大量的生物碎屑、方解石及微量的炭质和褐铁矿组成。生物碎屑含量一般25%～45%，为亮晶方解石或微晶泥晶方解石集合体组成，方解石含量大于50%，炭质和褐铁矿微量。

3.4 矿石品级

矿区内水泥用灰岩矿石平均品位：CaO为53.62%、MgO为0.78%、K2O+Na2O为0.041%、SiO2为1.986%、SO3为0.041%、cl-为0.003%。矿石达到了《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》（DZ/T 0213—2020）中水泥用石灰质原料Ⅰ级品的要求。

3.5 围岩及夹层

西北侧围岩为茅口组下段（P1m1）扁豆状灰岩夹灰褐色钙质页岩，本次共采集扁豆状灰岩夹钙质页岩29件样品进行化学分析，经统计主要化学成分CaO含量为29.64%～52.12%，平均44.36%；MgO含量为0.54%～3.98%，平均2.46%；fSiO2含量为2.36%～15.48%，平均6.53%；南东侧矿体大部直接出露地表，局部有第四系（Q）残坡积覆盖。

矿区内夹石仅见硅质夹石（图2）。矿层内见12条硅质夹石，夹石由含燧石结核微晶灰岩或燧石条带灰岩组成，呈似层状和透镜状分布，产状与矿层较为一致，夹石平均化学成分CaO为47.43%、MgO为1.21%、fSiO2为11.05%。在矿山未来开采作业可将夹石综合利用。

4 成因浅析及找矿方向

4.1 成因浅析

埚头水泥用灰岩矿为一浅海生物化学沉积矿床。石炭系早期发生大规模海侵，晚石炭系晚石炭世形成的海侵已停止，二叠世早期，由深水沉积区演变为广泛的开阔地台相区。温度、洁净的前海环境适宜多种多样的海洋生物繁殖，海洋生物的光合作用下，海水中的二氧化碳被大量吸收，导致海水中的碳酸钙过饱和，沉淀出文石质灰泥。大量的海洋生物繁殖过程中未碳酸盐沉积提供大量物质来源［3］。在适宜的物理化学条件下，沉积了浅灰—灰色厚层状泥晶灰岩、微晶灰岩和生物碎屑微晶泥晶灰岩。早二叠世还伴随着间歇性和暂时性规模不大的地壳上升运动，从而局部海水介质中SiO2胶体团聚集，与CaCO3同时沉积，其中SiO2胶体团聚集处形成燧石团块或结核［4］。