江西上栗楚山水泥用灰岩矿矿床地质特征及找矿前景

2023-11-06祝爱明王洪荣周卫荣张彩良

中国非金属矿工业导刊 2023年5期

王凯，祝爱明，王洪荣，周卫荣，张彩良，黄斌

(1.江西省地质调查勘查院矿产勘查所，江西南昌 330038；2.萍乡市自然资源发展集团有限公司，江西萍乡 337055)

上栗地处钦杭结合带中萍乡—乐平凹陷带的西段，具有沉积型矿产成矿的优越条件。区内赋存有较为丰富的煤、碳酸盐岩、石膏等[1]。近年来，随着上栗楚山水泥用灰岩矿勘查程度一步步深入，对该矿床的成矿条件及成矿规律的认识也更加清晰。笔者通过研究水泥用灰岩矿床的地质特征、矿床成因、控矿因素[8-13]，结合当地经济社会需求，在大量野外勘查工作的基础上，总结了上栗楚山水泥用灰岩矿成矿地质背景、矿床地质特征，并探讨了该矿床成因及区内找矿前景预测，旨在为今后该地区开展外围找矿或类似矿床的勘查提供借鉴。

1 区域地质背景

楚山水泥用灰岩矿位于下扬子板块与华夏板块接合部位，江南东部隆起带九岭逆冲隆起的西南端及钦杭结合带萍乡—乐平坳陷带的北西端(图1a)。萍乡—乐平凹陷带深部很可能为蛇绿混杂岩，中部为青白口纪晚期—早古生代的构造岩片堆叠混杂基底，该带的上层变质基底则由万年群组成的加里东期推覆体[15]。晚古生代地层直接不整合覆盖于上述不同变质基底之上，组成一条复式向斜坳陷(图1b)。坳陷中西部晚古生代及其以后的沉积层，总厚度达13000～15000m，中部多被第四系掩盖，东部受后期构造破坏，残留较少。区内晚古生代至中三叠世地层非常发育，赋存有丰富的沉积型矿产资源。

图1 区域地质构造单元综合区划图及区域地质简图(据文献[15])

2 矿区地质特征

2.1 地层

区内地层为由老到新为二叠系小江边组(P2x)、二叠系茅口组(P2m)、上二叠统乐平组(P3l)及二叠系长兴组(P3c)(图2)。

图2 楚山水泥用灰岩矿区地质图

小江边组(P2x)：分布于勘查区东南角，岩性主要为灰黄—灰色含炭泥岩、深灰—灰黑色含炭泥晶灰岩，含生物碎屑灰岩(图3a)，薄—中层状，产状305°～340°∠36°～40°，整合于二叠系栖霞组之上，茅口组之下(图3b)。地表出露宽度10～150m。

图3 矿区地层示意图

茅口组(P2m)：在勘查区中南部广泛出露，岩性主要为深灰色生物屑泥晶灰岩、含燧石结核灰岩(图3c)、含燧石条带灰岩(图3d)，总体走向为北东，产状295°～328°∠35°～54°，地表出露宽度150～420m，为勘查区内水泥用灰岩矿最为主要的赋矿地层。

乐平组(P3l)：出露于勘查区北西部，分为上下两段，上段岩性主要为硅质岩、石英砂岩、长石石英砂岩(图3e)，下段主要岩性为泥岩、炭质泥岩夹薄石煤层(图3f)，地层整体平行整合于茅口组之上，局部呈断层接触。走向北东，中间出露窄，两端出露宽，呈哑铃状出露。地表出露宽度70～260m。未来矿山开采中可作为水泥用配料进行利用。

长兴组(P3c)：出露于勘查区的西北角，岩性主要为白云质灰岩、微晶灰岩(图3g)，地层倾向150°～ 182°，倾角多在30°～58°，与下伏地层乐平组呈断层接触关系。调查区内地表出露宽度60～290m，此层亦为勘查区内水泥用灰岩矿赋矿地层。

2.2 构造

勘查区山口向斜的南西段的南东翼区内地层受印支期运动和燕山期运动影响，区内断层较为发育，主要为一系列北东向逆断层。其中F1逆断层位于勘查区北西部，延至图外，图内全长 1.6km。断层走向北东—南西，倾向北西，倾角 55°～79°。断层发生破碎作用，局部可见主要由角砾岩组成，为灰红色，角砾成分为灰岩为主，粒径大小不一，呈棱角状，由后期白云质所胶结；F2 逆断层位于勘查区中部，走向北东—南西，延至图外，图内断层长约 2km，倾向南东，倾角约 65°；勘查区南部因发生逆冲作用，将乐平组地层推入茅口组地层中，形成构造窗(图4)。

图4 楚山灰岩矿2线剖面图

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿体主要赋存于上二叠统长兴组(P3c)、中二叠统茅口组(P2m)地层中。

V1矿体：分布于勘查区北西部，赋存于上二叠统长兴组(P3c)地层中，主要岩性为白云质灰岩、微晶灰岩。矿体连续性较好，分布较均匀，矿体走向控制长度1400m，出露宽度150～510m，矿体出露最高标高387.2m，南部高北部低，以最低可采标高120m，最大埋深247.2m。矿体总体走向为北东，矿体倾向南东，产状150°～166°∠30°～58°。主要化学成分平均含量：CaO为52.77%、MgO为0.49%。

V2矿体：位于勘查区中南部，主要赋存于中二叠统茅口组(P2m)地层中，主要岩性为含燧石结核灰岩、生物屑泥晶灰岩。矿体连续性较好，分布较均匀，矿体走向控制长度2000m，矿体地表出露宽160～430m，矿体出露最高标高392.9m，中间低两侧高，以最低可采标高120m，最大埋深272.9m。矿体倾向北西，产状311°～328°∠43°～54°，层状分布，连续性较好。矿体的主要化学成分平均含量：CaO为51.64%、MgO为0.83%。

3.2 矿石类型及特征

根据矿石的结构、构造和物质组成，矿区内主要有4种自然矿石类型，即生物屑泥晶灰岩(图5a、图5b)：岩石具生物屑—晶粒结构，块状构造，主要由生物屑(40%)、胶结物(微泥晶方解石50%、亮晶方解石6%)及方解石脉(4%)组成；白云质灰岩(图5c、图5d)：岩石具粒晶结构，块状构造，主要由方解石(60%)、白云石(38%)、铁质(2%)矿物组成；微晶灰岩(图5e、图5f)：岩石具晶粒结构，块状构造，主要由微晶方解石(60%)、粒屑(35%)、方解石脉(5%)组成；含燧石结核灰岩：岩石具晶粒结构，结核状构造，主要由微晶方解石(50%)、粒屑(30%)及燧石(20%)组成。根据矿石的主要矿物成分含量，其工业类型达到水泥用灰岩矿的要求，属Ⅰ级品。

图5 矿区矿石照片

3.3 矿石质量特征

经样品分析测试，矿石符合水泥用灰岩矿质量要求，主要化学成分含量为：CaO 45.04%～55.67%，平均52.25%；MgO 0.17%～3.15%，平均0.66%(表1)。矿石化学成分主要有益组分CaO含量高且较为稳定，而主要有害组分MgO含量低，其它有害组分含量均很少。通过组合分析样测试结果，水泥用灰岩矿体SiO2平均含量为3%；K2O平均含量为0.16%；Na2O平均含量为0.06%；SO3平均含量为0.04%；fSiO2平均含量为1.76%(表2)。

表1 水泥用灰岩矿主要化学成分特征

表2 各类型矿石矿物成分和主要化学成分含量

综上，此矿区矿石质量较好，有用组分含量高、有害组分含量低，且主要组分沿走向、倾向上含量变化小。

4 矿床成因分析

区内泥盆纪至中三叠世海相沉积非常发育。晚石炭世海域扩大，除华夏古陆尚在水面之上外，海水几乎遍及江西全域。地壳的不均匀抬升，导致早二叠世初期九岭以北局部缺失沉积，随后的大规模海侵，江西区域又沦于水下，直至二叠纪的结束。江西晚古生代主要为陆表海环境，直至末期(长兴期)才开始向陆缘海转化。早三叠世海水由特提斯洋向华夏古陆推进，古陆东移至福建。江南古陆于二叠纪没入水下。扬子海由北东方向的西太平洋从西南进入江西，并与特提斯洋融为一体，成为统一的海盆，即华南陆缘海。华南陆缘海由于岛屿和水下隆起较多，海水到达海岸受阻，能量减弱，形成以潮汐作用为主的滨海沉积相。可分为碎屑潮坪、碳酸盐坪，以及碳酸盐和碎屑岩混合坪等亚相。进入中三叠世，印支运动造成地壳全面抬升，海水大幅度退却，本区成为陆地。因此，该区主要的成矿期为晚古生代二叠纪，沉积了一套以碳酸岩为主的地层。

区内二叠系沉积的碳酸盐岩中普遍发育有海洋生物化石及其碎块，尤其以腕足、海百合茎、蜒科、珊瑚、瓣腮动物及藻类最为发育，表明在二叠纪，该区为温暖的陆棚浅海环境，大量海洋生物得以繁殖，海水介质中Ca2+、O2-等离子不断得增加、积累，形成CaCO3胶体。加之生物发育及藻类光合作用均需要吸收CO2，促进CaCO3胶体的饱和和沉淀，经过40～50Ma的积累，最终沉积为厚大的碳酸盐岩矿体。成矿过程中，局部地区海水中 SiO2不断得到补充，大量硅质胶体与灰泥一起沉淀，形成了含燧石结核灰岩或含燧石条带灰岩。综上可知，本矿床属海相化学—生物沉积型矿床。

5 找矿前景分析

本区晚古生代—中三叠世海陆交互相—浅海碳酸盐台地相沉积时间跨度长达近50Ma，沉积了一套达上万米的厚大的沉积岩，且以灰岩为主。区内出露灰岩地层由上至下依次为：二叠系长兴组(P3c)、茅口组(P2m)、小江边组(P2x)、栖霞组(P2q)及马平组(P1m)，局部零星见石炭系黄龙组(C2h)。

依据取样分析结果：二叠系长兴组(P3c)及茅口组(P2m)地层为本区最为理想的找矿地层，小江边组灰岩矿品质也较好，但常见页岩、泥岩夹层，考虑到页岩、泥岩本身就可作为水泥用灰岩的配料，未来也可以加以利用。结合区域地质，二叠系马平组(P1m)下部为浅灰色生物碎屑灰岩夹白云岩、白云质灰岩，上部为深灰、灰黑色含燧石结核灰岩，二叠系栖霞组(P2q)岩性多为灰黑色或深灰色中厚层状含燧石结核灰岩夹碳质页岩，锤击有沥青臭味，习称“臭灰岩”，此三套地层具有较大的找矿潜力。石炭系黄龙组(C2h)在本区出露范围有限，不予考虑。

纵观整个勘查区外围，勘查区西侧及北部村庄连成片，含灰岩地层仅零星出露，找矿前景差；南部及东部(梓木岭一带)，以二叠系茅口组(P2m)、小江边组(P2x)、栖霞组(P2q)为主的一套碳酸盐建造，出露面积约11.96km2，为本区未来矿山扩储增量最重要的资源远景区。东北角(枧冲村东北角)以二叠系茅口组(P2m)及马平组(P1m)为主出露面积约5.27km2的一套灰岩亦可作为本区找矿远景区。综上，本区远景资源量十分可观。