山西省灵石县硫化总厂硫铁矿资源评价

2024-01-11王红

有色金属设计 2023年4期

王红

(山西省煤炭地质物探测绘院有限公司，山西榆次 030600)

0 引言

山西省灵石县位于吕梁山块隆与晋中新断陷的接触部位，区域矿产较丰富，煤炭蕴藏量最多，石膏、建筑材料、铁、硫磺等地下资源也很丰富。与成矿有关的为太原组，主要由泥岩、砂岩、灰岩、煤层和黄铁矿层组成。由于太原组沉积时地壳周期性升降，海水时进时退，因而形成了一套韵律旋回明显的海陆交互沉积[1]。区内硫铁矿矿床为沉积型硫铁矿矿床，赋存于石炭系煤系地层的底部，是山西省硫铁矿主要矿床类型。山西省灵石县硫化总厂硫铁矿为单独保留的矿山，整合后开采矿种为硫铁矿，开采方式为地下开采。

1 矿区地质

矿区位于霍西煤田北部。矿区范围部分地段为新生界地层覆盖，局部出露石炭系上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(P1s)和下石盒子组(P1x)地层。根据勘查揭露情况将矿区内赋存的地层由老至新叙述如下：

奥陶系中统上马家沟组(O2s)：矿区内地表未见出露，钻孔揭露厚度为50.92 m，未揭露完全。其主要岩性为灰色厚层状白云质石灰岩、角砾状泥质灰岩，岩溶、裂隙发育，裂隙常为石膏充填。

奥陶系中统峰峰组(O2f)：根据钻孔资料，地层厚度为104.62 m。其主要岩性为深灰色厚层状石灰岩、泥质灰岩、白云质石灰岩，岩溶、裂隙发育，裂隙常为石膏充填。

石炭系中统本溪组(C2b)：平行不整合于峰峰组地层之上，沉积厚度为3.80～24.15 m，平均厚12.29 m。。主要岩性为灰色砂岩、泥灰岩、泥岩、铝质泥岩以及铝土岩，底部发育铝土矿、硫铁矿，局部为山西式铁矿(赤铁矿)。

石炭系上统太原组(C3t)：整合于本溪组地层之上，为海陆交互相沉积，矿区内该岩层遭受剥蚀，沉积厚度为82.24～112.24 m，平均厚98.08 m。该组岩性主要由煤层、泥岩、砂质泥岩、石灰岩及砂岩组成。矿区主要揭露底层砂岩(K1)，三层石灰岩(K2、K3、K4)及九层煤层(4号、5号、6号、7号、7下、8号、9号、10号、11号)。据其岩相岩性及古生物组合对比，将本组地层分为3个岩性段，矿区及其邻近地段沉积一段、二段和三段部分地层，地表零星出露一段、二段和三段部分地层。

太原组一段(C3t1)：从K1砂岩底界到K2灰岩底界。沉积厚度27.55～52.79 m，平均厚38.54 m。

太原组二段(C3t2)：从K2灰岩底界到K4灰岩顶界。矿区局部区域该岩层遭受剥蚀，沉积厚度为22.70～45.22 m，平均厚度为28.70 m。主要岩性包括3层石灰岩，其中夹灰色泥岩、粉砂岩、细粒砂岩和2层薄煤层。

太原组三段(C3t3)：从K4灰岩顶界到K7砂岩底界，沉积厚度为20.37～46.05 m，平均厚度为31.42 m。主要岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩夹3层薄煤层。

二叠系下统山西组(P1s)：矿区内该岩层部分地区遭受剥蚀，沉积厚度为15.95～52.60 m，平均厚33.91 m。本组岩性主要为灰黑色泥岩和浅灰黄色的细粒砂岩及3层不可采薄煤层。泥岩为厚层状，均匀层理，含大量不完整植物化石；细粒砂岩为厚层状，波状层理，其成份以石英为主，长石、岩屑次之，泥质胶结，分选中等。

二叠系下统下石盒子组(P1x)：矿区内该岩层遭受剥蚀，该次钻探未完全揭露该地层。揭露的主要岩性包括3层砂岩，其中夹灰色泥岩、粉砂岩、细粒砂岩。据其岩相岩性及古生物组合对比，将本组地层分为2个岩性段，矿区及其邻近地段沉积一段、二段部分地层。

下石盒子组下段(P1x1)：从K8砂岩底界到K9砂岩底界。沉积厚度11.47～40.04 m，平均厚27.60 m。岩性为灰色灰绿色泥岩、砂质泥岩为主，夹黄绿色砂岩、粉砂岩。

下石盒子组上段(P1x2)：从K9砂岩底界K10砂岩底界，该地层在本矿区未完全揭露，岩性为灰色、灰黄色砂岩、粉砂岩为主，夹灰黄色泥岩、砂质泥岩。

第四系中、上更新统(Q2+3)：角度不整合于下伏各时代地层单元之上，以棕黄、褐黄色粉土和碎石土为主，含粗砂及钙质结核层，垂直节理发育，地貌上易形成冲沟和陡壁，厚度0～29.83 m。

构造线方向主要以NNE向为主，推测矿区发育3条背斜和3条向斜，部分被黄土覆盖，地层倾角7°～20°。无断层发育，无岩浆岩侵入。

2 含矿地层

矿区主要含矿地层为石炭系中统本溪组(C2b)。平行不整合于峰峰组地层之上，沉积厚度为3.80～24.15 m，平均厚12.29 m。主要岩性为灰色砂岩、泥灰岩、泥岩、铝质泥岩以及铝土岩，底部发育铝土矿、硫铁矿，局部为山西式铁矿(赤铁矿)，岩层总体倾向有两组NW与SE，倾角6～20°。根据岩性组合特征，将该组分为2段，各段特征如下：

一段(C2b1)：主要由灰黄、灰绿色硫铁矿(局部为褐红色山西式铁矿)、浅灰色铝土矿、硬质粘土矿及铝质泥岩组成，沉积厚度为2.03～20.51 m，平均厚度约8.19 m。

二段(C2b2)：主要由灰、深灰色砂岩、泥岩、砂质泥岩及粉砂岩组成，底部常发育一层浅灰色含泥灰岩，沉积厚度为0～13.13 m，平均厚度约4.30 m。

3 矿体特征

矿区内硫铁矿矿床属浅海相的胶体化学沉积及滨海盆地沉积而形成的矿床[2]，赋存于石炭系中统本溪组底部(含矿段)，奥陶系中统峰峰组灰岩古侵蚀面之上。矿层底板为奥陶灰岩，严格受其风化作用形成的大小不一、凹凸不平的岩溶地形所控制，矿层与底板界线清楚，属平行不整合接触。矿体顶板为铝土矿、硬质粘土矿或粘土岩，接触界线也较清楚，其与矿层属一套连续沉积的铁铝岩相建造。

硫铁矿含矿层位稳定，其分布主要受奥陶系侵蚀面控制，局部出现不可采地段，工业矿体占有率为86.7 %，连续性较好。矿区西南部矿体尖灭，横向变化较大，矿体断续几十米至几百米，形成1个波状起伏的似层状矿体；局部与“山西式铁矿”共生，相变为二元结构，即下部为硫铁矿层，上部沉积山西式铁矿。

矿体总体产状与围岩地层基本一致，矿体局部产状受古侵蚀面形态及顶板岩层产状控制，顶面相对平整，底面随下伏灰岩侵蚀面凹凸不平而起伏，总体倾向有2组NW与SE，矿体倾角6°～20°，一般11°左右。

矿区矿体总体呈北部厚南部薄，厚度变化较大，层位较稳定，矿体单工程揭露厚度为0.30～4.05 m，见图1。工业矿体最大厚度为4.05 m，矿区矿体平均厚度1.46 m，厚度变化系数42.6 %，矿体厚度较稳定。矿区内矿体赋存标高960～1 080 m，埋深63.25～233.46 m。

图1 矿区内矿体厚度分布图Fig.1 Distribution of Ore Body Thickness in the Mining Area

4 矿石质量

矿体矿物成分主要为黄铁矿，其次为菱铁矿、粘土矿、褐铁矿，少量石英等。

矿石结构：黄铁矿多为碎屑结构，不规则状，分布不均。粘土矿物和菱铁矿多充填于黄铁矿碎屑间隙，泥晶状，胶结物由粘土矿、菱铁矿及黄铁矿共同组成，接触式胶结。

矿石主要构造有团块构造、星点状构造条带状、块状、结核状构造等。

5 矿石类型及品级

矿体厚度、埋深及品位统计见表1，S含量分布见图2，S含量与矿体埋深关系分布见图3。矿区矿石品位：S含量8.09 %～40.21 %，矿区矿体平均品位20.62 %。根据《硫铁矿地质勘查规范》(DZ/T 0210-2002)[2]矿石品级以Ⅲ级品为主，Ⅱ级品次之。该矿区硫铁矿各化学组分含量沿埋深品位变化均无规律，沿倾向、沿走向品位变化规律性不强。

表1 硫铁矿矿体厚度、埋深及品位统计表Tab.1 Statistics of Ore Body Thickness，Burial Depth and Grade of Pyrite

图2 矿体S含量分布图Fig.2 Distribution of Sulfur Content in Ore Bodies

图3 矿体S含量与矿体埋深关系分布图Fig.3 Distribution of Sulfur Content Versus Ore Body Depth

6 矿床共(伴)生矿产

该矿区内硫铁矿矿床属煤系沉积硫铁矿矿床，与硫铁矿共(伴)生的其它有益矿产有煤层、铝土矿、硬质粘土及山西式铁矿。

该矿区属于霍西煤田灵石区外新增勘查区西侧的勘查空白区，故煤层极不稳定。2号、9号、11号为局部可采煤层，10号为大部可采煤层。经过矿区及其边缘原分布的灵石县梁家焉乡田家山煤矿、老虎山煤矿、马思坡联办煤矿、店头煤矿和硫化总厂煤矿等5座正规矿井大规模的正规开采以及矿井的超层、越界开采和小煤窑的私挖滥采，对煤炭资源的破坏十分严重，矿区内上覆煤层不具有工业开采价值。

铝土矿含矿层位不稳定，其分布主要受奥陶系侵蚀面控制，连续性较差。矿体形态多呈透镜状和团块状，形态较为复杂。矿体厚度变化大，揭露厚度为0.12～4.15 m，时而变厚，时而变薄，甚至尖灭，变化较大，矿体延续几十米。矿体规模较小，矿区内地表未出露，保存较好。总体产状与围岩地层基本一致，倾向有两组NW与SE，矿体倾角6°～20°，一般11°左右。矿体厚度变化较大，最大厚度4.15 m。

硬质粘土矿主要赋存于石炭系中统本溪组一段，与铝土矿赋存于同一层位，多为铝土矿顶板。矿区内该矿体连续较好，延伸几百米，分布面积较大。矿体形状不规则，形态较复杂，多夹石，有分层现象。矿区内地表未出露，保存较好。矿体厚度变化较大，厚度0.15～7.08 m，平均厚1.29 m。

山西式铁矿赋存于石炭系中统本溪组底部，奥陶系中统峰峰组碳酸盐岩层侵蚀面上，与硫铁矿赋存在同一层位上，多以硫铁矿的伪顶形式存在，矿体零星分布于矿区，多呈窝状、透镜状，规模小，连续性差，分布面积小。矿体最大厚度3.48 m，平均厚1.78 m。