古浪县石灰岩矿地质特征及成因分析

尹 杰，牛军刚，王进涛

（甘肃省核地质二一二大队，甘肃 武威 733000）

1 区域水文地质

工作区地貌类型属构造侵蚀的低中山区，高程2466～2747m，气候属祁连山高寒亚干旱区和河西冷温干旱区。年均气温4.9℃，极端最高气温36.6℃，最低气温-31℃。年均降水量300mm，蒸发量2292mm，总的气候为四季分明，干旱少雨，降水稀少。工作区内属祁连山系东北边缘中低山区，按地貌形态分类属中低山及丘陵地区。海拔2466～2747m，高差一般为100～200m，属中等切割。地形特点南高北低，最低点位于北部边缘。山脉呈东西向延伸，山顶山坡具黄土高原浑圆和宽缓的地貌特点，第四系覆盖广茂，谷底切割较强，沿沟谷底部基岩大量出露。矿区地形呈南高、北低，高地形位于矿区南界附近，从石城子村向东一线梯增，从2647～2740m 再至矿区东部大山头2747m，转向东南。南界外为北西西-南东东方向的石城子-橫梁浅沟，东高西低，标高2630～2643m；矿区北界为花露槽子，是一短沟，标高2480～2580m。靠近矿区西界（界内）一条近似南-北方向的、南高北低的狭谷——石城子沟将二者贯通，至矿区北边界，海拨2466m，并向北沿伸1.1km到打拉水（村）。打拉水属山间小拗陷，海拨2399m。再向北至干沟处出山（大靖拗陷），海拨约1980m，是区域性最低侵蚀基准面。

拟设矿区范围内最低点2466m。区内降水不均，历年降水集中在7—9 月份，常有洪峰出现。

本区虽与黄羊川河（汇入古浪峡河）距离很近，但受控于地形，勘查区大部分属大靖河水系。勘查区南界东西走向的浑圆山岭为两个水系的分水岭。大靖河主干发源于毛毛山北麓，由多条支沟汇集而成，并入大靖水库后出山流入平原，消失于海子滩、腾格里沙漠，全长45km。多年平均径流量0.128 亿m3。矿区是其西侧支流井儿沟－大墩沟系节性水流，向北汇入大靖盆地之西靖一带。石城沟以及其各支沟均无常年水流，沟谷均为干沟，只在降水季节短时的降水汇集于冲沟内形成洪流。矿区南界以外属西大滩河水系，西大滩河主流距离矿区西南约5km 距离。

2 矿区地质

2.1 地层

工作区内出露志奥陶系中上统古浪群组（O2-3gl）、留系下统马营沟组（S1m）和第四系（Q）地层。

第四系上更新统（Q3）：工作区内分布最为广泛，沿山坡、山脊大面积分布，沟谷中尚有零散全新统堆积，未勾绘出。

志留系下统马营沟组（S1m）：主要在勘查区北部F1断层以北，呈东-西向条带状展布[1]。

奥陶系中上统古浪群第二岩组（O2-3glb），分布在矿区南、北F2、F1 断层间。多沿山沟及陡坡出露，以石圈城出露最完整，露头岩石新鲜。为石灰岩矿含矿层位。

奥陶系中上统古浪群第一岩组（O2-3gla），于工作区南界F2 断层以南火石屲南东、十条公路以南分布，呈东—西向条带状展布，出露范围有限。

地层顺序及接触关系如下。

第四系（Q3）：全新统主要为砂土、砂砾石，多呈棱角状，磨圆度较好，砂砾成分主要为石灰岩，有少量砂岩、板岩，碎屑粒径一般在0.5～10cm。

上更新统多为坡积、风成堆积物，以灰黄、土黄色疏松黄土状亚黏土为主。下部夹有不稳定的砂砾石层、碎石层，厚度1～6m。

下志留统马营沟组（S1m）：主要岩性为青灰色、灰绿色粉砂质板岩、泥质板岩互层，其上部以泥质板岩为主，下部以粉砂质板岩居多。岩层产状基本稳定，呈北北西走向，倾向南西，倾角45°～63°，厚度大于67.7m。

奥陶系中上统古浪群第二岩组（O2-3glb）：岩性以灰、灰白、浅肉红色致密块状灰岩组成。该组岩层由于受断层构造的影响，其产状往往表现不稳定。总体呈南南西倾向，倾角为57°～86°，平均71°，厚度大于424.1m。

奥陶系中上统古浪群第一岩组（O2-3gla）：暗紫红色、灰绿色中厚层—厚层状变粉细砂岩，夹含砾粗砂岩及细砂岩，顶部灰绿～灰黑色泥岩、泥灰岩。产状200°～218°∠31°～53°，出露厚度大于130m。

2.2 构造

工作区内处于区域张家沟—天成台背斜北翼东段的部分，工作区为北翼的部分，受同生及后断裂作用，呈一个长轴东—西向的菱形的“构造-岩层块体”，长宽3.4km×1.6km。该“块体”内岩层（中上奥陶统古浪群第二岩组）受断裂改造跷起，整体呈南西倾斜的中缓倾斜构造，其北与下志留统马营沟组断层接触。受石城子向斜及断层的影响，中上奥陶统古浪群第二岩组内多发育规模较小的褶曲，使局部地层产状紊乱，主要矿化地段为一个局部背斜，倾角31°～53°。

切割“块体”的同向断裂F1 和局部断裂F2 特征如下。

F1 断层：位于勘查区北部。断层总体走向77°～257°，向北倾斜，倾角70°～78°。延伸长度大于1140m。该断裂为一逆推断层，断层面光滑陡直，北盘为上升盘，岩性主要为青灰色、灰绿色粉砂板岩；南盘为下降盘，岩性主要为灰白色块状石灰岩。

F2 断层：位于勘查区南部石城子、火石屲南一带。断层性质为逆断层，断层大致走向为120°，倾向南。南北两盘岩性差异明显，北盘下降盘，岩性为灰白色灰岩；南盘为上升盘，主要为暗紫红色、灰绿色中厚层、厚层状变粉、细砂岩。该断层延伸长度大于1060m，断裂带宽达50m 以上，断裂带岩性破碎，小褶曲较为发育，在坡脚岩石出露处可见糜棱岩和碎裂岩出露。

褶皱翼及石灰岩层间，构造较为简单，含矿地层岩性发育单一，呈宽缓褶曲，产状变化不大，局部小褶曲产状略紊乱。总体含矿层（矿体）展布稳定、可对比性明显。

2.3 岩浆活动

矿区范围内未见任何岩浆岩及脉岩出露，也没有岩浆岩的任何存在迹象，如矽卡岩化、大理岩化、白石岩化及围岩的黏土化等现象。

3 矿床地质

3.1 矿体特征

黄羊川镇石城子石灰岩矿赋存于奥陶系中上统古浪群第二岩组（O2-3glb）之中。古浪群第二岩组呈长轴东—西向的菱形展布，长宽3.4km×1.6km。该范围内岩性几乎均为石灰岩，层状产出，最大厚度424.1m，规模较大。受拟设采矿权范围限制，工作区范围只是该菱形展布矿带的局部，除北部边缘外，工作区其他部分（绝大部分）均位于该含矿带内。

矿区矿体长度1.473km，最大宽度1.204km，平均宽度0.95km。矿体的出露标高2470～2747m，最低点位于矿区西北边界的石城子沟与花露槽子（沟）交汇处，海拨2470m，（矿体最低露头2480m）；最高处位于矿区东南最高峰（大山头）处，海拨2747m，矿区地形呈南高、北低，高差277m。矿体总体走向约290°，倾向南西，地表倾角变化21°～86°，钻探矿心倾角31°。仅在北部在断层处，由于受断层挤压，石灰岩层局部倾向北东，倾角70°～85°。

矿体主要由灰、灰白、浅肉红色中厚层、厚层致密块状灰岩组成。除在冲沟两侧及陡坎地带出露处，工作区内大部分被第四系黄土覆盖，黄土厚3～6.5m。

本次工作工程所圈定的资源位于矿区中部，其矿体长1200m，平均宽580m，平均厚度196m；控制的资源位于矿体中部，矿体长800m，平均宽393m，平均厚度178m。此外，矿区东南部依然有资源前景。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石结构构造及矿物成分

矿石呈灰、灰白、浅肉红色，玻璃光泽至腊状光泽，细晶、粉晶晶粒结构，亮晶结构与泥晶结构共存，少量碎屑结构；致密块状构造，少量角砾状构造。性脆，断口平坦，与稀盐酸作用强烈。

矿石矿物成分主要由方解石组成，占比在90%以上，方解石呈三方晶系，集合体呈平行发育的柱状及平行发育的板状体。方解石呈他形粒状，彼此紧密镶嵌，分布均一，粒径在0.05～0.3mm；少量泥质，黏土矿物占比约3%±；极微量～微量白云石、菱镁矿、石髓及蛋白石、黄铁矿，总量约2%。

岩石沿层面的一些受力面有些破碎，破碎较强时被方解石雏晶重胶结石灰岩角砾、形成一种角砾状灰岩，弱破碎处常见有贯入的后生方解石细脉，并在裂面生成毫米级柱状、锥状晶簇。近地表裂隙面附着含铁质的泥质层膜和粉末状泥质附着。这些现象在钻孔和探槽中都可以见到。

3.2.2 矿石化学成分

以往工作共采集样品100 件，分析项目为CaO、MgO、SiO2三项，其结果表明：CaO 变化为53.25%～55.46%，平均值54.65%，变化系数0.73%，总体变化很小，分布均匀、稳定。MgO 变化为0.20%～0.51%，平均值0.31%，变化系数24.77%，MgO 变化较均匀，单个样品含量均小于1%。SiO2变化为0.31%～2.08%，平均值0.99%，变化系数36.05%，其变化较均匀。

3.3 矿床成因及控制因素

3.3.1 矿床成因

中上奥陶统浅海相沉积，是我国东北、华北地区（马家沟组）石灰岩的最重要的沉积层位，是大多数水泥灰岩矿床的产出层位。

在本矿床中，以钙质的碳酸盐质石灰岩为主，夹微量细砂质泥质碎屑岩，石灰石呈中细粒的粒屑结构、较致密，几无鲕粒、竹叶结构，未见到生物骨架，游离硅及铝硅酸盐或黏土矿物含量低，镁矿物含量甚微[2]。

根据岩性特征及区域资料，本区中上奥陶统古浪群属介壳相沉积或以介壳相为主的混合沉积，主要为未经变质或仅具轻微变质的连续沉积岩系。说明当时该区处于的浅海-滨海环境中，以化学沉积为主、物理－化学沉积交替发生，沉积环境属略显动荡的浅海-滨海相，因此本矿床成因类型属浅海-滨海相沉积矿床。

3.3.2 控制因素

矿床受沉积环境控制。早古生代北祁连洋为阿拉善陆块边缘深水盆地多岛洋环境，本区处于岛弧弧后盆地与大陆边缘间环境。中晚奥陶世，北祁连洋结束扩张，趋向于收缩环境，多岛环境下滨浅海发育，产生众多的碳酸盐沉积。

源自碳酸盐沉积的石灰岩矿，与沉积环境息息相关，良好的浅海或海湾、稳定的构造环境、温暧的海水及生机盎然海洋生物，以及受限的陆源物质加入，为质纯的碳酸盐沉积创造了条件。矿床严格受这种沉积层位控制[3]。

3.3.3 找矿标志

区域上，中上奥陶统古浪群发育区，为区域找矿标志。

石灰岩抗风化能力相对弱、区内石灰岩赋存区段大多呈浑圆形山地、地形坡度中等，是矿区内找矿标志。

石灰岩沉积区岩层稳定，少断裂破碎，地表露头岩石多呈灰白色、浅灰色、浅红色，顔色越浅矿石品质越好，是矿床找矿标志。

4 工程地质条件

4.1 矿区工程地质分组

（1）坚硬岩区。坚硬岩组广泛分布于低山丘陵区，由奥陶系中厚层—厚层状变粉、细砂岩，夹含砾粗砂岩、细砂岩、灰岩等组成，岩性较均质、致密，节理裂隙较发育，表面微风化，内部岩体较完整，岩石强度高，天然容重2.3～2.7g/cm3，干抗压强度60MPa～140MPa，内摩擦角65°～87°，软化系数0.44～0.54。

（2）松散土体区。第四系松散岩类土体可划分为黄土状亚砂土和砂砾石两类[4]。

黄土状亚砂土：分布于地表，上部为黄土状亚黏土，厚2～5m，下部为黄土状亚砂土夹砂砾石，厚1～3m，结构疏松，多孔隙，力学强度低，地基承载力特征值fak=50kPa～150kPa。受降雨等因素影响易坍塌，稳固性较差。

砂砾石：分布于沟谷地带，范围小较零散，厚度大于2m，松散-中密，土石混杂，粒径大小不一，分选差，力学强度高，地基承载力特征值fak=120kPa～300kPa。

4.2 矿体边坡、顶底板岩体的稳固性

矿区矿体为石灰岩，呈巨厚层状产出，岩石未风化半坚硬，稳定性好，受构造影响小，矿石稳定性较好，适合露天开采。矿体顶板为第四系松散岩类，稳固性差，厚度不大，一般2～5m，需在开采当初予以剥离。可以防止开采过程中发生滑坡、崩塌等工程地质问题。

矿体底板同为石灰岩，其稳固性较好。矿区地形自然坡度10°～15°，平均坡度12.6°。野外观测矿岩类自然边坡在55°左右。堆土、堆石的稳定安息角约29°。依据矿区实际初步建议矿山作业面边坡角70°，最终边坡角为55°，应在开采中根据岩石完整性，对边坡进行调整，确保安全开采[5]。

5 结语

该矿山属于大型矿山，储量丰富。矿石的开发利用将大大改善当地的社会经济状况，提高劳动就业效果，并能带动农业和乡镇企业的发展，在促进地区经济繁荣、增进地方福利等方面起到较好的影响。矿山前景以及市场开采前景广阔。