宜陽縣石門水泥灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及成因分析

張宗可，徐石頭，任五行，陳 鵬，王小高，許礦華

(1.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052；2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術(shù)研究重點實驗室，河南 鄭州 450052；3.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局，河南 鄭州 450016)

河南省華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)寒武—奧陶系主要分布在靈寶—葉縣—確山—固始一線以北的魯山、登封、禹州、鞏義、新安、澠池、盧氏、濟源、衛(wèi)輝、林州等地，在固始、永城等地零星出露。其下平行不整合于震旦系東坡組或汝陽群、五佛山群不同層位之上，在沁陽八一水庫不整合于太古界登封(巖)群之上，在登封關(guān)口角度不整合于嵩山群五指嶺組之上，其上被石炭系平行不整合覆蓋[1]。華北型寒武系比較發(fā)育，其中蘊藏著磷、石膏、灰?guī)r等多種有用礦產(chǎn)，其經(jīng)濟價值日益受到廣泛重視[2]。石灰?guī)r資源較為豐富，總量預(yù)測遠景資源達1526.5億t，其中水泥用灰?guī)r447.2億t，水泥用大理巖119.4億t，熔劑用灰?guī)r952.2億t，化工用灰?guī)r7.7億t[3]。豫中石灰?guī)r在構(gòu)造上主要為寒武紀灰?guī)r，在地域分布上大于奧陶紀灰?guī)r，但集中度不夠，CaO平均含量在48%左右，鎂含量及堿含量相對高于奧陶紀灰?guī)r[4]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

本區(qū)大地構(gòu)造位置處于中朝準地臺華熊臺緣坳陷東北緣澠池—確山褶皺斷束的宜南斷隆區(qū)[5]。地層區(qū)劃屬于華北地層區(qū)澠池小區(qū)的東部，出露地層由老至新為中元古界熊耳群許山組(Pt2x)、汝陽群北大尖組(Pt2bd)，新元古界洛峪群門莊組(Pt3c)、洛峪群三教堂組(Pt3s)、洛峪群洛峪口組(Pt3l)，震旦系羅圈組(Zl)，下寒武統(tǒng)辛集組—朱砂洞組(∈1x-z)、饅頭組(∈1m)，中寒武統(tǒng)毛莊組(∈2m)、徐莊組(∈2x)、張夏組(∈2zh)，上寒武統(tǒng)崮山組(∈3g)，上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)本溪組(C2b)、太原組(C2P1t)，下二疊統(tǒng)山西組(P1s)、石盒子組(P1-2s)，上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)石行峰群石千峰組(P2T1s-h)，中三疊統(tǒng)油房莊組(T2γ)，新近系中新統(tǒng)洛陽組(N1l)，第四系(Q)。

據(jù)區(qū)域不同比例尺區(qū)調(diào)、煤田地質(zhì)和綜合研究資料，宜南地區(qū)地處三門峽—田湖—魯山推覆構(gòu)造體系的前鋒推覆片體上，形成了整體比較復雜但有規(guī)律的褶皺和斷裂構(gòu)造。主要有李溝向斜、楊店背斜和南部不完整的半壁山—高山斷背斜，主要斷裂為近北西—南東向和近東西向和近南北向斷裂。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地層特征

礦區(qū)出露地層主要為中寒武統(tǒng)徐莊組、張夏組、上統(tǒng)崮山組和上石炭統(tǒng)本溪組、第四系(見下圖)。地層產(chǎn)狀近南北走向、傾向99～120°，傾角35～45°左右。

石門水泥灰?guī)r礦地質(zhì)略圖

與成礦有關(guān)的地層為中寒武統(tǒng)張夏組，按其巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征，該組分為五個巖性層(段)，自下而上為：

第一層(∈2zh1)：分布在礦區(qū)的中西部，巖性為灰色、淺黃色薄層灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r互層。單層厚1～2cm，以其頂部淺黃色薄層泥灰?guī)r為一、二層分層標志。該層為礦體或礦體底板，一般厚8～15m左右，平均10m。產(chǎn)狀：56～110°∠27～49°。

第二層(∈2zh2)：分布在礦區(qū)的中西部，巖性為灰色、灰黑色豆狀灰?guī)r。一般厚2.35～6.8m，平均3.5m左右，豆鮞結(jié)構(gòu)可作為分層標志。產(chǎn)狀：55～109°∠26～51°。

第三層(∈2zh3)：分布在礦區(qū)的中部，巖性為灰色、灰黃色豹皮狀灰?guī)r。下部有一層泥灰?guī)r厚2～4m。一般厚14.35～28.80m，平均20m左右。產(chǎn)狀：55～112°∠31～48°。為本區(qū)主要礦層之一。

第四層(∈2zh4)：分布在礦區(qū)的中部，巖性為深灰色鮞?；?guī)r，夾少量致密灰?guī)r、含生物碎屑、礫屑灰?guī)r。一般厚26.35～65.61m，平均40m左右。產(chǎn)狀：66～102°∠31～53°。也是本區(qū)主礦層。

第五層(∈2zh5)：分布在礦區(qū)的中部，巖性為灰色花斑灰?guī)r。以含粉紅色、灰黃色鐵泥質(zhì)、白云質(zhì)花斑及生物礁、白云質(zhì)條帶為主要特征。一般25.0～35.14m，平均28m左右。產(chǎn)狀：64～98°∠31～48°。隨礦層中花斑和條帶不斷增多，漸變?yōu)榈V體頂板。

2.2 構(gòu)造及巖溶

礦區(qū)位處楊店傾伏背斜的東翼，石門、殷橋北西向推覆(逆沖)斷層帶的內(nèi)側(cè)(西南)。在這一構(gòu)造作用下，礦區(qū)及外圍地層產(chǎn)生明顯的構(gòu)造形變。塑性形變主要形成楊店背斜以及斷層帶附近P2、T3地層的倒轉(zhuǎn)、平臥小褶皺，也導致寒武系地層擠壓、拉伸變薄，及水泥灰?guī)r厚度、品位變化；脆性形變發(fā)生于主斷裂低序次的橫移斷層，破壞了礦層沿走向的連續(xù)性，使之產(chǎn)生錯斷和位移。礦區(qū)未發(fā)現(xiàn)大的巖溶裂隙及溶洞，巖溶率均＜3%，巖溶不發(fā)育。

2.3 礦體特征

礦體賦存于寒武系張夏組五個自然層中，呈單斜層狀產(chǎn)出。礦層產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，由北向南傾向逐漸變大，傾角逐漸變小，總體產(chǎn)狀64～110°∠26～49°。礦層厚度在走向上基本一致，各勘探線平均厚度變化范圍在32.84～87.67m之間，平均68.19m，變化系數(shù)28%，說明厚度變化較穩(wěn)定。

各勘探線礦層厚度基本一致，沿傾向方向由地表向深部，受夾層的影響礦層地表較厚，深部稍變薄。地表工程平均厚度72.55m，深部工程平均厚度55.12m。說明礦層沿傾向厚度變化較大。

通過地表探槽和深部鉆孔控制，10勘探線地表礦體厚度48.53m，深部礦體厚度86.42m，向深部變厚；14勘探線地表礦體厚度90.23m，深部礦體厚度58.80m，向深部變??；18勘探線地表礦體厚度92.98m，深部礦體厚度42.41m，向深部變薄。礦體厚度沿傾向變化不一致。

礦區(qū)巖性主要是碳酸鹽巖、粘土巖，屬堅硬、松散巖兩種類型的層狀礦體，層間結(jié)合力差，剝采比為0.49∶1，礦區(qū)工程地質(zhì)條件為簡單類型。

2.4 礦石化學成分特征

礦石主要化學成分以高鈣低硅、鎂為特征，礦石主要組分CaO含量高，礦區(qū)平均CaO=49.67%，MgO=0.13%～3.93%，平均1.69%。各礦層有害成分平均含量(%)：K2O 0.086～0.879、Na2O 0.010～0.320、SO30.016～0.501、Cl-0.002～0.095，礦區(qū)礦石有益成分含量高，有害組分含量低，符合水泥原料要求，其礦石質(zhì)量甚佳(詳見表1、表2)。

表1 石灰?guī)r礦組合分析結(jié)果[6](%)

表2 水泥灰?guī)r平均含量

2.5 礦石特征

2.5.1 礦石類型

根據(jù)礦石的自然特征劃分為五種礦石類型。

(1)薄層狀灰?guī)r。

淺灰—灰色，隱晶結(jié)構(gòu)，塊狀或條帶狀構(gòu)造，薄層狀產(chǎn)出，單層厚1～2cm。礦物成分主要為方解石，呈均一的泥晶(d＜0.005mm)含量＞90%；其次為石英±1%，鐵泥質(zhì)＜5%，石英呈砂屑狀(d=0.05～0.40mm)，鐵泥質(zhì)呈條帶狀分布。賦存于礦層底部與張夏組第一層對應(yīng)。屬次要礦石類型，主要分布在礦體區(qū)西側(cè)邊緣地帶。

(2)豆狀灰?guī)r。

灰色，隱晶—細晶結(jié)構(gòu)、鮞粒結(jié)構(gòu)、豆粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、厚層狀構(gòu)造。含0.3～1.5cm的豆鮞粒沿層理分布。礦物成分主要為方解石，呈均一的細晶(d＝0.005～0.015mm)組成，含量＞90%，其次為石英(d＝0.08～0.40mm)，含量±1%。鐵泥質(zhì)＜5%。賦存于礦體下部與張夏組第二層對應(yīng)，屬次要礦石類型，主要分布在礦區(qū)西側(cè)邊緣地帶。

(3)豹皮灰?guī)r。

淺灰—灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，層狀產(chǎn)出；巖石中普遍含黃色、灰黃色泥質(zhì)條帶及團塊，在風化表面突起呈“豹皮”狀。該層上部泥質(zhì)條帶及團塊含量較少為2%～4%，下部含量漸增達10%以上。礦物成分主要為方解石，含量約85%，其次為泥質(zhì)10%～15%，生物碎屑＜5%。主要賦存于礦體中下部與張夏組中段第三層對應(yīng)。屬主要礦石類型，分布于礦區(qū)中西部。

(4)鮞?；?guī)r。

深灰色、隱晶質(zhì)—細晶結(jié)構(gòu)，鮞粒結(jié)構(gòu)、生物碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，厚層狀產(chǎn)出。鮞粒含量一般為30%～50%左右，最高達60%。礦物成分主要為方解石，含量＞95%，由鮞粒、亮晶、生物屑組成，其次為鐵泥質(zhì)，含量＜5%。賦存于礦體的中部與張夏組第四層相對應(yīng)，屬主要礦石類型。分布于礦區(qū)中部。

(5)花斑灰?guī)r。

深灰色、細晶結(jié)構(gòu)、生物碎屑結(jié)構(gòu)，花斑構(gòu)造、塊狀構(gòu)造，厚層狀產(chǎn)出。以含粉紅色、灰黃色鐵泥質(zhì)、白云質(zhì)花斑為主要特征?；ò叱什灰?guī)則狀、似長條狀順層分布，一般含量為2%～5%，最高含量達10%以上。礦物成分主要為方解石，含量＞80%，呈團粒、亮晶、生物屑組成，其次為白云石，含量10%～15%。主要賦存于礦體的上部與張夏組第四層相對應(yīng)，屬主要礦石類型。分布于礦區(qū)東部。

2.5.2 礦物成分

主要礦物由方解石組成以泥晶、亮晶形式出現(xiàn)，含量為90%～95%，粒度0.001～0.5mm。礦石次要礦物：白云石含量4%～9%，微量礦物為石英、生物碎屑、泥屑等。

2.5.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要為隱晶結(jié)構(gòu)、隱晶—細晶結(jié)構(gòu)、鮞粒結(jié)構(gòu)、豆粒結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要為條帶狀構(gòu)造、花斑狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、薄層狀構(gòu)造，竹葉狀構(gòu)造。

2.6 工業(yè)類型與品級

礦石工業(yè)類型為水泥用石灰?guī)r礦，按DZ/T 0213-2002《冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》對水泥原料的要求，Ⅰ級品水泥原料石灰?guī)r的最低要求是CaO≥48%、MgO≤3%。礦區(qū)礦石平均品位CaO 49.67%，MgO 1.69%，因此礦區(qū)石灰?guī)r礦為Ⅰ級品水泥原料石灰?guī)r礦石[7]。

3 礦床成因及找礦標志

3.1 礦床成因

本礦床為沉積礦床，綜合礦區(qū)賦礦地層及生物化石特征，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)分析，礦床成因系淺水低能環(huán)境下濱海相或瀉湖相碳酸鹽巖沉積[8-9]。

寒武紀時期，河南華北區(qū)為穩(wěn)定區(qū)，北秦嶺為華北地塊南部的活動大陸邊緣，南秦嶺為華南地塊(或稱揚子地塊)北部的被動大陸邊緣。兩個陸緣區(qū)之間可能存在古秦嶺洋或海槽，該大洋或海槽在后期地塊對接時被消減、關(guān)閉，對接帶大致在內(nèi)鄉(xiāng)、商城一線。

在華北區(qū)，寒武紀初期全區(qū)為陸地，滄浪鋪期海水由東南和西南兩個方向侵入，至龍王廟期海水淹沒大部分地區(qū)，僅西南一隅有一古島，即熊耳古島。中寒武世末期以后，華北地臺南緣逐漸抬升，熊耳古島不斷向東北方向擴大，造成南高北低的新格局。

礦區(qū)寒武紀中期巖相古地理：西南為濱海相，東北為瀉湖相。

3.2 找礦標志

標志為寒武系張夏組中段鮞狀灰?guī)r、豆狀灰?guī)r、花斑灰?guī)r，含大量生物屑及頂部環(huán)狀生物礁等，頂板為上寒武統(tǒng)崮山組白云巖。區(qū)域內(nèi)可以在該段地層中進一步尋找新的水泥灰?guī)r礦床[6]。

[1]席文祥，裴放，巴光進，等.河南省巖石地層[M].北京：中國地質(zhì)大學出版社，1997.

[2]裴放.河南省華北型寒武系[J].中國區(qū)域地質(zhì)，1991，10(3)：210-220.

[3]彭建謀.河南省水泥灰?guī)r礦資源開發(fā)利用設(shè)計要點的探討[J].河南建材，2013(2)：88-90.

[4]齊俊華.河南省石灰?guī)r儲量與質(zhì)量[J].中國水泥，2004(2)：76-77.

[5]河南地質(zhì)礦產(chǎn)局.河南省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1989：306-308.

[6]河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院.河南省洛陽國興礦業(yè)有限公司宜陽縣石門水泥灰?guī)r礦生產(chǎn)補充勘查報告[R].2008.

[7]礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊編委會.礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊[M].北京：地質(zhì)出版社，2010：532.

[8]劉寶珺，余光明，魏沐潮，等.巖相古地理學基礎(chǔ)和工作方法[M].北京：地質(zhì)出版社，1985.

[9]陳建強，周洪瑞，王訓練，等.沉積學及古地理學教程[M].北京：地質(zhì)出版社，2004.