陽(yáng)泉地區(qū)奧陶系馬家溝組石灰?guī)r成礦特征分析

王浩乾，王波濤，郭政斌，王明明

(中國(guó)冶金地質(zhì)總局三局，山西 太原 030000)

石灰?guī)r用途廣泛，是冶金、建材、化工、輕工、農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)的重要工業(yè)原料，是一種與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)、重要的非金屬礦產(chǎn)[1]。

陽(yáng)泉地區(qū)石灰?guī)r主要賦存于奧陶系馬家溝組，主要用途為：熔劑用石灰?guī)r、水泥用石灰?guī)r、建筑石料用石灰?guī)r等[2]。廣泛出露于區(qū)內(nèi)中部、中東部，面積約2 482km2，占陽(yáng)泉地區(qū)總面積的54%。全市現(xiàn)有石灰?guī)r礦山75 個(gè)，采礦權(quán)面積約10km2,其中，水泥用石灰?guī)r礦山3 個(gè)，總生產(chǎn)能力185 萬(wàn)噸/年；熔劑用石灰?guī)r礦山5 個(gè)，總生產(chǎn)能力160 萬(wàn)噸/年；建筑石料用石灰?guī)r礦山67 個(gè)，總生產(chǎn)能力600 萬(wàn)噸/年。

筆者長(zhǎng)期在陽(yáng)泉地區(qū)進(jìn)行石灰?guī)r礦產(chǎn)勘查，根據(jù)多年勘查成果，對(duì)區(qū)內(nèi)馬家溝組石灰?guī)r的地質(zhì)特征、巖性特征及成礦特征進(jìn)行分析總結(jié)，對(duì)其成礦地質(zhì)演化進(jìn)行探討，為今后勘查、科學(xué)開(kāi)發(fā)利用石灰?guī)r礦產(chǎn)資源提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位于華北板塊(Ⅰ)山西塊隆(Ⅱ)沁水塊坳(Ⅲ)北緣盂縣塊坪東緣(Ⅳ)[3]。東部為太行山隆起，北部為五臺(tái)山隆起，南部為沁水塊坳，西部為新生代晉中斷陷盆地(圖1)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置簡(jiǎn)圖(a)，研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)

奧陶系馬家溝組平面形態(tài)總體呈現(xiàn)為向北突出的弧形，分布面積約占該區(qū)的一半以上，是石灰?guī)r礦床的主要賦礦層位。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)總體呈現(xiàn)為軸向北北東向展布的開(kāi)闊平緩復(fù)式向斜，進(jìn)一步劃分為西煙北東向斷褶帶、盂縣近東西向斷褶帶與娘子關(guān)北東向斷褶帶。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料[2]，馬家溝組為山西早古生代地層中最上部的一個(gè)由碳酸鹽巖組成的巖石地層單位，與下伏的寒武系三山子組、上覆的上石炭中統(tǒng)本溪組均呈平行不整合接觸。馬家溝組實(shí)際上應(yīng)屬群級(jí)巖石地層單位，但全國(guó)地層清理時(shí)，華北片統(tǒng)一處理為組級(jí)，劃分為6 個(gè)巖性段，總厚度多在350 ～620m 之間，巖性組合見(jiàn)表1。

表1 陽(yáng)泉地區(qū)馬家溝組地層簡(jiǎn)表

2 地層及巖性特征

本次工作收集了陽(yáng)泉地區(qū)以往11 個(gè)勘查區(qū)資料[4-8]，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，對(duì)區(qū)內(nèi)馬家溝組地層及巖性特征歸納總結(jié)。以往勘查區(qū)以探求熔劑用石灰?guī)r為主要礦體，以CaO、MgO、SiO2為主要分析項(xiàng)目[9]，這也是石灰?guī)r的主要化學(xué)組分，因此本文主要依據(jù)CaO、MgO、SiO2百分含量對(duì)其成礦性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

2.1 地層特征

通過(guò)對(duì)陽(yáng)泉地區(qū)奧陶系馬家溝組石灰?guī)r分布地質(zhì)特征綜合分析，劃分了6 個(gè)巖性段。由于各段地層沉積厚度不同、后期剝蝕等原因，在平面上展布形態(tài)以寬、窄條帶相間出現(xiàn)，總體分布特征為：馬家溝組1、3、5 段地層厚度較小，呈細(xì)條帶狀沿地形不規(guī)則分布，平面出露面積較小；馬家溝組2、4、6 段地層厚度大，呈寬條帶狀沿地形不規(guī)則分布，平面出露面積明顯大于1、3、5 段，其中尤以馬家溝組4、6 段出露面積較大，約占整個(gè)馬家溝組地層平面出露面積的80%以上(圖2)。各段地層的基本特征敘述如下：

圖2 研究區(qū)馬家溝組地層分布簡(jiǎn)圖

(1)馬家溝組1 段：分布于研究區(qū)北東部、東部，地層厚度10 ～70m。主要巖性為泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。

(2)馬家溝組2 段：連續(xù)分布于研究區(qū)內(nèi)，地層厚度150 ～200m。主要巖性為花斑灰?guī)r、少量泥晶灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r互層。

(3)馬家溝組3 段：地層厚度10 ～65m，連續(xù)分布于研究區(qū)內(nèi)。主要巖性為黃色角礫狀泥灰?guī)r，局部可見(jiàn)厚約6 ～10m 左右的白云質(zhì)灰?guī)r。

(4)馬家溝組4 段：連續(xù)分布于研究區(qū)內(nèi)，地層厚度150 ～200m，是研究區(qū)內(nèi)出露面積最大的地層。主要巖性為花斑狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、黃色角礫狀泥灰?guī)r等，各類巖性互層漸變出現(xiàn)。

(5)馬家溝組5 段：連續(xù)分布于研究區(qū)內(nèi)，地層厚度10 ～60m，平面呈帶狀形態(tài)展布，分布寬度明顯小于其周邊的4、6 段地層。主要巖性為黃色角礫狀泥灰?guī)r，局部可見(jiàn)厚約6 ～10m 的白云質(zhì)灰?guī)r。

(6)馬家溝組6 段：位于馬家溝組頂部，地層厚度11 ～90m。研究區(qū)內(nèi)地層厚度不一，區(qū)內(nèi)西部該段地層全部剝蝕，中部由北向南地層厚度逐漸變厚。主要巖性為厚層深灰色泥晶灰?guī)r，局部可見(jiàn)1 層厚約2 ～4m 含白云質(zhì)灰?guī)r。

2.2 巖性特征及用途

馬家溝組地層主要巖性組成為泥晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r和花斑狀灰?guī)r，各巖性特征及用途敘述如下[4-8]：

(1)泥晶灰?guī)r：新鮮面深灰色，風(fēng)化面灰白色，礦物成分主要為隱晶—微晶方解石組成，含量95%以上，泥晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要化學(xué)成分：CaO 50.03% ～55.35%，平均53.32%；MgO 0.194%～2.98%，平均1.12%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%。物理力學(xué)性能：飽和抗壓強(qiáng)度75.6MPa，吸水率0.02%?？勺魉唷⑷蹌?，局部品位較高的還可作電石、化肥等，其物理性能好，可作建筑石料。

(2)白云質(zhì)灰?guī)r：新鮮面灰色、灰黃色，風(fēng)化面淺灰黃色，礦物成分主要為方解石，一般含量大于85%，次為微晶白云石，含量10%～ 15%；隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要化學(xué)成分CaO 47.03%～50.35%，平均49.32%； MgO 3.194%～5.98%，平均4.12%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%，物理力學(xué)性能：飽和抗壓強(qiáng)度71.3MPa，吸水率0.03%?？勺骱谏蹌?、建筑石料。

(3)角礫狀泥灰?guī)r：新鮮面灰黃色、黃色，風(fēng)化面淺黃色，礦物成分主要為方解石，一般含量大于75%，次為泥質(zhì)及微晶白云石，含量12%～18%；角礫由細(xì)晶方解石、少量白云石及泥質(zhì)組成。主要化學(xué)成分CaO 38.03%～48.16%，平均42.32%；MgO 6.17%～12.08%，平均10.12%；物理力學(xué)性能：飽和抗壓強(qiáng)度25.6MPa，吸水率2.36%。幾乎無(wú)工業(yè)利用價(jià)值。

(4)花斑狀灰?guī)r：新鮮面灰色，風(fēng)化面灰白色，礦物成分主要為方解石，一般含量大于90%，次為微晶白云石，含量5% ～10%；花斑由細(xì)晶方解石、白云石及泥質(zhì)組成。主要化學(xué)成分CaO 47.03% ～52.35%， 平 均 51.41%； MgO 0.85%～3.98%，平均2.45%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%；物理力學(xué)性能：飽和抗壓強(qiáng)度65.5MPa，吸水率0.02%。可作水泥、黑色熔劑、建筑石料。

3 成礦特征分析

總體來(lái)說(shuō)馬家溝組1、3、5 段氧化鈣含量較低，氧化鎂含量高，物理力學(xué)性能差，幾乎無(wú)工業(yè)利用價(jià)值。

馬家溝組2、4 段地層均可作水泥用[10]，少量較好的石灰?guī)r可作黑色冶金用[2-3]，與6 段地層相比，其氧化鈣含量通常偏低，氧化鎂含量通常偏高，不可用作有色冶金熔劑、電石等。通?？梢?jiàn)3 ～4 層礦體，含2 ～3 層夾層。全段地層物理力學(xué)性能好，可用作建筑石料。

馬家溝組6 段幾乎全部可以用作各類用途的石灰?guī)r[4-8]，化學(xué)成分穩(wěn)定，僅在局部可見(jiàn)一薄層白云質(zhì)灰?guī)r，其氧化鎂含量較高，不可用作水泥用、熔劑用等。全段地層物理力學(xué)性能好，可用作建筑石料。作為礦體，其通常裸露地表，僅在局部可見(jiàn)少量第四系黃土覆蓋，底板為馬家溝組五段，礦床開(kāi)采技術(shù)條件好，易于開(kāi)采。研究區(qū)西部因后期剝蝕幾乎不可見(jiàn)，主要出露于中部、南部，出露范圍內(nèi)地層厚度呈現(xiàn)規(guī)律性變化，北部較薄，南部較厚。如北部獐兒坪村熔劑灰?guī)r礦該段厚度平均為28m[11]，向南高垴莊熔劑灰?guī)r礦區(qū)內(nèi)該段厚度平均為50m，最南部棗嶺、趙家莊該段厚度已達(dá)80m。

4 礦床地質(zhì)成因分析

自晉寧運(yùn)動(dòng)后，山西地區(qū)整體上升陸地，遭受了長(zhǎng)期侵蝕與剝蝕作用。從古生代寒武紀(jì)開(kāi)始沉降，海水自南向北涌入，形成早古生代寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)陸表海沉積。

中奧陶世早期，海水初侵，早期沉積了馬家溝1段泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r；中期海水加深，沉積了馬家溝組2 段中下部局限海潮間泥坪相中厚層泥晶灰?guī)r；晚期開(kāi)始地殼抬升，交替沉積了2 段上部潮間—潮上泥云坪相泥晶灰?guī)r和泥質(zhì)白云巖。中奧陶世中期處于潮上膏云坪環(huán)境，沉積了馬家溝組3 段含膏溶角礫巖的泥灰?guī)r和石膏層，之后海水加深，沉積了馬家溝組四段潮間—潮上泥坪相泥晶灰?guī)r、花斑灰?guī)r。

進(jìn)入晚奧陶世，早期再次處于潮上膏云坪環(huán)境，沉積了馬家溝組5 段薄層狀泥質(zhì)白云巖、膏溶角礫巖。晚期海水達(dá)到奧陶紀(jì)以來(lái)的高峰，沉積了馬家溝組6 段厚層狀泥晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。馬家溝組沉積之后，由于加里東運(yùn)動(dòng)影響，形成晉冀魯豫上升，使山西早古生代地殼抬升為陸，長(zhǎng)期受侵蝕、剝蝕而未接受沉積[12-13]。

5 結(jié)論

(1)馬家溝組1、3、5 段地層厚度小，平面形態(tài)表現(xiàn)為細(xì)條帶狀；馬家溝組2、4、6 段地層厚度大，平面形態(tài)表現(xiàn)為寬條帶狀。其中尤以馬家溝組4、6 段出露面積較大，約占整個(gè)馬家溝組地層出露面積的80% 以上，是石灰?guī)r礦產(chǎn)資源的主要賦存層位。

(2)馬家溝組各段地層的含礦性差異大，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律。馬家溝組1、3、5 段幾乎無(wú)工業(yè)利用價(jià)值；2、4 段灰?guī)r可作水泥用，少量較好的石灰?guī)r可作黑色冶金用，通?？梢?jiàn)3 ～4 層礦體，全段地層物理力學(xué)性能好，可作建筑石料用；6 段灰?guī)r化學(xué)成分穩(wěn)定，氧化鈣含量高，氧化鎂含量低，物理性能好，可以作各類工業(yè)用途。

(3)馬家溝組地層垂向上地層層序以1、3、5 段白云質(zhì)灰?guī)r與2、4、6 段石灰?guī)r成對(duì)交替發(fā)育，反映該階段地殼運(yùn)動(dòng)以周期性垂直升降，造成頻繁的海進(jìn)、海退更疊，整體具局限海碳酸鹽巖臺(tái)地沉積特征。