趙佳佳

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

清水河縣大梁山白云巖礦地質(zhì)特征及開發(fā)利用

趙佳佳

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

本文論述了大梁山白云巖礦床地質(zhì)特征、礦石質(zhì)量、礦石類型等。該地區(qū)白云巖礦已達(dá)到冶鎂用白云巖的工業(yè)要求。同時(shí)該區(qū)資源儲(chǔ)量豐富，礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，礦體形態(tài)為近水平產(chǎn)出的層狀礦體，傾角一般1～ 5°，開采技術(shù)條件簡(jiǎn)單，適合露天大規(guī)模開采，易于開發(fā)利用。

白云巖；地質(zhì)特征；礦石質(zhì)量；開發(fā)利用

白云巖廣泛用于建材、鋼鐵、陶瓷、橡膠、造紙、塑料等工業(yè)。另外在農(nóng)業(yè)、環(huán)保、節(jié)能、藥用及保健等領(lǐng)域也得到了應(yīng)用[1]。近年來隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)優(yōu)質(zhì)白云巖的需求增加，因此，加快白云巖資源的勘查，提供新的資源基地，顯得特別重要和緊迫。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

內(nèi)蒙古清水河縣大梁山白云巖礦區(qū)位于華北地臺(tái)(Ⅰ)、山西臺(tái)隆(Ⅱ)、清水河隆起(Ⅲ)的中部。區(qū)域內(nèi)古生代地層區(qū)劃屬華北地層大區(qū)、晉冀魯豫地層區(qū)、東勝地層小區(qū)；中、新生代地層區(qū)劃屬山西地層區(qū)、涼城地層分區(qū)。主要出露地層由老至新有：古生界寒武系，中下奧陶統(tǒng)，上石炭統(tǒng)，上、下二疊統(tǒng)，新生界新近系上新統(tǒng)，第四系上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。

區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)為地臺(tái)型構(gòu)造特征，太古代以后構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以升降運(yùn)動(dòng)為主，褶皺極其微弱，地層近水平產(chǎn)出，略向南至南西緩傾，傾角一般≤5°，斷裂較為發(fā)育，按其走向劃分，以北東向和北西向斷裂為主，近東西向、北北西向及北北東向斷裂較少。

區(qū)域內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，未見巖漿巖侵入體。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層有上寒武統(tǒng)炒米店組(∈3c)，上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3O1s)，第四系上更新統(tǒng)(Q3)和全新統(tǒng)(Q4)(見右圖)。由老至新分述如下。

(1) 上寒武統(tǒng)炒米店組(∈3c)。

出露分布于礦區(qū)北部的各沖溝底部，產(chǎn)狀近水平，總體東部略有抬升，西南低，呈舒緩波狀。傾角一般在1～3°。礦區(qū)出露厚度不全。巖性主要為紫紅色竹葉狀灰?guī)r，其次為青灰色中厚層條帶狀灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和微晶灰?guī)r。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

(2) 上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3O1s)。

出露分布于礦區(qū)南部山坡及山脊地帶，受風(fēng)化剝蝕作用影響保存厚度不等，工程揭露厚度36.20～181.31m，平均厚度114.65m。產(chǎn)狀近于水平，傾角1～5°，傾向北西、南西及南東皆有，總體來看，不論是東西方向還是南北方向，均呈舒緩波狀。巖性主要為結(jié)晶白云巖、灰質(zhì)白云巖，含少量微晶灰?guī)r透鏡體及灰褐—灰綠色頁巖透鏡體。該組地層與下伏上寒武統(tǒng)炒米店組(∈3c)整合接觸。

(3) 第四系上更新統(tǒng)(Q3)。

廣泛分布于礦區(qū)的山梁頂部及沖溝的陰坡地帶，巖性為黃土夾少量鈣質(zhì)結(jié)核。顏色為土黃—淺黃色，由粘土礦物和碎屑組成，碎屑成分主要為石英，其次為不透明礦物和綠簾石，含少量的長(zhǎng)石、黑云母、白云母碎屑及巖屑。碎屑磨圓度較好，粒度0.05～0.1mm。該層黃土受沉積時(shí)古地形限制及沉積后的剝蝕，厚度不等，保留最大厚度36.08m。柱狀節(jié)理發(fā)育，不整合于下伏各地層之上。

(4) 第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4)。

主要分布于礦區(qū)北部溝谷底部，由細(xì)砂、礫石及石灰?guī)r、白云巖碎石組成，厚度小于2m。不整合于下伏各地層之上。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)明顯的褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，地(礦)層近水平產(chǎn)出。總體來看，地層?xùn)|部高，西南低。不論是從東到西，還是由北至南，地(礦)層均顯示呈舒緩波狀，因而地(礦)層傾向南西、北西、北東及南東皆有，總體傾角＜5°，起伏幅度一般都不大。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)未見巖漿巖侵入體。

2.4 礦床特征

本礦床屬淺海相內(nèi)源沉積礦床。白云巖礦體賦存于上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3O1s)地層中，分上下兩個(gè)礦層，上部為KC2礦層，下部為KC1礦層。礦區(qū)內(nèi)除了北部邊緣、東部邊緣及沖溝中被風(fēng)化剝蝕外，其余地帶均有礦體分布。受沖溝的切割沖刷，各礦體平面形態(tài)呈不規(guī)則狀。礦層分述如下：

(1) KC1礦層。

KC1礦層位于上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3O1s)下部，巖性為結(jié)晶白云巖，含少量灰質(zhì)白云巖和結(jié)晶灰?guī)r透鏡體。工程控制礦體南北分布最大3 200m，東西分布最大4 870m，受溝谷切割，有不同程度的被沖刷剝蝕，工程控制礦體厚度，52.99～4.00m，平均35.93m，厚度變化系數(shù)32.09%，屬厚度變化較小的礦層。

KC1礦層頂板主要為上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組地層中不符合工業(yè)指標(biāo)要求的結(jié)晶白云巖，少量灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r及泥質(zhì)頁巖。鉆孔巖芯觀察，白云巖、灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r與礦體界線不明顯，呈漸變過渡關(guān)系，不易區(qū)分，泥質(zhì)頁巖與礦體界線較清楚。該頂板同時(shí)也是KC1和KC2礦層之間的夾層，厚度8.00～75.88m。經(jīng)取樣分析礦層頂板化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 KC1礦層頂板化學(xué)成分(%)

KC1礦層底板大部分為上寒武統(tǒng)炒米店組(∈3c)紫紅色竹葉狀灰?guī)r，個(gè)別地段為三山子組地層底部不符合工業(yè)指標(biāo)要求的灰質(zhì)白云巖。鉆孔巖芯觀察，灰質(zhì)白云巖與礦體界線不清晰，呈漸變過渡關(guān)系，不易區(qū)分；竹葉狀灰?guī)r與礦體界線明顯，易于區(qū)分。經(jīng)取樣分析，竹葉狀灰?guī)r化學(xué)成分(%)：MgO 1.75～10.09、CaO 39.10～46.68、SiO23.62～9.22?；屹|(zhì)白云巖化學(xué)成分(%)：MgO 11.11～15.94、CaO 32.72～37.47、SiO22.93～6.88。

(2) KC2礦層。

KC2礦層位于上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組上部，巖性為結(jié)晶白云巖，含少量灰質(zhì)白云巖和粉砂巖、頁巖透鏡體。工程控制礦體南北分布最大3 200m，東西分布最大4 870m，礦體不同程度的被風(fēng)化剝蝕，礦體形態(tài)不規(guī)則，工程控制礦體厚度最大84.8～10.84m (剝蝕殘存厚度)，平均49.72m。厚度變化系數(shù)36.44%，屬厚度變化較小的礦層。兩個(gè)礦層礦體形態(tài)均為近水平產(chǎn)出的層狀礦體，總體呈東南高，北西低，因礦體由東到西、從南至北均呈舒緩波狀，所以傾向北西、北東、南西及南東皆有，傾角一般1～5°。

KC2礦層由于風(fēng)化剝蝕大部分無頂板，被第四系上更新統(tǒng)(Q3)黃土層覆蓋，厚度1.09～9.52m，平均厚度為4.87m，個(gè)別地段為三山子組地層中不符合工業(yè)指標(biāo)要求的白云巖或灰質(zhì)白云巖，厚度2.85～6.30m，平均4.23m。KC2礦層底板即KC1礦層的頂板。

(3) 夾層。

根據(jù)工業(yè)指標(biāo)對(duì)夾層進(jìn)行圈定，本礦區(qū)夾層主要為未達(dá)到工業(yè)指標(biāo)要求的結(jié)晶白云巖、灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r及頁巖、粉砂巖。

2.5 礦石特征

(1) 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及礦物成分。

兩個(gè)礦層礦石均為結(jié)晶白云巖，微晶—細(xì)晶結(jié)構(gòu)，塊狀(層狀)構(gòu)造。

根據(jù)巖石鏡下觀察結(jié)果，礦石主要礦物成分為白云石，含量85%～90%，次為方解石，含量5%～10%，硅質(zhì)含量＜1%，含少量鐵泥質(zhì)。白云石多呈菱面體，顆粒較均勻，粒徑0.06～0.25mm，顆粒邊緣具鐵泥質(zhì)邊；方解石呈塵點(diǎn)狀、粒狀，粒徑＜0.05mm，分布于白云石中和空隙間；硅質(zhì)成分無色透明，為隱晶質(zhì)，顆粒＜0.03mm，零星分布。

(2) 礦石化學(xué)成分。

礦石主要化學(xué)成分為MgO和CaO，次為SiO2。根據(jù)各礦層基本分析平均品位和各礦層單工程加權(quán)平均品位計(jì)算結(jié)果，分析兩個(gè)礦層的主要化學(xué)成分變化(見表2、表3)。

經(jīng)計(jì)算各礦層主要有益有害組分品位變化系數(shù)和單工程平均品位變化系數(shù)見表4。

表2 各礦層基本分析平均品位計(jì)算結(jié)果(%)

表3 各礦層單工程加權(quán)平均品位計(jì)算結(jié)果(%)

表4 各礦層品位變化系數(shù)統(tǒng)計(jì)(%)

根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果分析，礦石中有用組分MgO分布均勻，有害組分SiO2分布相對(duì)變化較大，這與平均品位變化基本吻合。

礦石組合樣分析結(jié)果見表5。

2.6 礦石類型

(1) 礦石自然類型。

礦石自然類型主要為結(jié)晶白云巖，呈淺灰—灰褐色，細(xì)晶—微晶結(jié)構(gòu)，層紋(理)構(gòu)造。礦物成分：白云石90%～95%，方解石5%～10%，硅質(zhì)＜1%，鐵泥質(zhì)少量；白云石多呈菱面體，顆粒較均勻，粒徑0.06～0.25mm，聚片雙晶，茜素紅染色為無色，顆粒邊緣具鐵泥質(zhì)邊；方解石呈粒狀、塵點(diǎn)狀，粒徑＜0.05mm，茜素紅染色后呈紅色，分布于白云石空隙間，塵點(diǎn)狀分布于方解石顆粒內(nèi)。巖石具不同程度的去白云石作用，白云石被塵點(diǎn)狀方解石交代。

表5 礦石組合樣分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)(%)

(2) 礦石工業(yè)類型。

本礦區(qū)白云巖礦工業(yè)類型依據(jù)其化學(xué)成分主要為冶鎂用白云巖，其中冶鎂用白云巖Ⅰ級(jí)品同時(shí)滿足熔劑用白云巖一般工業(yè)指標(biāo)要求[2]。經(jīng)估算，全礦區(qū)兩個(gè)礦層共獲得冶鎂用白云巖資源量177 202萬t。KC2礦層獲得資源量61 581萬t(Ⅲ級(jí)品)；KC1礦層獲得資源量115 621萬t(Ⅰ級(jí)品24 758萬t，Ⅲ級(jí)品90 863萬t)。屬于大型冶鎂用白云巖礦床。

3 開發(fā)利用

3.1 礦產(chǎn)資源形勢(shì)分析

由于鎂合金具有較好的加工性能、重量輕、韌性大、屏蔽性良好以及較好的抗震減噪性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車零部件、3C產(chǎn)品(計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)電子產(chǎn)品簡(jiǎn)稱)等軍用工業(yè)、民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。鎂鋁合金是當(dāng)今世界發(fā)展、應(yīng)用最快的輕合金，其輕質(zhì)、高強(qiáng)度和美觀的特性，使其用途廣泛、用量劇增，大到衛(wèi)星、飛機(jī)、汽車，小到計(jì)算機(jī)、手機(jī)、相機(jī)，甚至一些小五金。同時(shí)由于鎂合金具有極強(qiáng)的可再回收利用特征，以及其生產(chǎn)利用過程中具有“一次污染、終身潔凈”的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞，應(yīng)用范圍正在迅速拓展，用量也在急劇增加。據(jù)預(yù)測(cè)，通用汽車和福特汽車公司預(yù)計(jì)在今后20年內(nèi)每輛汽車的鎂合金用量將從現(xiàn)在的3kg提升到100kg。另外，鎂合金在電氣和家電，尤其是3C以及航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用量也將呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)的勢(shì)頭，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。世界產(chǎn)量目前為50～60萬t，正處于迅速增長(zhǎng)階段。我國(guó)具有豐富的鎂資源，原鎂產(chǎn)能、產(chǎn)量和出口均居世界首位。今后國(guó)家將大力發(fā)展金屬鎂的生產(chǎn)及應(yīng)用，大梁山白云巖礦必將是其重要的資源基地，因此開發(fā)該區(qū)的冶鎂白云巖十分必要，

前景較為廣闊。

從現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外鎂金屬礦產(chǎn)保有儲(chǔ)量日趨減少，工業(yè)發(fā)展消費(fèi)水平卻不斷提高的形勢(shì)來看，礦產(chǎn)品供不應(yīng)求的形勢(shì)不久將日趨嚴(yán)峻，礦產(chǎn)品價(jià)格近期即會(huì)有所提高。參考2010～2011年來我國(guó)鎂合金的最新行情價(jià)格動(dòng)向，預(yù)測(cè)未來鎂合金價(jià)格為18 000元/t。

3.2 資源開發(fā)利用情況

內(nèi)蒙古清水河縣境內(nèi)廣泛分布著上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)三山子組(∈3O1s)地層，其中蘊(yùn)藏著豐富的白云巖礦產(chǎn)資源，當(dāng)?shù)赜卸嗉乙源藶樵系囊辨V企業(yè)。通過了解當(dāng)?shù)匾辨V企業(yè)的生產(chǎn)情況，經(jīng)該類礦石為原料產(chǎn)出的粗鎂產(chǎn)品符合GB/T3499-2003《原生鎂錠》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)的鎂合金產(chǎn)品達(dá)到精煉回收率95%，鎂合金一級(jí)品率85%。該冶鎂用白云巖礦石屬較易選冶礦石。

4 結(jié)論

綜上所述，該區(qū)資源儲(chǔ)量豐富。礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，礦體形態(tài)為近水平產(chǎn)出的層狀，礦體最低開采標(biāo)高處于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上。礦區(qū)開采技術(shù)條件簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模開采，易于開發(fā)利用。

此外，礦區(qū)鄰近呼和浩特市、鄂爾多斯市及山西大同市等地，交通便利，煤、電資源充足，具備良好的投資和建設(shè)環(huán)境。合理的開發(fā)利用可以得到很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，同時(shí)將帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

[1]周軍.獨(dú)角山白云巖礦地質(zhì)特征及開發(fā)前景[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2010(5)：59-61.

[2]鄭延力.非金屬礦產(chǎn)開發(fā)應(yīng)用指南[M].1989：50-51.

[3]全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T3499-2003原生鎂錠[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

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2014-09-29