安生海

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊(duì)，山東 濟(jì)南 250100)

中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊(duì)于2013年9—11月對(duì)蟠龍山礦區(qū)水泥用灰?guī)r礦進(jìn)行了詳查，于 2014年1月提交了詳查報(bào)告，查明(332)+(333)資源量45134.7萬t，提交了一個(gè)超大型優(yōu)質(zhì)水泥用灰?guī)r原料礦床。筆者對(duì)該礦區(qū)地質(zhì)特征、礦床地質(zhì)特征、礦床成因進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為今后勘探工作指明了方向。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ )魯中隆起(Ⅲ)東平-肥城斷隆(Ⅳ)東平凸起(Ⅴ)東北部[1-2]。

礦區(qū)位于泰安市岱岳區(qū)西南約15km處，行政區(qū)劃隸屬岱岳區(qū)夏張鎮(zhèn)和肥城市儀陽鎮(zhèn)。

礦區(qū)基底為新太古代泰山巖群。蓋層主要為寒武紀(jì)長(zhǎng)清群饅頭組、九龍群張夏組、崮山組、炒米店組。山坡低洼處有新生代第四紀(jì)殘坡積物(圖1)。

1—第四系；2—炒米店組；3—崮山組；4—張夏組上灰?guī)r段；5—張夏組盤車溝頁巖段；6—張夏組下灰?guī)r段；7—饅頭組；8—地質(zhì)界線；9—地層產(chǎn)狀；10—礦層界線及編號(hào)；11—斷層；12—勘查線及編號(hào)；13—探槽位置及編號(hào)；14—鉆孔位置及編號(hào)；15—礦區(qū)界線圖1 蟠龍山礦區(qū)地質(zhì)略圖

張夏組為賦礦層位，自下而上分為3個(gè)巖性段(圖2)。

(1)下灰?guī)r段：出露于蟠龍山東南部、南部，主要為深灰—青灰色鮞?；?guī)r，呈鮞粒結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，單層厚度一般>1m。層面多發(fā)育有小溶溝。該段上部含有土黃色豹斑。豹斑大小一般3cm×5cm，分布不規(guī)則，成分為泥灰質(zhì)，含量約10%。該段厚度9.24m。

(2)盤車溝段：出露于蟠龍山南部、東南部，呈帶狀緩坡繞山體中下部分布，巖性為頁巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r，厚度12.87m。

(3)上灰?guī)r段：位于張夏組上部，因抗風(fēng)化能力強(qiáng)，往往形成陡壁地貌。該段為礦層賦存層位，巖性為結(jié)晶灰?guī)r、鮞?；?guī)r及豹皮灰?guī)r。該段一般厚度165.90m。因受剝蝕作用影響，厚度變化較大。

礦區(qū)呈單斜構(gòu)造，總體走向22°，傾向292°，傾角3°～8°。礦區(qū)發(fā)育4條斷層(F1—F4)，其中F1、F2對(duì)礦層完整性有一定的破壞作用。礦區(qū)未見巖漿巖出露。

2 礦床地質(zhì)特征

1—崮山組；2—張夏組上灰?guī)r段；3—張夏組盤車溝頁巖段；4—張夏組下灰?guī)r段；5—饅頭組；6—竹葉狀灰?guī)r；7—鮞?；?guī)r；8—豹皮灰?guī)r；9—頁巖；10—地層產(chǎn)狀；11—品級(jí)層界線；12—品級(jí)層編號(hào)；13—正斷層及編號(hào)；14—鉆孔位置及編號(hào)圖2 00線地質(zhì)剖面圖

2.1 礦層特征

該礦床為海相化學(xué)及生物化學(xué)沉積作用形成的石灰?guī)r礦床[3-5]，賦存于張夏組上段。礦床為近SN向的山體，裸露地表，呈東高西低趨勢(shì)。礦床劃分1個(gè)礦層(KC01)，呈層狀，產(chǎn)狀與地層一致，走向200°，傾向290°，傾角5°。礦層賦存標(biāo)高351.20～120m，相對(duì)高差231.20m。南北長(zhǎng)1777.74m，東西寬1455.20m，厚度71.40～163.38m，平均132.82m，變化系數(shù)26.83%。

根據(jù)礦石質(zhì)量分布特征，礦層劃分5個(gè)品級(jí)層，其中I品級(jí)層1個(gè)，呈層狀；Ⅱ品級(jí)層4個(gè)，呈似層狀，分布于I品級(jí)層中。各品級(jí)層特征見表1，見礦厚度見表2，各工程見礦厚度見圖3。

表1 蟠龍山水泥用灰?guī)r各品級(jí)層特征

表2 蟠龍山水泥用灰?guī)r各品級(jí)層見礦厚度

圖3 各工程見礦厚度柱狀對(duì)比圖

2.2 礦石質(zhì)量

2.2.1 礦石礦物組成

礦石礦物成分主要為方解石(85%～95%)，其次為白云石(5%～10%)、菱鐵礦(1%～5%)、粘土等。

方解石：粒狀，無色—淡褐色，正突起高，他形粒狀，高級(jí)白干涉色，粒徑0.007mm左右，部分發(fā)生重結(jié)晶作用形成0.09mm的方解石晶粒。

白云石：自形晶，菱面體發(fā)育，閃突起顯著，高級(jí)白干涉色。

菱鐵礦：褐色、淺黃褐色，自形菱形切面或半自形，正突起高。

2.2.2 礦石化學(xué)成分

各品級(jí)層、各品級(jí)及礦層平均化學(xué)成分見表3。

表3 蟠龍山水泥用灰?guī)r各品級(jí)層主要化學(xué)成分(%)

影響礦石質(zhì)量的主要原因是礦石中的白云石含量。當(dāng)白云石含量高時(shí)，MgO含量隨之升高，則成為鎂質(zhì)Ⅱ級(jí)品礦石。當(dāng)粘土礦物含量高時(shí)，K2O+Na2O含量升高則成為堿質(zhì)Ⅱ級(jí)品礦石。

礦層主要化學(xué)成分的變化規(guī)律：沿走向，MgO在中部含量略高，兩端略低；CaO在中部含量略低，兩端略高；K2O+Na2O的含量分布穩(wěn)定(圖4)。

2.2.3 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

(1)礦石結(jié)構(gòu)[6]

鮞狀結(jié)構(gòu)：礦石由鮞粒和基質(zhì)組成。鮞粒呈球形—橢球形，粒徑多為0.5～1.5mm，其含量大于50%。鮞粒之間由中—微晶方解石組成基底，多發(fā)生重結(jié)晶作用，見有少量自形白云石。具有鮞狀結(jié)構(gòu)的灰?guī)r構(gòu)成鮞粒灰?guī)r。

泥晶結(jié)構(gòu)：由粒徑<0.005mm的泥晶方解石組成，含量大于50%。重結(jié)晶作用不明顯，偶見有微—細(xì)粒方解石。白云巖化作用較強(qiáng)，局部形成白云巖斑塊。具有泥晶結(jié)構(gòu)的灰?guī)r構(gòu)成豹皮灰?guī)r。

圖4 礦層主要化學(xué)成分沿走向變化特征

微晶結(jié)構(gòu)：由粒徑0.005～0.05mm的微晶方解石組成，含量大于50%。另有少量的細(xì)晶方解石，偶見生物碎屑。具有微晶結(jié)構(gòu)的礦石主要為結(jié)晶灰?guī)r。

(2)礦石構(gòu)造

厚層狀構(gòu)造：礦石礦物粒徑相差不大，均勻分布，均一致密。具此種構(gòu)造的礦石有鮞狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r。

豹皮狀構(gòu)造：黃褐色、紅褐色及灰黑色泥質(zhì)或云質(zhì)灰?guī)r團(tuán)塊，呈不規(guī)則狀均勻分布于青灰色灰?guī)r中，形成此種構(gòu)造。具此種構(gòu)造的礦石為豹皮灰?guī)r。

2.2.4 礦石類型

礦石自然類型主要為鮞?；?guī)r、豹皮灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r[7]，礦石工業(yè)類型為水泥用灰?guī)r。

(1)鮞?；?guī)r：礦區(qū)內(nèi)分布較廣，主要分布在KC01中下部，呈穩(wěn)定的層狀產(chǎn)出。礦石呈深灰—青灰色，鮞粒結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為泥晶方解石，含少量白云石及泥鐵質(zhì)礦物。鮞粒呈球狀，含量可達(dá)50%。鮞粒顏色有青灰色、灰色和土黃色3種。不同鮞?？癸L(fēng)化能力不同，顏色深者抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，呈凸?fàn)?；顏色淺者呈凹狀(照片1)。KC01-3礦石為該類型。

(2)豹皮灰?guī)r：主要分布在KC01中上部。礦石呈灰—青灰色，泥晶結(jié)構(gòu)，豹皮狀構(gòu)造，主要礦物成分為方解石，含少量白云石及泥質(zhì)礦物。豹斑以深灰色、土黃色、黃褐色為主，成分為泥灰質(zhì)或白云質(zhì)，形狀不規(guī)則，多數(shù)呈團(tuán)塊狀、網(wǎng)格狀，多平行層面分布，大小約(1～2)×5cm，含量5%～10%。深灰色、土黃色豹斑中CaO含量低，MgO含量高，即白云石含量高。黃褐色豹斑中CaO含量低，K2O+Na2O含量高，即粘土質(zhì)礦物含量高(照片2)。2種豹斑界線不清。豹斑的大小及含量高低，直接影響礦石質(zhì)量。KC01-2、KC01-4、KC01-5礦石為該類型。

(3)結(jié)晶灰?guī)r：該礦石類型主要分布在KC01下部。礦石呈灰白色，泥晶—微晶結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造。主要礦物成分為方解石，含少量白云石。

照片1 鮞粒灰?guī)r 照片2 紅褐色豹皮灰?guī)r

2.2.5 礦石品級(jí)

礦石分為2個(gè)品級(jí)。Ⅰ級(jí)品：CaO≥48%，MgO≤3%，K2O+Na2O≤0.6；Ⅱ級(jí)品：CaO≥45%，MgO≤3.5%，K2O+Na2O≤0.8%。礦區(qū)圈出Ⅰ品級(jí)層1個(gè)，Ⅱ品級(jí)層4個(gè)(表3)。鎂質(zhì)Ⅱ級(jí)品主要是MgO含量略高造成的，堿質(zhì)Ⅱ級(jí)品主要是K2O+Na2O含量略高造成的。礦區(qū)Ⅱ級(jí)品礦石量少，其資源量?jī)H占總資源量的6.67%。

2.3 圍巖和夾石特征

礦床底板為張夏組盤車溝段頁巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r，在礦區(qū)東南部大面積出露，與礦層界線清晰易分。其主要組分含量為：CaO 40.95%，MgO 1.06%，K2O+Na2O 1.23%。頂板為零星分布的崮山組。礦層內(nèi)無夾石。

3 礦床成因

3.1 巖相古地理特征

張夏組屬于臺(tái)地礁灘相沉積[8-12]。張夏期為標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鹽臺(tái)地至中深緩坡沉積，自東向西由臺(tái)緣斜坡相向臺(tái)地礁灘相過渡。臺(tái)地礁灘相位于濱州—泰安—東平—汶上—濟(jì)寧—泗水—費(fèi)縣—棗莊一線向西的大部地區(qū)，該線以東地區(qū)為臺(tái)緣斜坡相，海水較深,以頁巖沉積為主。兩相帶之間存在一條狹長(zhǎng)的過渡帶，相當(dāng)于臺(tái)地的前緣斜坡，在該地帶多見滑塌的藻泥丘。張夏期的沉積中心位于東部的安丘—沂水一帶及南部的棗莊一帶，水下相對(duì)隆起區(qū)位于泰安、萊蕪、平邑及費(fèi)縣以北的地區(qū)。從沉積物的厚度來看，東部盆地區(qū)屬補(bǔ)償性質(zhì)，沉降速率近等于構(gòu)造沉降速率。張夏期海侵由北支和南支2個(gè)方向分別由SE向NW，由NE向SW漫進(jìn)(圖5)。

寒武系是沉積環(huán)境、 沉積相及沉積物組合的重要轉(zhuǎn)折時(shí)期，饅頭組沉積時(shí)期，水體動(dòng)蕩且渾濁，沉積物中陸源碎屑占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，說明其沉積場(chǎng)所總體離古陸較近，水體相對(duì)較淺區(qū)；張夏組沉積環(huán)境與早期的沉積環(huán)境發(fā)生了根本性變化，古地形分化明顯，轉(zhuǎn)入以碳酸鹽巖臺(tái)地及中緩坡沉積環(huán)境為主，水體相對(duì)較深區(qū)，水體清潔透光性好，利于各種生物礁體生長(zhǎng)，以發(fā)育碳酸鹽巖為主要特征；崮山組沉積時(shí)期水體進(jìn)一步加深，發(fā)育鈣質(zhì)頁巖疙瘩狀薄層灰?guī)r及瘤狀灰?guī)r，以緩坡沉積為主(圖6)。

3.2 礦床成因

該礦床為海相化學(xué)及生物化學(xué)沉積成因[8-12]。張夏組灰?guī)r形成于濱海—淺海區(qū)域，由于水域波浪作用力弱，水體清潔透光性好，氣候條件適宜，鈣藻和無脊椎生物在溫暖的水中大量繁殖。大量鈣藻和海洋生物遺體沉積分解后形成鈣質(zhì)灰泥，提供了充足的鈣質(zhì)來源。藻類光合作用增加了水中CO2的濃度，引起CaCO3的生成。當(dāng)CaCO3處于過飽和狀態(tài)時(shí)，便會(huì)沉積下來，形成厚層、中厚層泥晶灰?guī)r；死后生物遺骸隨同碳酸鈣一起沉積形成含生物碎屑或遺跡的生物碎屑灰?guī)r；在CaCO3沉積過程中，CaCO3圍繞小的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行聚集，受到海水多次攪動(dòng)，使得鮞粒多次懸浮沉降，逐步增大，當(dāng)該水域的水動(dòng)力條件不足以再次攪動(dòng)時(shí)，鮞粒隨同CaCO3一同沉積，從而形成鮞粒灰?guī)r，小的質(zhì)點(diǎn)為先期結(jié)晶方解石顆粒，鮞粒外形為圓狀或橢圓狀，內(nèi)部具同心層構(gòu)造；隨著鈣質(zhì)下沉，泥質(zhì)相對(duì)增大，當(dāng)海水能量相對(duì)減弱時(shí)，泥質(zhì)相互吸附凝聚，形成鈣泥質(zhì)斑塊(豹斑)，而泥晶方解石則自然形成“基質(zhì)”，經(jīng)成巖作用后形成豹皮灰?guī)r。

古生代—中生代出現(xiàn)造山運(yùn)動(dòng)，該地區(qū)西部出現(xiàn)蘭考-聊城斷裂，北部齊河-廣饒斷裂，受此斷裂影響，造成局部沉積地層出現(xiàn)多級(jí)斷裂，形成差異性不均勻抬升和沉降。 該礦區(qū)地層受斷層的影響，礦區(qū)寒武紀(jì)地層被抬升造成部分剝蝕，張夏組地層出露地表，形成大型水泥用灰?guī)r礦床。

1—鮞粒灰?guī)r、頁巖區(qū)(臺(tái)地礁灘相-臺(tái)地前緣斜坡相)；2—鮞?；?guī)r、頁巖、藻灰?guī)r區(qū)(臺(tái)地礁灘相-臺(tái)地前緣斜坡相)；3—鮞?；?guī)r、藻灰?guī)r區(qū)(臺(tái)地礁灘相)；4—古陸；5—巖相分界線；6—沉積物等厚線(m)；7—海侵方向圖5 中寒武世張夏期巖相古地理圖

1—砂巖；2—頁巖；3—砂質(zhì)頁巖；4—藻礁灰?guī)r；5—鮞粒灰?guī)r；6—灰?guī)r圖6 蟠龍山礦區(qū)地層格架圖[9]

4 結(jié)論

蟠龍山水泥用灰?guī)r礦床劃分一個(gè)礦層(KC01)。礦層分布于張夏組上灰?guī)r段，呈層狀，裸露地表。礦石自然類型主要有鮞狀灰?guī)r、豹皮灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r。主要有鮞狀結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造。礦石礦物成分主要為方解石，其次為白云石等。根據(jù)礦石質(zhì)量分布特征，礦層劃分5個(gè)品級(jí)層，其中1個(gè)I級(jí)品層，呈層狀；4個(gè)II級(jí)品層。礦床內(nèi)無夾層分布。

該礦床為海相化學(xué)及生物化學(xué)沉積成因。形成環(huán)境為濱?！獪\海區(qū)域，以碳酸鹽巖臺(tái)地及中緩坡沉積環(huán)境為主，后經(jīng)大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升及風(fēng)化剝蝕，形成現(xiàn)在規(guī)模的水泥用灰?guī)r礦床。