孟祥偉，高燕，張英梅，陳麗靜，徐超

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院(山東省地勘局第二地質(zhì)大隊(duì))，山東 濟(jì)寧 272100)

0 引言

白云巖礦廣泛用于冶金、建材、玻璃、陶瓷等部門，在冶金工業(yè)中主要用做熔劑、耐火材料、提煉金屬鎂和鎂化物等。其中熔劑用白云巖常用于鋼鐵、陶瓷、建材、橡膠等工業(yè)生產(chǎn)中，是主要用作煉鐵和煉鋼的堿性熔劑，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，企業(yè)對優(yōu)質(zhì)白云巖的需求量越來越大，因此，加快白云巖礦的勘查與研究，了解其礦床成因，尋求更多的白云巖資源基地，是一項(xiàng)特別緊迫的任務(wù)[1-3]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

侯孟熔劑用白云巖礦位于山東省棗莊市臺兒莊區(qū)張山子鎮(zhèn)東南。區(qū)域大地構(gòu)造位置屬于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)棗莊斷隆(Ⅳ)河頭集凸起(Ⅴ)的西南部邊緣[4]。

區(qū)域出露的地層由老到新主要有新太古代南華紀(jì)-震旦紀(jì)土門群、古生代寒武紀(jì)長清群與九龍群、石炭紀(jì)月門溝群及新生代第四系。區(qū)內(nèi)構(gòu)造分為褶皺及斷裂構(gòu)造，褶皺構(gòu)造主要為復(fù)式褶皺，即向斜—背斜—向斜，礦層處于寬緩的向斜地帶。斷裂構(gòu)造以NE向、NW向?yàn)橹鳎渲蠳W向斷裂對礦層影響最大，呈破壞性作用。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

區(qū)內(nèi)地層出露自老至新為新元古代震旦紀(jì)石旺莊組、古生代寒武紀(jì)朱砂洞組、饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組及新生代第四紀(jì)地層(圖1)。其中震旦紀(jì)土門群石旺莊組地層為熔劑用白云巖礦的賦礦層位(1)山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東省棗莊市臺兒莊區(qū)侯孟礦區(qū)熔劑用白云巖礦詳查報(bào)告，2016年。。

1—第四系；2—寒武紀(jì)炒米店組；3—寒武紀(jì)崮山組；4—寒武紀(jì)張夏組；5—寒武紀(jì)饅頭組；6—寒武紀(jì)朱砂洞組上灰?guī)r段；7—寒武紀(jì)朱砂洞組余糧村段；8—震旦紀(jì)石旺莊組白云巖段；9—震旦紀(jì)石旺莊組灰?guī)r段；10—震旦紀(jì)石旺莊組砂質(zhì)灰?guī)r段；11—實(shí)測地質(zhì)界線；12—平行整合地質(zhì)界線；13—斷層及其編號；14—礦區(qū)位置

(1)石旺莊組分布于礦區(qū)北部，呈NE向展布，傾向SE。地層厚度約545m，分為3個(gè)巖性段，由下而上分別為砂質(zhì)灰?guī)r段、灰?guī)r段、白云巖段，其中頂部白云巖段為本礦床的賦礦層位。

白云巖段巖性為灰黃色中厚層白云巖，為該區(qū)熔劑用白云巖的含礦層位[5-7]。與上覆寒武紀(jì)朱砂洞組地層呈角度不整合接觸。該段厚度約170m。

(2)朱砂洞組分布于礦區(qū)中北部地區(qū)，呈NE向展布；主要發(fā)育余糧村段、下灰?guī)r段。厚度約97～126m。

(3)饅頭組主要巖性為雜色薄層泥云巖、泥灰?guī)r夾生物碎屑灰?guī)r、肝紫色頁巖、中薄層泥質(zhì)粉砂巖。該組厚度約231m。

(4)張夏組主要發(fā)育下灰?guī)r段、盤車溝頁巖段、上灰?guī)r段3個(gè)巖性段。巖性主要為藻灰?guī)r、云斑灰?guī)r、含藻鮞?；?guī)r、黃綠色頁巖、中—薄層及透鏡狀泥晶灰?guī)r。該組厚度約215m。

(5)崮山組主要巖性為黃灰色中薄層疙瘩狀泥晶灰?guī)r與黃綠色頁巖互層，夾生物碎屑灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r。該組厚度約34m。

(6)炒米店組主要巖性為青灰色中—薄層泥晶灰?guī)r、鏈條狀灰?guī)r，夾灰色中層礫屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。該組厚度約129m。

(7)第四系主要發(fā)育山前組，巖性以黏土夾砂土、砂礫，礫石層為主。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)整體呈單斜構(gòu)造，總體走向50°，傾向SE，傾角19°～43°。斷裂構(gòu)造主要以NW向斷裂構(gòu)造為主。

F1斷層：位于礦區(qū)的東北部,出露長度約300m，走向310°，傾向NE，傾角75°,北東盤下降,南西盤上升,為正斷層，斷距30m。

F2斷層：位于礦區(qū)的中部，出露長度1550m，整體走向290°,傾向SW，傾角75°。為平移正斷層，垂直斷距30m，北盤上升,南盤下降。水平斷距100～160m，南西盤西移，北東盤東移。該斷層錯(cuò)斷了礦層，影響了礦層的連續(xù)性。

F3斷層：位于礦區(qū)的西南部，出露長度3300m，走向320°，傾向SW，傾角80°，為平移正斷層，垂直斷距15～24m，水平斷距100～130m，南西盤北移，北東盤南移，該斷層錯(cuò)斷了礦層，控制了礦層的分布。

F4斷層：位于礦區(qū)的西南部，出露長度約2400m，走向288°，傾向SW，傾角80°，正斷層，垂直斷距85～100m，北東盤上升，南西盤下降，破碎寬約5～15m。

F5斷層：位于礦區(qū)的中部，經(jīng)追索出露長度約590m，總體走向40°，基本上沿礦層走向展布。傾向SE，傾角50°～60°，為一北西盤下降、南東盤上升的逆斷層，垂直斷距約75m，錯(cuò)斷了礦層，影響了礦層的連續(xù)性。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)地表未見巖漿巖出露。僅于鉆孔中見有厚0.20m的蝕變(輝長)閃長玢巖。位于石旺莊組白云巖段中下部。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦層特征

礦區(qū)內(nèi)圈定了1個(gè)礦層，賦存于新元古代震旦紀(jì)土門群石旺莊組白云巖段地層中，呈層狀產(chǎn)出，嚴(yán)格受地層控制(圖2)。礦層總體走向50°，傾向SE，傾角19°～43°，礦層中東部被NE向斷層切割(圖3)。

1—第四系；2—張夏組下灰?guī)r段；3—饅頭組洪河段；4—寒饅頭下頁巖段；5—饅頭石店段；6—朱砂洞組上灰?guī)r段；7—朱砂洞組余糧村段；8—石旺莊組白云巖段；9—石旺莊組灰?guī)r段；10—實(shí)測地質(zhì)界線；11—平行不整合界線；12—斷層及其編號；13—鉆孔位置及其編號；14—勘查線位置；15—礦層位置及其編號

1—朱砂洞組上灰?guī)r段；2—朱砂洞組余糧村頁巖段；3—石旺莊組白云巖段；4—石旺莊組灰?guī)r段；5—實(shí)測地質(zhì)界線；6—平行不整合界線；7—斷層及其編號；8—鉆孔位置及編號；9—最低開采標(biāo)高；10—礦層

礦層沿走向延伸長1200m，沿傾向出露寬164～286m，出露最高標(biāo)高+140.13m，最低標(biāo)高+45m，相對高差95.13m。由9個(gè)鉆孔控制，工程控制礦層最大真厚度171.41m，最小真厚度102.77m，平均厚度144.01m，厚度變化系數(shù)20.87%，整體呈現(xiàn)南西部厚、北東部變薄的趨勢。礦層主要組分最高含量MgO 23.84%，CaO 38.76%，最低含量MgO 15.02%；CaO 23.84%，平均含量MgO 19.63%，CaO 30.26%，組分變化系數(shù)MgO 6.89%，CaO 3.95%。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦物成分

區(qū)內(nèi)礦石主要為熔劑用白云巖。礦物成分主要為白云石，含量95%～99%，平均98%；次為方解石，含量1%～5%；局部含有微量褐鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、石英等。

白云石：鏡下多呈他形粒狀，顆粒細(xì)小，粒徑大多在0.004mm以下，極少許在0.004～0.03mm間，構(gòu)成泥微晶結(jié)構(gòu)，晶粒間緊密接觸，雜亂排列，構(gòu)成巖石主體。

方解石：他形粒狀，顆粒稍大，粒徑最大約0.50mm，填隙分布于巖石裂隙中，不太均勻，局部稍稍明顯。淺褐灰色，極個(gè)別可見菱面體解理發(fā)育。

石英：他形粒狀，極細(xì)小，填隙分布于巖石微隙中，局部可見。

褐鐵礦：他形粒狀為主，極個(gè)別呈半自形粒狀，粒徑最大約0.05mm，分布于方解石間隙中或巖石裂隙中，局部零星可見。淡褐棕色，均質(zhì)性。

赤鐵礦：他形粒狀，粒徑最大約0.05mm，分布于巖石裂隙中，局部見到。淡藍(lán)灰色。

黃鐵礦：形粒狀為主，部分呈半自形粒狀，粒徑最大約0.30mm，零星可見，集合體呈星散狀構(gòu)造。黃白色，糙面明顯，均質(zhì)性。分布于白云石間隙中。

3.2.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)以泥微晶結(jié)構(gòu)為主，次為粉細(xì)晶結(jié)構(gòu)(圖4)。礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造，局部見有縫合線構(gòu)造。

a—泥微晶結(jié)構(gòu)：巖石主要由白云石(Dol)和少許方解石(Cal)、石英(Qtz)等組成(+)；b—粉細(xì)晶結(jié)構(gòu)：巖石主要由白云石(Dol)組成，微隙發(fā)育(+)

3.2.3 礦石中主要有益、有害組分

礦石的化學(xué)成分主要有MgO，CaO，SiO2，F(xiàn)e2O3，Mn3O4，Al2O3，P2O5，SO3，LOI等。其中，主要有益組分為MgO，CaO；主要有害組分為SiO2，F(xiàn)e2O3，Mn3O4，Al2O3，P2O5，SO3(表1)。

表1 礦層有益、有害組分含量表

3.2.4 礦石類型

礦石自然類型單一,為灰色細(xì)晶白云巖。顏色呈灰色，泥微晶結(jié)構(gòu)為主，見有粉細(xì)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、礦物成分主要為白云石，含量95%～99%，平均98%；次為方解石，含量在1%～5%之間。另外，局部含有微量的褐鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、石英等。礦石的工業(yè)類型為熔劑用白云巖。

3.3 礦床圍巖與夾石特征

礦床底板為石旺莊組疊層藻灰?guī)r段，巖性以中厚層白云質(zhì)灰?guī)r、疊層石灰?guī)r為主，分布較穩(wěn)定；頂板為寒武紀(jì)朱砂洞組余糧村段，磚紅色夾黃綠色云泥巖、泥云巖、頁巖、含砂質(zhì)頁巖等。頂板與礦層走向一致，出露長度約6200m，斜深約110m，厚度5～40m不等。礦層頂板剝離后可作為磚瓦原料、建筑石料進(jìn)行綜合利用。

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 礦床成因

該礦層賦存于新元古代白云巖段地層中，在沉積環(huán)境中，剛沉積的碳酸鈣沉積物，通過交代或白云巖化作用生成白云巖[9-11]。礦石中的白云石呈他形粒狀，顆粒細(xì)小，粒徑大多在0.004mm以下，極少許在0.004～0.03mm間，構(gòu)成泥微晶結(jié)構(gòu)，晶粒間緊密接觸，雜亂排列。初步認(rèn)定為濱海瀉湖相沉積的層狀白云巖[12]。

4.2 找礦標(biāo)志

本礦床為濱海瀉湖相沉積的層狀碳酸鹽巖礦床，層位穩(wěn)定，物質(zhì)組分變化穩(wěn)定，分布廣，受地層層位控制，主要產(chǎn)于震旦紀(jì)土門群石旺莊白云巖段中，本段中的白云巖可作為找礦標(biāo)志[13-15]。

5 開發(fā)利用前景

5.1 礦石工業(yè)利用性能評價(jià)

(1)根據(jù)礦石物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，礦石的抗壓強(qiáng)度(37.3MPa)屬中等—堅(jiān)硬類型，具較好的機(jī)械強(qiáng)度，不易形成碎塊和粉末，用作熔劑具有較好的透氣性和爐料的均衡性?？善鹬泻退嵝誀t渣的作用，提高爐渣的堿度、降低爐渣中FeO的活度，以減輕爐渣對爐襯的侵蝕作用。

(2)本礦層層位及厚度均較穩(wěn)定，礦石工業(yè)類型為熔劑用白云巖，礦石質(zhì)量穩(wěn)定，有害組分含量低，質(zhì)量較優(yōu)。礦石的主要有益組分為MgO含量19.63%，CaO含量30.26%。主要有害組分Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2=1.65%，小于2%。礦石品質(zhì)滿足《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》中白云巖礦床(熔劑用白云巖)I級品標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 環(huán)境地質(zhì)條件評價(jià)

(1)區(qū)內(nèi)為丘陵區(qū)，溝谷沖蝕地貌，基巖大部分出露地表，無散粒碎石堆積和軟弱滑坡體等地質(zhì)災(zāi)害。區(qū)內(nèi)無大的新構(gòu)造活動(dòng)和正在活動(dòng)的斷裂，區(qū)域穩(wěn)定性好。

(2)礦床為露天開采，地面采石、挖土、破壞植被等損害當(dāng)?shù)氐孛簿坝^。礦山開采對地質(zhì)環(huán)境造成一定破壞。

(3)礦床最低開采標(biāo)高位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以上，礦層地下水位較低，雖然含有較小的水量，隨著開采深度的增加，地下水位也逐漸降低，水量逐漸減小。當(dāng)開采標(biāo)高+45m時(shí)，低于唐莊泉水出露高度，唐莊泉水將部分進(jìn)入采坑，不會引起區(qū)域地下水位下降災(zāi)害。

(4)礦床圍巖較穩(wěn)固，當(dāng)?shù)V床開采形成邊坡后會出現(xiàn)邊坡崩塌掉塊等潛在地災(zāi)，礦山在生產(chǎn)過程中對礦層的開采會造成原巖應(yīng)力發(fā)生改變，巖石會發(fā)生形變形成新的應(yīng)力平衡，如果巖石變形影響到邊坡及圍巖，會造成崩塌?？刹捎脟姖{固坡法，以防止產(chǎn)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。礦床開采技術(shù)條件為Ⅱ-2型。

5.3 經(jīng)濟(jì)建設(shè)條件分析

(1)區(qū)內(nèi)公路、鐵路、水運(yùn)條件便利。礦區(qū)電力充足，礦區(qū)所在地為人多地少的丘陵山區(qū)，勞動(dòng)力富余。

(2)礦床位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面之上，地形有利于自然排水。礦層底板為灰色厚層白云質(zhì)灰?guī)r、疊層石灰?guī)r，穩(wěn)定性較好；頂板寒武紀(jì)李官組余糧村段云泥巖、泥云巖、頁巖、含砂質(zhì)頁巖等，開采時(shí)須進(jìn)行剝離。剝離后可作為磚瓦原料、建筑石料進(jìn)行綜合利用。綜上所述，礦山整體開發(fā)條件較好，能夠基本滿足魯西地區(qū)鋼鐵企業(yè)對熔劑用白云巖的需求，推動(dòng)礦區(qū)周邊的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

6 結(jié)論

侯孟熔劑用白云巖礦賦存于新元古代震旦紀(jì)土門群石旺莊組白云巖段地層中，呈層狀產(chǎn)出，礦層沿走向延伸長1200m，沿傾向出露寬164～286m。該礦床厚度均較穩(wěn)定，產(chǎn)狀穩(wěn)定，礦石質(zhì)量穩(wěn)定，MgO平均品位達(dá)19.63%，CaO平均品位達(dá)30.26%，SiO2平均品位達(dá)1.26%，有害組分含量低，質(zhì)量較優(yōu)。累計(jì)探求熔劑用白云巖礦石量1439.6萬t。礦床外部建設(shè)條件優(yōu)越，開采加工技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)效益較好，具有較高的開發(fā)利用價(jià)值。礦石工業(yè)類型熔劑用白云巖。石旺莊組地層中發(fā)現(xiàn)該類型礦床在魯西地區(qū)尚屬首例。