李軍旗 鮑金紅 李普軒

（1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測(cè)工程技術(shù)研究中心）

王家窯礦區(qū)位于河南省安林地區(qū)，本區(qū)是重要的非金屬礦集聚區(qū)，主要礦產(chǎn)有煤、熔劑用灰?guī)r、水泥用灰?guī)r、霞石正長(zhǎng)巖、冶金用白云巖等［1-2］。近年來，根據(jù)國(guó)家有關(guān)政策和地方政府在露天開采的非金屬礦的有關(guān)限制和規(guī)定，尋求可供地方政府能夠綜合利用和合理開發(fā)的開采地非常重要。本文在分析礦床地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，分析和總結(jié)礦床成因，為下一步工作和在豫北地區(qū)尋找該類型的礦床提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

本區(qū)大地構(gòu)造位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)南部山西臺(tái)隆西側(cè)的太行山拱斷束（圖1）。地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)山西分區(qū)太行山小區(qū)［3］。區(qū)域地層有寒武系、奧陶系、二疊系、古近系、新近系、第四系，局部有石炭系出露。構(gòu)造以NNE 向斷裂構(gòu)造為主，次為NW 向斷裂［4］。

石灰?guī)r在冶金、建材、化工、輕工、建筑、農(nóng)業(yè)及其他特殊工業(yè)部門都是重要的工業(yè)原料。石灰?guī)r根據(jù)用途可分為電石用、制堿用、化肥用、熔劑用、玻璃用、水泥用、建筑石料用、制灰用及飾面用［1］。豫北地區(qū)為河南省主要的能源、冶金、建材礦產(chǎn)原料基地之一，本區(qū)中奧陶統(tǒng)上、下馬家溝組和峰峰組的灰?guī)r礦最多，且質(zhì)量好、規(guī)模大［2］，已探明的灰?guī)r礦主要礦產(chǎn)地有李珍水泥用灰?guī)r、清峪熔劑用灰?guī)r、東下洹水泥用灰?guī)r礦、鹿山白云巖等非金屬礦床。王家窯礦區(qū)是近幾年地方財(cái)政投入開展的勘查項(xiàng)目之一，不僅取得了找礦突破，并對(duì)拉動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)起到了非常大的作用。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組第四巖性段（O2m4）、第五巖性段（O2m5）、第六巖性段（O2m6）及第四系（Q）。礦區(qū)內(nèi)地層呈現(xiàn)單斜構(gòu)造，斷裂不發(fā)育［5］。礦區(qū)西北角出露一個(gè)燕山期中性小巖體，主要巖性為閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)斑巖（圖2）。

礦區(qū)地層呈單斜產(chǎn)出，地層產(chǎn)狀傾向110°～160°，總體傾向135°，傾角28°～45°，平均35°。區(qū)內(nèi)地層主要為第四系、奧陶系中統(tǒng)。礦區(qū)自西北向東南依次分布奧陶系中統(tǒng)馬家溝組第四巖性段（O2m4）、第五巖性段（O2m5）、第六巖性段（O2m6）、第四系（Q）。

（1）第四巖性段（O2m4）在礦區(qū)邊界少量出露，頂部為泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r，中部為厚層灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，底部為角礫狀、疙瘩狀含膏白云質(zhì)灰?guī)r。礦區(qū)范圍內(nèi)僅出露第四巖性段（O2m4）頂部泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r。

（2）第五巖性段（O2m5）在礦區(qū)大面積出露，上部為厚層狀純灰?guī)r夾薄層白云質(zhì)灰?guī)r；石灰?guī)r為灰色、深灰色，泥晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，貝殼狀斷口；白云質(zhì)灰?guī)r為黃灰色、淺灰色，易風(fēng)化，薄層狀。中部為厚層狀石灰?guī)r；下部為深灰色純灰?guī)r，泥晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，性脆，局部為花斑狀灰?guī)r，花斑多呈不規(guī)則狀斑塊狀或長(zhǎng)條狀斑狀，淡黃色，泥質(zhì)白云質(zhì)含量高，風(fēng)化后呈灰白色，含有角石類化石。該段為本次工作的主要對(duì)象，出露廣泛，巖性穩(wěn)定，構(gòu)造簡(jiǎn)單，該段在礦區(qū)可分為以下4 層：第一層O2m5-1厚約123 m，巖性為云灰?guī)r、純灰?guī)r、花斑灰?guī)r；第二層O2m5-2厚約42 m，巖性為花斑狀云灰?guī)r，灰色，順層面排列有密集的花斑，而成斑礦物結(jié)晶顆粒細(xì)小，呈淡黃色，泥質(zhì)、白云質(zhì)含量較高；第三層O2m5-3厚約71 m，巖性分為生物碎屑灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r；第四層O2m5-4厚約43 m，巖性為白云質(zhì)灰?guī)r。

（3）第六巖性段（O2m6）厚約92 m，巖性為角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r。

（4）第四系（Q）廣泛分布在河溝及低洼地區(qū)。主要為耕植土、黃土、砂土等。厚約0～5 m。

2.2 構(gòu) 造

礦區(qū)區(qū)域構(gòu)造位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)南部山西臺(tái)隆西側(cè)的太行山拱斷束［6］，即太行山東麓低山與丘陵接壤地帶。礦區(qū)的構(gòu)造形態(tài)為一南東向傾斜的單斜構(gòu)造，地層走向近于南西向，傾角一般28°～45°，斷層不發(fā)育。

2.3 巖漿巖

本區(qū)西北及東南出露有燕山晚期的閃長(zhǎng)巖，主要巖石種類為閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖等，呈灰綠色，塊狀構(gòu)造，半自形及自形粒狀似斑狀結(jié)構(gòu)，中性斜長(zhǎng)石含量60%～70%，角閃石含量約30%。次要礦物成分輝石含量局部達(dá)10%～30%，石英含量約10%，微量礦物有榍石、磷灰石及鐵質(zhì)。次生礦物有綠簾石、綠泥石、絹云母及高嶺土等。

3 礦層地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)的礦層為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組第五段。依據(jù)各巖性層化學(xué)成分差異，圈出2 層水泥用灰?guī)r礦。礦層總體賦存標(biāo)高+525～+300 m。

3.1 礦層特征

（1）Ⅰ號(hào)礦體。該水泥用灰?guī)r礦層為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組第五巖性段中第一層（O2m5-1）純灰?guī)r，呈單斜薄層狀產(chǎn)出，傾向110°～150°，平均傾向130°，傾角30°～45°，平均傾角35°。礦層沿走向長(zhǎng)約1 800 m，傾向?qū)捈s20 m，厚度10～25 m，平均厚度10 m，CaO 平均含量54.09%，MgO 平均含量0.62%，礦體沿走向及傾向延伸穩(wěn)定。礦層賦存標(biāo)高+448～+300 m，埋深0～148m，礦層沿走向及傾向延伸穩(wěn)定。

（2）Ⅱ號(hào)礦體。該水泥用灰?guī)r礦層為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組第五巖性段中第三層（O2m5-3）生物灰?guī)r，呈單斜薄層狀產(chǎn)出，傾向110°～150°，平均135°。傾角30°～50°，平均傾角35°。礦層沿走向長(zhǎng)約2 200 m，傾向?qū)捈s20 m，厚度11～28 m，平均厚度13 m，CaO 含量54.00%，MgO含量0.64%。礦體沿走向及傾向延伸穩(wěn)定。礦層賦存標(biāo)高+520～+300 m，埋深0～220 m，礦層沿走向及傾向延伸穩(wěn)定。

3.2 礦石質(zhì)量特征

3.2.1 礦石巖性特征

本區(qū)礦石主要礦石礦物為方解石，一般含量在9%～65%，脈石礦物主要是自形、半自形的白云石，含量5%左右。礦區(qū)內(nèi)主要巖石類型化學(xué)成分特征見表1。

注：數(shù)據(jù)由河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)化驗(yàn)室檢測(cè)。

3.2.2 礦石物性特征

經(jīng)采樣測(cè)試（見表2），對(duì)礦區(qū)灰?guī)r礦石硫酸鹽及硫化物含量0.06%～0.09%，平均0.076%，堅(jiān)固性2.6%～3.4%，平均2.99%。巖石抗壓強(qiáng)度52.7～57.6 MPa，平均54.94 MPa，碎石壓碎指標(biāo)9.4%～11.7%，平均10.58%，堿集料反應(yīng)0.05%～0.08%，平均0.068%。

注：數(shù)據(jù)由開封市黃河土木工程實(shí)驗(yàn)中心檢測(cè)。

礦石結(jié)構(gòu)以微晶結(jié)構(gòu)、粉晶結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)致密結(jié)構(gòu)為主；礦石構(gòu)造以塊狀、花斑狀為主，還有角礫狀和條帶狀。根據(jù)各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果，結(jié)合一般工業(yè)指標(biāo)，礦石的工業(yè)類型屬高鈣、低鎂的水泥原料石灰?guī)r礦石。

礦層大部分直接出露地表，部分被第四系黃土及殘坡積物覆蓋，蓋層厚度約0.5 m；礦層底板為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組第四巖性段（O2m4）頂部的泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r。頂板為第六巖性段（O2m6）的角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r，頂?shù)装鍑鷰r的顏色、巖性特征與礦層有明顯區(qū)別，也是區(qū)分礦體的明顯標(biāo)志。

水泥灰?guī)r礦體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全區(qū)有3 層夾石，均達(dá)到建筑石料用灰?guī)r礦工業(yè)指標(biāo)要求，故圈定為建筑石料用灰?guī)r礦體，與主礦體進(jìn)行綜合開發(fā)利用。

4 礦床成因

河南省奧陶系發(fā)育欠佳，分布不廣［2］，但在華北、秦嶺兩地層區(qū)均有出露。本區(qū)屬于華北地層區(qū)，地臺(tái)型沉積，主要為碳酸鹽巖建造。在中奧陶世晚期，華北地殼整體抬升，全區(qū)缺失上奧陶統(tǒng)，中奧陶統(tǒng)直接被中石炭統(tǒng)平行不整合覆蓋，本次研究區(qū)即為奧陶系中統(tǒng)沉積形成，礦層賦存層位為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組第五段。

奧陶系中統(tǒng)的沉積環(huán)境演化與華北地殼升降運(yùn)動(dòng)引起的海進(jìn)、海退時(shí)間密切相關(guān)［7］。奧陶系馬家溝組沉積時(shí)期海水由深變淺，再由淺變深，共進(jìn)行了6次海平面升降旋回［8］。經(jīng)對(duì)照分析區(qū)域上以往研究資料可知，本區(qū)的沉積演化過程可推斷為上馬家溝組第五段—第六段為潮坪沉積環(huán)境即潮下帶（浪基面至平均低潮線之間）環(huán)境—潮間帶（低潮線附近）動(dòng)蕩環(huán)境—潮上帶（平均高潮線以上）環(huán)境。

（1）潮下帶環(huán)境位于浪基面以下的低能帶，除有海流作用外很少受到擾動(dòng)。由于水淺蒸發(fā)量大，海水經(jīng)常處于過飽和狀態(tài)，在氣候溫暖，有海風(fēng)影響下，從陸地及大陸架帶來豐富的餌料，有大量魚類、蝦及蟹、珊瑚、苔蘚動(dòng)物、棘皮動(dòng)物、海綿類、腕足類及軟體動(dòng)物等，行光合作用的鈣藻也大量繁殖。在此環(huán)境下形成了大量的生物碎屑灰?guī)r。

（2）潮間帶環(huán)境位于低潮線附近為潮坪環(huán)境中的高能帶，波浪及潮汐活躍、陽光充足、氧氣充分，使得各種底棲生物、造礁生物和藻類生物等大量發(fā)育，生物成因的碳酸鹽生產(chǎn)率高，波浪及水流對(duì)沉積物的篩選作用往往形成具有交錯(cuò)層理的、分選良好的各種顆?；?guī)r。在本區(qū)表現(xiàn)為生物灰?guī)r。

（3）潮上帶環(huán)境海水很淺，海底坡度很小，寬度可達(dá)數(shù)百公里，致使水的循環(huán)作用受到很大限制，波浪作用不發(fā)育，在干熱氣候條件下，蒸發(fā)作用強(qiáng)，含鹽度較高，在沉積物表面常產(chǎn)生白云石、石膏、鹽等蒸發(fā)物。在本區(qū)主要產(chǎn)出巖性為白云巖。

綜上所述，可得知本區(qū)巖層厚度由厚變薄，粒度由粗變細(xì)，巖性從較純的厚層狀生物碎屑灰?guī)r—生物擾動(dòng)灰?guī)r—白云巖，表明第五段—第六段為退積型地層結(jié)構(gòu)。另外，根據(jù)本礦床地層巖性特征，結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其變化，說明本區(qū)以淺?！獮I海沉積環(huán)境為主，向潮間帶沉積過渡的海退式沉積碳酸鹽巖相礦床。

5 結(jié)論

王家窯地區(qū)以淺?！獮I海沉積環(huán)境為主，石灰?guī)r礦成礦類型為沉積型礦床。主要含礦地層為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組第五巖性段，可以用于水泥用灰?guī)r，礦層呈單斜中厚層狀產(chǎn)出，厚度穩(wěn)定，礦石為塊狀、薄層狀、厚層狀石灰?guī)r礦原生礦石，礦石加工性能良好，為本區(qū)尋找水泥用灰?guī)r礦含礦地層。