莫福成, 方 繁, 馮書文, 李桂生

(1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心安徽總隊,安徽 合肥 230088;2.青陽縣自然資源和規(guī)劃局,安徽 青陽 242800)

0 引言

華北地區(qū)廣泛出露的震旦系—寒武系—奧陶系中產(chǎn)有冶鎂、熔劑用白云巖,并以奧陶系三山子組為優(yōu)勢層位,其開發(fā)利用較為成熟,公開發(fā)表的文章較多[1-5]。除此之外,產(chǎn)有冶金用白云巖的其他層位還有震旦系的張渠組(如江蘇賈汪地區(qū)[6])以及寒武系的張夏組(如河南鶴壁地區(qū)[7]),但相關(guān)報道較少。

安徽省宿州市以北約40 km的龜山礦區(qū)近些年新勘探發(fā)現(xiàn)的優(yōu)質(zhì)熔劑用白云巖礦,屬于寒武系張夏組上段。礦床儲量超過6500萬噸,為大型規(guī)模,礦石質(zhì)量好,可作為優(yōu)質(zhì)熔劑用白云巖礦[8],礦床具備良好的開發(fā)利用前景。

本文依據(jù)礦區(qū)勘查資料,在總結(jié)礦床地質(zhì)特征的基礎上,分析了熔劑用白云巖礦體厚度和礦石質(zhì)量沿走向、傾向和厚度方向變化規(guī)律,以及各組分含量變化特征,進而探討礦床成因。研究成果對豐富華北地區(qū)寒武系張夏組上段冶金用白云巖礦資料以及本地區(qū)找礦具有一定的參考意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

本區(qū)域構(gòu)造單元分區(qū)屬華北陸塊徐淮地塊淮北斷褶帶。區(qū)內(nèi)地層出露不全,褶皺斷裂發(fā)育[9-10]。

區(qū)域地層屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)徐淮地層分區(qū)淮北地層小區(qū)。出露地層有震旦系、寒武系、奧陶系、第四系等,地層總厚度大于1954.20 m。其中以碳酸鹽巖為主的寒武系、奧陶系分布最廣,多隱伏于第四系之下[10-11]。

礦區(qū)位于徐州-時村鎮(zhèn)復背斜的西翼,是徐淮弧形推覆—褶皺帶中段重要組成部分[12]。地表所見震旦紀—二疊紀的沉積地層均被卷入強烈的褶皺變形。褶皺體由一系列軸向NNE的背向斜所組成,這些褶皺均與斷層關(guān)系密切?？臻g上和臺階狀逆斷層緊密共生,剖面上據(jù)斷層和相關(guān)褶皺特征,其形成與發(fā)展受推復斷裂控制[10-11]。

按力學性質(zhì)和平面展布方位,區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造大致分為4個斷裂組,即NNE—NE向逆沖斷裂組、近EW向引張斷裂組、NW向左旋剪切斷裂組和NE向右旋剪切斷裂組。區(qū)內(nèi)構(gòu)造格架中NNE—NE向逆沖斷層是最基本和最重要的斷裂構(gòu)造。NW向左旋剪切斷層也較發(fā)育[10-11]。

區(qū)域內(nèi)巖漿巖不發(fā)育,分布零散,主要為閃長玢巖脈,規(guī)模較小,長100～300 m,主要發(fā)育于背斜核部的震旦系中。為中生代巖漿活動的產(chǎn)物。

此前,區(qū)內(nèi)已有宿州黃金冶金用白云巖礦、宿州打鼓山冶金用白云巖礦發(fā)現(xiàn),但規(guī)模較小,未能形成大規(guī)模利用。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層由老至新依次為下震旦統(tǒng)倪園組(Z1n)、九頂山組(Z1jd)、張渠組(Z1),寒武系猴家山組(∈1h)、饅頭組(∈1-2m)、張夏組(∈2z)、崮山組(∈3g),詳見表1。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)受到一系列平行疊瓦狀堆疊的推覆巖片構(gòu)造,受控于頂?shù)装鍞鄬?。礦區(qū)總體呈單斜層狀產(chǎn)出,主要由震旦系—寒武系組成?？傮w走向為16°～46°,總體傾向為106°～136°,地層傾角30°～72°,礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖見圖1。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖

礦區(qū)內(nèi)主要有F1、F2、F3、F4四條斷層,是一組NE向—近SN方向的逆斷層,走向NE 9°～41°,傾向SE—SEE,總體傾角55°～75°。在性質(zhì)上都是順層逆沖斷層,空間上呈順層或局部切層延伸,造成地層不連續(xù),老地層蓋在新地層之上,造成同一地層的重復出現(xiàn)(圖1、圖2)。

圖2 礦區(qū)14線剖面示意圖

2.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿活動弱,零星有輝綠巖脈出露,呈脈狀順層分布于礦體圍巖中,規(guī)模較小,對礦體無影響,對礦石質(zhì)量也無影響。

3 礦體特征

3.1 礦體形態(tài)及規(guī)模

礦體賦礦層位為中寒武統(tǒng)張夏組上段(∈2z2),巖性主要為灰、深黃、淺灰色鮞狀白云巖、細晶白云巖。礦體構(gòu)造簡單,呈單斜層狀產(chǎn)出,平面形態(tài)似條帶狀。

礦體南北平均長2034 m,EW向出露最大寬度為152.50 m,最小寬度為69.57 m,平均寬106.43 m。礦體控制最大厚度104.54 m,最小厚度59.67 m,平均厚度80.11 m,賦存高程 +50～+227 m。礦體NE—NNE向延伸,呈長條狀分布,礦體產(chǎn)狀為106°～123°∠38°～54°。

經(jīng)統(tǒng)計分析,熔劑用白云巖礦體地表厚度沿走向變化范圍在59.67～81.24 m之間,平均厚度71.72 m,厚度變化系數(shù)7.45%,厚度變化穩(wěn)定。深部厚度沿走向變化范圍在80.47 m～104.54 m之間,平均厚度88.50 m,厚度變化系數(shù)11.10%,厚度變化穩(wěn)定。見表2。

表2 礦體厚度沿走向變化情況

經(jīng)統(tǒng)計分析,由地表至深部,表現(xiàn)為遞增趨勢,其中厚度變化系數(shù)最大為38.64%,變化系數(shù)最小為0.67%,平均變化系數(shù)為13.83%,厚度變化穩(wěn)定。見表3。

表3 礦體厚度沿傾向變化情況

3.2 礦石質(zhì)量

礦石成分簡單,主要為白云石,其次為少量方解石。顏色為淺黃色、淺紅色、灰黃色等。細晶—微晶結(jié)構(gòu),中厚層—厚層構(gòu)造。

根據(jù)213件白云巖礦石樣品組合分析結(jié)果,其主要化學成分平均質(zhì)量分數(shù):w(CaO)=30.77%,w(MgO)=20.69%。其中52件樣品組合分析結(jié)果:白云巖w(SiO2)=0.83%,w(Al2O3)=0.33%,w(Fe2O3)=0.52%,w(Mn3O4)=0.012%,w(S)=0.267%,w(P)=0.009%,燒失量45.84%。白云巖礦石中主要有用組分w(MgO)為11.23%～22.04%,平均20.69%;w(CaO)為16.04%～40.86%,平均30.77%。見表4。

表4 白云巖礦石質(zhì)量統(tǒng)計

礦體CaO、MgO含量沿走向變化范圍均很小,w(CaO)為29.85～31.14%,平均30.75%,變化系數(shù)為1.23%;w(MgO)為20.32%～20.87%,平均20.61%,變化系數(shù)為1.27%,總體上均呈波狀起伏,變化穩(wěn)定,見表5。

表5 礦體主要化學成分沿走向變化情況

礦體CaO、MgO含量沿傾向變化范圍均很小。自南向北CaO含量沿傾向上的變化系數(shù)分別為1.01%、0.30%、0.28%,全礦體沿傾向變化系數(shù)為0.04%,變化穩(wěn)定。自南向北MgO含量沿傾向上的變化系數(shù)分別為1.79%、0.35%、0.63%,全礦體沿傾向變化系數(shù)為1.01%,可見其變化穩(wěn)定。見表6。

表6 礦體主要化學成分沿傾向變化情況

根據(jù)分析結(jié)果,以礦區(qū)內(nèi)TC10為例來分析主要成分波動情況,白云巖礦石中MgO含量高,w(MgO)波動范圍在18.16%～21.36%之間,平均20.73%,總體上呈水平輕微起伏,單樣間變化幅度相對較小,局部略有波動變化。CaO含量適中,w(CaO)波動范圍在29.94%～33.86%之間,平均31.08%,總體基本平穩(wěn)略有輕微波動,單樣間變動相對較小(圖3)。

圖3 礦區(qū)TC10樣品MgO與CaO含量變化

礦石自然類型主要為為鮞狀白云巖、細晶白云巖兩種。

鮞狀白云巖:淺紅色、灰黃色細晶鮞狀結(jié)構(gòu),中厚層構(gòu)造。顆粒成分以鮞粒為主,約占85%,鮞粒相對均一,粒徑在2～3 mm之間變化,顆粒呈同心圓狀,少數(shù)為橢圓狀,部分鮞粒內(nèi)被微晶或泥晶方解石充填,有放射狀方解石圍繞鮞粒,發(fā)育有少量脈體,脈體寬度約為0.05 mm?；|(zhì)為方解石與白云石,白云石微晶約占10%,無色,呈菱形狀,顆粒大小為0.03～0.05 mm,具有閃突起;方解石微晶約占5%,無色透明,呈菱形狀,顆粒大小為0.01～0.03 mm,閃突起顯著,干涉色為高級白。

細晶白云巖:淺紅色、灰黃色細晶結(jié)構(gòu),中薄層構(gòu)造。顆粒成分以白云石為主,約占85%,粒徑在0.02～0.06 mm之間變化,無色,呈菱形狀,顆粒大小為0.03～0.05 mm,具有閃突起,發(fā)育有少量脈體,脈體寬度約為0.05 mm。方解石微晶約占15%,無色透明,呈菱形狀,顆粒大小為0.01～0.03 mm,閃突起顯著,干涉色為高級白。

4 礦床成因分析

礦區(qū)地層為陸內(nèi)碎屑-碳酸鹽巖的沉積建造。反映了陸相—潮坪相—局限臺地—開闊臺地—局限臺地相的沉積韻律旋回。

舒良樹等[11]研究認為,寒武系早期,華北地臺開始下降,接受海水入浸,形成泥坪、灰泥坪、局限臺地交替沉積,成為潮上帶低能沉積環(huán)境。從巖性組合上看,為寒武系饅頭組一段紫紅色頁巖、粉砂巖夾透鏡狀灰?guī)r沉積。饅頭組第二段巖性復雜多變,由頁巖、粉砂巖、不同類型灰?guī)r交替頻繁沉積。饅頭組第三段為粉砂巖、砂巖與灰?guī)r互層、或夾層,沉積復雜。

舒良樹等[11,13-14]研究認為,寒武紀中期,地臺繼續(xù)下降,海水入浸加速,并最終達到最大海浸,形成開闊臺地、臺地邊緣淺灘、臺地邊緣生物礁、局限臺地相沉積,沉積環(huán)境為高能淺水動蕩型。從巖性組合上分析,張夏組廣泛發(fā)育鮞粒灰?guī)r、核形石灰?guī)r、鮞粒白云巖、藻灰?guī)r等。這個時期形成的灰?guī)r、白云巖巖主要為生物誘導的鈣化作用形成,李新站等[15]認為鮞粒屬于生物成因,梅冥相[16]等研究認為,以葛萬菌為代表的藍細菌主導了鮞粒的形成。

舒良樹等[11]研究認為,寒武紀晚期,地臺逐漸由下降轉(zhuǎn)為局部抬升過程,形成臺地邊緣淺灘、開闊臺地、臺地淺灘、灰泥坪相沉積,逐漸變?yōu)楦吣艹练e環(huán)境。崮山組巖性組合由鮞?；?guī)r、微晶灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r,局部夾薄層竹葉狀灰?guī)r等。

因此,礦床為局限臺地相—開闊臺地相沉積型碳酸鹽巖礦床。

5 結(jié)論

(1)龜山礦區(qū)熔劑用白云巖礦賦存于中寒武統(tǒng)張夏組上段。白云巖礦體形態(tài)簡單,總體呈單斜層狀產(chǎn)出,礦體走向NE—NNE,礦體南北長約2 km,儲量超過6500萬噸,規(guī)模為大型。

(2)礦體厚度變化穩(wěn)定,礦石類型主要為鮞狀白云巖和細晶白云巖。礦石中MgO含量高,主要成分MgO和CaO波動范圍小。

(3)礦床成因類型為局限臺地相—開闊臺地相沉積型碳酸鹽巖礦床。