內(nèi)蒙古烏海市桌子山石灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及成因

摘要：桌子山石灰?guī)r礦床產(chǎn)于奧陶系下統(tǒng)馬家溝組石灰?guī)r地層中。根據(jù)礦體特征、礦石礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及成因分析，認(rèn)為屬淺海相潮間坪、潮上坪沉積環(huán)境下的化學(xué)—生物化學(xué)沉積礦床。

關(guān)鍵詞：內(nèi)蒙古 桌子山石灰?guī)r礦床 地質(zhì)特征 成因

1．緒言

桌子山一帶的石灰?guī)r礦產(chǎn)資源豐富，并有部分白云巖礦伴生。石灰?guī)r礦用途廣泛，主要用于化工、建材、冶金等行業(yè)。該區(qū)目前除已勘查過得很少部分外，絕大部分區(qū)域狀況不清。為了對資源進(jìn)行合理勘查、開發(fā)利用和保護(hù)，尚需取得這些礦產(chǎn)的基本地質(zhì)資料。

2．區(qū)域地質(zhì)概況

桌子山所處大地構(gòu)造位置，為華北地臺鄂爾多斯西緣凹陷的賀蘭山—桌子山褶斷束北段。該區(qū)域內(nèi)出露地層有上太古界千里山巖群，主要分布在千里山，桌子山區(qū)中部及東南部；上元古界青白口—震旦系西勒圖組，分布在千里山北部及桌子山中、東部；下古生界寒武系和奧陶系，主要分布在桌子山區(qū)北部及西南部；上古生界石炭系和二疊系，主要分布在桌子山西、南部，東部僅有小面積斷續(xù)分布；中生界三疊系、侏羅系和白堊系分布在東部；新生界第三系和第四系分布在山區(qū)四周平緩區(qū)及較大溝谷中。

區(qū)域內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造較發(fā)育，基底褶皺構(gòu)造由千里山巖群組成，多數(shù)構(gòu)造線近東西走向，形成一系列軸向近東西及北西西向的短軸背斜。元古界及古生界地層，則組成構(gòu)造線近南北的褶皺，形成桌子山背斜及西部的卡布其向斜構(gòu)造。斷裂構(gòu)造主要有南北向、北東東向和北西走向的三組。規(guī)模最大的南北向斷層發(fā)育在千里山區(qū)的東、西兩側(cè)，桌子山背斜東側(cè)及卡布其向斜西翼，為向西傾的逆斷層及正斷層，由于受該組斷裂切割破壞，使桌子山背斜東翼及卡布其向斜西翼(地層)不完整；北西及北東東向斷層以正斷層和平推斷層為主，一般規(guī)模較小。

巖漿巖有片麻狀花崗巖、偉晶巖、輝綠巖及石英脈，分布在千里山及桌子山中部及東南部，發(fā)育在千里山巖群變質(zhì)巖中，呈巖株及巖脈狀產(chǎn)出。

3．礦區(qū)地質(zhì)概況

桌子山地區(qū)出露地層主要有上太古界千里山巖群、上元古界青白口—震旦系西勒圖組、古生界寒武系、奧陶系下統(tǒng)及石炭系，其中與石灰?guī)r及白云巖成礦有關(guān)的地層單位為奧陶系下統(tǒng)馬家溝組。地層、巖性特征由老至新分述如下：

3.1 礦區(qū)地層

3.1.1 上太古界千里山巖群(Ar3q)

下部為角閃斜長片麻巖、混合質(zhì)二長片麻巖；中部為透輝石巖、角閃透輝石巖、黑云角閃片巖、蛇紋石化透輝大理巖、長英變粒巖、黑云斜長片麻巖、含石墨片巖等，下部夾磁鐵礦層；上部為榴石黑云斜長片麻巖及各種混合質(zhì)片麻巖。

3.1.2 上元古界青白口—震旦系西勒圖組(QnZx)

中、下部主要為紫紅色細(xì)至中粗粒石英砂巖夾紫紅色粉砂質(zhì)頁巖，底部為石英砂礫巖；上部為灰白色中厚層石英砂巖及紫紅色中—薄層狀石英砂巖。各層總厚度在千里山北達(dá)870m，桌子山東部一帶厚500m左右。其上部一般有1—2層灰白色變質(zhì)石英砂巖，單層厚40—150m不等，上層一般厚度較大，質(zhì)較純，常成為不同用途的硅質(zhì)原料礦產(chǎn)；下層厚度較小，質(zhì)量較差，工業(yè)難于利用。

3.1.3 下古生界寒武系(∈)

中、上部為灰、深灰色薄—中層灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、灰綠色頁巖夾生物碎屑灰?guī)r，頂部夾白云質(zhì)灰?guī)r；下部為灰褐色厚層白云質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖夾灰綠色頁巖。各層灰?guī)r含硅、鋁、鎂、鐵質(zhì)均高。白云質(zhì)灰?guī)r含MgO一般低于18%，含SiO28—19.88%，含F(xiàn)e2O3一般為1.25—2.11%。工業(yè)難于利用。

3.1.4 下奧陶統(tǒng)馬家溝組(O1m)

根據(jù)該組的巖性差別，進(jìn)一步劃分三個巖性段，自下而上為：一巖段(O1m1)灰色中—厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖與灰—灰白色石英巖互層。據(jù)部分灰?guī)r及白云巖一般含CaO 30.4—50%，最高53.88%，MgO 3—12%，最低0.83%，最高19.93%，SiO2 2.79—8.27%，高者>9%。以頂部一層碎屑灰?guī)r質(zhì)量較好，但是含硅、鎂高，厚度較小，頂?shù)桶鍨槭⑸皫r，不利開采。其中白云巖含硅也高，呈夾層狀，均難以開采利用。該巖段厚度一般為30—60m。與下伏寒武系平行不整合接觸；二巖段(O1m2)主要出露在桌子山中、北段的西坡地帶。為灰褐—灰色白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖，蘇白音溝以北呈較穩(wěn)定層狀產(chǎn)出，出露與保存厚度一般為25—50m。其中的白云巖產(chǎn)在下部，厚度一般為20—45m，是區(qū)內(nèi)白云巖礦的主要含礦層位。該巖段在東南部漸變?yōu)橐园自瀑|(zhì)灰?guī)r為主，白云巖不穩(wěn)定，含鎂降低。與下伏第一巖段以石英砂巖為界，整合接觸；三巖段(O1m3)：在桌子山區(qū)內(nèi)廣泛分布，其中以北部采臺山，西南部駱駝山以東至黑龍貴一帶分布面積最大。呈穩(wěn)定的層狀產(chǎn)出，巖性為灰—深灰色厚層灰?guī)r、紅黃斑狀灰?guī)r及含燧石結(jié)核灰?guī)r夾中薄層碎屑狀灰?guī)r，總厚度一般為200—450m。除頂部古風(fēng)化帶的巖溶較發(fā)育外，其下巖溶一般較弱。該巖段是區(qū)內(nèi)多種用途石灰?guī)r礦產(chǎn)的含礦層位。該巖段與下伏第二巖段為整合接觸，漸變過渡。與上覆上石炭統(tǒng)呈平行不整合接觸，其接觸面上常見有零星的古風(fēng)化淋積型褐鐵礦及沉積型高嶺土，明礬石礦分布于古溶坑、洞、裂隙及低凹處。

3.1.5 上石炭統(tǒng)太原組(C2t)

分布于桌子山區(qū)西、南邊緣地帶，直接覆蓋于下奧陶統(tǒng)馬家溝組之上。巖性為長石石英砂巖、含礫砂巖、頁巖、泥巖及煤層。

3.2 構(gòu) 造

基底構(gòu)造層由上太古界千里山巖群組成，出露在千里山及桌子山中部及東南部。形成一系列軸向近東西的短軸背向斜構(gòu)造。蓋層構(gòu)造層主要由青白口—震旦系、寒武系及奧陶系組成，形成近南北走向的桌子山背斜構(gòu)造，北部千里山段被東西兩側(cè)近南北向斷層切割，使背斜兩翼受破壞而不完整。南部桌子山段東翼受南北向斷層破壞，地層出露不全，地層傾角一般較陡(15°—70°，局部倒轉(zhuǎn))，西翼完整，地層傾角一般較緩，一般為5°—11°，局部 20°左右。北部千里山區(qū)及南部桌子山東部一帶斷裂構(gòu)造發(fā)育，東部主要為南北向逆沖斷層(斷面向西傾)。西部為正斷層。其次有北北東向及北西向的晚期正斷層及平推斷層發(fā)育。薄層灰?guī)r及碎屑灰?guī)r中節(jié)理、裂隙一般較發(fā)育，厚層灰?guī)r、白云巖次之。褶皺構(gòu)造對該區(qū)的石灰?guī)r、白云巖礦層的分布有明顯的控制作用，礦層均分布在南北向背斜的翼部和南北轉(zhuǎn)折端。斷裂對礦層有明顯的破壞作用，如背斜東翼礦層受到嚴(yán)重破壞和缺失。背斜核部受構(gòu)造剝蝕作用強(qiáng)烈，其富礦地層大部分已被剝蝕掉，而為太古界變質(zhì)巖裸露。

3.3 風(fēng)化帶及覆蓋層

該地區(qū)氣候干燥少雨，風(fēng)化作用不強(qiáng)，石灰?guī)r、白云巖礦層的地表風(fēng)化帶一般厚0.5—1m，在部分完整巖石露頭區(qū)及沖刷溝(帶)，幾乎無風(fēng)化層發(fā)育，部分?jǐn)嗔哑扑閹Ъ皫r石節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)，風(fēng)化帶厚度可達(dá)1—2m。山區(qū)巖石裸露程度好，僅在局部低洼、緩坡處，有一些殘坡積物分布，其厚度一般為0.3—1m。另外，在山區(qū)邊緣地帶的石灰?guī)r、白云巖礦層，常被石炭系砂、頁巖及第四系砂土、砂礫石不同程度覆蓋，沿傾斜方向延深越大，覆蓋層越厚。

4．礦層地質(zhì)

4.1 礦體特征

桌子山地區(qū)石灰?guī)r礦層，主要分布在桌子山北部的采臺山區(qū)、毛爾溝南至黑龍貴、棋盤井北山一帶，另外在毛爾溝北至后格德爾根溝一帶及棋盤井東山有小面積分布。礦層產(chǎn)于下奧陶統(tǒng)馬家溝組第三巖段。其下部為深灰色厚層灰?guī)r；中部為含黃色、紅色斑塊或條帶的中、厚層灰?guī)r夾薄層灰?guī)r及碎屑灰?guī)r，層位穩(wěn)定；上部常為青灰色厚層灰?guī)r，一般質(zhì)較純，層位較穩(wěn)定。因受后期剝蝕作用影響，出露厚度變化較大，較厚部分多分布在桌子山南、北端及西南一帶。南部地區(qū)頂部常有含燧石結(jié)核或條帶的灰?guī)r分布，中、北部區(qū)的該層位一般均被剝蝕。礦層絕大部分裸露地表，僅在西、南及東北邊部有石炭系和零星第四系覆蓋。底板一般為白云質(zhì)灰?guī)r，夾砂巖。

4.2 礦石質(zhì)量特征

4.2.1 礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

桌子山區(qū)石灰?guī)r礦石的主要礦物成分為方解石，一般含量為85—95%，最低76%，最高96%，其含量在區(qū)內(nèi)有從東至西，從北向南增高的趨勢。另外含白云石1—15%，石英0.5—5%，泥質(zhì)物及鐵質(zhì)微量。厚層致密塊狀灰?guī)r礦石，呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、微粒—細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；含斑灰?guī)r為斑狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造，其斑為紅、黃色，呈大小不等的斑點(diǎn)，斑塊及不規(guī)則的條帶等，主要成分為方解石、白云石及硅、鐵質(zhì)；碎屑灰?guī)r呈粒屑、生物碎屑結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。

4.2.2 化學(xué)成分及含量

桌子山區(qū)石灰?guī)r礦石，含CaO一般為48—54%，最低46.66%，最高54.97%；CaCO385.67%—98.15%；MgO 0.3—2.5%，最低0.09%，最高3.55%；SiO20.8—8%，最低0.32%，最高10.26%；fSiO21.7—5%，最低0.46%，最高5.95%；Al2O30.3—1.2%，最低0.13%，最高2.22%；Fe2O3 0.2—0.5%，最低0.059%，最高0.97%；K2O0.10—0.12%，最低0.08%，最高0.35%；Na2O0.2—0.27%，最低0.0028%，最高0.45%；S0.01—0.03%；P0.001—0.016%；SO30.014—0.07%；酸不溶物1.97—3.32%(據(jù)少量樣品分析結(jié)果)。全區(qū)石灰?guī)r，一般以均質(zhì)厚層灰?guī)r含有益組分較高，有害組分相應(yīng)較低。斑狀灰?guī)r及含燧石結(jié)核灰?guī)r中的有益組分，部分較前者略低，有害組分相應(yīng)較高。同時，處于不同地帶的石灰?guī)r化學(xué)成分含量尚有一些差別。

4.3 圍巖

該區(qū)的石灰?guī)r礦層，頂板圍巖為石炭系砂巖、頁巖及部分第四系砂土、砂礫石，主要分布在桌子山區(qū)西部及南部邊緣。底板巖石為下奧陶統(tǒng)馬家溝組第一、二巖段的白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖或石英砂巖。

4.4 礦石類型及用途

該區(qū)石灰?guī)r礦石的自然類型有：隱晶—微、細(xì)晶灰?guī)r、斑狀灰?guī)r及碎屑灰?guī)r(粒屑及生物碎屑)。根據(jù)石灰?guī)r不同成分的含量及不同用途，其礦石主要工業(yè)類型有：電石用石灰?guī)r、熔劑用石灰?guī)r、制堿用石灰?guī)r、水泥用石灰?guī)r等。

4.4.1 電石用石灰?guī)r

區(qū)內(nèi)中、南部有部分石灰?guī)r的質(zhì)量情況，與烏海市黃河村、哈圖克溝同類電石用石灰?guī)r礦石的質(zhì)量指標(biāo)基本一致。內(nèi)蒙古君正公司電石廠和內(nèi)蒙古海吉氯堿化工公司電石廠所用黃河村和哈圖克溝電石灰?guī)r燒制熟料石灰，經(jīng)電爐煉制電石的技術(shù)性能較好，生產(chǎn)的電石已達(dá)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。據(jù)此類比，區(qū)內(nèi)中、南部地段石灰石達(dá)電石用石灰?guī)r質(zhì)量指標(biāo)，其加工技術(shù)性能亦應(yīng)同黃河村、哈圖克溝石灰?guī)r。

4.4.2 水泥用石灰?guī)r

內(nèi)蒙古蒙西水泥有限公司，利用區(qū)內(nèi)西北部石灰?guī)r，以生料配比：石灰?guī)r83.77%，砂巖6.72%，頁巖6.83%，鐵粉2.68%。用2.4×13.0m的棒球磨粉磨生料，出磨生料過0.08mm方孔篩和0.02木篩，篩余物小于11.5%，生產(chǎn)工藝為濕法生產(chǎn)，煅燒溫度在1，300—1，450℃間，窯型為回轉(zhuǎn)窯，生產(chǎn)水泥標(biāo)號為525號及425號。多年生產(chǎn)已獲良好效益。據(jù)此類比，區(qū)內(nèi)大部地段石灰石達(dá)優(yōu)質(zhì)水泥用石灰?guī)r質(zhì)量指標(biāo)，其加工技術(shù)性能應(yīng)同蒙西水泥用灰?guī)r。

4.4.3 冶金溶劑用石灰?guī)r

包頭鋼鐵廠，用本區(qū)中部石灰?guī)r作黑色冶金熔劑用石灰?guī)r，經(jīng)多年大量使用，認(rèn)為礦石質(zhì)量及生產(chǎn)使用性能好，能保證鋼、鐵產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益。

5．礦床成因

本區(qū)從寒武紀(jì)至中奧陶世一直處于淺海相環(huán)境。依據(jù)該區(qū)地層的沉積構(gòu)造和巖層特征恢復(fù)本區(qū)巖相古地理，炒米店期為海岸平原，馬家溝期為潮間坪—潮上坪。從地層中賦存的生物碎屑來看，為頭足類、腕足類、三葉蟲化石，也說明當(dāng)時沉積環(huán)境為淺海相。綜上所述，本礦床成因?qū)贉\海相潮間坪、潮上坪沉積環(huán)境下的化學(xué)—生物化學(xué)沉積成因。

6．結(jié)論

通過對有關(guān)地質(zhì)、礦產(chǎn)資料的收集、充分研究、類比、野外觀測，利用分布較多的民采坑(場)作檢查驗證，并測制地質(zhì)剖面和采集代表性樣品進(jìn)行測試等項工作，對區(qū)內(nèi)石灰?guī)r、白云巖礦產(chǎn)的分布、產(chǎn)出特征、礦石質(zhì)量概況及礦產(chǎn)資源遠(yuǎn)景已初步了解。礦床的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件簡單，開采技術(shù)條件較好。兩點(diǎn)建議：一是有些礦層總厚度較大，其中不同層位的礦石質(zhì)量往往有不同程度地變化，進(jìn)一步勘查時需具體劃分，分別開采，用作不同用途。二是區(qū)內(nèi)部分溝壁有古巖畫，進(jìn)一步勘查、開發(fā)時應(yīng)避讓和保護(hù)。