徐州大洞山水泥灰巖礦床地質特征及成因探討

施建斌，張 琪，景佳俊

徐州大洞山水泥灰巖礦床地質特征及成因探討

施建斌，張 琪，景佳俊

（江蘇省地質礦產局第五地質大隊，江蘇 徐州 221004）

大洞山水泥用石灰巖礦床是海相碳酸鹽巖型沉積層狀礦床，礦層賦存于中寒武統張夏組—上寒武統崮山組下段，屬濱海—淺海相化學和生物化學沉積的混合產物。礦床規模特大，礦層厚度穩定，礦石質量較好，是優質的水泥原料。

水泥灰巖；地質特征；礦床成因；江蘇徐州

Abstract: Dadongshan cement limestone ore deposit is marine carbonate type of sedimentary deposits. The ore deposit occur in the middle cambrian Zhangxia group-upper cambrian Gushan group at its lower paragraph, belong to chemical and biological chemical deposition of product mix of coast sea-shallow sea phase. The scale of deposit is super-large and thickness is stable and the mineral quality is good, is a high quality cement raw materials.

Key words: cement limestone; geological features; ore genesis; Xuzhou Jiangsu

1 地質概況

大洞山水泥用石灰巖礦區位于中朝準地臺(華北地臺)—淮河臺坳—淮北臺陷褶帶—徐(州)宿(縣)弧形斷褶帶的東側, 推覆構造前緣殘留巖片之一大洞山穹隆半背斜部位。分布地層主要為華北地臺型震旦系、寒武系、奧陶系、第四系(見下頁圖)。

震旦系主要出露地層有上震旦統張渠組(Z2zh)、魏集組(Z2w)。

寒武系出露有下寒武統猴家山組(∈1h)、饅頭組(∈1m)；中寒武統毛莊組(∈2m)、徐莊組(∈2x)、張夏組(∈2z)；上寒武統崮山組(∈3g)、長山組(∈3c)、鳳山組(∈3f )。

奧陶系主要地層為下奧陶統三山子組(O1s)、賈汪組(O1j )、蕭縣組(O1x)、馬家溝組(O1m)。

水泥用灰巖含礦層位為中寒武統張夏組(∈2z )和上寒武統崮山組下段(∈3g1)。

礦區褶皺和地層總體呈北西走向，呈向南西凸出的弧形展布，斷裂構造以北西向的張性斷裂和近南北向的張扭性斷裂兩組為主，礦區內巖漿巖不發育，僅見燕山晚期—喜山期橄欖玄武玢巖巖脈，可見碳酸鹽化、褐鐵礦化等熱液蝕變現象及烘烤現象。

本礦區礦床水文地質、工程地質條件簡單，環境地質較優，開采技術條件良好，礦石資源/儲量達11.38億t，為一特大型水泥用石灰巖礦產地。

2 礦床地質特征

2.1 礦層特征

礦區由大洞山、羊鼻山、團山和鼠山東北坡組成。最大標高為大洞山361.00m，其周邊標高：北邊緣125m，南邊緣60m，東邊緣70m，西邊緣170m。南邊緣60m標高之下仍有隱伏礦層存在。

礦層賦存于中寒武統張夏組(∈2z)，次為上寒武統崮山組下段(∈3g1)兩個層位中，平面整體形態為北東端寬、南西端呈弧形的似“舌”狀，剖面形態為厚層狀，平均厚度237.33m。總體北西走向，礦層傾向南西，傾角多為15～25°，羊鼻山頂礦層變緩為10°左右，但其南部近平原區及大洞山體西北部礦層傾角變陡，大于35°，最大55°。

全礦區含礦率92.44%，發育厚度大于8m的Ⅱ級品礦層4個，大于2m厚的夾層6個，礦層底板為中寒武統徐莊組砂頁巖，局部頂板為上寒武統崮山組上段薄層灰巖。據施工鉆孔統計，巖溶率為1.05%。

礦層主要化學成分CaO的變化系數0.80%，R2O的變化系數13.19%，MgO的變化系數8.14%左右，表明礦石質量穩定。

2.2 礦石類型及品級

按自然類型劃分，大洞山礦區礦石類型主要有鮞狀灰巖、豹皮狀灰巖、泥質條帶灰巖三種，其次還有少量的薄層灰巖、塊狀灰巖和生物碎屑灰巖。

礦石結構主要為原生結構，有鮞狀亮晶結構、碎屑結構、泥晶結構和生物碎屑結構等。礦石構造較簡單，主要有塊狀構造、云斑(豹皮狀)構造、條帶狀構造等。

按照DZ/T0213－2002《冶金、化工石灰巖及白云巖、水泥原料礦產地質勘查規范》中水泥灰巖礦床評價的一般工業指標要求：Ⅰ級品礦石CaO≥48%，MgO≤3%，R2O≤0.6%；Ⅱ級品礦石48%＞CaO≥45%，3.5%≥MgO＞3%，0.8%≥R2O＞0.6%。礦區礦石按體積計算Ⅰ級品率為76.9%，Ⅱ級品率為23.1%。

2.3 礦石質量

礦石礦物成分以方解石為主，其次為白云石，以及泥質、鐵質和有機質等。方解石質量分數在90%～95%，少數小于90%，白云石質量分數一般1%～2%，最高可達30%(豹皮狀灰巖)，二者質量分數呈負相關關系。

全礦區的礦層化學成分體積加權平均為CaO 50.97%，MgO 2.34%，R2O 0.22%，達到礦石Ⅰ級品的標準。礦區各勘查線樣厚加權平均化學成分含量如表1。

表1 大洞山礦區各勘查線礦石平均品位統計

據礦區組合樣品分析結果統計，礦石中SO3、Cl-、f SiO2三種有害組分含量見表2。由表中可以看出，本礦區礦石中SO3、f SiO2含量大大低于水泥灰巖工業指標要求的≤1%和4%～6%的底線，Cl-亦不超過規范要求預分解窯不大于0.015%的指標。

3 礦床成因探討

礦層賦存在中寒武統張夏組至崮山組下段，多為灰色厚層狀灰巖，并有不同程度的白云石化。沉積巖層的層理構造、縫合線構造清晰可見，巖礦石的鮞粒結構、生物碎屑結構及藻斑結構均很明顯，以三葉蟲和藍綠藻為主的生物群化石極為發育，并見較多的疊層石及蠕蟲蟲跡化石。由此可見，本礦床屬濱海—淺海相沉積礦床。沉積作用是在浪基面之上廣闊的陸表海中進行的，潮間高能顆粒灘相至潮上低能泥坪相沉積及藻蓆、藻灘微相沉積均很明顯[1]。

表2 大洞山礦區礦石中有害組分含量

張夏組下段第一巖性層(∈2z1-1)底部含海綠石的鮞狀礦石的產出，反映了較下伏徐莊組(砂巖和砂質灰巖)沉積時海水加深，為弱氧化的沉積環境，接著大量鮞狀灰巖出現，并有非鮞狀灰巖礦石，直至下段第二巖性層沉積結束。鮞狀灰巖礦石含有生物碎屑，反映了淺海區有生物活動和繁殖，促使了CaCO3沉積，底流作用和潮流作用使處于懸浮和掩埋不斷運動的顆粒為渾圓狀的同心鮞和復鮞。張夏組上段出現有大量豹皮灰巖礦石，夾灰巖、鮞狀灰巖；并且在上段第三巖性層底部中見有龜裂紋，反映了淺海沉積環境伴有濱海相的潮上帶到潮間帶的沉積相。上段第一、第三巖性層中的兩個較為穩定的夾層均為土黃色豹皮灰巖，其“豹斑”在鏡下見有攪動構造,為潮間帶的沉積，致使泥質成份及R2O含量偏高，上段第一、第三巖性層中的局部灰巖和灰色豹皮狀灰巖礦石中，普遍含有藻團塊和藻屑，為動蕩相對平靜藻礁發育的環境，礦石質量相對較好。上段第二巖性層的鮞狀灰巖出現，反映了沉積環境的變化，海水深度出現淺—深—淺的變化[2]。

根據鏡下鑒定資料，不同類型的灰巖礦石中，普遍存在有方解石重結晶和白云石化，尤為鮞狀灰巖為主，白云石含量高的可達20%以上，致使成為MgO含量超限的夾層或Ⅱ級品礦。以膠結物存在的亮晶方解石有兩個世代，第一世代呈馬牙形圍繞泥晶方解石組成的砂屑，第二世代呈它形充填在空隙間，上述情況認為在CaCO3沉積后的成巖過程中或稍后，在原沉積的碳酸巖的孔隙中，再次沉積Mg、Ca物質，后期在動力作用下又充填了白云石。地質填圖過程中發現，在斷層比較發育的地段，白云巖化相對發育與此有關。各礦段常見的地表和深部化學成分有所差異，主要為次生淋濾所致。

準同生白云石化所造就的次生交代結構在礦石中屢見不鮮。準同生白云石化具有強烈的選擇性，主要是對亮晶顆粒灰巖中的顆粒進行蠶食交代，特別是鮞粒，被白云石交代的現象更為常見。有的泥粉晶白云石首先交代鮞粒中心部位或某些圈層的泥晶方解石，反映準同生白云石化由鮞粒中心向鮞粒外部有逐步減弱的趨勢。灰巖的顆粒、鮞粒雖然遭受不同程度的白云石化，但是顆鮞粒間的基質尚無白云化，依然保持亮晶方解石的形態。

綜上所述，海水動蕩的機械作用和生物化學作用是顆粒灰巖形成的基本因素[3]，溫暖濕熱的氣候條件，清澈明亮的海水環境，為生物的繁殖生長及其生物化學的沉積作用創造了優越條件。

[1]翟淳,張長俊,衛管一,等.巖石學簡明教程[M].北京:地質出版社,1978.

[2]房尚明.徐州地區的寒武系[J].地層學雜志,1991,15(4):252-262.

[3]梅冥相.灰巖成因—結構分類的進展及其相關問題討論[J].地質科技情報,2001,20(4):12-18.

Discussion on the Deposit Geological Features and Genesis of Cement Limestone Ore in Dadongshan, Xuzhou

SHI Jian-bin, ZHANG Qi, JING Jia-jun
(Party 5 Jiangsu Bureau of Geology and Mineral resources, Xuzhou 221004, China)

P619.2

A

1007-9386(2012)03-0052-03

2011-12-31