郟縣馬武寨白云巖礦床地質特征、成因及評價

郭甲一，謝白楊，王英超，龍康華，馬鵬遠

（1.河南省有色金屬地質勘查總院，河南 鄭州 450052；2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術研究重點實驗室，河南 鄭州 450052）

1 礦區地質背景

工作區位于河南郟縣北部茨壩鄉及禹州市磨街鄉一帶，處在華北陸塊南緣嵩萁臺隆西南邊緣[3]，工作區地層較簡單，主要出露寒武系地層，地層傾向東或東南，傾角近水平。區內構造較為復雜，主構造線方向為NE向，NE向斷裂較為發育，其次為NW向斷裂(見圖1)。

1.1 地層

礦區地層出露情況較好，出露點多、連續性好、出露面積大。礦區出露地層主要有下寒武統徐莊組(∈2x)、中寒武統張夏組(∈2z h)、上寒武統崮山組(∈3g)及少量第四系(Q)殘坡積物。地層產狀傾向100～150°，傾角3～10°。

1.2 構造

工作區內構造較為簡單，為一略具波狀起伏的單斜構造，總體產狀：走向60～110°，傾向東，傾角2～45°。

圖1 河南郟縣白云巖礦區地質圖

區內斷裂構造有4條，3條北西走向，1條北東走向，均為正斷層，其中F8正斷層對礦體有一定的破壞作用，并使工作區南部的白云巖位置相對上升，形成正地形，提高了礦床的出露程度。

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

礦體賦存于上寒武統崮山組(∈3g)地層中，礦體呈層狀產出，產狀較緩100～150°∠5～15°。受地形切割影響較大。

礦體資源量達到大型規模。控制礦體東西長約2300m，南北寬約1400m。礦體厚度5～127.90m，平均58.90m，未見頂板。礦體平面上呈不規則的橢圓狀。見礦工程最低標高283.90m，最高標高532.30m，礦區開采標高310m，全區圈定3個礦體。

礦體絕大部分出露于地表，只有極少量有很薄黃土覆蓋。底板為張夏組第五層(∈2z h5)白云質灰巖。

(1) 礦層厚度沿走向變化特征。

全礦層厚度受地形影響較大，在走向上由15線～08線變化較小。各勘探線白云巖礦厚度變化范圍在5.00～127.90m，平均58.90m，變化系數68%，厚度變化系數較大，說明礦體厚度變化較大。各鉆孔白云巖礦厚度變化范圍在76.00～127.90m，平均100.90m，變化系數20%，厚度變化系數較小，說明鉆孔礦體厚度變化較穩定。由于礦層厚度受地形剝蝕影響，變化較大，溝谷中礦層較薄，山頂礦層厚度巨大，礦層直接出露于地表。

(2) 礦層厚度沿傾向變化特征。

各勘探線礦層厚度基本上由北西向南東變厚，礦層基本直接出露地表。地表工程平均厚度49.85m，深部工程平均厚度100.90m。說明礦層沿傾向厚度變化稍大，向深部變厚，礦體厚度沿傾向變化基本一致。

2.2 礦石特征

(1) 礦物成分。

主要礦物成分為白云石，含量約99%。方解石、鐵質鏡下局部可見原巖中的橢圓形痕跡，色暗，大小為0.2～0.6mm，推測可能為原巖中的鮞粒。

白云石：呈自形、半自形菱面體，為重結晶而成，大多顆粒大小為0.06～0.25mm，為細晶；少部分顆粒大小為0.04～0.06mm，為粉晶；少部分大小為0.28～0.5mm，為中晶；白云石閃突起明顯，高級白干涉色，顆粒間呈鑲嵌狀分布。

方解石：呈粒狀，大小為0.005～0.04mm，局部見到，不均勻分布于白云石粒間。

鐵質：部分鐵質呈不規則脈狀分布，少部分鐵質分布于白云石邊緣，使得白云石邊界更加清晰。

(2) 結構構造。

礦石結構為細晶、隱晶、鮞粒結構；礦石構造為厚層狀、塊狀構造。

(3) 化學成分。

礦石主要化學成分(%)：CaO 30.64、MgO 20.99、SiO20.97、Al2O30.37、Fe2O30.35、K2O+Na2O 0.18、Mn3O40.01、S 0.01、P 0.01、酸不溶物 1.42。可以看出，礦體中主要有益組分MgO含量變化不大，在19.03%～21.60%之間，平均20.99%。主要有害組分SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、Mn2O4含量都較低。礦石中主要化學成分平均含量均滿足規范[4]中對白云巖礦的一般工業要求。

圖2～圖5為礦石MgO、Na2O+K2O、SiO2、酸不溶物分布密度直方圖，從圖2中可以看出，礦石MgO含量集中分布在20%～21.60%之間，占樣品總數的89%；<20%的占11%。

圖2 礦石MgO品位分布密度直方圖

圖3 SiO2品位分布密度直方圖

圖4 酸不溶物品位分布密度直方圖

圖5 Na2O+K2O品位分布密度直方圖

從圖3看出，SiO2含量集中分布在0.13%～1.5%之間，占樣品總數的91%；分布在1.5%～4%占4%，>4%者占3%。

從圖4看出，酸不溶物含量集中分布在0.13%～2%之間，占樣品總數的87.31%；2%～4%之間占10.38%。

從圖5看出，Na2O+K2O均≤0.3%，作為有害元素含量很少，滿足白云巖各種用途指標。

2.3 礦石類型和品級

(1) 礦石類型。

本礦床礦石類型單一，根據其自然特征及巖礦鑒定結果，命名為厚層狀細晶白云巖礦石類型，淺灰—灰色，隱晶結構，塊狀、厚層狀構造，厚層狀產出，單層厚度最大超過2.5m，主要礦物成分為白云石。鏡下可見原巖中的橢圓形痕跡，色暗，大小為0.2～0.6mm，推測可能為原巖中的鮞粒。白云石呈自形、半自形菱面體，為重結晶而成，大多顆粒大小為0.06～0.25mm，為細晶；少部分顆粒大小為0.04～0.06mm，為粉晶；少部分大小為0.28～0.6mm，白云石閃突起明顯，高級白干涉色，顆粒間呈鑲嵌狀分布。方解石呈粒狀，零星分布于白云石粒間。鐵質局部聚集呈不規則團狀分布。

(2) 礦石品級。

白云巖礦用途不同，對其成分的要求也不相同。

耐火材料爐襯用白云巖和熔劑用白云巖化學成分一般要求如表1所示。

作為熔劑用白云巖，礦區白云巖樣品均達到礦石要求。即MgO含量≥16%(工業品位)，Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2≤10%，其中SiO2≤4%。

作為耐火材料爐襯用白云巖，礦區白云巖樣品90%以上均達到礦石要求，即MgO含量≥20%(工業品位)，Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2≤3.0%，其中SiO2≤1.5%。

因此，本區白云巖礦既可作為耐火材料爐襯用，也可以作為熔劑用白云巖。

表1 耐火材料襯爐用、熔劑用白云巖化學成分一般要求[4]

此外，冶煉金屬鎂是白云巖重要用途之一，本礦區的白云巖還可用于冶煉金屬鎂，按照《冶金、化工石灰巖及白云巖、水泥原料礦產地質勘查規范》[4]對耐火材料爐襯、熔劑用白云巖礦石化學成分一般要求及冶金用白云巖粒度要求，參照《礦產資源工業要求手冊》[5]，本礦區的礦石品級按照冶鎂用白云巖品質要求見如表2。

本次礦石儲量計算按照冶鎂用白云巖最高要求，MgO≥19%，SiO2≤4.0%，K2O、Na2O含量符合質量要求。其中MgO 19.03%～21.60%，平均20.99%；主要分布在礦區中東部。由于白云巖用途較多，用途不同，對白云巖各種成分含量指標要求不一樣，經過ZK1520鉆孔全孔組合樣分析， 發現礦層底部1個組合樣中MgO≥19%，但SiO2＞4%，K2O+Na2O＞0.30，可能由于底板樣品組合中有一個樣品MgO＜19%所致，因此在今后礦山開采中建議根據不同用途增加分析測試項目。

表2 冶煉金屬鎂白云巖品質要求

3 礦床成因及找礦標志

3.1 礦床成因

白云巖的形成過程比較復雜，根據其形成條件及成因，白云巖礦分為原生、成巖和次生白云巖礦三類[6-7]。絕大多數地質學家認為從自然界海水中直接沉淀的原生白云巖礦是很少的，僅僅存在于蒸發較大內陸咸水湖，全球大多數白云巖礦可能是次生白云巖礦，大部分經歷了海相沉積。因此河南省中南部及西部地區的冶鎂白云巖礦床主要賦存于上寒武統崮山組地層中[8-11]。

本礦床位于中朝準地臺華熊臺緣坳陷東北緣澠池—確山褶皺斷束中部，自早古生代到晚古生代末期，整個中朝準地臺進入廣泛的蓋層發育期的相對穩定階段，構造運動表現為整體的上升與下降。在寒武紀形成了廣泛的海侵超覆，早期沉積了濱海—淺海相的淡紅色，灰白色粉砂巖、砂礫巖；黃褐色、紫紅色頁巖、泥灰巖；條帶狀、鮞狀灰巖、白云巖，局部為礦體底板。中期前段沉積環境處于短暫的動蕩—靜止期，為較穩定的海相環境，物質來源豐富，受古地理氣候影響形成了厚層狀灰色細晶白云巖[12]。

本礦床屬化學、物理、生物作用下形成的一套碳酸鹽建造，又經各種構造運動，逐步形成本礦床現在的形態。

3.2 找礦標志

本礦區白云巖礦是典型的層控沉積礦床，白云巖礦賦存于上寒武統崮山組，在豫西地區崮山組地層中白云巖礦有較好的成礦前景，主要標志為上寒武統崮山組厚層狀細晶白云巖，頂板直接與第四系覆蓋層接觸，或者直接出露地表。底板為中寒武張夏組上段白云質灰巖。

4 礦床經濟意義評價

通過本次系統工作，估算出礦區白云巖礦石資源量3.25億t，為一超大型白云巖礦床。白云巖礦石主要有害組分含量較低，基本滿足白云巖的各種用途。

通過對該礦床白云巖礦經濟意義概略研究得出：

(1) 礦區白云巖礦絕大部分直接出露于地表，便于露天開采，礦區內水文地質條件簡單，開采成本低。由于屬于露天開采，因此對植被破壞較大，因此需要對環境生態保護提出合理規劃。

(2) 礦區白云巖質量好，規模巨大，具有很高的經濟利用價值，礦石不僅可以用來提煉金屬鎂，也可作為熔劑、爐襯、玻璃、水泥等化工原料，并適合進行較大規模的工業化開采，因此本區白云巖礦床具有廣泛的用途和開發利用前景。

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