鄒城市后山莊熔劑用灰巖礦礦床地質特征及層序地層劃分

尹玉靜，董 辰

(1.中化地質礦山總局 山東地質勘查院，山東 濟南 250013;2.山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250014)

熔劑用灰巖是重要的黑色冶金原料，其作用是將鐵礦石中的脈石和燃料中的灰份以及其他有害雜質轉化為爐渣排除，以利于提取有用的鐵金屬。隨著山東省鋼鐵工業的飛速發展，市場對熔劑用灰巖的需求量不斷增長［1，2］。本文立足于鄒城后山莊熔劑用灰巖礦礦床地質特征，分析沉積相、沉積環境以及礦床成因，為今后找礦提供方向。

1 礦區地質概況

礦區位于華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(Ⅱ)、魯西南潛隆起(Ⅲ)、菏澤－兗州潛斷隆(Ⅳ)、兗州潛凸起(Ⅴ)的東南部。

1.1 地層

礦區地層屬魯西地層分區，自下而上出露地層為寒武紀長清群饅頭組、九龍群張夏組、崮山組，另在四周低洼處，有第四紀山前組分布。區內構造簡單，斷層規模較小，對礦體的連續性影響不大，區內未見巖漿巖出露。

礦區地層自西而東分布在樊山、長山、鳳凰山三個近南北向的獨立山體上(圖1)。其中饅頭組出露位于山體底部，張夏組出露好，位于山體中部，崮山組主要見于樊山頂部，分布不全(為礦層頂板)。

區內張夏組出露較為完整，是本區石灰巖礦層的主要賦存層位，地層傾角平緩，傾角6°～9°。出露厚度＞160 m，按其巖性組合特征，自下而上分為兩個巖性段，即下灰巖段)和上灰巖段，上灰巖段還可分為五個組合層

1.2 構造

區內見有兩條北西向斷層，均為張扭性斷層，分布于長山礦段上、下灰巖段中，呈北西走向，傾向50°，傾角85°。F1 斷層為一正斷層，出露長500 m，穿切張夏組下灰巖段地層，兩端被第四系覆蓋;F2 斷層為一逆斷層，出露長達1 400 m，北西端被第四系覆蓋，南東端穿切饅頭組被第四系覆蓋。斷裂面粗糙，發育角礫巖，對石灰巖礦體破壞作用不大。

區內主要發育兩組節理，以北西向為主，次為北東向，二者經常伴生呈X 出現。一組走向315°，多傾向北東，傾角85°以上;一組走向20°～50°，近直立，延伸長度10 ～30 m，寬度小于0.5 m，節理面呈鋸齒狀，常發育巖溶。局部被方解石脈充填。為張性節理。長山北面礦層，沿節理發育成方格狀。

2 礦床特征

2.1 礦體特征

石灰巖礦賦存于張夏組上、下灰巖段中，呈層狀、似層狀產出，傾向280°～340°，平均320°左右，傾角5°～12°，沿傾向最大延伸1 400 m(樊山礦段)，沿走向最大延長1 600 m(后山礦段)。自西向東由樊山、長山、后山莊三個獨立產出的山體組成，并依此劃為三個礦段。在長山礦段石灰巖礦層走向上連續性差，剖面間不連續不能連接，因此，將礦床劃為1 個礦層;在后山莊礦段礦床分3 個礦層，自下而上編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中Ⅰ、Ⅱ為主要礦層，占后山莊礦段估算資源量的77.8%;在樊山礦段礦床分5 個礦層，自下而上編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，其中Ⅲ、Ⅴ為主要礦層，占樊山礦段估算資源量的56.8%。礦體分布及礦體特征詳見表1。

表1 石灰巖礦礦體特征

礦體厚度變化程度:三個礦段的礦體均屬于穩定礦體，厚度變化系數不大。

礦層頂板為崮山組的黃綠色頁巖、竹葉狀灰巖、泥質條帶灰巖，厚度大于20 m，出露于樊山山頂部位。底板為饅頭組的紫紅色、黃綠色砂質頁巖夾薄層灰巖，由于最低可采標高為+80 m，所以出露較少。礦層與圍巖呈突變關系，平行整合接觸，界線清楚。

礦層中局部見夾石，是灰巖中含SiO2較高造成。

2.2 礦石特征

2.2.1 礦石類型

后山莊石灰巖礦主要可分為兩種自然類型:

1)鮞粒灰巖。鮞粒灰巖是本區主要礦石類型之一，風化面為灰、灰黃、肉紅、褐灰色，新鮮面為深灰色、灰色。鮞粒結構，致密塊狀，厚層—巨厚層構造，局部條帶狀構造，礦石中的結構組份主要為鮞粒和膠結物組成。鮞粒含量在55%～70%，粒徑從0.1 ～1.2 mm 不等，具放射狀同心環狀，鮞粒核心多由方解石集合體組成，主要為生物碎屑層及灰巖碎塊，偶見有以石英、砂層或海綠石為核心的鮞粒。鮞粒表面有時附有一層鐵質和泥質物呈現肉紅色，集中呈條帶狀產出。鮞粒灰巖成份比較穩定，在石灰巖礦層中CaO 含量多在48.08%～54.59%變動，MgO 多在0.55%～2.99%變動，SiO2、Al2O3、Fe2O3含量均低。鮞粒灰巖是礦區的主要礦石類型，主要賦存于張夏組，在中也有部分產出。該類型約占礦石總資源量的43%。

2)藻灰巖。包括藻丘、藻塊灰巖，淺灰，少量灰黃色，新鮮面呈灰、深灰、灰黃色。生物屑結構、球粒結構，塊狀，多為厚層、巨厚層構造，少量豹皮狀藻灰巖為中薄層、中厚層，豹皮狀構造。生物屑結構，一般為三葉蟲及藻類組成，生物屑多被泥晶方解石集合體取代，在礦石中含量一般在30%左右，該類礦石多賦存于張夏組和中。在石灰巖礦層中CaO 含量多在48.18%～54.73%變動，MgO 含量多在0.46%～3.0%變動。SiO2、Al2O3、Fe2O3及S、P、燒失量比鮞粒灰巖類型略高。該類型也是礦區的主要礦石類型，占礦石總資源量的57%左右。

2.2.2 礦石品位

石灰巖礦石中有益組份主要為CaO，它是石灰巖的主要化學成分，含量沿礦體走向、傾向變化幅度不大，基本穩定，多在48.08%～54.73%。

3 沉積相及層序地層劃分

3.1 沉積相

滄浪鋪期末，華北地臺整體緩慢沉降，海水漫侵，形成中朝海。在這個海盆內，從早寒武世龍王廟期至晚寒武世鳳山期，代表一個大的完整的海相旋回［2］。

早寒武世龍王廟期、毛莊期、徐莊期，代表大海進旋回，以陸源組分為主的沉積建造，為濱海相瀉湖潮坪帶和潮間帶沉積，沒有形成石灰巖工業礦床。為含礦層位的底板。

至中寒武世張夏期，代表整個沉積旋回的最大海進期的頂峰，以內源組分為主的厚層為穩定的鮞粒灰巖－薄層豹皮灰巖－厚層藻灰巖沉積，厚度93 ～267 m，代表了比較穩定的潮下高能環境。此期的沉積巖系－張夏組，是區內一個主要的石灰巖礦含礦層位。

至晚寒武世，海盆總的趨勢開始上升，出現了大海退旋回，形成了崮山組的竹葉狀灰巖，即含礦層位的頂板。

3.2 層序地層劃分

據梅冥相［3］研究，盡管在不同的剖面點，組成層序的巖相及沉積相單元存在差異，構成層序的成因單元－凝縮段(CS)及高水位體系域(HST)的厚度也不盡相同，但是由各層序代表的沉積環境的時間變化過程是同步的，而厚度及巖相、沉積相單元的類型等存在空間差異，這是在沉積環境存在時間動態變化的同時，還受到空間古地理背景控制的結果。因此，研究礦區的沉積相和層序地層對今后找礦有一定的指導作用［4－6］。

根據后山莊賦礦層位張夏組的巖性組合及礦層單層厚度、化石豐度等，本文將該區張夏組劃分為2個正層序，分別為Sq1 和Sq2。2 個層序體系域均為二元結構，由海侵體系域(TST)和高水位體系域(HST)組成，這是由于該區區域構造穩定，地勢平坦，既沒有大規模的河流下切，也不具有發育重力流造成水下侵蝕的條件，因此往往缺乏典型的低水位體系域(LST)沉積。

Sq2 可見明顯的暴露標志，以一層厚5 ～15 cm 不等的水垢狀鈣結殼為特征，由及組成，巖性組合也是亮晶鮞粒灰巖—豹皮狀灰巖—藻塊、藻丘灰巖，單層厚度也是由厚層、巨厚層—薄層—厚、巨厚層，產Crepicephalina sp.、Doryhyge sp.等三葉蟲化石。Sq2 的TST 由砂質頁巖、薄層微晶灰巖和鮞粒灰巖構成向上變深的退積副層序組。HST 則由薄層灰巖和藻丘灰巖構成明顯向上變淺的進積副層序組(如圖2)。

4 礦床成因

本礦區石灰巖礦為臺地邊緣灘，礁相混合沉積礦床。從礦石類型、礦層厚度及沉積層序的分析是在比較穩定的潮下高能環境中沉積形成。

在高能環境中，過飽和海水中的碳酸鈣圍繞呈懸浮狀態的泥質礦物或先晶出的方解石小質點，沉淀出泥晶方解石，并繼續在海水能量的作用下翻滾懸浮，繼續有泥晶方解石在其上結晶沉淀，形成鮞粒。當鮞粒直徑達到一定大小(一般達到1.5 ～2 mm)，在張夏組達到0.8 ～1 mm，其重量足以克服海水的機械能量時便在海底沉積下來，鮞粒之間則沉積了泥晶方解石。在鮞粒堆積壓實、固結成巖的過程中，鮞粒之間保存下來的含鎂鹵水進入破裂變形鮞粒或因其他原因泥晶外套已不完整的鮞粒內，交代了組成鮞粒的泥晶方解石，而成為白云石晶體。

由于交代只限于在粒間水與泥晶方解石之間進行，無外來物質的參與，粒間水咸度不大，故未形成大規模的白云巖化現象。

在海水能量相對減弱的時期，海水不可能使較大的顆粒處于懸浮狀態。這時，泥質礦物互相吸附凝聚，形成鈣泥質團塊，經過成巖作用，形成藻灰巖，由于當時有大量的三葉蟲、疊層石、藻類繁殖生長，因此，礦石中含大量生物碎屑。

在潮下高能環境中，海水能量在不同時期有規律的相對增高或降低，造成了數個鮞粒灰巖—薄層豹皮灰巖—厚層藻灰巖的沉積旋回。

5 找礦標志

5.1 野外地貌標志

石灰巖礦賦礦層位為九龍群張夏組上、下灰巖段，礦石多由鮞粒灰巖、藻灰巖、豹皮灰巖組成，且出露地表，形成陡崖、聳立突起的山體地貌，野外易于識別辨認找尋。

5.2 巖層層序標志

華北地區下寒武統具有明顯的“兩灰兩紅”沉積，賦礦層位底板饅頭組分布廣泛，以紫紅色頁巖、粉砂巖為主;頂板崮山組底部發育凝縮段，沉積竹葉狀灰巖，都較易識別。

［1］ 孔慶友，張天禎，于雪峰，等.山東礦床［M］.濟南:山東科學技術出版社，2006.

［2］ 劉振.山東省地質礦產志［M］.濟南:山東人民出版社，1993.

［3］ 梅冥相，馬永生.華北北部晚寒武世層序地層及海平面變化研究－兼論與北美晚寒武世海平面變化的對比［J］.地層學雜志，2001(3):201－206.

［4］ 史曉穎，陳建強，梅仕龍.華北地臺東部寒武系層序地層年代格架［J］.地學前緣，1997(Z2):161－173.

［5］ 祝有海，馬麗芳.華北地區下寒武統的劃分對比及其沉積演化［J］.地質論評，2008(6):731－740.