遼寧省早古生界熔劑石灰巖成礦條件及成礦規律

【摘 要】 遼寧省石灰巖資源豐富，從太古界至古生界共有20個含礦層位。通過對各賦礦層位的碳酸鹽巖發育程度、區域分布穩定性及已知礦床規模數量和查明資源儲量情況等綜合分析;在各主要成礦地質時期中，碳酸鹽巖化學成份具有MgO比率自老而新逐漸降低，CaO比率逐漸增高的演化趨勢。可見，成礦地質年代愈新，熔劑（含制堿）石灰巖成礦遠景愈好，潛在資源量愈大。本文重點對我省石灰巖最新含礦層早古生界，在成礦地質背景、成礦條件、成礦規律及分布等方面加以論述。

【關鍵詞】 遼寧省早古生界 ?熔劑石灰巖 ?成礦條件

1 緒論

石灰巖是一種廣泛用于建筑、冶金、化工、環保等領域的重要礦產資源，具有用途廣、用量大的特點。近年來隨著國民經濟的不斷發展，各行各業對石灰巖的需求量大增，因此石灰巖的資源儲備問題也日益受到關注。隨著國民經濟的發展，我省地質工作取得了巨大進展。在石灰巖礦產方面，相繼在全省對水泥用、熔劑用、制堿用、電石用石灰巖做了大量普查勘探工作，積累了豐富的資料。

遼寧省石灰巖資源豐富，分布廣泛，從太古界至古生界共有20個含礦層位。在地臺區的賦礦層位有，下元古界遼河群高家峪組、大石橋組、中元古界長城系、高于莊組、薊縣系霧迷山組、鐵嶺組、上元古界震旦系南關嶺組、甘井子組、營城子組、十三里臺組、寒武系老莊戶組（堿廠組）、饅頭組、張夏組、風山組、奧陶系冶里組亮甲山組、馬家溝組。在地槽區的賦礦層位有中、晚元古界魏家溝巖群，開原巖群照北山巖組，奧陶系下二臺群黃頂子組和石炭系磨盤山組。截止2005年于上述各賦礦層位中，發現各類用途（熔劑用、制堿用、電石用、水泥用、制灰用）石灰巖礦產地153處。其中大型礦床20處，中型礦床36處，小型礦床53處，礦點44處。共計查明資源儲量49.02億噸。

石灰巖主要成礦地質年代為中元古代長城紀高于莊期，薊縣紀霧迷山期，新元古代震旦紀南關嶺期、營城子期，早古生代寒武紀張夏期、奧陶紀冶里期、馬家溝期。

在上述各主要成礦地質時期中，碳酸鹽巖化學成份具有MgO比率自老而新逐漸降低，CaO比率逐漸增高的演化趨勢。因此，成礦地質年代愈新，石灰巖成礦遠景愈好，即早古生代寒武紀、奧陶紀成礦地質時期，碳酸巖鹽化學成份CaO在50%±，接近熔劑（含制堿）石灰巖CaO≥50%的工業指標要求。因此，早古生代成礦地質時期熔劑（含制堿）石灰巖潛在資源量大，具有較好的成礦遠景。

本文以下將重點論述我省早古生代成礦地質時期熔劑（含制堿）石灰巖的成礦地質背景、成礦地質條件、成礦規律及分布等。

2 成礦地質背景

早元古界寒武系地層以泥質巖石和碳酸鹽巖為主，為濱海—淺海沉積環境，其中張夏組厚度最大且質量好，為重要賦石灰巖層位。奧陶系、志留系可劃分為地臺和地槽兩種類型。地臺型奧陶系主要分布于遼東太子河地區，遼南及遼西地區，沉積類型以淺海相的碳酸鹽巖為主，其中冶里組、亮甲山組、上馬家溝組為主要石灰巖礦層位。地槽型奧陶系、志留系分布于遼北的昌圖、康平、西豐境內及遼西建平北部。前者屬于吉黑地槽系，后者屬內蒙—興安地槽系，地槽型的地層為—套淺變質巖系，分布于遼北地區的奧陶系黃頂子組，上部巖性以大理巖為主，為含石灰巖礦層位，志留系分布于建平北部，地層名稱為下統巴林橋組，中統曬勿蘇組，巖性主要為片巖、片麻巖、石英巖夾大理巖、結晶灰巖，目前該層位無代表性石灰巖礦床。

我省境內加里東旋回（早元古代）雖有一定影響，但并未處成巖漿活動。早古生代構造層可分為地槽、地臺兩種類型地臺型構造層為華北型，由寒武系、奧陶系組成。寒武系早期，海水循環較差，水體能量低，老莊戶（堿廠）組、饅頭組灰巖可形成小型礦床。中寒武世海浸擴大，并在中晚期達到高峰，其沉積物中陸源組分貧乏，形成張夏組以泥晶灰巖、鮞粒灰巖為主，為重要的石灰巖賦礦層位。晚寒武世海水動蕩，隨著海水進退、潮汐作用，形成竹葉狀碳酸鹽巖沉積，有些地段可形成小型礦床。奧陶紀冶里期海水循環良好，亮甲山期水動力作用變弱，這兩期沉積均為灰巖、花紋灰巖和燧石結核灰巖，為重要石灰巖礦產出層位。馬家溝期海浸擴大，形成的石灰巖質純，此時白云質灰巖亦有少量產出，為重要石灰巖賦礦層位。地槽型可分為內蒙—大興安嶺型和吉黑型。早古生代構造層由奧陶系明安山群、志留系曬勿蘇組，均有碳酸鹽巖層，但至今尚未發現具工業意義賦礦層位。吉黑型早古生代構造層由奧陶志留系下二臺子群構成，下二臺子群黃頂子組中碳酸鹽巖發育是石灰巖的賦礦層位。

3 成礦地質條件

3.1 沉積建造與海浸旋回

在影響沉積建造的諸多因素中，大地構造背景最為重要。由于大地構造運動引起的水體進退（海浸旋回）而形成的沉積建造無不受構造運動的變化和持續時間的長短制約，因此，沉積建造與海浸旋回的特征是石灰巖成礦的重要地質條件。寒武系沉積旋回在省內是一致的，堿廠期（或老莊戶期）以碳酸鹽建造為主，饅頭期—張夏期，上部為碳酸鹽建造，下部為陸源粘土建造，整體為一海進序列，而且在張夏期達到最大海浸。崮山期—鳳山期，下部為陸源建造組合，上部為碳酸鹽建造，亦為海進序列。總體上寒武系沉積建造屬穩定型建造系列，為一海進序列。奧陶系沉積分為地臺型和地槽型兩種。地臺型奧陶系下部以碳酸鹽建造為主，上部以藻礁碳酸鹽建造為特征，為一海進序列 ;地槽型奧陶系—志留系沉積建造，盤嶺期原巖為灰色復陸屑建造，黃頂子期原巖建造為蒸發式建造—紅色復陸屑式建造，燒鍋屯期則為灰色復陸屑式建造。其海水旋回為一完整旋回，即早期海進晚期海退。通過以上對沉積建造及海侵旋回的分析可以看出，海侵早期多為陸源建造，海侵中期則多為碳酸鹽建造。石灰巖含礦層位均產于碳酸鹽建造中，而且海侵愈大，碳酸鹽建造愈發育，則含礦性愈好。如上馬家溝組、張夏組、營城子組等。在地槽型沉積中，碳酸鹽建造多發育在地槽演化的晚期階段。

3.2 巖相古地理環境與碳酸鹽巖成因

碳酸鹽巖是與石灰巖礦床關系及其密切的巖石。在影響碳酸鹽巖成因的因素中，巖相古地理環境最為重要。而特定的巖相古地理環境是與一定的大地構造背景相一致的。

（1）碳酸鹽巖的旋回性特征;碳酸鹽巖分地臺型和地槽型兩個大類，絕大部分是在海洋中生成的。在地臺型沉積的沉積演化過程中，碳酸鹽巖的形成和發育是與海侵最大時期及以后的海侵穩定有關。在地槽型沉積的旋回發展中，碳酸鹽巖建造多發育地槽的晚期階段。通過上述可以看出，地臺區碳酸鹽巖無論在地史分布還是在發育程度上均多于地槽區。總之，碳酸鹽巖主要發育在地臺區而不是地槽區，其發育時間是正當地臺面積逐漸擴大而地槽逐漸縮小的時候。

（2）巖相古地理環境與碳酸鹽巖分布;巖相古地理環境與碳酸鹽巖分布的關系，如太子河地區的馬家溝組，潮上帶巖石以白云巖為主，潮間帶巖石為白云質灰巖、泥質花紋灰巖等，而潮下帶巖石則為中厚層—厚層灰巖。因此可以說，碳酸鹽巖的這種分布特征具有普遍規律。

通過以上分析可以看出，潮上帶巖石多為白云巖，潮下帶則多為純凈的灰巖，而潮間帶為上述兩者的過度類型。另外，不同相帶巖石化學分析結果統計也顯示出這種規律性分布的特點。即由潮上帶至潮下帶，CaO由低變高，MgO、SiO2、Fe2O3則由高變低，見表1。

（3）碳酸鹽巖成因分析;通過碳酸鹽巖古地理分布的研究可以看出，碳酸鹽巖的形成主要與淺海潮坪環境有關，主要有以下原因：一方面淺海環境下海水比較溫曖，海水深度淺且水壓較低，CO2得以迅速釋放，從而使海水中的碳酸鹽巖形成過飽和，有利于碳酸鹽巖的生成。同時淺海環境利于藻類生長，藻類的光合作用也從海水中吸收了大量的CO2而且鈣藻本身也是碳酸鹽巖的提供者。另一方面，碳酸鹽巖的生成還與海水的渾濁程度有關。在清水環境下，無或少有陸源物質加入，有利于生物生長及光合作用的進行，易形成碳酸鹽巖。而在渾濁的海水中，有大量的陸源物質存在并產生沉淀，同時也不利于光合作用進行，因而不易形成碳酸鹽巖。在地質歷史中海侵最大階段，陸表海最發育，淺海廣泛，而且無或很少陸源物質的加入，因此可以形成大量的碳酸鹽巖。

4 成礦規律

4.1 石灰巖時間上的成礦規律

古生代時期省內有華北地臺型和地槽型兩種建造。早古生代沉積環境為平坦淺海環境，自下而上為單陸屑式建造—碳酸鹽建造—紫色粘土白云巖建造—異地碳酸鹽建造，有沉積間斷，表現為沉降為主的地殼震蕩運動。下寒武統堿廠組白云質灰巖CaO 30.18%±，MgO 20.23%;中寒武統張夏組灰巖CaO 48.57%，MgO 2.58%;下奧陶統冶里組和亮甲山組灰巖CaO 49±，MgO 1.2%±;中奧陶統馬家溝組灰巖CaoO 51%±，MgO 0.9%±。

綜上所述，碳酸鹽巖沉積地質歷史的演化過程表明：白云巖的產生數量（MgO含量）隨年代由老至新有逐漸減少趨勢，即太古代和早元古代地層的碳酸鹽巖中白云巖占絕對優勢，MgO含量最高;從中元古代至古生代的碳酸鹽巖中白云巖逐漸減少，MgO含量漸低。而石灰巖的沉積隨時代變新逐漸增多，CaO含量增高，MgO/CaO值也有變小趨勢。

隨著地質歷史的發展，鐵鎂質古地殼不斷減少，而酸性巖體逐漸增加，造成Mg2+相對減少，而Ca2+則相對增加被帶入海洋，所以在古生代地層中都沉積形成了豐富的石灰巖。在早古生代地層中即有豐富的石灰巖又有較多的白云巖，在此之前碳酸鹽巖沉積以白云巖為主，之后以石灰巖沉積為主。

此外，在同系地層的下統，中統和上統地層中，石灰巖成礦亦有一定規律，化學成分也有差異。上下統石灰巖地層沉積處于海侵和海退階段，多為濱海相沉積。在海洋真離子溶液中混有一定量的粘土質膠體溶液，這些膠體晶出粘土礦物混到石灰巖沉積物中，造成石灰巖SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O含量偏高，而CaO、MgO含量低于中統石灰巖。中統石灰巖是內海侵最大時期形成的，沉積環境較穩定，多為遠離陸地的淺海環境，由于海水中陸源膠體溶液減少，溶于水中的HCO3-濃度相對增大，使得中統石灰巖CaO、MgO含量均略高于上下統的石灰巖。因此，主要的優質石灰巖層位均為中統石灰巖層，例如奧陶系中統馬家溝組、寒武系中統張夏組等，各組石灰巖質純且厚度大，分布范圍廣，儲量豐富，資源遠景較大，是省內的重要熔劑（含制堿）石灰巖資源層位，見表2。

4.2 石灰巖空間上的成礦規律

由于在地殼上形成的各種地質構造單元有規律地控制著各時代地層的形成與展布，因此省內石灰巖成礦在空間上受一定的大地構造單元規律性控制。遼寧省大地構造位置屬中朝準地臺東北部與內蒙—大興安嶺和吉黑褶皺系的交接部位。以赤峰—開原超巖石圈深斷裂為界，北部為地槽褶皺帶，以南為華北地臺區。省內石灰巖礦層主要分布于地臺區內的太子河—渾江、復州、遼西3個臺陷區和鐵嶺—靖宇臺拱汎河凹陷內。華北地臺區內蓋層地層屬華北型，石灰巖主要賦礦地層早古生界寒武系、奧陶系的石灰巖礦主要分布于三個集中區，各集中區內石灰巖成礦特點分述如下：

（1）太子河地區;該區大地構造單元屬太子河—渾江臺陷，遼河運動后全區隆起，晚元古代形成古海盆，海水由西向東浸漫，沉積了青白口系和震旦系下統的海相單陸屑式建造，厚度>1000m，之后海水退出。寒武紀開始又沉積了巨厚的碳酸鹽建造，中奧陶世后全區抬升。在寒武紀和奧陶紀最大海浸時期，本區形成了一些主要石灰巖礦床。中寒武世張夏期，該區西部形成了一個巨大沉降中心，位于遼陽小屯、雙廟子一帶，形成了眾多大中型礦床（小屯、雙廟子、寶鏡山），礦層厚度近500m，到中部原石山、樸家溝一帶礦層厚減至188m，東部桓仁二棚甸子一帶石灰巖厚度變薄至170m。總的來看，寒武系中統張夏組石灰巖在本區由西向東，中厚層灰巖逐漸減少，以鮞狀灰巖代之，這表明西部古地理環境為海盆水體較深的潮下低能帶，到東部則為水體較淺的潮下高能帶。因此西部的遼陽一帶至東部的桓仁二棚甸子一帶，石灰巖礦層由厚變薄，夾層由少變多，CaO含量也由高變低。該臺陷區中部深南北淺，北部又深于南部，所以石灰巖礦層也以中部厚南北薄、北部厚南部薄的空間成礦規律與之對應。因此太子河地區寒武系中統張夏組石灰巖礦床多集中于西部至中部，而北部又多于南部。奧陶紀時期本區也呈一狹長海盆，海浸最大階段為馬家溝期，在盆地的東西各形成一個沉降中心，一個是遼陽燈塔下缸窯一帶，另一個在桓仁五里甸子一帶，都形成了巨厚的石灰巖沉積，東部為860m，西部為772m，中部本溪一帶石灰巖厚僅136—350m，形成了東部厚西部薄，而中部比西部更薄的特點，工業礦床多集中于西部。另外，東、西部石灰巖礦床中Fe2O3含量也不同，西部遼陽—本溪一帶石灰巖Fe2O3含量為0.31-0.61%，而東部新賓—桓仁一帶Fe2O3為0.02-0.07%，比西部含量低，可能由于西部接近含鐵較高的太古界侵蝕區所致，所以東部含鐵低的石灰巖更適合用作白水泥。早奧陶世冶里期在本區東部南甸一帶，形成了較純的石灰巖（電石用灰巖）礦床，據調查在本溪縣太平溝一帶的冶里組中也見有厚層灰巖，厚為15-20m，其化學成分CaO：53.74%，MgO：0.89%，SiO2：1.04%，Fe2O3：0.07%，符合熔劑（含制堿）灰巖要求。總之太子河地區為遼寧省寒武系、奧陶系石灰巖礦產的主要產區。

（2）復州大連地區;該區大地構造單元隸屬于復州臺陷，區內廣泛分布震旦系、寒武系、奧陶系地層。該區第一個重要的石灰巖礦層位為寒武系中統張夏組，分布較廣。瓦房店、復州灣磨盤山一帶為鮞狀灰巖、結晶灰巖夾少量花紋灰巖，屬潮下坪相;金州龍王廟及灣里一帶為結晶灰巖、頁巖，屬廣海陸棚相、淺海相。該組地層以瓦房店砟窯一帶為沉降中心，厚度556.67m，南部地區厚度200m，礦層在瓦房店為143m，南部金州北山為87m，表明本區張夏組石灰巖層由北向南厚度漸薄，而且灰巖規模和質量都不如太子河地區。奧陶系中統馬家溝組為本區第二個重要石灰巖礦層位。北部復州灣三棱山以北地區，該組巖性為花紋灰巖夾灰質白云巖，屬潮間坪相;南部金州前石灰窯子一帶，該組巖性為灰巖夾花紋灰巖，屬潮下坪相。北部復州灣駱駝山礦床礦層厚452m，南部金州前石灰窯子礦床層厚713.5m，說明奧陶系中統馬家溝組灰巖厚度由北向南變厚，質量也是南部好于北部。

（3）遼西地區;該區大地構造隸屬于遼西臺陷，區內中元古代起全區為一強烈沉降的海盆，長城紀沉積了2083-4853m厚的濱海—淺海相單陸屑式建造和造礁碳酸鹽建造;薊縣紀海浸擴大，形成厚度大于6000m的沉積層，主要為造礁碳酸鹽建造。本區局部地段高于莊組和霧迷山組形成工業礦床，但規模較小。奧陶系下統冶里組—亮甲山組主要分布于朝陽、錦州、凌源、建昌、葫蘆島一帶，沉積環境為一開闊陸表海，可分為潮間帶與潮下帶。前者分布于葫蘆島富隆山一帶，石灰巖厚度較薄，為199.9m。后者分布于西部凌源土墻子，厚度364.23m，石灰巖厚度西部厚東部薄，礦石質量也是西部好于東部。奧陶系中統馬家溝組主要分布于喀左叢元號三家子、南票趙家溝一帶，古地理環境為一開闊陸表海。從東至西按巖性巖相可分為三個相帶：東部為上潮間帶，以白云巖和白云質灰巖為主;中部為下潮間帶，以白云質灰巖和灰巖為主;西部為潮下帶，以灰巖為主。從厚度變化來看，西部厚東部薄，西部喀左一帶石灰巖層厚496m，到東部葫蘆島楊家杖子一帶僅為51m。巖性西部以灰巖為主，而東部以白云質灰巖和白云巖為主。

5 結語

通過上述對早古生界石灰巖含礦層位，在成礦地質背景、成礦地質條件、成礦規律及分布等方面論述得出：早古生界是我省熔劑（含制堿）石灰巖的重要含礦層位，在地臺區內的太子河地區、復州大連地區、遼西地區等三個區是我省的重要的成礦區域，對今后尋早同類型石灰巖礦床，具有重要的指導意義。

參考文獻

[1]遼寧省地質礦產局.遼寧省區域地質志.地質出版社，1989.

[2]趙光慧，等.遼寧省石灰巖成礦區劃報告.2007.

作者簡介：劉洪光（1962—），男，地質高級工程師，主要從事地質礦產勘查及金礦選冶工作。