內蒙古哈北山地區水泥用石灰巖礦床地質特征及開采技術條件

劉明君

（中國建筑材料工業地質勘查中心內蒙古總隊，內蒙古 呼和浩特 010010）

呼倫貝爾市東靠黑龍江省，西鄰蒙古共和國，北與俄羅斯接壤，目前已經成為我國北方國際貿易的重要窗口。隨著我國世貿交易飛速發展，呼倫貝爾市的經濟建設得到了蓬勃發展，城鄉及能源基地建設規模空前，特別是在海拉爾區周邊的國家重點項目的建設和展開，對水泥的需求量將急劇增加。此外水泥產品出口俄羅斯為當地水泥市場提供了更為廣闊的空間。哈北山水泥用石灰巖礦床的發現，將提高當地水泥工業的技術水平，有利于調整全區的水泥工業布局。并改善內蒙古東部區的水泥工業結構，進一步促進該地區的經濟建設。因此，本石灰石礦山的開采與開發具有非常大的經濟價值和社會效益。

1 哈北山地區地質概況

1.1 地層

哈北山地區位于新華夏系第三巨型沉降帶華北段與蒙古弧型構造東段南緣的交匯處。在海拉爾東西向構造帶和蒙古弧型構造謝爾塔拉—新峰山復式背斜的復合部位。區內出露的地層主要有上古生界泥盆組火山沉積巖系、中生界火山巖系及新生界古近系—新近系、第四系地層(見圖1)。

1.1.1 上古生界

上泥盆統大民山組(D3d)位于哈北山西南部日當山西側及謝爾塔拉牧場—分場周圍，零星出露。主要由酸性凝灰巖、火山碎屑巖組成。該組地層被上石炭統謝爾塔拉組地層不整合覆蓋。

下石炭統莫爾根河組(C1m)地層共分三段。①下段為砂礫巖段(C1m1)：只在日當山西側及天月山、哈北山西側有小面積出露，主要由礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖及鈣質粉砂巖組成，此巖段厚度＞66m；②中段為生物碎屑灰巖段(C1m2)：在日當山、天月山一帶均有出露，其上部以生物碎屑灰巖為主，下部泥質灰巖、鈣質粉砂巖呈互層狀產出，該巖段最大厚度250m；③上段為粉砂巖、粘土巖段(C1m3)：此段分布廣，主要以粉砂巖、粘土巖為主，其間夾有石灰巖透鏡體或夾層，該巖段厚度＞210m。

1.1.2 中生界上侏羅統(J3)

該組地層分布于哈北山東部、東南部及西北部。分為兩個組四個巖段，下部為塔木蘭溝組，上部為滿克頭鄂博組。

圖1 哈北山區域地質簡圖

(1) 塔木蘭溝組(J3tm)安山巖段出露于礦區東南部。由安山巖、石英安山巖、角礫狀安山巖等組成。此段厚度288m。

(2) 滿克頭鄂博組(J3mk)。

一巖段酸性熔巖(J3mk1)。該段地層零星出露于東部地勢較高部位，由灰—灰白—淺綠色流紋巖、灰白色流紋質凝灰熔巖等組成。

二巖段酸性凝灰巖(J3mk2)。該巖段主要由流紋質凝灰巖、角礫狀凝灰熔巖等組成。雖厚度不大，但分布較廣泛。該巖段厚度57m。

三巖段凝灰質砂頁巖(J3mk3)。于南東、東北及西北角均有零星出露。主要有灰白—淺紫灰色凝灰質砂巖、夾薄層凝灰質砂巖、火山角礫巖等組成。該巖段厚度335m。

1.1.3 新生界

新近系上新統五叉溝組(N2wc)。該組地層分布在北部東大溝一帶，為一固結成巖作用較差的內陸湖泊相沉積。主要為灰黑色泥巖，巖石固結性差，含有較多的炭屑、植物化石碎片及孢子花粉等化石。該組地層不整合覆蓋在上侏羅統吉祥峰組地層之上，沉積厚度50～150m。

第四系(Q)。本區第四系發育齊全、遍布全區，且厚度較大。自下而上有下更新統的白土山組(Q1b)紅色粘土堆積；中更新統綽納河組(Q2c2)，下部湖泊相及古河床相堆積；上更新統海拉爾組(Q3ha2)；全新統河漫灘相沖積物(Q4)。厚度一般30～60m，最厚達122.15m。

1.2 巖漿巖

海西活動使本區古老巖層發生了褶皺與斷裂，巖漿沿著斷裂及褶皺軸上侵，形成了以斜長花崗巖及斜長花崗斑巖為主的小規模酸性侵入體。巖體多呈巖株及巖枝狀分布于日當山、哈北山及紅胡子溝等地，最大出露面積2.5km2。

燕山早期侵入巖以酸性為主，次為中性、中基性。多為淺成或超淺成相，呈巖株、巖脈等形態產出。

1.3 構造

區域性緯向構造表現為壓性—壓扭性斷裂，蒙古弧型構造表現為一系列北東向褶皺和斷裂。新華夏系是在蒙古弧型構造體系的基礎上發展起來的，它控制了區內大面積的侏羅系火山及次火山巖的形成和分布。

2 礦床地質特征

2.1 含礦地層特征

下石炭統莫爾根河組為一套淺海相及海陸交互相沉積地層。劃分為下、中、上三段，下段為砂礫巖段(C1m1)、中段為生物碎屑灰巖段(C1m2)、上段為粉砂巖、泥巖段(C1m3)。石灰巖賦存于莫爾根河組中段(C1m2)，巖性為生物碎屑灰巖。

下石炭統莫爾根河組中段(C1m2)分布于礦區中部，根據巖性及其組合特征將其分為泥灰巖鈣質砂巖、生物碎屑灰巖兩個亞段，其巖性特征為：

(1) 鈣質砂巖(C1m2-1)：巖石呈灰綠色，細—粉砂結構，塊狀及層狀構造。碎屑主要由石英砂及少量巖屑組成。砂屑多呈次棱角狀，分選性好，粒度0.2～1.0mm。膠結物由方解石及少量次生綠泥石、綠簾石組成，粒度0.05～0.3mm，充填在碎屑間隙中。

(2) 生物碎屑灰巖亞段(C1m2-2)：該亞段巖石組成較單一，主要為生物碎屑灰巖，內夾砂質細微晶灰巖薄層。分布在礦區中部，呈近南北向分布。該層是主要的含礦層位。

生物碎屑灰巖呈深灰—灰白色，生物碎屑結構，塊狀及厚層狀構造。巖石主要由生物碎屑、膠結物及少量陸源碎屑組成。生物碎屑含量一般為15%～75%，個別可達90%。生物碎屑均為鈣質充填，雜亂分布，粒徑多在0.3～2.5mm，個別達3.5mm。膠結物以隱晶及微晶方解石為主，粒徑0.01mm以下，含量15%～40%，其含量與生物碎屑互為消長關系。陸源碎屑以石英粉砂、泥質及少量巖屑組成。含量＜5%，該段最大厚度＞150m，平均厚度40.63m。

泥巖、含生物碎屑粉砂巖，巖石呈淺黃—淺綠色，粉砂結構、塊狀及層狀構造。主要礦物由石英粉砂組成，并含有少量長石顆粒。該層為海陸交互相的過渡部位，巖石結構相變頻繁，表現為粉砂巖與泥巖互層狀產出。

2.2 礦體特征

石灰巖礦床賦存于下石炭統莫爾根河組中段地層中，該層在礦區分布比較集中，呈近南西—北東向延伸，地表形態為“S”形。最大延伸長度約2.8km，出露寬度400～700m，含礦層南西端與日當山礦體相連，北東端延出區外。礦體長900m，寬220～600m，由于礦體受風化剝蝕程度的不同，各工程所控制的礦體厚度也各不相等，最大69.35m，最小13.27m，平均厚度40.63m，厚度變化系數43%。礦體為緩傾斜的背斜形態，背斜軸呈南西—北東向分布，北西翼傾角7～8°，傾向北西；南東翼傾角2～7°、傾向南東。局部受侵入巖的擠壓，產狀變陡。

2.3 礦石質量

根據《礦產資源工業要求手冊》[1]及行業標準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》[2]中熔水泥用石灰巖一般工業指標要求，礦體主要有益有害組合品位變化系數(%)：礦區CaO平均為49.77、MgO為0.85， fSiO2為3.55。選擇礦區中部的勘查線各單工程平均品位后再計算出礦體沿傾斜方向品位變化系數(%)：CaO為0.24、MgO為0.39、fSiO2為0.85。選擇縱剖面上各單工程平均品位后再計算出礦體沿走向品位變化系數(%)：CaO為0.20、MgO為0.28、fSiO2為0.50。從以上計算結果來看，按工業指標圈定的礦體范圍內的主要有益有害元素的含量較穩定(見圖2)。

圖2 品位變化曲線

2.4 圍巖及夾石

礦體圍巖主要是其頂部的大面積覆蓋層，其直接頂板巖性為紫紅色粘土及亞砂土。在礦體西側則有面積很小且厚度很薄的泥巖及粉砂巖。亞砂土及粘土物質質地疏松或雖然致密，但僅為半固結狀，便于徹底剝離。泥巖及粉砂巖因近地表，風化程度較高，巖石強度減弱，同樣便于剝離。經采樣化驗，粘土中的有害組合均在水泥原料允許范圍內。開采時局部混入對礦石質量不會產生大的影響。

礦體內的夾層比較單一，主要為含砂質生物碎屑灰巖，其次為少量的砂巖透鏡體。

2.5 礦石加工技術性能

經過對生料做易燒性試驗，采用石灰石、硅石(或硅砂)、粉煤灰和鐵礦粉配料，用當地拉布達林煤作為熟料燒成燃料，熟料率值較適宜且便于調整、熟料堿含量低。根據熟料中fCaO測定及熟料巖相鑒定，熟料晶形規則，礦物結構較好，煅燒正常，生料易燒性屬“中等”。產品為普通325#、425#硅酸鹽水泥及復合325#水泥、其質量均符合國家標準。

3 礦床成因

該區泥盆紀晚期，火山活動頻繁，沉積了一套火山沉積巖，地殼開始上升，接受風化剝蝕作用，直到早石炭紀早期，地殼開始下降，剝蝕夷平作用結束，該區開始接受沉積。到早石炭紀中期，地殼仍在下降，陸地被海水淹沒，大量海生動植物開始繁衍生息，在相對穩定的環境下，該地沉積了一套厚度較大的淺海相生物化學沉積地層。到晚石炭紀晚期，海退開始，形成海陸交互相沉積環境。

4 礦區開采技術條件

根據GB18306-2015附錄《中國地震動峰值加速度區劃圖》圖A1[3]得知，礦區地震動峰值加速度為0.05、對照烈度為6度。

礦區水文地質和工程地質工作按照國家標準GB12719-1991《礦區水文地質工程地質勘探規范》[4]要求，隨地質勘探工作同時進行。對全部深孔進行了簡易水文觀測。通過本次勘查，基本查明該礦區主采層位于侵蝕基準面以上，勘查類型屬Ⅱ類2型(Ⅱ-2)，即水文、工程與環境地質條件簡單。可以為礦床的技術經濟評價及礦山建設可行性研究和設計提供依據。