五道河石灰巖礦床地質特征及成因分析

劉 幸

（遼寧省有色地質一 〇 九隊有限責任公司，遼寧 朝陽 122000）

1 地質背景簡介

工作區位于華北地臺北緣—燕山臺褶帶—遼西臺陷西部—朝陽穹褶斷束中部。北以NE向凌源—北票巖石圈斷裂為界，與內蒙地軸毗鄰；南以要路溝—錦西北東東向殼斷裂為界，與山海關臺拱相連[1]。朝陽穹褶斷束呈北北東向展布，其北西和南東兩側分別為四官營子—三家子和建昌中、新生代火山巖斷陷盆地(圖1)。

圖1 遼西地區地質略圖

區域出露地層從老到新主要有元古界的長城系，古生界的寒武系、奧陶系，二疊系以及中生界的侏羅系、白堊系和新生界第四系。

區域上的構造較發育，主要體現在褶皺構造和斷裂構造。

褶皺構造：主要為南窯—黨杖子倒轉向斜，軸向北東，出露長度約10km，寬2～3km，工作區內的寒武系和奧陶系地層處于該倒轉向斜的西北翼，傾角50～85°。

斷裂構造：主要為北東向斷裂構造。馬圈山—塔子山逆斷層：位于工作區的西北部，全長25km，呈直線型北東向展布，斷層走向45～65°，傾向北西，傾角為24～27°。鐵杖子逆斷層：位于區內二疊系與奧陶系地層的接觸部位，主要體現為粗面巖充填，走向為40°左右，傾向北西，傾角56～80°，全長7km。王寶營子逆斷層：位于礦區的東南部，土城子組與藍旗組的接觸部位，走向50°左右，傾向北西，傾角22～51°，全長14km[1]。

區內巖漿活動較小，燕山期侵入體呈條帶狀展布。早期有輝綠巖，晚期有粗面巖。

2 礦區地質概況

2.1 地層

勘查區內出露地層主要為古生界寒武系、奧陶系、二疊系，中生界侏羅系和新生界第四系[2]。

2.2 構造

2.2.1 褶皺

區內為南窯—黨杖子倒轉向斜的北西翼，其地層走向30～60°，傾向300～330°，傾角32～88°。該北西翼局部地層向北北東傾斜，造成局部地層產狀有所變化。

2.2.2 斷裂

該區主要斷裂為鐵杖子逆斷層：位于區內二疊系與奧陶系接觸部位，主要體現為粗面巖充填，走向為40°左右，傾向北西，傾角56～80°，全長7km。受其影響發育有北北東向壓扭性斷裂和北西西向張扭性兩組斷裂。

2.3 巖漿巖

工作區內巖漿巖主要為燕山期輝綠巖和粗面巖[2]。

輝綠巖：分布在工作區東部，在平面上呈條帶狀產出，長340m，寬10～40m。灰綠—灰黑色，輝綠結構，塊狀構造，組成礦物主要為斜長石、輝石，含有少量的角閃石、黑云母及金屬礦物(磁鐵礦)。斜長石自形柱狀，約含45%。輝石為普通輝石，淡棕色，自形短柱狀，約含45%。角閃石為綠色，長柱狀，約含7%。黑云母為褐色，片狀，約含1%。金屬礦物為他形板粒狀，約含2%。

粗面巖：分布在工作區西部，在平面上呈牛角狀產出，長2 000m左右，寬5～200m。灰紅色—肉紅色，粗面結構，塊狀構造，組成礦物主要為正長石、斜長石、輝石、角閃石。正長石半自形板狀—他形粒狀，約含61%，斜長石半自形板狀—他形粒狀，約含15%，輝石為普通輝石，淡棕色，自形短柱狀，約含19%。角閃石為綠色，長柱狀，約含5%。

3 礦層地質特征

工作區內白云質灰巖礦層呈層狀、似層狀產出，為倒轉地層層序。依據各條礦層地表出露特征，規模、品位變化特征，結合地質測量實測成果，共圈定5條黑色冶金熔劑白云質灰巖礦層[2]。

3.1 礦床的礦層特征

工作區內共查明黑色冶金熔劑白云質灰巖礦層5條，編號分別為1號、2號、2-1號、3號、4號。

1號礦層西區：產出于下寒武統饅頭組地層。地表控制延長1 300m，傾斜方向控制延伸200m，厚度為54.41m，SiO2品位為0.91%，CaO品位為50.40%，MgO品位為3.71%。礦層在走向上呈連續分布，礦層在地表整體走向48°，傾向NW，傾角75～88°，厚度變化系數為14.64%。

1號礦層東區：產出于下寒武統饅頭組地層。地表控制延長600m，厚度為55.00m，SiO2品位為0.82%，CaO品位為51.20%，MgO品位為2.98%。礦層在走向上呈連續分布，但是經過地表TC32-1的控制以及地質填圖得出結論，判斷1號礦層在東北部延伸的尖滅形態，礦層整體走向48°，傾向NW，傾角80～85°，厚度變化系數為49.37%。

2號礦層：產出于中寒武統張夏組。地表控制延長1 300m，傾斜方向控制延伸200m，厚度為14.04m，SiO2品位為2.30%，CaO品位為50.30%，MgO品位為2.43%。礦層在走向上呈連續分布，礦層整體走向48°，傾向NW，傾角60～75°，厚度變化系數為48.66%。

2-1號礦層：產出于中寒武統徐莊組。地表整體控制延長400m，傾斜方向控制延伸100m，厚度為15.60m，SiO2品位為1.79%，CaO品位為52.16%，MgO品位為1.45%。礦層在走向上呈連續分布，礦層整體走向48°，傾向NW，傾角70～75°，厚度變化系數為53.26%。

3號礦層：產出于中奧陶統馬家溝組。地表整體控制延長400m，深部傾斜方向控制延伸200m，厚度為49.62m，SiO2品位為1.92%，CaO品位為52.17%，MgO品位為1.54%。礦層在走向上呈連續分布，礦層走向80°，傾向NW，傾角40～50°，厚度變化系數為28.41%。

4號礦層：產出于下寒武統饅頭組。地表整體控制延長200m，深部傾斜方向控制延伸200m，未見有4號礦層在深部的延伸，推斷4號礦層在深部尖滅。厚度為46.85m，SiO2品位為1.23%，CaO品位為51.58%，MgO品位為2.54%。礦層在地表走向上呈連續分布，礦層走向30°，傾向NW，傾角50°，厚度變化系數為12.44%。

3.2 礦床的礦石特征

3.2.1 礦石化學成分

礦石主要組分為CaO、MgO和SiO2，全部采于區內5條黑色冶金熔劑用白云質灰巖礦層，基本查明區內礦石主要組分及變化特征。根據分析樣品測試結果，礦層礦石的主要化學成分及其他組分含量見表1、表2。

表1 礦石主要化學成分含量

表2 礦石其他組分含量

從以上數據可知，礦層主要組分含量高，其他組分含量少，變化小。礦石中P和S的平均含量均低于工業指標要求，完全符合黑色冶金熔劑白云質灰巖的化學成分要求。

3.2.2 礦石礦物成分

礦石的有用礦物為方解石，含量為75%左右，脈石礦物成分為白云石和隱晶質石英，白云石含量在23%左右，石英含量為2%左右。

3.2.3 礦石結構構造

礦石結構主要為泥晶結構、粒晶結構、碎裂結構以及鮞粒結構。礦石構造主要為中—厚層狀構造。

3.3 礦床的礦石類型

礦石類型分為自然類型和工業類型。本區礦石的自然類型如下。

白云質灰巖：泥晶結構、粒晶結構和碎裂結構，方解石脈發育。泥晶物質成分由方解石組成，具泥晶結構，粒度為0.01～0.03mm，約含65%。粒晶物質成分由白云石組成，自形，具粒晶結構，粒度為0.03～0.1mm，約含25%。脈石成分由方解石組成，具粒狀變晶結構，粒度為0.2～6.4mm，約含10%。為本區內的1號和4號礦層礦石[3]。

白云質鮞粒灰巖：具鮞狀結構、粒晶結構和碎屑結構，方解石脈發育。內碎屑呈棱角狀，由含鮞粒灰巖組成，內碎屑粒度為1.6～6.4mm，約含7.4%。鮞粒呈圓形，鮞粒較完整，呈同心層狀，由泥晶或亮晶方解石組成，鮞粒大小為0.4～0.8mm，約含40%。粒晶由白云石組成，自形具粒晶結構，粒度為0.03～0.1mm，約含25%。膠結物由泥晶方解石組成，粒度為0.01～0.03mm，約含20%，因方解石脈疊加，部分泥晶方解石顆粒變大。脈石由方解石組成，具粒狀變晶結構，粒度為0.02～0.08mm，約含6%。巖石中石英碎屑約含2%，裂隙鐵染明顯。為本區的2號礦層礦石。

泥晶灰巖：泥晶結構和生物碎屑結構，方解石脈發育。生物碎屑成分為原狀—半殼狀，生物體征不完整，由亮晶方解石組成，碎屑粒度為0.4～0.8mm，約含5%。泥晶基質由泥晶方解石組成，粒度為0.01～0.03mm，約含80%。脈石成分由方解石組成，網狀分布，具粒狀變晶結構，粒度為0.02～0.8mm，約含15%。為本區的3號礦層礦石。

礦石的工業類型：黑色冶金熔劑用白云質灰巖礦石。

3.4 礦床的圍巖和夾石

3.4.1 圍巖

1號礦層和4號礦層都產出于下寒武統饅頭組，圍巖頂板和底板都為紅色頁巖夾薄層灰巖，2號礦層頂板為紅色頁巖，底板為竹葉狀灰巖。3號礦層在地表大面積出露，礦層與圍巖不清楚，都為灰巖。

3.4.2 夾石

經地表槽探工程取樣化驗分析結果顯示，礦區內夾層主要有兩種類型：高鎂夾層、高硅夾層，產狀與礦體產狀基本一致。

4 礦床成因

4.1 礦床成因

從寒武世早期一直到奧陶世晚期，在這一段時間內，由于海侵的強烈作用，形成了典型的潮間環境，此時的海水較深，由于與海岸的距離較遠，相對的陸源組分較少，并且水質清澈，在這樣的環境下，通過在生物以及化學的雙重作用下，大量的CaCO3泥質顆粒沉淀在了深海中，長此以久，便形成了以方解石為主，其次以白云質以及少量的隱晶質石英的白云質灰巖地層，這樣就形成了該區的淺海相沉積礦床[4]。

礦床在成巖的后生白云石化作用普遍發育。白云石具有顆粒較粗(0.01～0.10mm)，基本呈菱形、四邊形等交代成因標志，是碳酸鹽在富鎂的水溶液中，與鎂離子置換鈣離子形成的，其反應式如下：

后生白云石化大體表現為巖石中的花紋狀構造，由于后生白云石化的不均勻性，在相對較強烈的部位，MgO含量較增高，使礦層中形成較多的不連續的“高鎂”或“高硅”夾層。因此，五道河黑色冶金熔劑用石灰巖礦床屬淺海相生物化學沉積成因的碳酸鹽巖礦床[5]。

4.2 找礦標志

區內礦層為下寒武統饅頭組、中寒武統張夏組，以及中奧陶統馬家溝組，所以區內以上礦層的地層特征即為直接找礦標志。通過對比區內礦層的礦石特征，中—厚層狀白云質灰巖礦層即為區內礦層的間接找礦標志[2]。

5 結論

五道河黑色冶金熔劑用白云質灰巖礦床產于下寒武統饅頭組、中寒武統張夏組，以及中奧陶統馬家溝組，區內礦層是典型的淺海相生物化學沉積成因的碳酸鹽巖礦床。礦層全部呈單斜中—厚層狀產出，有用組分品位高、厚度大，并且品位及厚度較穩定，各項指標完全符合黑色冶金熔劑用白云質灰巖礦石的工業指標要求，區內尤以中奧陶統馬家溝組礦層質量最好，資源潛力巨大，對礦床的后續勘查和開發具有重要的指導意義。