淺析寧夏石嘴山市北岔溝冶金用石英巖礦地質特征及成因

劉 雷 曾亞新

（中國建筑材料工業地質勘查中心寧夏總隊，寧夏 銀川750021）

1 區域地質背景

寧夏石嘴山市北岔溝區域大地構造單元屬柴達木- 華北板塊（Ⅲ），華北陸塊（Ⅲ5），鄂爾多斯地塊（Ⅲ51），鄂爾多斯西緣中元古代- 早古生代裂陷帶（Ⅲ51-1），賀蘭山褶斷帶（Ⅲ51-1-1）。該區域經歷了多次構造變動，大地構造位置極為獨特。臺地基底由太古代- 早元古代變質巖系及混合花崗巖類巖石組成。自長城紀以后發育斷陷，形成一個沉降較深的地帶，晚期燕山運動使本區產生了強烈褶皺和斷裂，喜馬拉雅運動于本帶發生強烈的升降運動和斷裂活動，構造地震亦發育。區域內地層區劃屬華北- 柴達木地層大區（Ⅲ），華北地層區（Ⅲ4），鄂爾多斯西緣地層分區（Ⅲ41），賀蘭山地層小區（Ⅲ41-1）。

2 礦床地質特征

勘查區構造簡單，以斷層為主。地層呈單斜層狀產出，總體走向北西- 南北向，傾向北北西- 北東東，傾角2°～42°。

2.1 地層

勘查區內出露地層有長城口系黃旗口組（Pt21h）、薊縣系王全口組（Pt22w）、石炭系靖遠組（C2j）及第四系全新統沖洪積層（Qh1p）。

2.1.1 長城系黃旗口組（Pt21h）

為一套濱海相碎屑巖建造，按巖石組合特征劃分兩個巖性段。勘查區內僅出露第二段，為含礦層；第一段（Pth1）僅見于鉆孔ZK03、ZK04、ZK05 中。

（1）第一段（Pt21h1）。

巖性為紫紅色、灰綠色鈣質泥質粉砂巖，泥質結構、塊狀構造，厚度4.08～48.86m，其中鉆孔ZK03 該段厚度4.08m（未見底），鉆孔ZK04 該段厚度48.86m，鉆孔ZK05 該段厚度19.43m（未見底）。

（2）第二段（Pt21h2）。

巖性為灰白色- 淺灰色中細粒石英巖狀砂巖、石英砂巖，中細粒砂狀結構，再生式膠結，塊狀構造。交錯層理和層面波痕普遍發育，單層厚20～80cm，風化面呈灰白、暗灰、臘黃及褐紅色，向上局部含少量鐵質及礫石碎屑。出露寬度20～850m，厚度62～332.30m。

2.1.2 薊縣系王全口組（Pt22w）

底部為一層含砂質石英質礫巖，下部為灰白色石英砂巖夾壓碎微晶白云巖、硅質板巖（粉晶硅質巖），中、上部為白云石質硅質巖夾板巖、砂巖，頂部微晶硅質巖。厚度124.22m。

2.1.3 石炭系靖遠組第一段（C2j1）

巖性為淺灰- 灰白色中- 中厚層狀砂巖與灰黑色頁巖、粉砂巖、粗粒石英砂巖、中粒石英砂巖、含角礫粗粒石英砂巖、含砂質燧石巖質角礫巖、黑色不等粒石英砂巖不等厚互層，含煤線，底部為含礫不等粒石英砂巖，厚度大于268.21m。

2.1.4 第四系全新統沖洪積層（Qh1p）

由黃灰色砂質粘土、粉砂質粘土及少量礫石、砂組成，厚度0～8m；洪積物分布于河床兩側的陡坎之上，由灰色砂礫石層、含礫砂土組成，厚度0～4m。

2.2 構造

勘查區內褶皺不發育，斷裂構造較發育，主要有6 條斷層，其產出特征分述如下：

（1）F1正斷層：近北北東向展布，傾向北西，傾角80°，延伸長度約2000m，斷距約300m。基本貫穿了整個勘查區，它控制了黃旗口組的展布形態，為一控礦構造。

（2）F2正斷層：近南北向展布，傾向西，傾角55°，延伸長度約550m，斷距約103m。

（3）F3逆斷層：近北西向展布，傾向北東東，傾角80°，延伸長度約80m。

（4）F4正斷層：近北西向展布變為南北向展布，傾向南西，傾角70°，延伸長度約800m，斷距約90m。

（5）F5正斷層：近北西西向展布，傾向南西，傾角85°，延伸長度約1100m，最大斷距約240m。該斷層被F4正斷層所切割。

（6）F6平移斷層：近北北西向展布，延伸長度約120m，斷層東盤長城系黃旗口組第二段、薊縣系王全口組向南平移，斷層西盤石炭系土坡組第一段向北平移。

3 礦層地質特征

3.1 礦層特征

礦層賦存于長城系黃旗口組第二段（Pth2）地層中，巖性為灰白色- 淺灰色中薄層- 中厚層塊狀石英巖狀砂巖、石英砂巖，呈單斜層狀、厚層狀產出，傾向340°～90°，傾角2°～42°。礦層呈層狀近南北向帶狀分布，南北長約3000m，東西寬20～850m，厚度32.34～307.17m，平均厚度171.58m（圖1）。礦層厚度變化系數為58.43%，厚度較穩定。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石的化學成分

礦石化學成份以SiO2為主，含有Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、K2O、Na2O、Cr2O3、P2O5。礦石基本分析結果表明：SiO2含量為92.82%～99.42%，平均為97.61%；Al2O3含量為0.05%～1.73%，平均為0.87%；Fe2O3含量為0.05%～1.70%，平均為0.21%；可知該區冶金用石英巖礦屬高硅、低鋁、低鐵型的工業原料。礦石組合分析結果統計表明：CaO 含量為0.058%～0.603%，平均為0.185%；MgO 含量為0.040%～0.553%，平均為0.092%；TiO2含量為0.038%～0.126%，平均為0.065%；K2O 含量為0.090%～0.351%，平均為0.236%；Na2O 含量為0.009%～0.163%，平均為0.088%；Cr2O3含量為0.00011%～0.00422/%，平均為0.00107%；P2O5含量為0.001%～0.036%，平均為0.004%；有害組份含量甚微。

3.2.2 礦石的化學成分變化特征

選取地表礦石樣品作為礦層礦石品位沿走向變化的研究對象。礦層礦石品位沿走向自南東向北西（表1、圖2）SiO2含量變化幅度0.04～0.87%；Al2O3含量變化幅度0～0.29%；Fe2O3含量變化幅度0.01～0.08%。從圖中可以看出，當SiO2含量較高時，Al2O3含量則較低，二者之間呈負相關關系。當Al2O3含量較高時，則Fe2O3含量較低，二者呈負相關關系。

表1 礦層平均品位統計表

3.2.3 礦層頂底板及夾石特征

礦層頂板為薊縣系王全口組灰白色含砂質石英質礫巖及石炭系土坡組第一段灰白色含礫不等粒石英砂巖。礦層底板為黃旗口組第一段紫紅色、灰綠色鈣質泥質粉砂巖地表未見出露。礦層內夾石巖性以低品位石英巖狀砂巖、石英砂巖為主，主要是因為化學成分中SiO2偏低，或有害組分Al2O3超標而圈定為夾石。

圖2 礦層礦石組分沿走向變化曲線圖

4 礦床成因及找礦標志

冶金用石英巖礦層賦存于元古界長城系黃旗口組第二段（Pth2），在區域上產出穩定。巖性為灰白色- 淺灰色中細粒石英巖狀砂巖，石英顆粒分選性、磨圓度較好，成分純凈，單層厚0.3～1.0m，海浪波痕及濱海相單板狀斜層理和波狀水平層理發育。早期本區處于溫濕的氧化環境，沉積巖層中富高價鐵呈現紅色，晚期逐步向還原環境轉化，形成元古界長城系濱海相的石英巖狀砂巖礦床，后期又經受輕微的區域變質作用的影響。該石英巖狀砂巖礦層厚、規模大、產狀較為穩定，具斜層理及波痕特征，推斷北岔溝石英巖狀砂巖應屬于濱海相的碎屑巖沉積型礦床。

該礦層嚴格受層位控制，致密堅硬，抗風化能力強，常形成陡峭的山梁，基本裸露，風化面呈青灰色，新鮮面多為灰白色，因此尋找冶金用石英巖礦需在黃旗口組第二段內進行。