宿州市大荊山水泥用灰巖礦地質特征及成因

王超峰，許 祥

(中國建筑材料工業地質勘查中心安徽總隊，安徽 合肥 230031)

大荊山水泥用灰巖礦位于安徽省宿州市北東方向約42km。礦區屬丘陵地帶，山體總體走向呈南北方向，為一大型礦床，交通方便。

1 區域地質概況

區域地層屬華北地層大區晉冀魯豫地層區(Ⅰ)徐淮地層分區(Ⅰ1)淮北地層小區(Ⅰ11)，主要出露有晚元古界青白口系、古生界寒武系、奧陶系、第四系，其中以碳酸鹽巖為主的寒武系、奧陶系地層分布最廣。區域構造處于華北陸塊徐淮地塊淮北斷褶帶北部、徐州—時村鎮復背斜的西翼，褶皺變形強烈，由一系列軸向NNE的向斜、背斜組成，其中任山頭—老山口單斜控制了礦區整體形態。斷裂構造主要表現為近南北向的逆沖斷裂、近東西向張性斷裂、北西向左旋剪切斷裂和北東向右旋剪切斷裂，區域內巖漿巖不發育(圖1)。

2 礦區地質特征

2.1 地層

(1)中下寒武統饅頭組(∈1-2m)。

分布于礦區西南側，僅出露上部，為鈣質粉砂巖與砂質灰巖不穩定互層，鈣質粉砂巖呈黃灰、灰綠色，鈣質膠結，粉砂狀結構，薄—中厚層構造，砂質灰巖呈灰—深灰色，砂質亮晶結構，中厚層構造。系礦層底板，厚＞24.49m(圖2)。

(2)中寒武統張夏組(∈2z)。

張夏組下段(∈2z1)分布于礦區中部，底部為淺灰—深灰色鮞狀灰巖，亮晶鮞粒結構，中厚—厚層構造；下部為灰色、深灰色核形石鮞狀灰巖，亮晶核形石鮞粒結構，中厚—厚層構造；中部為灰色、棕紅色豹皮狀灰巖與鮞狀灰巖互層，以豹皮狀灰巖為主，泥粉晶結構，中厚—厚層構造；上部灰—深灰色鮞狀灰巖、含白云質鮞狀灰巖，亮晶鮞粒結構，中厚—厚層構造，厚度為224.54m。

圖1 區域地質簡圖

張夏組上段(∈2z2)：分布于礦區東側，灰色中—厚層殘余鮞粒細晶白云巖、疊層石白云巖，亮晶鮞粒結構，中厚—厚層構造，厚度＞44.42m。

(3)第四系(Q)。

分布于礦體周邊平坦處，巖性為褐紅色、黃褐色粘土、亞粘土，含灰巖碎塊，厚度為0～22.30m。

2.2 構造

礦區呈單斜構造產出，地層產狀變化較大，北部傾向350～45°，傾角8～22°；南部傾向18～78°，傾角10～26°。

礦區有F1～F7七條斷層，除F6為逆斷層外，其余均為正斷層，傾角均較陡(60～85°)。其中F1、F3斷層破碎帶寬0～10m，由棱角狀和次棱角狀的石灰巖角礫及鐵泥質粘土組成，角礫直徑1～15cm，不能滿足礦石質量要求，其他斷層對礦石質量沒有影響。

3 礦體地質特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于中寒武統張夏組下段(∈2z1)地層中，巖性主要為灰、深灰、棕紅色中厚—厚層鮞狀灰巖、豹皮狀灰巖、核形石鮞狀灰巖，受地形影響分為Ⅰ、Ⅱ兩個礦段，Ⅰ礦段為主，Ⅱ礦段次之。

Ⅰ礦段北起12勘探線北，南至10勘探線，南北長2 300m，東西寬224～540m，平均寬度430m，平均厚度73.32m，呈單斜層狀產出，受F7斷層影響，造成礦層錯位及產狀變化，南側礦層產狀18～78°∠8～26°，北側礦層產狀350～45°∠8～22°，出露最高標高(大荊山頂)204.20m，至開采標高+45m相對高差159.20m，礦體裸露地表。

Ⅱ礦段北起18勘探線北西，南至16勘探線南東，礦體出露南北走向長280m，東西寬170m，單斜層狀產出，產狀48～92°∠12～18°，平均厚度53.80m，礦體裸露地表。

3.2 礦石質量

礦石礦物成分主要為方解石，少量白云石、鐵泥質等；主要化學成分為：CaO 45.31%～55.5%，平均 52.44%；MgO 0.04%～ 6.01%，平均 2.07%；其他成分平均為 SiO21.05%、Al2O30.32%、Fe2O30.36%、K2O+Na2O 0.16%、SO30.037%、Cl-0.011%、燒失量43.00%。其中Ⅰ礦段平均CaO 52.40%、MgO 2.08%，Ⅱ礦段平均CaO 53.25%、MgO 1.86%。

CaO含量在走向、傾向及垂向上變化均較小；MgO含量變化較大，垂向上呈水平波狀起伏，走向、傾向上呈漸變過渡關系，與CaO含量呈消長關系。

3.3 礦石類型

3.3.1 鮞狀灰巖

灰—深灰色，亮晶鮞粒結構，中厚—厚層構造，由粒屑和膠結物組成。粒屑主要為鮞粒，次為球粒、生物屑、砂屑等，含量70%～80%。鮞粒呈圓狀、似圓狀、長條狀，大小為0.5～2.0mm，一般1.0～1.5mm左右，多系真鮞，極少數復鮞，鮞核為生物屑，膠結物為亮晶方解石。礦物成分主要是方解石，呈他形粒狀、柱狀，含量90%～91%；次為白云石，少量鐵泥質及有機質等，含量3%～10%，為礦區主要礦石類型。

3.3.2 豹皮狀灰巖

灰色、棕紅色含球(團)粒泥粉晶結構，中厚—厚層構造，由粉晶、泥晶方解石及少量球(團)粒、異形石、殘余鮞生物屑等組成，其中泥、粉晶方解石呈他形粒狀，含量70%～80%；球(團)粒呈圓狀、橢圓狀，粒徑0.05～0.09mm，由泥晶方解石，有機質等均勻組成。異形石、殘余鮞粒、生物屑等稀散地分布于泥晶方解石中。礦石中棕紅色部分由重結晶的微晶方解石、白云石及鐵泥質等組成，形成斷續的斑塊狀、星點狀、疙瘩狀。灰色部分由粉晶、泥晶方解石及少量微晶方解石、白云石組成，灰色和棕紅色混雜在一起，形成豹皮狀構造。礦物成分主要是方解石，含量80%～85%，次為白云石，含量10%～15%，少量鐵泥質及有機質等，為礦區次要礦石類型。

3.3.3 核形石鮞狀灰巖

灰色、深灰色，亮晶核形石鮞粒狀結構，中厚層構造。粒屑主要為鮞狀，次為核形石，含少量凝塊石及生物碎屑，總含量80%左右，其中鮞狀占60%～70%，核形石10%～20%左右。鮞粒呈灰黑色，少數棕紅色，圓狀、似圓狀，粒徑1～1.5mm。核形石呈暗灰色，橢圓狀、渾圓狀等，粒徑5～20mm，具寬窄不一的同心紋層構造，中心多為藻類碎屑及白云石晶粒。礦物成分主要是方解石，次為白云石及少量鐵質、泥質及有機質等，為礦區次要礦石類型。

3.4 礦體圍巖及夾石特征

礦體底板為中下寒武統饅頭組(∈1-2m)鈣質粉砂巖，頂板為中寒武統張夏組上段(∈2z2)白云質灰巖，均整合接觸。

礦區共有10個同生夾石體，2個斷層破碎帶夾石體，其中Ⅱ礦段有3個同生夾石體，其余分布于Ⅰ礦段。斷層破碎帶夾石泥質含量高難以利用。同生夾石按照體積加權平均后，礦區平均化學成分為：CaO 52.23%、MgO 2.19%，仍能滿足水泥用灰巖工業指標要求，但礦層產狀較緩，開采時需合理布局，進行礦石均化處理。

4 礦床成因

華北陸塊自青白口紀晚期上升后，經過一段時期的風化剝蝕，逐漸下降，早寒武世—中寒武世早期，沉積了一套灰、紫紅色的砂巖、頁巖、灰巖和白云巖建造，化石豐富，保存完好，期間泥巖多次出現，表明當時為開闊臺地相的氧化環境，地殼間歇性升降運動較頻繁；中寒武世，地殼趨于穩定，開始接受碳酸鹽沉積，但水動力增強，沉積了一套以鮞狀灰巖為主的巖石組合(張夏組下段)，巖石中富含藻類及生物碎屑，MgO含量局部較高，說明當時是一種氣候溫暖、氧氣充足、陽光較強的沉積環境，海水含鹽度高且蒸發量較大；中寒武世后期，地殼回升，海水中MgO含量逐漸升高，形成了張夏組上段白云巖建造。故本礦床屬開闊臺地相沉積形成的碳酸鹽巖礦床。