山東泗水丑村礦區石灰巖礦床地質特征及成因分析

李海賓，蘇迎春，李 翔，從相軍

(中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100)

隨著國家基礎設施的加強和改造、玻纖改性塑料、運動器材、航空航天等方面對玻纖的需求不斷增長以及玻纖的應用又擴展到風電市場，使得國家對玻纖量需求日益增大。高純度的石灰石作為制造玻纖的原料之一，需求量與日俱增，因此有必要加強對高純度石灰巖的調查與成因研究。經初步調查及采樣分析，發現濟寧市泗水縣丑村礦區石灰巖能滿足玻纖原料的技術要求。本礦區距濟寧市90km，西南距泗水縣11km，交通便利，區域位置優越。

1 成礦地質背景

礦區大地構造位置位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)尼山—平邑斷隆(Ⅳ)泗水凹陷(Ⅴ)的東南部[1-2](圖1)。

區內出露地層[3]由下而上為古生代寒武紀長清群饅頭組(∈2-3m)泥質灰巖、頁巖、長石石英砂巖，九龍群張夏組(∈3z)豹皮灰巖、鮞?；規r，奧陶紀馬家溝群閣莊組(O2g)黃綠色中厚層白云巖夾泥質白云巖，八陡組(O2-3b)中厚層灰巖、白云質灰巖，石炭紀月門溝群本溪組(C2b)紫紅色鋁質泥巖；新生代古近紀官莊群常路組(K2E1c)紫紅色泥質粉砂巖，朱家溝組(E2z)灰褐色礫巖，第四紀大站組(Qpd)含礫砂質粘土，臨沂組(Qhl)粘土質粉砂、含礫中粗砂，沂河組(Qhy)含礫混粒砂、砂礫、礫石。

區域內斷裂構造十分發育，主要發育北東向、北西向二組斷裂，這二組斷裂總體上控制了地層的產出格局，破壞了地層的連續性，使得地層被切割成一塊塊較為獨立的塊體。

區域內巖漿巖主要為新太古代晚期嶧山序列龜蒙頂單元(Ar3γδYg)片麻狀中粒含黑云花崗閃長巖，傲徠山序列望母山單元(Ar3ηγAw)斑狀中粒二長花崗巖、松山單元(Ar3ηγAs)中粒二長花崗巖。巖漿巖均分布在區域北部，對地層的連續性起到一定的破壞作用。

圖1 丑村礦區區域地質略圖

2 礦區地質

2.1 地層

礦區內出露地層主要為古生代奧陶紀馬家溝群閣莊組(O2g)、八陡組(O2-3b)，石炭紀月門溝群本溪組(C2b)；新生代古近紀官莊群常路組(K2E1c)，山坡低洼處覆蓋有第四系(Q)殘坡積物。

(1)奧陶紀馬家溝群閣莊組(O2g)。

該層主要分布于礦區南部山坡底部，另外在中西部有少量分布。巖性以厚層白云巖為主，夾中厚層灰質白云巖。白云巖呈土黃色，泥晶結構，厚層狀構造，礦物成分主要為白云石、方解石及少量粘土質。巖層總體產狀36°∠38～41°，該層未見底，出露厚度＞80m。

(2)奧陶紀馬家溝群八陡組(O2-3b)。

該層在礦區中部分布，為賦礦層位，巖性以青灰色厚層狀灰巖為主，夾白云質灰巖及白云巖?；規r呈青灰色，泥晶結構，厚層狀構造，礦物成分主要為方解石、白云石及少量泥質。巖層總體產狀為36°∠27～41°，厚度78.00～88.16m。本層與下伏閣莊組呈整合接觸。

(3)石炭紀月門溝群本溪組(C2b)。

該層分布于礦區東北部，出露主要巖性為一套紫紅色、雜色鐵鋁質泥巖、鋁土巖及粉、細砂巖組合，巖層總體產狀為36°∠38°，厚度29.1m。本層與下伏八陡組呈平行不整合接觸。

(4) 古近紀官莊群常路組(K2E1c)。

該層出露于礦區東南部，巖性為灰紅色—紫紅色中—厚層砂質泥巖、泥質細—粉砂巖互層。本層出露厚度大于60m。本層與馬家溝群地層呈斷層接觸。

(5)第四系(Q)。

巖性主要為含礫砂質粘土，土黃色，上部結構松散，下部結構致密。礫石成分為灰巖，多呈棱角狀，礫徑1～2cm，含量10%～20%不等。主要分布在溝谷及地勢低洼處，厚度0.5～1m。

2.2 構造

礦區內的構造主要為斷裂構造。礦區內發育2條斷層，編號為F1、F2，其中F1斷層造成地層重復。

F1斷層：該斷層位于礦區西北部，切割勘查線01、05線。出露長度642.3m，總體走向99°，傾向189°，傾角68°，為正斷層，斷距80m。地表形成斷續的角礫巖帶，寬一般0.4m。角礫巖呈青灰色，角礫狀構造，成分為青灰色灰巖，膠結物為鈣質，礫徑1～3cm，棱角狀。該斷層北盤上升，造成地層重復，使得礦層在01、05線北半部重復出露。

F2斷層：該斷層位于礦區東南部，切割勘查線02、04的南端。出露長度564.40m，總體走向136°，傾向226°，傾角71°，為正斷層，斷距大于100m。地表形成斷續的角礫巖帶，寬一般0.3m。角礫巖呈青灰色，角礫狀構造，成分為青灰色灰巖，膠結物為鈣質，礫徑1～5cm，棱角狀。

2.3 巖漿巖

本礦區內未見巖漿巖。

3 礦床地質特征

3.1 礦層特征

本礦床為海相化學及生物化學沉積作用形成的石灰巖礦床[4]，賦存于八陡組地層內。礦床為近東南—西北向的山體，裸露地表，呈中間高四周低趨勢，礦層賦存最高標高+144.20m，最低標高+100m，相對高差44.20m。走向長1 102m，傾向寬220m，厚度78.00～ 88.16m。

根據礦石質量以及夾層分布特征，本礦床劃分2個礦層，自下而上編號為KC01、KC02。各礦層特征分述如下：

(1)KC01礦層特征。

位于礦床下部。礦石自然類型主要為青灰色泥晶灰巖，礦層呈層狀，總體走向126°，傾向NE，傾角27～41°。礦層沿走向控制長1 102m，沿傾向控制寬 57.10m，賦存標高 +143.41～ +100.00m。厚度26.76～36.91m，平均厚30.70m，厚度變化系數15.61%，厚度穩定。礦層化學成分平均值CaO 54.59%、MgO 0.46%。

(2)KC02礦層特征。

位于礦床上部。礦石自然類型主要為青灰色泥晶灰巖，礦層呈層狀，總體走向126°，傾向NE，傾角27～41°。礦層沿走向控制長1102m，沿傾向控制寬 82.78m，賦存標高 +144.20～ +100.00m。厚度30.43～46.27m，平均厚39.15m，厚度變化系數19.04%，厚度變化均勻。礦層化學成分平均值CaO54.78%、MgO0.37%。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石礦物組成

礦物成分主要為方解石，含量一般為90%～96%，次為白云石，含量一般為2%～8%。白云石呈泥晶狀分散在方解石結晶顆粒中，二者沒有明顯界限，成分互相包容，二者都被后期方解石脈貫穿。

方解石：無色透明，他形粒狀，粒徑＜0.005mm，方解石晶粒間緊密接觸，在方解石晶粒間及晶粒表面含有粘土。白云石：自形晶，菱面體發育，閃突起顯著，高級白干涉色。粘土：褐色，隱晶質，分布于粒狀礦物的表面、邊緣及晶粒間，含量3%。褐鐵礦：褐黑色，不透明，他形粒狀，不等粒，呈星點狀分布。

3.2.2 礦石化學成分

經取樣分析全礦區礦石平均化學組分加權平均值 為：CaO 54.70%、MgO 0.41%、Fe2O30.12%、Al2O30.23%、R2O30.35%(表 1)。影響礦石質量變化的主要原因是礦石中白云石的含量，當礦石中白云石含量高時，MgO含量隨之升高。

表1 各礦層主要化學成分 (單位：%)

礦層主要化學成分的變化規律：①KC01沿走向CaO含量變化均勻，MgO在00線含量較高，其他線含量較低，Fe2O3、R2O3的含量在礦區中東部略高，西部略低，CaO和MgO呈現較明顯的負相關關系；②KC02沿走向CaO含量變化均勻，MgO在00線含量較高，其他線含量較低，Fe2O3、R2O3的含量礦區東部略高，西部略低，CaO和MgO呈現較明顯的負相關關系。

3.2.3 礦石結構、構造

(1)礦石結構。

泥晶結構：礦石結構為泥晶結構，方解石粒徑大多＜0.005mm，含量＞50%，少部分重結晶達0.15～0.36mm，結晶顆粒輪廓不清晰[5]。

(2)礦石構造。

厚層狀構造：礦石構造為厚層構造，結晶的粒狀方解石、泥晶方解石均勻地分布于巖石中，巖石均一致密，巖層單層厚2m左右。

3.2.4 礦石類型

自然類型為青灰色泥晶厚層灰巖，泥晶結構，厚層構造。主要礦物成分為方解石，次為白云石及少量藻生物。方解石含量為90%～95%，白云石含量為2%～8%，藻生物含量為2%[6]。

3.3 圍巖和夾石特征

(1)礦床底板。

礦層底板為奧陶紀馬家溝群閣莊組(O2g)，該組地層主要分布于礦區南部山坡底部，另外在中西部有少量分布。巖性以厚層白云巖為主，夾中厚層灰質白云巖。中厚層白云巖呈灰黃色，泥晶結構，厚層構造，主要礦物成分為方解石、白云石，次為粘土礦物。中厚層灰質白云巖呈灰黃色、淺褐色，泥晶結構，厚層構造，主要礦物成分為方解石，次為泥質物。經取樣分析主要化學成分為：CaO 39.82%、MgO 9.57%、Fe2O30.84%、Al2O31.43%、R2O32.27%。

(2)礦床頂板。

礦層頂板為石炭紀月門溝群本溪組(C2b)，該組地層分布于礦區東北部，巖性主要為紫紅色鋁質泥巖，厚度29.1m。經取樣分析主要化學成分為：CaO 0.83%、MgO 0.35%、Fe2O316.09%、Al2O333.97%、R2O350.06%。

(3)夾石。

經取樣分析礦區內夾層主要為白云質灰巖、灰質白云巖為主，有害組分MgO含量過高，基本上不能搭配使用，因此本礦區的夾石綜合利用性能較差，在開采時需全部剝離，可在建筑石料方面綜合利用。

4 礦床成因

4.1 礦床成因

從八陡組地層的巖石自然類型、組合特征、沉積韻律分析，本礦床是在海進較為穩定的環境中沉積形成的，為濱海沉積成因[3-4]。

八陡組厚層灰巖是由接近飽和或過飽和狀態下的海水在化學作用或生物作用下形成的。礦石中所含白云石是由先期的碳酸鹽礦物經后期白云巖化作用形成的。八陡組沉積時期處于中奧陶世達瑞威爾期，該時期為開闊臺地淺潮下帶沉積環境，由于沉淀環境穩定，物質來源豐富，年代長久，形成了規模較大的碳酸巖鹽。后經地殼運動，淺海變化為陸地，形成高純石灰巖礦床。

4.2 找礦標志

區內高純灰巖賦礦層位為馬家溝群八陡組地層，所以八陡組為直接找礦標志。通過對比區內礦層礦石特征，厚層白云巖及紫紅色鋁質泥巖即為間接找礦標志。

5 結論

該礦床劃分兩個礦層(KC01、KC02)，礦層賦存于馬家溝群八陡組，呈層狀，裸露地表。礦石自然類型為青灰色泥晶厚層灰巖，主要有泥晶結構、微晶結構，厚層狀構造。礦石礦物成分主要為方解石，其次為白云石等，礦床內夾層主要為白云巖、白云質灰巖。

該礦床為海相化學及生物化學沉積成因，形成環境為濱?！獪\海區域，以碳酸鹽巖臺地及中緩坡沉積環境為主，后經大地構造運動抬升及風化剝蝕，形成灰巖礦床。