吉林省磐石市中立方解石礦地質特征及開發經濟意義

周樹亮，周 陽，孫雪峰，張 旭

吉林省有色金屬地質勘查局六○七隊，吉林 吉林市 132105

0 引言

該項目是本隊合作項目，礦權單位是吉林市華拓礦業有限公司，從2017年發現方解石礦至提交勘探報告，歷時 3 年。提交方解石礦礦物量3 000萬噸以上。

1 區域地質背景

圖1 區域地質區域礦產簡圖Fig.1 Sketch map of regional geology and mineral resources1.金家屯組;2.南樓山組;3.暖木條子組；4.壽山溝組；5.窩瓜地組；6.磨盤山組；7.鹿圈屯組；8.呼蘭群；9.中侏羅世花崗巖；10.晚二疊世二長花崗巖；11.中二疊世花崗巖；12.鎂鐵—超鎂鐵質巖；13.角度不整合界線；14.斷層；15.大型金礦床、礦點；16.大、中銅鎳礦床；17.中型金銅礦床；18.銅鎳多金屬礦床；19.銅鉬多金屬礦床；20.釩鈦礦點；21.小型鐵礦床、礦點；22.大、中型水泥用石灰巖礦床；23.建筑用大理巖礦床；24.藍晶石、紅柱石礦點；25.大型方解石礦床；26.透閃石礦點

區域構造以北西向斷裂構造為主，與北東向、東西向和近南北向斷裂構造構成基本構造格架，呼蘭群、壽山溝組地層中發育軸向北西向的復式褶皺構造。礦區附近以靠山屯背斜構造為主(1)地礦部吉林地質礦產勘查開發局.區域地質礦產調查所.磐石縣幅1∶50 000地質圖說明書[R].地礦部吉林地質礦產勘查開發局,1996：4,7-16.，主體呈近東西向展布。沿北西向發育多條北東傾逆斷層。

區域巖漿活動強烈，主要有古生代中二疊世、晚二疊世和中生代中侏羅世花崗巖漿侵入，巖體呈巖基狀分布，且以中酸性侵入巖為主，其中中二疊世(γP2)、中侏羅世花崗巖(γJ2)分布面積最大，且與有金、銅等礦產關系密切。紅旗嶺及茶尖嶺發育的北東向展布的鎂鐵—超鎂鐵質巖與銅鎳礦關系密切，形成大、中型銅鎳礦床。

區域礦產主要有金礦、銅鎳礦、鐵礦、水泥用灰巖、建筑用大理巖礦等。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區地層出露有古生界石炭系—二疊系磨盤山組(CPm)、中二疊統暖木條子組(P2n)及新生界全新統(Qh)(圖2)。

圖2 礦區地質簡圖Fig.2 Geological sketch map of mining area1.第四系全新統;2.中二疊統暖木條子組;3.石炭系二疊系磨盤山組;4.中二疊世花崗巖;5.閃長巖脈;6.方解石礦體;7.推測方解石礦體;8.角度不整合界線; 9.推測界線; 10.產狀;11.勘查基、測線;12.扣除區;13.勘查許可證范圍

2.1.1 磨盤山組

磨盤山組(CPm)，地層走向20°，傾向NWW，傾角30°～45°，南北長約530 m，東西寬約1 250 m，厚度約530 m。巖性為大理巖，呈乳白色，粒狀變晶結構，塊狀構造，礦物成分幾乎全部由方解石組成。

2.1.2 暖木條子組

中二疊統暖木條子組(P2n)，地層走向285°～305°，傾向NE，傾角60°～65°，巖性為板巖，呈黑色，變余泥質結構，板狀構造。礦物成分為隱晶質的粘土礦物等。與下伏地層呈不整合接觸。

2.1.3 新生界第四系

為全新統(Qh)地層，分布在河谷及其兩側，以及低緩山包周圍，厚度3 m，由砂、礫石、黃土組成。

2.2 構造

礦區地層為單斜構造。在礦區東北角分布一條斷裂構造，南傾，傾角80°～85°，被后期熱液成分的膠結角礫所充填，表現為強烈的硅化，并伴有黃銅礦化、方鉛礦化、閃鋅礦化。該破碎帶對礦區內方解石礦體無影響。

2.3 巖漿巖

大面積出露于礦區北部，為中二疊世花崗巖(γP2)，呈巖基狀產出。巖石呈淺灰色，中粒結構，塊狀構造，巖石主要斜長石，灰白色，粒狀或寬板狀，大小約為3～5 mm，體積分數約為55%；石英呈灰白色，他形粒狀，大小約為1 mm，油脂光澤，體積分數約為30%；黑云母呈半自形板狀，大小約為1～2 mm，玻璃光澤，體積分數約為10%；角閃石呈黑色，短柱狀，大小約為2 mm，玻璃光澤，體積分數約為5%。

脈巖有花崗斑巖脈、煌斑巖脈、閃長巖脈等。

巖漿巖為礦床的形成提供了熱量，有利于晶質方解石礦床的形成和賦存。

3 礦體(層)特征(2)吉林省有色金屬地質勘查局六〇七隊.吉林省磐石市中立區方解石礦勘探報告 [R],2019.

礦體賦存于石炭系二疊系磨盤山組(CPm)大理巖中?？傮w呈層狀，礦區控制主礦帶1 條，礦體 3 條，編號1號、2號、3號方解石礦，其中1號礦體資源儲量占全區資源儲量的99%。

1 號方解石礦體，產狀與地層產狀一致，走向20°，傾向NWW，傾角 30°～45°?？刂频V體長500 m，厚度 20.75～81.73 m，控制礦體傾向延伸220～395 m，賦存標高405～280 m，埋深0～125 m。礦體平均品位(CaO質量分數)54.15%，白度90.21%，MgO在單工程及剖面之間無明顯變化規律，礦體沿走向、傾向未見明顯變化規律。礦體內部有少量夾石，夾石產狀和礦體相似，夾石多為單孔控制，對礦體形態影響小。

礦體頂、底板圍巖為板巖、大理巖、閃長巖，少數為花崗巖，地表南東角被暖木條子組板巖覆蓋，北東部被中二疊世花崗巖侵蝕；夾層與夾石巖性較單一，多數為大理巖，少見有閃長巖等；覆蓋層主要為坡積物，層厚平均在2 m 以上。

礦區內鉆孔未見溶洞，巖溶屬不發育類型。

4 礦石質量

4.1 礦石結構、構造

礦石結構、構造較簡單，為中—細粒粒狀變晶結構，塊狀構造。

4.2 礦石礦物組分

巖石中的礦物成分幾乎全部由方解石組成，見少量不透明礦物，方解石為他形粒狀晶體，粒度0.5～2.6 mm之間，晶體表面比較干凈，薄片中無色，見閃突起，干涉色為高級白，大顆粒晶體的邊緣被小顆粒晶體交代，小顆粒之間具鑲嵌粒狀變晶結構，一些晶體具三邊平衡結構，質量分數大約占總體的97%。石英經鏡下鑒定他形晶，粒狀，單偏光下無色透明，正低突起，正交偏光下干涉色一級黃白，一軸晶正光性，粒徑為0.1～0.2 mm左右，石英對方解石礦的研磨有一定影響，但其含量極少，質量分數均小于1%，影響忽略不計，經鑒定未見燧石出現。

4.3 礦石的化學成分

根據礦石光譜全分析(表1)、化學全分析(表2)、組合分析、多項分析(表3)結果，礦石主要化學成分為CaO、SiO2、Fe2O3等，其它稀有、分散元素含量甚微，不具有工業價值。有益組分為CaO，有害組分為SiO2、fSiO2、Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO含量很低，其它主要有害組分(K2O、Na2O、As、Cd、SO3、Cl-、Cr6+)均不超標。

表1 光譜全分析結果表Table 1 Full spectrum analysis results %

表2 化學全分析結果表Table 2 Complete chemical analysis results %

表3 礦石多項分析結果表Table 3 Ore multinomial analysis results %

4.4 共(伴)生礦產綜合評價

依據方解石礦石的光譜全分析、組合分析及薄片鑒定結果，方解石礦體中無伴生礦產，夾石多為白度不達標或硅超標的大理巖，開發中應進行綜合利用。

4.5 礦石類型及加工技術性能

礦石自然類型：白色粒狀變晶結構大理巖。按結構確定礦石類型為細?！辛＞з|礦石，按構造確定礦石類型為塊狀礦石。

工業類型：按工業用途劃分為造紙用方解石、涂料用方解石、塑料用方解石、橡膠用方解石及納米碳酸鈣用方解石等。

加工技術性能(3)遼寧省地質礦產研究院有限責任公司.吉林省磐石市中立區方解石礦選礦試驗報告[R].2019.：礦體樣品方解石含量高，雜質含量很少，通過手選和水洗后，礦石雜質去除效果不明顯，尤其對礦石白度影響不大，因此，該礦體樣品不需要進行手選和水洗；地表原礦樣、>25 mm 粒級礦樣、10～25 mm 粒級礦樣3個樣品，隨著研磨粒時間增加，白度略有增加，而<10 mm粒級樣品隨研磨時間增加白度差別不大。產品白度未達到 90%，而巖心樣品研磨粒度越細，白度有所增加，所有產品白度均達到了 90%。

5 礦床成因及找礦標志

5.1 礦床成因

礦體呈層狀產出，分布在一定的層位中，延長穩定，與圍巖產狀一致，具有層狀原生沉積特征；礦體產出受一定層位控制，與大理巖關系密切，原巖沉積是一套碳酸巖沉積；中生代侏羅紀酸性巖漿活動熱量及析出的氣液的影響產生重結晶作用和褪色作用而形成大理巖，質純的部分形成具有工業意義的方解石礦床。

初步認為本區方解石礦的形成是接觸變質作用，屬接觸變質型礦床。

5.2 找礦標志

(1)石炭系二疊系磨盤山組(CPm)地層分布區可做為區域找礦標志；

(2)大理巖可做為直接找礦標志；

(3)古生代二疊紀酸性巖漿巖外接觸帶存在碳酸鹽巖層，可做為間接找礦標志。

6 資源/儲量

獲得的方解石礦資源量礦石量30 117 kt，其中確信儲量+可信儲量礦石量14 709 kt，占總資源儲量 49%。

另外，勘查區域內摳除區預測資源量15 000～20 000 kt；中立區現估算標高280 m，280 m標高以下，礦體傾向上還有發展空間；中立礦區外圍一定范圍內還有成礦地質條件相似靶區，預測資源量不少于中立礦區。

7 礦床開發經濟意義

7.1 礦產資源形勢分析

方解石化學成分主要為CaO，為最重要的碳酸鹽礦物，方解石礦石加工成超細重質碳酸鈣粉廣泛用于造紙、橡膠、涂料、塑料、PVC材料、油漆、油墨、電纜、人造革、食品、醫藥、化妝品等日用化工行業[1]。由于方解石制備碳酸鈣所具有的這些傳統碳酸鈣產品無法比擬的優越性能，是工農業生產、國防建設不可缺少的添加劑，市場前景隨著科技進步將不斷擴大，國內、國際消費需求量不斷增長。使其應用前景極為廣闊。

目前世界上能生產該產品的主要廠商為英國的ICI公司、比利時的Solvay公司、美國的礦物技術公司。我國重質碳酸鈣生產能力近200×104t/a，每年進口超白重質碳酸鈣粉120×104t以上。目前我國塑料行業重質碳酸鈣粉用量在100×104t/a以上；我國造紙行業重質碳酸鈣粉用量在220×104t/a以上。我國鎮江、常熟、江陰、浙江、寧波及天津等地正在建設年需幾十萬噸重質碳酸鈣的造紙廠，重質碳酸鈣總需求量將達到300×104t/a，涂料、橡膠等行業重質碳酸鈣需求量也很大，其潛在市場更大。根據目前市場需求及預測，超白重質碳酸鈣粉近期我國需求約600×104t/a以上，且每年呈20%遞增。

2017年我國碳酸鈣產能3 400×104t(李海濱，2019)，其中重質碳酸鈣占68%，主要用于造紙、涂料、塑料、橡膠工業，重、輕質碳酸鈣之比約3∶1，歐美等發達地區重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣的使用比例超過8∶1，說明我國重質碳酸鈣還有很大的發展空間。

省內還沒有重質碳酸鈣產地，重質碳酸鈣資源以磐石市最為著名，其中樣子溝方解石礦(資源儲量2XXX×104t)(4)吉林市旭升地質礦產資源勘測設計研究院.吉林省磐石市樣子溝方解石礦詳查報告[R].2015.、中立區方解石礦提交了資源儲量30 117 kt，而中立方解石礦質量好、資源量大，潛在經濟效益十分可觀，礦床開發利用一定能產生很好的社會效益和經濟效益。

隨著世界經濟和我國經濟的迅猛發展，對方解石(重質碳酸鈣原料)的需求也將迅速增加，本礦的發現和評價，將改變我省供給格局。建設重質碳酸鈣原料產業園區，打造高端產品，實現生產自動化；與同行企業交流解決問題、分享經驗，深化與院校和科研單位合作或者成果引進；借鑒相關行業先進經驗和模式，拓展新思路。

7.2 礦山開發建設條件

礦區水文地質、工程地質條件簡單，開采技術條件優越。

礦石試驗產品方解石粉CaCO3純度最高達到99.05%；所有產品白度均達到了90%，白度最高達到92.36%，可以滿足國內外大多數行業領域需求。

從礦區經鄉村公路通往G202國道(黑河至大連公路)，運輸距離約3 km，沿G202國道到磐石市火車站運距約14 km，到磐石市運距約17 km，交通十分方便。

當地經濟以農業為主，其次為養殖業。附近有4個自然村，人力資源尚屬充足。電力供應充足。水庫屯水庫可用于工業用水，礦山用水有保障。建廠條件優越。

8 結論

中立方解石礦礦石量達 3 000×104t以上，屬特大型方解石礦床，礦石質量較好，開采技術條件較好，具有很好的開發前景，該礦床的開發將對磐石市的發展及地方財政收入，起到積極的作用。