池州烏石山水泥用石灰巖礦床地質特征及成因探討

馮書文，王超峰，王 依

(中國建筑材料工業地質勘查中心安徽總隊，安徽 合肥 230031)

池州烏石山水泥用石灰巖礦床位于安徽省池州市220°方位，直距43km處，北距長江牛頭山碼頭8.5km，交通方便。本文依據礦區勘查資料，分析總結了區域地質背景、礦區地質、礦體地質特征，研究了礦體厚度和礦石質量沿走向、傾向和厚度方向變化規律，探討了有害組分變化和礦床成因，對沿江地區同類礦產勘查及取樣分析具有一定的參考意義。

1 區域地質背景

大地構造單元屬揚子陸塊區—下揚子陸塊—下揚子被動陸緣(Z-Pz1)[1]。構造—地層分區屬揚子大區—下揚子地層區—下揚子地層分區[2]，屬貴池地層小區[3]。區內地層，除白堊系和侏羅系缺失外，自志留系至第四系均有不同程度出露，尤以三疊系出露較完整。區內構造主要為印支期貴池背復向斜帶[4-5]，褶皺緊密排列，一般走向北東50～60°，由南至北軸面由正常至倒轉，樞紐總體向西傾伏。褶斷區斷裂較發育，且以北東向壓扭性逆沖斷裂為主，位于褶皺兩翼，傾向南東，傾角60°以上。礦區東部及東南部4km外，零星分布有燕山早期小丁沖、小河王、楊北寨等淺成淺剝蝕中酸性小侵入體，區域巖漿巖總體不發育。

2 礦區地質特征

2.1 地層

區內出露地層主要為三疊系，由老至新依次為殷坑組(T1y)、和龍山組(T1h)、南陵湖組(T1n)、東馬鞍山組(T2d)和第四系(Q)(圖1)。

圖1 烏石山水泥用石灰巖礦區地質簡圖

殷坑組(T1y)：黃綠、灰綠色鈣質頁巖夾灰色薄—中厚層灰巖，厚147.94m；和龍山組(T1h)：深灰—灰色薄—中厚層泥質條帶灰巖夾黃綠色鈣質頁巖，厚175.64m。頂部灰黃、黃褐色頁巖為礦層與礦層底板分界標志。

南陵湖組(T1n)：為賦礦層位，大面積出露于礦區中部。分四個巖性段[6-7]。第一巖性段(T1n1)：灰、淺紫紅色假厚層泥晶灰巖、中厚層似瘤狀灰巖夾少量礫屑灰巖，厚197.40～203.68m。水平—波狀層理，縫合線發育，單層厚3～40cm。底部似瘤狀灰巖與和龍山組(T1h) 頂部頁巖直接接觸，作為分界標志。第二巖性段(T1n2)：灰色中厚—塊狀泥晶微晶灰巖、礫屑灰巖、白云質灰巖，厚29.01～43.72m。礫屑灰巖呈厚層狀，風化后表面渾圓，為該段主要特征。第三巖性段(T1n3)：深灰、淺紫色薄—中厚層似瘤狀泥晶灰巖，厚35.62～57.27m。巖性單一，單層厚1～20cm。第四巖性段(T1n4)：灰、紫灰、深灰色薄—中厚層泥晶灰巖夾礫屑灰巖，中部為淺灰、灰白色厚—塊狀泥晶微晶灰巖夾白云質灰巖，頂部蠕蟲狀泥晶灰巖，厚288.10m。

東馬鞍山組(T2d)：淺灰、灰白色薄—中厚層微晶含膏白云巖、灰質白云巖，厚度＞39.96m。

第四系(Q)：褐黃色粘土和含礫粘土，分布于山坡、山麓及溶蝕洼地，厚0～4.50m。

2.2 構造

礦區位于揚北寨—烏石山復向斜東段，由張灣倒轉向斜、天井塘倒轉背斜、烏石山倒轉向斜組成，樞紐均呈舒緩波狀，軸面南傾。張灣向斜位于北部，北翼為南陵湖組三段(T1n3)—二疊系(P)地層，傾角14～40°，南翼缺失；烏石山向斜平面上呈略向北凸出之弧形，核部為東馬鞍山組(T2d)，兩翼為南陵湖組(T1n)，北翼傾角40～58°，南翼傾角30～46°。斷裂較發育。F6、F7走向斷裂造成礦體沿傾向不連續，F6垂直斷距約40m；F2、F4為左行張扭性橫向斷裂，斷裂帶膠結緊密。斷層對兩盤礦石質量無影響，礦區無巖漿活動。

3 礦床地質特征

3.1 礦體地質特征

礦體賦存于下三疊統南陵湖組(T1n)地層中，巖性為灰、深灰、青灰、淺灰色薄—中厚層、厚層泥晶灰巖、似瘤狀灰巖、礫屑灰巖和蠕蟲狀泥晶灰巖等。礦體呈條狀展布[6]，東西長3 602m，南北寬1 600m，平均厚713.29m。礦體總體呈倒轉復式向斜形態產出，至北向南由張灣向斜、天井塘背斜及烏山向斜構成(圖2)，柔皺局部發育。礦層傾向135～190°，傾角28～78°，變化較穩定。

圖2 烏石山水泥用石灰巖礦區0勘探線地質簡圖

礦體裸露地表，出露標高+320m至最低開采標高(+20m)相對高差為300m。F7斷層造成礦體層位缺失，F6斷層造成南盤抬升約40m。F2、F4斷層造成礦體平移約150m。

沿走向，中部礦體厚度較大，東西兩側厚度較小，變化范圍451.14m(15線)～822.98m(2線)[7]，變化系數15.64%(表1)。沿傾向，變化系數34.18%～45.13%(表2)，平均39.54%。厚度變化系數＜40%，表明沿走向、傾向，礦體厚度穩定[8]。

表1 礦體厚度沿走向(西→東)變化結果

表2 礦體厚度沿傾向變化結果

3.2 頂底板圍巖及夾石

礦床底板為和龍山組(T1h)泥質條帶灰巖及頁巖夾灰巖，頂板為東馬鞍山組(T2d)中厚層白云巖和含白云質灰巖。

礦體內有11個夾石體，均呈透鏡體狀，巖性主要為白云質灰巖或白云巖。夾石體出露長185.29～1 214.87m，寬4.24～26.44m，厚3.80～11.97m。其中，J2～J7夾石體，由地表到地下60m內，體積膨大增厚。礦區最大夾石體體積491.7萬m3，最小夾石體體積4.9萬m3。夾石平均化學成分：CaO 45.97%、MgO 5.68%、K2O+Na2O 0.33%、SO30.021%、Cl-0.010%。剝采比為0.03∶1。夾石抗壓強度27.5～127.9Mpa，平均57.2Mpa，可作建筑石料礦綜合利用。

3.3 礦石質量特征

3.3.1 礦石類型和品級

泥晶灰巖為主要礦石類型，多分布于下三疊統南陵湖組一段和四段，比例占80%以上。微晶灰巖、似瘤狀灰巖、礫屑灰巖和蠕蟲狀灰巖為次要礦石類型。微晶灰巖多分布于南陵湖組四段，比例占約10%；似瘤狀灰巖分布于南陵湖組一段及三段，比例占約6%。礫屑灰巖和蠕蟲狀灰巖少量。

一般工業指標要求：Ⅰ級品CaO≥48%，MgO≤3%，K2O+Na2O≤0.6%、SO3≤1%；Ⅱ級 品CaO≥45%，MgO≤3.5%，K2O+Na2O≤0.8%、SO3≤1%。本礦床，Ⅰ級品礦石占99%，主要巖性為泥晶及微晶灰巖；Ⅱ級品少量，巖性為礫屑灰巖、似瘤狀灰巖及蠕蟲狀泥晶灰巖。Ⅰ級品CaO 48.00%～55.87%，平均53.15%；MgO 0.04%～3.50%，平均0.98%；K2O+Na2O 0.06%～0.60%，平均0.20%。Ⅱ級品CaO 45.00%～54.32%，平均51.30%；MgO 1.14%～4.52%，平 均3.27%；K2O+Na2O 0.10%～1.01%，平均0.13%。Ⅱ級品中K2O+Na2O＞0.80%僅一個樣品，厚度7.78m。

3.3.2 礦石結構構造

礦石結構以泥晶、微晶結構為主，少量礫屑結構。礦石構造有層狀、假厚層、條帶狀、似瘤狀構造。泥晶方解石與泥質組成泥質條帶，呈腸狀、串珠狀、蝌蚪狀、似瘤狀分布，組成“似瘤狀”特有構造。礫屑結構中，由泥晶微晶方解石組成的礫屑，呈不規則渾圓狀，粒徑2.5～12.5mm，分布無序。

3.3.3 礦石礦物成分和化學成分

礦物成分比較簡單，主要為方解石(＞90%)，少量白云石(＜3%)、泥鐵質礦物(2%～6%)和微量石英(＜2.5%)。

依據礦區3095件基本分析，礦石中主要有益組分CaO 45.00%～55.87%，平均53.10%，有害組分MgO 0.04%～4.52%，平均0.98%。依據礦區899件組合分析，有害組分K2O+Na2O 0.06%～1.01%，平均0.20%；SO30.008%～1.010%，平均0.056%；Cl-0.001%～0.022%，平均0.010%。其他組分含量：SiO22.23%、Al2O30.35%、Fe2O30.28%，燒失量42.42%。

沿走向(自西向東)，主要有益組分CaO 含量52.78%～53.74%，主要有害組分MgO含量0.65%～1.16%，變化系數＜40%，分別為0.59%、4.45%(表3)，表明CaO、MgO含量沿走向變化穩定。

表3 礦石主要化學成分沿走向(西→東)變化結果

沿傾向(由地表→深部)，總體變化趨勢：CaO含量降低，MgO含量升高。全礦區沿傾向平均變化系數＜40%(表4)，表明CaO、MgO含量沿傾向變化穩定。

表4 礦石主要化學成分沿傾向變化結果

沿厚度方向，以ZK02鉆孔為例，CaO、MgO含量總體上呈波狀變化，除個別單樣含較多白云石導致MgO偏高，CaO偏低外，其他樣品則圍繞均值做窄幅波動(圖3)。其中CaO 47.86%～55.36%，平均53.31%，變化系數2.93%，變化穩定；MgO 0.10%～2.78%，平均0.83%，變化系數69.72%，變化較穩定。但MgO含量總體偏低，滿足一般指標要求。

圖3 CaO(a)、MgO(b)含量沿厚度變化示意圖

地表礦石MgO 0.10%～4.02%，平均0.96%，深部MgO 0.04%～4.52%，平均1.07%，地表MgO含量低于深部。地表礦石SO30.008%～ 0.181%，平均0.030%，深部SO30.011%～1.010%，平均0.043%，地表SO3含量低于深部。全區SO3≥0.50%的樣品僅一件，含量1.01%，厚度1.54m，巖性為薄層灰巖夾炭質頁巖。因厚度小，不影響圈定的礦體。造成SO3偏高的原因是炭質頁巖引起，即碳化有機質富含硫。

SO3具有酸性， 能極迅速地與水化合生成硫酸并放出熱量[9]。推測地表水從巖石裂隙滲入，灰巖中有少量SO3溶于水生成硫酸，再與碳酸鎂發生反應，造成地表礦石MgO和SO3含量均低于深部。

4 礦床成因分析

一段(T1n1)泥晶灰巖—似瘤狀灰巖—礫屑灰巖組成的層序，反映水體由深變淺，能量由低到高的旋回性變化，為水體較為動蕩的淺水陸棚沉積環境[3]；二段(T1n2)含有異地礫屑巖塊，為臺地邊緣塊體流沉積，沉積環境位于臺地前斜坡坡址；三段(T1n3)以瘤狀灰巖為特征，具水平波狀層理，臺地前緣斜坡相沉積；四段(T1n4)總體為碳酸鹽臺地斜坡相—局限臺地相沉積。礦床成因為淺海陸棚相—局限臺地相沉積碳酸鹽巖礦床。

5 結論

(1)礦床賦礦層位為下三疊統南陵湖組，按巖性組合特征分四個巖性段，自下而上地層層序和巖性組合特征明顯，為本區和外圍勘查找礦提供了參考。

(2)礦體延展長度大于3km，出露寬度大于1km， 厚度大于500m，礦床規模為大型。

(3)礦體連續，沿走向、傾向厚度變化系數小于40%，礦體厚度穩定。

(4)礦層中有用組分含量高，有害組分含量低，沿走向、傾向及厚度方向，礦石質量穩定。礦石以Ⅰ級品為主，具有較好開發價值。

(5)受地表水影響，淺部礦石MgO、SO3含量低于深部。結合高鎂夾石體由地表向深部膨大增厚變化位置，推斷地表水影響深度不超過60m。