河南內鄉縣北崗水泥用石灰巖礦床地質特征及成因淺析

周 輝，李永良，劉自立，馬 群，周 娟，宋 鵬，張 磊

(中國建筑材料工業地質勘查中心河南總隊，河南 信陽 464000)

河南省內鄉縣北崗水泥用石灰巖礦是豫南地區優質的水泥原料礦山，礦石質量好，現分東、西兩礦段開采利用，加工技術性能優良。本文分析了成礦地質特征，初步總結了礦床成因為淺海相生物化學沉積成因礦床，對內鄉及周邊地區水泥灰巖找礦具有一定的指導意義。

1 區域地質背景

大地構造位置位于秦嶺褶皺系(II)南秦嶺褶皺帶(II2)中段，荊紫關—師崗地向斜褶皺束(II22)東端[1]。礦區位于秦嶺復雜造山帶東段南支[3]，揚子地塊北緣，受荊紫關—師崗復向斜的影響，區域地層以褶皺軸部(梁溝—北崗—師崗)為界，南北大致對稱產出，核部為石巖系地層，兩翼依次為泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系、震旦系及新生界。區內斷裂構造多發育于荊紫關—師崗復向斜的兩翼，走向與復向斜軸向基本一致，即120°～140°。區域巖漿巖總體不發育。

2 礦區地質特征

礦區內出露地層主要為下石炭統梁溝組(C1l)上、下段及少量新近系上新統(N2)(圖1)。

圖1 礦區地質簡圖

礦區位于荊紫關—師崗復向斜靠近核部的北翼東段，該向斜對礦區內構造起到控制作用。石炭系地層構成向斜構造，核部大部分由梁溝組上段第四層組成，在1 線以東由梁溝組上段第三層組成，兩翼由梁溝組上段第三層、第二層、第一層和梁溝組下段組成。礦區斷裂構造不發育，僅在礦區西部發育有F1 斷層，分布于7 線南端兩側，延伸約300m，破碎帶不明顯，為一正斷層，垂直斷距10m左右，斷層對礦石質量、開采技術條件沒有明顯影響，礦區無巖漿巖活動。

3 礦床地質特征

3.1 礦體地質特征

礦體賦存于石炭系梁溝組上段地層中，巖性為淺灰、灰白、深灰色中厚層—厚層條帶狀灰巖、灰白色致密灰巖、含生物碎屑灰巖、含燧石團塊灰巖等，礦體沿走向延伸控制長度約2 000m，寬度50 ～1 500m。由北西向南東出露寬度逐漸變窄，平面上呈舒緩的斜“V”字型，巖層產狀與地層產狀一致，北東翼為240°～260°∠33°～58°，南西翼為38°～70°∠16°～35°(圖2)。

圖2 勘探線地質簡圖

全礦層厚度受向斜構造及剝蝕影響，礦層厚度在走向上由南東至北西方向逐漸增厚，厚度變化系數為42.9%～59.7%；兩翼礦層厚度基本一致，變化不大，說明礦層沿傾向厚度基本穩定(表1)。

表1 各工程厚度變化統計表

3.2 礦石質量特征

(1)礦石類型。

礦石自然類型劃分為條帶狀灰巖、灰白色致密灰巖、含生物碎屑灰巖、含燧石團塊灰巖四種，分別對應梁溝組上段一至四層主要巖石類型。其中條帶狀灰巖占比10.0%，灰白色致密灰巖約占比5.1%，含生物碎屑灰巖占比27.9%，含燧石團塊灰巖占比43.0%。礦石結構為泥晶結構、生物碎屑結構、含燧石團塊結構。礦石構造為條帶狀構造、塊狀構造[7]。

(2)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%)[2]。礦石中主要有用組分CaO 平均含量53.12%；主要有害組分平均含量MgO 0.96%，K2O+Na2O 0.12%，SO30.04%；Cl-0.004%；其他組分平均含量：SiO22.69%、Al2O30.48%、Fe2O30.22%、燒失量41.99%、fSiO21.94%。主要化學組分CaO、MgO 沿走向和傾向方向變化不大[8]，質量較穩定(表2)，為高鈣、低鎂、低鉀鈉的水泥用石灰巖[4-6]。

表2 礦石主要化學成分變化結果 (單位：%)

3.3 礦體頂底板圍巖及夾石

本礦區內礦體無頂板，底板為梁溝組下段(C1l1)泥灰巖、白云質灰巖夾灰質泥巖。礦體內共有8 個不連續夾層，呈楔狀、透鏡狀、似層狀產出。由于夾層較薄且不連續，對礦體的連續性沒有影響。夾石按照體積加權平均后，礦石平均化學成分為：CaO 50.59%、MgO 1.28%，仍能滿足水泥用灰巖工業指標要求；其中第四層含燧石團塊灰巖局部因燧石含量較高，夾石fSiO2含量略高于工業指標要求，混采時需合理布局，進行礦石均化處理。

4 礦床成因分析

石炭紀古地勢北東高，南西低，海盆向南西變深，海侵方向自南而北，各期古地理環境的變遷是不均衡的。石炭紀基本上繼承了泥盆紀的沉積環境，早石炭紀早期，淺海盆地縮小，濱海沼澤相、局限海臺地相和臺地邊緣相分布較廣，以碳酸鹽巖沉積為主；中期大規模海退，陸源碎屑物增多；晚期海水加深，碳酸鹽巖沉積占主導地位。中晚石炭世，海域范圍與早石炭紀后期相似，地殼相對比較穩定，陸源碎屑貧泛，這時期皆為碳酸鹽巖沉積。

在礦區內，礦層為一套淺海—濱海相碳酸鹽沉積相，最大特點是沉積物顏色由深變淺，內碎屑發育，巖石組合為灰—淺灰白色微—細晶條帶狀灰巖、致密灰巖、生物碎屑灰巖或含燧石團塊(條帶)隱晶灰巖。在礦區巖石中發現產有珊瑚、孔蟲、筵類及腕足類生物化石。因此，內鄉北崗水泥石灰巖礦床屬淺海相生物化學沉積成因[9-10]。

5 結論

(1)礦床賦存于上古生界下石炭統梁溝組地層中，礦體賦存于荊紫關—師崗復式向斜的兩翼，礦體延伸控制長度約2 000m，寬度50 ～1 500m，最大厚度307.14m，礦床規模為大型。

(2)礦石中主要有用組分CaO 平均53.12%，有害組分很低，礦石質量優，具有較好開發價值。

(3)內鄉北崗水泥石灰巖礦床屬淺海相生物化學沉積成因的碳酸鹽巖礦床。