陽泉地區奧陶系馬家溝組石灰巖成礦特征分析

王浩乾，王波濤，郭政斌，王明明

(中國冶金地質總局三局，山西 太原 030000)

石灰巖用途廣泛，是冶金、建材、化工、輕工、農業等產業的重要工業原料，是一種與社會經濟發展密切相關、重要的非金屬礦產[1]。

陽泉地區石灰巖主要賦存于奧陶系馬家溝組，主要用途為：熔劑用石灰巖、水泥用石灰巖、建筑石料用石灰巖等[2]。廣泛出露于區內中部、中東部，面積約2 482km2，占陽泉地區總面積的54%。全市現有石灰巖礦山75 個，采礦權面積約10km2,其中，水泥用石灰巖礦山3 個，總生產能力185 萬噸/年；熔劑用石灰巖礦山5 個，總生產能力160 萬噸/年；建筑石料用石灰巖礦山67 個，總生產能力600 萬噸/年。

筆者長期在陽泉地區進行石灰巖礦產勘查，根據多年勘查成果，對區內馬家溝組石灰巖的地質特征、巖性特征及成礦特征進行分析總結，對其成礦地質演化進行探討，為今后勘查、科學開發利用石灰巖礦產資源提供參考。

1 地質背景

研究區大地構造位于華北板塊(Ⅰ)山西塊隆(Ⅱ)沁水塊坳(Ⅲ)北緣盂縣塊坪東緣(Ⅳ)[3]。東部為太行山隆起，北部為五臺山隆起，南部為沁水塊坳，西部為新生代晉中斷陷盆地(圖1)。

圖1 研究區區域構造位置簡圖(a)，研究區地質簡圖(b)

奧陶系馬家溝組平面形態總體呈現為向北突出的弧形，分布面積約占該區的一半以上，是石灰巖礦床的主要賦礦層位。區內構造形態總體呈現為軸向北北東向展布的開闊平緩復式向斜，進一步劃分為西煙北東向斷褶帶、盂縣近東西向斷褶帶與娘子關北東向斷褶帶。

根據區域地質資料[2]，馬家溝組為山西早古生代地層中最上部的一個由碳酸鹽巖組成的巖石地層單位，與下伏的寒武系三山子組、上覆的上石炭中統本溪組均呈平行不整合接觸。馬家溝組實際上應屬群級巖石地層單位，但全國地層清理時，華北片統一處理為組級，劃分為6 個巖性段，總厚度多在350 ～620m 之間，巖性組合見表1。

表1 陽泉地區馬家溝組地層簡表

2 地層及巖性特征

本次工作收集了陽泉地區以往11 個勘查區資料[4-8]，結合區域地質資料，對區內馬家溝組地層及巖性特征歸納總結。以往勘查區以探求熔劑用石灰巖為主要礦體，以CaO、MgO、SiO2為主要分析項目[9]，這也是石灰巖的主要化學組分，因此本文主要依據CaO、MgO、SiO2百分含量對其成礦性進行評價分析。

2.1 地層特征

通過對陽泉地區奧陶系馬家溝組石灰巖分布地質特征綜合分析，劃分了6 個巖性段。由于各段地層沉積厚度不同、后期剝蝕等原因，在平面上展布形態以寬、窄條帶相間出現，總體分布特征為：馬家溝組1、3、5 段地層厚度較小，呈細條帶狀沿地形不規則分布，平面出露面積較小；馬家溝組2、4、6 段地層厚度大，呈寬條帶狀沿地形不規則分布，平面出露面積明顯大于1、3、5 段，其中尤以馬家溝組4、6 段出露面積較大，約占整個馬家溝組地層平面出露面積的80%以上(圖2)。各段地層的基本特征敘述如下：

圖2 研究區馬家溝組地層分布簡圖

(1)馬家溝組1 段：分布于研究區北東部、東部，地層厚度10 ～70m。主要巖性為泥質白云巖、白云質泥灰巖、白云質灰巖。

(2)馬家溝組2 段：連續分布于研究區內，地層厚度150 ～200m。主要巖性為花斑灰巖、少量泥晶灰巖及白云質灰巖互層。

(3)馬家溝組3 段：地層厚度10 ～65m，連續分布于研究區內。主要巖性為黃色角礫狀泥灰巖，局部可見厚約6 ～10m 左右的白云質灰巖。

(4)馬家溝組4 段：連續分布于研究區內，地層厚度150 ～200m，是研究區內出露面積最大的地層。主要巖性為花斑狀灰巖、白云質灰巖、黃色角礫狀泥灰巖等，各類巖性互層漸變出現。

(5)馬家溝組5 段：連續分布于研究區內，地層厚度10 ～60m，平面呈帶狀形態展布，分布寬度明顯小于其周邊的4、6 段地層。主要巖性為黃色角礫狀泥灰巖，局部可見厚約6 ～10m 的白云質灰巖。

(6)馬家溝組6 段：位于馬家溝組頂部，地層厚度11 ～90m。研究區內地層厚度不一，區內西部該段地層全部剝蝕，中部由北向南地層厚度逐漸變厚。主要巖性為厚層深灰色泥晶灰巖，局部可見1 層厚約2 ～4m 含白云質灰巖。

2.2 巖性特征及用途

馬家溝組地層主要巖性組成為泥晶灰巖、白云質灰巖、角礫狀泥灰巖和花斑狀灰巖，各巖性特征及用途敘述如下[4-8]：

(1)泥晶灰巖：新鮮面深灰色，風化面灰白色，礦物成分主要為隱晶—微晶方解石組成，含量95%以上，泥晶結構，塊狀構造。主要化學成分：CaO 50.03% ～55.35%，平均53.32%；MgO 0.194%～2.98%，平均1.12%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%。物理力學性能：飽和抗壓強度75.6MPa，吸水率0.02%。可作水泥、熔劑，局部品位較高的還可作電石、化肥等，其物理性能好，可作建筑石料。

(2)白云質灰巖：新鮮面灰色、灰黃色，風化面淺灰黃色，礦物成分主要為方解石，一般含量大于85%，次為微晶白云石，含量10%～ 15%；隱晶質結構，塊狀構造。主要化學成分CaO 47.03%～50.35%，平均49.32%； MgO 3.194%～5.98%，平均4.12%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%，物理力學性能：飽和抗壓強度71.3MPa，吸水率0.03%。可作黑色熔劑、建筑石料。

(3)角礫狀泥灰巖：新鮮面灰黃色、黃色，風化面淺黃色，礦物成分主要為方解石，一般含量大于75%，次為泥質及微晶白云石，含量12%～18%；角礫由細晶方解石、少量白云石及泥質組成。主要化學成分CaO 38.03%～48.16%，平均42.32%；MgO 6.17%～12.08%，平均10.12%；物理力學性能：飽和抗壓強度25.6MPa，吸水率2.36%。幾乎無工業利用價值。

(4)花斑狀灰巖：新鮮面灰色，風化面灰白色，礦物成分主要為方解石，一般含量大于90%，次為微晶白云石，含量5% ～10%；花斑由細晶方解石、白云石及泥質組成。主要化學成分CaO 47.03% ～52.35%， 平 均 51.41%； MgO 0.85%～3.98%，平均2.45%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%；物理力學性能：飽和抗壓強度65.5MPa，吸水率0.02%。可作水泥、黑色熔劑、建筑石料。

3 成礦特征分析

總體來說馬家溝組1、3、5 段氧化鈣含量較低，氧化鎂含量高，物理力學性能差，幾乎無工業利用價值。

馬家溝組2、4 段地層均可作水泥用[10]，少量較好的石灰巖可作黑色冶金用[2-3]，與6 段地層相比，其氧化鈣含量通常偏低，氧化鎂含量通常偏高，不可用作有色冶金熔劑、電石等。通常可見3 ～4 層礦體，含2 ～3 層夾層。全段地層物理力學性能好，可用作建筑石料。

馬家溝組6 段幾乎全部可以用作各類用途的石灰巖[4-8]，化學成分穩定，僅在局部可見一薄層白云質灰巖，其氧化鎂含量較高，不可用作水泥用、熔劑用等。全段地層物理力學性能好，可用作建筑石料。作為礦體，其通常裸露地表，僅在局部可見少量第四系黃土覆蓋，底板為馬家溝組五段，礦床開采技術條件好，易于開采。研究區西部因后期剝蝕幾乎不可見，主要出露于中部、南部，出露范圍內地層厚度呈現規律性變化，北部較薄，南部較厚。如北部獐兒坪村熔劑灰巖礦該段厚度平均為28m[11]，向南高垴莊熔劑灰巖礦區內該段厚度平均為50m，最南部棗嶺、趙家莊該段厚度已達80m。

4 礦床地質成因分析

自晉寧運動后，山西地區整體上升陸地，遭受了長期侵蝕與剝蝕作用。從古生代寒武紀開始沉降，海水自南向北涌入，形成早古生代寒武紀—奧陶紀陸表海沉積。

中奧陶世早期，海水初侵，早期沉積了馬家溝1段泥灰巖、白云質灰巖；中期海水加深，沉積了馬家溝組2 段中下部局限海潮間泥坪相中厚層泥晶灰巖；晚期開始地殼抬升，交替沉積了2 段上部潮間—潮上泥云坪相泥晶灰巖和泥質白云巖。中奧陶世中期處于潮上膏云坪環境，沉積了馬家溝組3 段含膏溶角礫巖的泥灰巖和石膏層，之后海水加深，沉積了馬家溝組四段潮間—潮上泥坪相泥晶灰巖、花斑灰巖。

進入晚奧陶世，早期再次處于潮上膏云坪環境，沉積了馬家溝組5 段薄層狀泥質白云巖、膏溶角礫巖。晚期海水達到奧陶紀以來的高峰，沉積了馬家溝組6 段厚層狀泥晶灰巖、生物碎屑灰巖。馬家溝組沉積之后，由于加里東運動影響，形成晉冀魯豫上升，使山西早古生代地殼抬升為陸，長期受侵蝕、剝蝕而未接受沉積[12-13]。

5 結論

(1)馬家溝組1、3、5 段地層厚度小，平面形態表現為細條帶狀；馬家溝組2、4、6 段地層厚度大，平面形態表現為寬條帶狀。其中尤以馬家溝組4、6 段出露面積較大，約占整個馬家溝組地層出露面積的80% 以上，是石灰巖礦產資源的主要賦存層位。

(2)馬家溝組各段地層的含礦性差異大，表現出明顯的規律。馬家溝組1、3、5 段幾乎無工業利用價值；2、4 段灰巖可作水泥用，少量較好的石灰巖可作黑色冶金用，通常可見3 ～4 層礦體，全段地層物理力學性能好，可作建筑石料用；6 段灰巖化學成分穩定，氧化鈣含量高，氧化鎂含量低，物理性能好，可以作各類工業用途。

(3)馬家溝組地層垂向上地層層序以1、3、5 段白云質灰巖與2、4、6 段石灰巖成對交替發育，反映該階段地殼運動以周期性垂直升降，造成頻繁的海進、海退更疊，整體具局限海碳酸鹽巖臺地沉積特征。