寧夏中衛市天景山石灰巖礦床劉崗井礦區地質特征及成因分析

鄭偉彬

（中國建筑材料工業地質勘查中心寧夏總隊,寧夏 銀川 750021）

石灰巖是制造石灰、水泥、電石及冶金等行業不可或缺的原料, 同時也廣泛應用于石油、化工、農業、輕工、橡膠、塑料、造紙、環保等行業[1]。石灰巖作為寧夏的優勢礦產之一,屬重點勘查礦種。其中中衛市天景山- 米缽山石灰巖勘查區屬于寧夏重點礦產資源勘查區, 劉崗井礦區位于天景山- 米缽山石灰巖勘查區的西北部。

1 區域地質背景

劉崗井礦區所在區域綜合地層劃屬柴達木- 華北地層大區(Ⅲ),阿拉善地層區(Ⅲ3),阿拉善南緣地層分區(),景泰- 中寧地層小區()[2]。

區域內出露的地層有奧陶系徐家圈組、米缽山組、天景山組,泥盆系中寧組,新近系張恩堡組以及第四系坡積- 洪積層等地層,地層的主要為奧陶系中- 下統天景山組臺地碳酸鹽巖和米缽山組斜坡- 深水盆地相碎屑巖夾滑塌碳酸鹽巖建造,沉積巨厚(見圖1)[3]。礦區所在區域大地構造處于柴達木- 華北板塊(Ⅲ),阿拉善微陸塊(Ⅲ4),騰格里早古生代增生楔(),衛寧北山- 香山晚古生代前陸- 上疊盆地(),香山褶斷帶()(見圖2)。

圖1 區域地質簡圖

礦區構造屬寧夏香山- 天景山逆沖推覆構造的中間轉折部。寧夏香山- 天景山地區逆沖推覆構造位于柴達木- 華北板塊的鄂爾多斯地塊西緣、阿拉善微陸塊南緣、祁連早古生代造山帶北緣。加里東時期構造運動使其褶皺隆起, 形成軸向北西- 北北西的復式褶皺和斷裂,造山帶初具雛形,中泥盆世末期,鄂爾多斯西緣南部發生褶皺和逆沖推覆作用, 致使上泥盆統角度不整合于其上[4]。在前第四系受強烈擠壓,形成數條次級斷裂,第四系以來斷裂活動加劇,除擠壓外還兼有明顯的左旋走滑特征(見圖2),造成地質體錯位,以及次級斷層間巖橋區拉分構造或擠壓隆起構造的形成。該推覆構造主要表現為老地層沿一系列斷層向北疊瓦狀仰沖于新地層之上,且呈上陡下緩的鏟形,逆沖巖席及多個飛來峰發育[4]。

圖2 區域大地構造簡圖

區域內斷裂極其發育,參差交錯,主要以北西向為主,次為北東向,褶皺不甚發育,F1 斷裂位于寧夏構造單元綜合區劃中天景山斷裂(區域大斷裂F10)中段[3]。上盤地層主要為奧陶系天景山組及泥盆系中寧組,下盤地層主要為泥盆系、古近系及新近系,局部第四系。斷面傾向南西,傾角30°～50°,斷層面整體呈上部陡下部緩的舒緩波狀。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區出露地層有古生界奧陶系下中統天景山組(O1-2t)、新生界第四系全新統坡積- 洪積層(Qhdl-1p),現概述如下:

奧陶系天景山組(O1-2t)分為兩個巖性段,天景山組第一段(O1-2t1)地表未出露,僅出現于礦區內施工鉆孔底部,主要巖性為灰、磚紅色厚層灰質白云巖、厚層細晶白云巖,細晶結構,塊狀構造。受地質構造影響,基巖裂隙面、節理面整體發育,局部極發育,敲擊易呈碎塊狀,裂隙面見褐紅色鐵質浸染。局部見厚層微晶灰巖、灰色白云質灰巖呈透鏡體狀發育。巖層產狀: 傾向5°～55°,傾角10°～37°。與上覆奧陶系天景山組第二段(O1-2t2)呈整合接觸,綜合地層厚度大于77.74 m。天景山組第二段(O1-2t2)礦內大面積出露,裸基巖露,局部見少量殘坡積物覆蓋,沿走向貫穿于整個勘查區,巖性主要為灰- 深灰色厚層泥質網紋微晶灰巖,微晶結構,塊狀構造,泥質網紋較發育,局部方解石細脈發育,脈寬1～8 mm,風化面局部呈雨痕狀、雞爪狀。底部夾少量灰色厚層白云質灰巖、灰質白云巖、灰白- 淺灰色厚層微晶灰巖[5], 呈透鏡體狀發育。巖層產狀: 傾向5°～55°,傾角10°～37°,綜合地層厚度171.15～263.62 m。

第四系全新統坡積- 洪積層(Qhdl-1p):廣泛分布于礦區東北部平緩地帶,為灰、灰褐色礫石、巖塊及細砂,礫徑約3～40 cm,磨圓度、分選性均較差。

2.2 構造

礦區附近見F1 逆斷層及B1 斜歪背斜構造。

F1 逆斷層:位于勘查區北東部,在勘查區內延伸長度約0.5 km,總體走向304°左右,斷面向南西傾,傾角42°。該斷層切割了天景山組、中寧組地層。上盤巖性為奧陶系天景山組灰色厚層泥質網紋灰巖、白云質灰巖、白云巖等,下盤巖性為泥盆系中寧組(D3z)紫紅色中厚層中細粒長石砂巖。受兩盤拖曳牽引影響,越靠近斷層,地層傾角越大,受該逆斷層應力影響,斷層兩側基巖節理、裂隙發育,巖層存在明顯的碎裂化構造特征。

B1 斜歪背斜: 礦區南部發育一斜歪背斜構造B1,軸向280°, 延伸0.89 km, 軸面北東傾斜, 傾斜角約65°,核部及兩翼地層均由天景山組地層組成,北東翼傾角12°～38°,南西翼傾角31°～35°。該背斜原區調成果未劃定,礦區詳查工作勘查施工時,地表標志層(灰白色微晶灰巖)在鉆孔的出露位置與地表出露位置與原設計位置不符, 經地層巖性以及巖心軸夾角等方面共同研究確定了該背斜的存在, 受該背斜以及區域斷裂的影響, 劉崗井地區的巖層產狀在遠離斷層及深部位置傾角趨于平緩(見圖3),同時礦區內巖層傾向北東,與礦區南面及西面的大部分區域巖層傾向相反,礦區外圍巖層傾向南西, 分析原因可能是天景山大斷裂形成時,礦區內的地層受力發生擠壓變形,先形成小規模的背斜,后期繼續受力,發生錯動,形成區域大斷裂(見圖4)。

圖3 劉崗井礦區剖面圖

圖4 礦區構造機理圖

3 礦床地質特征

礦區內石灰巖礦主要賦存于奧陶系下中統天景山組第二段(O1-2t2)中,依據化學分析結果,礦層全部為水泥用石灰巖,未發現電石用石灰巖。礦層中存在透鏡體狀黑色冶金熔劑用石灰巖,因現有礦區范圍小,且熔劑用石灰巖規模較小,連續性一般,本次未單獨進行圈定。依據巖性組合特征,將石灰巖礦層共劃分為1 層水泥灰巖礦層,編號為K。

3.1 礦層形態、規模、產狀等特征

K 礦層總體走向北西- 南東向, 在礦區內沿走向延伸長約0.64 km, 地表出露寬度336～550 m, 埋深0～340 m,主要巖性為灰色、深灰色厚層泥質網紋微晶灰巖,淺灰色厚層微晶灰巖。K 礦層位于斜歪背斜北東翼,傾向5°～55°,傾角10°～37°,該礦層地表順坡,勘查線剖面控制厚度十分有限, 主要通過鉆孔對礦層進行控制,經鉆探工程取樣驗證,礦層深部產狀受背斜B1 影響趨于平緩,但礦區礦層都位于背斜的北東翼。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石礦物組成

礦石主要由碳酸鹽礦物、少量石英、陸源碎屑及不透明礦物組成,沿巖石中的裂隙或裂紋,次生的方解石、白云石等分布其中,顯示兩期構造特征。

3.2.2 礦石結構、構造

根據野外觀察,結合巖礦鑒定結果,水泥灰巖礦石具有粉晶- 微晶結構,塊狀構造。

3.2.3 礦石類型和品級

根據礦石的宏觀特征結合結構、構造可將礦石分為厚層泥質網紋微晶灰巖、厚層微晶灰巖兩種礦石自然類型, 按照工業用途劃分為1 個工業類型即水泥用灰巖,礦石品級為Ⅱ級品。

3.3 礦層化學成分及其變化情況

K 礦層各單工程及平均品位(單工程厚度加權)為:CaO 含量在38.84%～54.12%之間,平均值50.38%,品位變化系數為4.29%, 屬于分布很均勻;MgO 含量在0.08%～9.09%之間, 平均值1.57%, 品位變化系數為50.42%,屬于分布不均勻;fSiO2含量在0.40%～8.92%之間,平均值3.55%,品位變化系數為38.22%,屬于分布均勻,該礦層礦石品位總體變化較穩定。

同時該礦區有用、有益和有害組分等的含量,統計如下:Al2O3平均為0.87%;Fe2O3含量0.51%;K2O 含量0.184%;Na2O 含量0.045%;SiO2含量5.38%;SO3含量0.034%;Cl-含量0.013%;燒失量41.27%。

礦區中礦石SO3、K2O、Na2O、Cl-含量均低于水泥用石灰巖礦一般工業指標要求。礦石中伴生的有害元素含量分布無明顯規律,變化區間小。礦區內礦石中未發現有綜合利用價值的伴生有用、有益組分;伴生的有害組分在礦層中分布較穩定,含量較低,對礦石質量影響較小,滿足水泥用石灰巖原料一般工業指標要求。

3.4 圍巖及夾石特征

礦區水泥灰巖礦層無頂板, 礦層底板主要巖性為奧陶系下中統天景山組灰- 灰紅色厚層灰質白云巖、灰色- 深灰色厚層白云質灰巖、細晶白云巖等。

礦層中的夾石受地層控制,在空間上多呈似層狀、透鏡狀。夾石主要為MgO、fSiO2含量超標、CaO 偏低的厚層泥質網紋微晶灰巖、白云質灰巖及灰質白云巖等巖層。

4 礦床成因

4.1 礦床成因

礦區含礦層為奧陶系中下統天景山組地層, 主要巖性為厚層的淺灰- 深灰色泥質網紋微晶灰巖, 底部見少量厚層白云質灰巖、灰白- 淺灰色厚層微晶灰巖、灰質白云巖呈透鏡體狀發育。含礦層厚、規模大,礦層產狀較穩定。初步推斷該處石灰巖應屬于淺海相碳酸鹽臺地同生沉積礦床[6],沉積原始環境較為穩定。

4.2 找礦標志

礦區內賦礦層位為奧陶系下中統天景山組第二段,水泥用石灰巖礦區內大面積存在,礦區附近存在部分采礦權, 主要開采電石灰巖及黑色冶金熔劑用石灰巖, 這兩者巖性一般為淺灰色厚層微晶灰巖, 層厚10～30 m,多賦存于天景山組第二段中下部。因此可作為今后天景山地區找尋電石灰巖及黑色冶金熔劑用石灰巖礦產的標志。

5 結論

劉崗井地區水泥用石灰巖礦層賦存于奧陶系下中統天景山組第二段,礦床形態受構造影響較大,礦層傾角在遠離斷層及深部位置傾角趨于平緩, 礦層整體化學成分穩定。礦床屬于淺海相碳酸鹽臺地同生沉積礦床,沉積原始環境較為穩定。品位較高的電石灰巖及黑色冶金熔劑用石灰巖一般為淺灰色厚層微晶灰巖,多賦存于天景山組第二段中下部。