新疆木壘縣大石頭一帶石灰巖礦床地質特征及成因分析

隆 云

(中國建筑材料工業地質勘查中心新疆總隊，新疆 烏魯木齊 830000)

木壘縣大石頭一帶石灰巖礦產資源豐富，2016～2021年期間，通過開展石灰巖礦找礦、普查、詳查工作，基本查明了石灰巖賦礦地層，圈定了石灰巖礦體，本文對該區石灰巖礦地質特征及成因類型進行歸納總結，為今后石灰巖找礦評價提供指導。

1 區域地質背景

礦區大地構造位置地處博格達石炭紀—二疊紀裂谷三級構造單元內，進一步以主干斷裂F1劃分出兩個四級構造單元分別為：阿克塔斯—烏宗布拉克北東向寬緩撓褶構造帶【喀拉墩—阿克闊臘撓曲型向斜(①號)】、博斯塘—西地北東向弧形斷褶構造帶【夏克爾闊臘—庫爾尕克希盆克特寬緩弧型背斜褶皺(②號)及江湖里—吐尤克薩依復式向斜(③號)】，位于②號背斜南翼及③號復式向斜內(圖1)。

圖1 新疆木壘縣大石頭一帶構造綱要圖

區域出露地層主要有上石炭統柳樹溝組(C2l)、祁家溝組(C2qj))、二疊系阿爾巴薩依組(P2are)及第四系等，區域地層巖性為一套中基性火山巖+粗碎屑巖+碳酸鹽巖組合。祁家溝組為區域內石灰巖礦的賦存層位[1-2](圖2)。

圖2 新疆木壘縣大石頭一帶區域地質圖

區域斷裂構造較發育，整體構造方向以北東向為主，褶皺發育方向與構造方向基本一致。

區域侵入巖發育，為晚石炭世的輝綠巖，位于東西北側、西南角及南部。多呈脈狀、巖墻產出，出露長500～3 700m，寬20～600m，多數巖體與地層界線相切，少數順層狀產出。

區域火山巖類發育，F1斷層以北為二疊紀阿爾巴薩依組偏堿的基性、中酸性及酸性火山巖組合；F1斷層以南主要分布有下部層位的早石炭紀柳樹溝組，以中基性火山巖為主，上部層位晚石炭紀的祁家溝組以中基—中酸性組合明顯。火山巖層形態相對穩定，沉積巖層整合產出。火山碎屑巖以凝灰巖類為主，具有較明顯的火山殘破機構[3]。具有海陸交互相火山巖層的地質特征，屬于火山巖與沉積巖互層的結構類型。

區域變質作用較低，主要形成低綠片巖相變質的巖石，發育廣泛密集的脆韌性透入性面理構造。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區出露地層主要為上石炭統柳樹溝組第二段(C2l2)和祁家溝組(C2qj)。

柳樹溝組分布于礦區的西北部，主要巖性為灰綠色蝕變玄武巖，屬玄武巖—角斑巖組合，屬雙峰式火山巖建造，地層厚度424.22m，祁家溝組大面積出露在礦區，主要巖性為千枚巖、含生物碎屑微晶灰巖、凝灰巖，其中灰—灰白色含生物碎屑微晶灰巖為礦體[4]，呈透鏡體狀產出。地層產狀為：96°～250°∠26°～87°，305°～355°∠55°～73°，厚1 985.05～4 883.64m，二者為不整合接觸關系。

祁家溝組為石灰巖礦體賦礦層位，對各巖性段的特征描述如下：生物碎屑微晶灰巖：地表呈灰白色、灰—深灰色，呈正地形出露，巖石較完整，長1 435m，寬80～360m，地 層 產 狀 為：110°～158°∠27～45°，與圍巖玄武巖呈不整合接觸，與圍巖鈣質千枚巖呈整合接觸；千枚巖：地表呈灰綠色，鱗片狀，片理化發育，呈斷續出露，界線清晰。長2 115m，寬15～235m，產狀為110°～148°∠31°～46°，與生物碎屑微晶灰巖呈整合接觸；凝灰巖：地表呈淺灰綠色、灰綠色，基巖出露良好。長2 100m，寬940m，與鈣質千枚巖呈整合接觸。

祁家溝組地層巖石組合地質特征明顯，表現為一套海陸交互相陸源粗碎屑巖+碳酸鹽巖建造，具陸相特征的礫巖層(圖3b)或長透鏡體石灰巖沿不整合面分布，碳酸鹽巖層多呈產狀平緩的船型體漂在高處(圖3a)，十分醒目。原巖特征保留完好，沉積巖類及火山巖類結構、構造特征較具典型，野外觀察易于辨認。

圖3 祁家溝組地層巖石組合

2.2 構造

礦區內未見明顯斷裂和褶皺，但受礦區附近的區域大斷裂擠壓影響，礦體形態有所變化，對礦體質量影響較小，礦體連續性好。地層整體呈單斜層狀產出。

2.3 巖漿巖

礦區內除1、2、3號礦體發育侵入巖外，其余不發育，分布于晚石炭紀柳樹溝和祁家溝組中，侵入巖為輝綠巖，單層厚 5～200m；火山巖大面積出露，屬晚石炭世早期柳樹溝亞旋回火山巖和晚石炭世早期祁家溝亞旋回火山巖。主要出露巖性為杏仁狀安山巖、灰綠色蝕變玄武巖，屬玄武巖—角斑巖組合，屬雙峰式火山巖建造，變質巖分布于礦區中南部及礦體中部以透鏡體形式分布，出露巖性為千枚巖，地表呈灰綠色，鱗片狀，片理化發育。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

礦區內石灰巖礦體賦存于祁家溝組地層中，圈定的5個礦體，長140～3 800m，寬30～476m，厚33～387.65m(表1)，礦石類型為含生物碎屑微晶灰巖(圖4)，礦石組分穩定，以水泥用礦石Ⅰ級品為主。地表基巖裸露良好，基本無覆蓋，呈正地形出露地表，礦體圍巖分別為千枚巖、硅質泥巖、玄武巖、安山巖，長225～2 555m，寬90～910m，夾石為千枚巖、輝綠巖，長73～1 235m，寬4～106m。

表1 礦體基本特征一覽表

圖4 礦區典型13號勘查線剖面簡圖

1號礦體：構造形態為一向斜，地表出露呈倒 “V”字形展布。礦體長2 040m，寬85～325m，厚度33～138.28m，總體產狀116°～250°∠ 26°～84°，礦石質量變化不大，較穩定，礦體內見非礦夾層為輝綠巖脈。頂板為硅質泥巖，底板為安山巖。

2號礦體：呈北東—南西向長透鏡體狀展布，出露長1 460m，寬約360m，厚126.33～387.65m，地層產狀為：110°～158°∠27°～46°，礦石質量變化不大，總體礦石質量較好，礦體內見非礦夾層為千枚巖，含礦夾層為質量不合格的石灰巖，頂板為千枚巖，底板為玄武巖。

3號礦體：呈單斜的薄層狀產出，出露長140～545m，寬33～110m，厚36.90～39.15m，產狀：156°～204°∠77°～83°。礦石類型含生物碎屑微晶灰巖，礦石質量變化不大，較穩定，頂板為硅質泥巖，底板為安山巖。

4號礦體：礦體呈近東西向不規則的“N”形條帶狀產出，出露長3 800m，寬42～476m，厚67.42～325.34m，總體呈向北東傾斜的單斜層狀產出，產狀：96°～162°∠47°～76°，305°～355°∠55°～73°。礦石類型含生物碎屑微晶灰巖，礦體厚度變化不大，總體呈較穩定，頂板為千枚巖，底板為玄武巖。

5號礦體：位于區內西南部，出露形態呈“豆芽”狀透鏡體，出露長266～565m，寬30～470m，厚15.18～113.52m，產狀：110°～135°∠77°～78°，礦體內未見非礦夾層，礦石質量變化不大，總體較穩定，頂板為千枚巖，底板為玄武巖。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石自然類型及結構構造

礦區內5個礦體的礦石自然類型為含生物碎屑微晶灰巖(圖5)。呈灰—灰白色，微晶結構，塊狀構造。主要以微晶方解石為主(98%)，見少量生物碎屑(2%)，生物碎屑呈碎片狀，粒徑約0.1×1.6mm，以海百合莖(具單晶結構)等生物碎片，殼體由方解石組成；微晶方解石，粒徑＜0.3mm，少量＜0.1mm粉晶和細晶，粗細分布不均勻，受應力作用略有塑變拉長，長軸平行定向排列。

圖5 石灰巖地表和深部鉆孔照片

3.2.2 礦石化學成分

通過對比5個礦體礦石自然類型相同，礦體礦石的化學組分平均含量詳見表2。分析表明：5個礦體礦石質量沿走向、傾向變化較穩定，礦石品級均達到水泥用石灰質原料礦石Ⅰ級品的要求，部分礦體中礦石質量達到了電石用化學成分一般要求。

表2 礦石化學組分平均含量統計表 (單位：%)

礦床品位：CaO 44.28%～55.73%，平均52.65%；MgO 0.03%～1.89%，平均0.46%；SiO20.34%～15.11%，平均3.66%；Al2O30.07%～5.20%，平均0.64%；Fe2O30.08%～1.76%，平均0.39%；K2O 0.010%～0.570%，平均0.116%；Na2O 0.009%～0.415%，平均0.084%；SO30.006%～0.219%，平均0.037%；P2O50.024%～0.219%，平均0.062%；Cl-0.000 9%～0.016 0%，平均0.004 3%；燒失量 29.75%～43.48%，平均41.56%，礦石質量變化不大，總體呈較穩定，質量較好[6,11-13](圖6)。

圖6 石灰巖礦體有益有害含量變化曲線圖

3.2.3 圍巖及夾石特征

2、4、5號礦體頂板為千枚巖，底板為玄武巖， 1、3號礦體頂板為硅質泥巖，底板為安山巖，頂底板出露長225～2 555m，寬90～910m，厚＞68.26m。斑狀結構，塊狀構造。圍巖品位不滿足水泥廠對火山灰質混合材料的要求。

夾層為千枚巖、輝綠巖，長73～1 235m，寬4～106m，厚3.82～77.70m。硅酸率和鋁氧率不滿足水泥配料規范要求。

3.3 礦產成因分析

根據上石炭統柳樹溝組(C2l)地層中基性火山巖的特征，劃分為一個噴發—沉積—噴發的火山旋回，之后的火山間歇期，祁家溝組地層在沉穩期按照粒徑大小先后沉積，形成紫紅色砂巖、砂礫巖，灰白—灰色生物碎屑灰巖、沉凝灰巖、灰綠色玄武巖，紫紅色火山角礫巖等巖性組合，石灰巖礦體主要成分的碳酸鹽巖，是在淺海環境中碳酸鈣溶液飽和，從水體中沉淀形成的，主要分布于低緯度帶無河流注入的清澈而溫暖的淺海陸棚環境以及濱岸地區。由于碳酸鹽過飽和沉淀需要排出二氧化碳氣體，海水溫度升高和海水深度變小都有利于水中二氧化碳排放，促進碳酸鈣過飽和沉淀形成石灰巖礦體[7,10,17]。因此，木壘縣大石頭一帶石灰巖礦床成因類型為海陸交互相沉積礦床。

石灰巖具有較強的抗風化剝蝕能力，圍巖抗風化剝蝕能力較弱，祁家溝組的中部突兀山脊或半山腰的灰白色條帶狀透鏡體為石灰巖礦的主要找礦標志。

4 結論

(1)木壘縣大石頭一帶石灰巖礦體賦存于上石炭統祁家溝組地層中，所圈定5個石灰巖礦體，呈單斜層狀產出，出露長266～3 800m，寬30～476m，厚33～387.65m，整個區域石灰巖礦總體規模較大。

(2)礦石自然類型含生物碎屑微晶灰巖。礦床平均品位為CaO 52.65%、MgO 0.46%、K2O 0.116%、Na2O 0.084%，礦石具有高鈣、低鎂、低堿的特征。可用于生產水泥、電石，礦山開采技術條件良好，內外部建設條件優越，開發利用前景較廣。

(3)該區域石灰巖礦床成因類型為海陸交互相沉積礦床。