河南鶴壁全寨—田溝一帶冶鎂白云巖礦床地質特征與找礦前景分析

張道闊，羅玉濤，王東霞，楊國強

(河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450000)

河南鶴壁市礦產資源豐富，已發現各類礦產33種，探明儲量的有23種，主要為煤炭、水泥灰巖、白云巖、石英砂巖、耐火粘土等[1]。其中，冶鎂白云巖為鶴壁市的優勢礦產。截至2021年底，鶴壁探明冶鎂白云巖資源量約3.32億t。依托優質的白云巖資源，鶴壁已發展成為河南省鎂產業最為集中的地區[2]，作為金屬鎂加工產業示范基地，形成了從“白云巖—原鎂—高純鎂/高品質鎂/鎂粉/鎂屑—高性能鎂合金/鎂犧牲陽極—鎂合金壓鑄件/擠壓型材—汽車零部件等”較為完整的產業鏈。冶鎂白云巖是生產金屬鎂的主要原料[3-4]，其開發利用產生了良好的經濟效益，促進了當地社會經濟發展。鶴壁市白云巖集中分布于全寨—田溝一帶[5-6]，本文在總結該區白云巖礦床成礦地質背景、典型礦床特征基礎上，分析了區域找礦前景，為下一步找礦工作提供了依據。

1 成礦地質背景

區域位于華北地區，太行山臺拱與華北斷坳接壤地帶。地層屬華北地層區山西分區太行山小區，地層沉積顯示了“華北型”的地質特征[7]。區內廣泛出露寒武系、奧陶系淺海—濱海相碳酸鹽巖地層，新近系地層及第四系零星分布。構造比較簡單，褶皺不發育，以平緩的單斜地層為主；表層脆性斷裂較發育，主要為高角度正斷層。巖漿巖不發育。區域礦產主要有賦存于碳酸鹽巖地層中的白云巖、水泥灰巖、建筑石料灰巖、化工灰巖等。

2 典型礦床特征

鶴壁市全寨—田溝一帶已探明2處大型、1處中型白云巖礦床，分別是全寨白云巖礦床(大型)、柳林白云巖礦床(大型)、田溝白云巖礦床(中型)(圖1)。礦體均呈層狀賦存于中寒武統張夏組上段中，厚25.17～56.70m不等。各礦床化學成分平均含量MgO 20.52%～20.60%、CaO 30.88%～30.97%、SiO20.27%～0.62%、Al2O30.39%～0.61%，K2O+Na2O 0.09%～0.28%。礦石質量均達到冶鎂用白云巖一般工業指標質量要求(MgO≥20%，SiO2≤3%，K2O+Na2O≤0.3%)[8-9]，礦石工業類型為冶鎂白云巖。本文重點以柳林礦區作為典型礦床進行礦床地質特征總結。

圖1 區域地質礦產簡圖

2.1 礦區地質特征

柳林礦區地層出露簡單，有中寒武統張夏組，上寒武統崮山組、炒米店組和三山子組，下奧陶統含燧石團塊白云巖，溝谷底部有少量的第四系分布[3]。中寒武統張夏組分為上、下兩段，下段為灰色厚層狀鮞粒灰巖，上段為灰色厚層狀鮞粒白云巖，為賦礦層。上寒武統呈條帶狀廣泛分布在礦區的中部和東北及西北部，各組巖性主要為灰色、深灰色厚層鮞粒灰巖夾疊層石灰巖、條帶狀微晶灰巖、竹葉狀灰巖、細晶白云巖等。下奧陶統的含燧石團塊、燧石條帶白云巖零星分布于礦區邊部。

礦區為一略具波狀起伏的單斜地層，巖層產狀平緩，傾角一般在4°～10°左右，總體向北東傾斜。礦區發育2條北東向正斷層(F1、F2)，傾向北西，傾角約70°，均為高角度正斷層，斷距較小，不影響礦體連續性。礦區無巖漿巖出露。

2.2 礦體特征

礦體賦存于中寒武統張夏組上段(?2z2)，由鮞粒白云巖組成，嚴格受地層層位控制。礦體下伏地層為張夏組下段(?2z1)鮞粒灰巖，上覆地層為上寒武統崮山組(?3g)鮞粒灰巖。礦體形態簡單，呈層狀產出，產狀與地層一致，傾向北東，傾角4°～7°。

礦區共發現6個礦體(編號Ⅰ-Ⅵ)，長340～2 030m，出露寬86～170m，厚度31.8～55.15m，MgO含量20.01%～21.33%。規模較大的主礦體Ⅰ、Ⅱ特征如下(表1、圖2)。

表1 礦體特征一覽表

圖2 柳林礦區7勘探線剖面圖

Ⅰ礦體：位于和尚灘至柳林一帶，呈層狀產出，產狀平緩總體傾向北東，傾角4°～5°。礦 體 長1 250m，厚14.59～55.90m，平 均 厚42.35m。MgO含量19.34%～21.51%，平均20.51%。礦體在深部延伸較為穩定，深部MgO品位20.92%～21.44%，礦石質量好。

Ⅱ礦體：位于煙嶺溝至柳林一帶，呈層狀產出，產狀平緩總體傾向北東，平均傾角5°。礦體長1 080m，厚15.5～47.10m，平均厚38.38m。MgO含量19.62%～21.16%，平均20.07%。

2.3 礦石特征

(1)礦物組成及結構、構造。

礦石主要為鮞粒白云巖，少量的細晶白云巖。礦物成分簡單，主要由白云石組成，另含少量的鐵質、粘土等。白云石：呈自形—半自形粒狀，含量98%～99%；粒徑0.01～0.06mm，晶體之間為隱晶質白云石及鐵泥質成分；鐵泥質物含量1%～2%，充填于白云石晶體之間，并在白云石表面形成鐵泥質薄膜。

礦石以鮞粒結構為主，少量的細晶結構、碎屑結構，致密塊狀構造。鮞粒結構：由殘余鮞粒組成，殘余鮞近70%，可見鮞輪廓，但其內部已重結晶，大小為0.58～1.46mm，原巖鮞粒間為空隙式膠結。鮞粒由白云石構成，多呈它形晶，粒徑在0.01～0.06mm之間。鮞粒呈次圓—橢球狀，受極強白云巖化作用。鮞間填隙物＞30%，為重結晶細—粉晶白云石。

(2)礦石化學成分。

礦石中有益組分為MgO，有害成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O，其特征值及其變化見表2。經分析統計，MgO含量集中分布于20%～21.5%，占樣品總數的82.0%，＜20%的僅占樣品數的18.0%。礦石中有益組分較高，有害組分低，礦石質量好且穩定，滿足冶鎂白云巖質量要求[5]。

表2 礦石化學成分特征表 (單位：%)

2.4 礦體圍巖及夾石

礦體連續、質量穩定，無夾石。頂板為上寒武統崮山組深灰色厚層狀鮞粒灰巖和少量的第四系粉質粘土，底板為中寒武統張夏組下段灰色厚層鮞粒灰巖。

3 礦床成因淺析

全寨—田溝一帶白云巖礦體賦存于中寒武統張夏組上段，該段巖石主要類型為鮞粒白云巖，少量中細晶白云巖、碎屑白云巖，總體是在寒武紀陸表海環境下形成的一套厚層狀碳酸鹽巖建造。礦石主要由白云石殘余鮞粒組成，結構以鮞粒結構為主，少量的中細晶結構、礫屑結構。礦石構造有塊狀構造，塊狀層理、平行層理為主，可見三葉蟲屑。

研究表明，幾乎所有的鮞粒白云巖都是鮞粒灰巖經白云巖化改造而形成的[10]。而鮞粒灰巖的形成，是在溫暖淺水、中等擾動的淺海灘環境中，波浪和潮汐作用引起水介質的攪動，每攪動一次，生物碎屑、球粒、內碎屑、陸源碎屑等便處于懸浮狀態，同時促使二氧化碳從水體中逸出，過飽和的碳酸鈣圍繞碎屑顆粒沉淀一圈包殼，這樣周而復始的攪動，便形成具有一圈圈同心紋包殼的鮞粒。當鮞粒達到一定大小，其質量超過波浪、水流攪動的能量，便堆積在海底，不再被攪動，并為亮晶方解石膠結，形成亮晶鮞粒灰巖[11-12]。白云巖化作用則是由于障壁作用，海水含鹽度升高，海水濃縮而形成的。中細晶白云巖、碎屑白云巖的出現，單層變薄，證明海水變淺了，逐漸變成了有障壁海的潮坪環境。

綜上分析認為，該區白云巖是寒武紀時期在一個動蕩的陸表海鮞粒灘環境中形成的鮞粒灰巖經白云巖化作用形成，屬淺海相沉積型白云巖礦床。

4 找礦前景分析

區域已發現的白云巖礦床均產于中寒武統張夏組中，礦體的產出嚴格受含礦地層控制。根據區域含礦地層分布特征，認為在西北部的水峪、西南部的紂王殿—黃洞北、東南部的古石溝—東場西3個地區有良好的白云巖礦成礦地質條件，找礦前景好，劃分出3個找礦靶區。

(1)水峪找礦靶區(B1)：張夏組分布于水峪村東西兩側，出露厚度較穩定。發育北東向和北西西向兩組斷層。含礦層面積約5km2，通過找礦工作有望提交中型白云巖礦床一處。

(2)紂王殿—黃洞北找礦靶區(B2)：張夏組主要呈條帶狀分布于紂王殿—黃洞北一帶，延伸較為穩定。發育北東向和北西西向兩組斷層。含礦層面積約9.5km2，通過找礦工作有望提交大型白云巖礦床一處。

(3)古石溝—東場西找礦靶區(B3)：張夏組大面積出露于古石溝—東場西一帶，出露厚度較穩定，產狀較為平緩，傾角5～11°。發育北東向和北西西向兩組斷層。含礦層面積約29km2，通過找礦工作有望提交大型—超大型白云巖礦床一處。

區域尚未勘查評價的含礦層張夏組廣泛分布且厚度較穩定，總體找礦前景良好。根據鶴壁市鎂產業發展需要，適時在各靶區內開展地質勘查工作，有望探獲中大型白云巖礦床，可進一步保障冶鎂用白云巖礦產原料的供應。

5 結論

(1)區域白云巖礦均產于中寒武統張夏組中，礦體的產出嚴格受含礦地層控制。

(2)礦石自然類型主要為鮞粒白云巖，工業類型為冶鎂用白云巖。

(3)根據區域含礦地層的分布特征，認為在西北部的水峪、西南部的紂王殿—黃洞北、東南部的古石溝—東場西3個地區有良好的白云巖礦成礦地質條件，找礦前景好。