江西修水堝頭水泥用灰?guī)r礦地質(zhì)特征及成因分析

王亮發(fā)

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心江西總隊(duì)）

水泥為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展提供較大助力。而灰?guī)r為水泥生產(chǎn)的主要原材料，其質(zhì)量和規(guī)模對(duì)水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到限制作用。本研究依托修水縣堝頭礦區(qū)水泥用灰?guī)r礦詳查成果，通過(guò)礦區(qū)水泥用灰?guī)r礦地質(zhì)特征及成因分析進(jìn)行總結(jié)，確定地區(qū)找礦方向，為地區(qū)有序開(kāi)展礦產(chǎn)規(guī)劃提供相應(yīng)科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

堝頭礦區(qū)位于江西省修水縣城4°方向，直距約12 km處，礦區(qū)屬修水縣四都鎮(zhèn)管轄，交通較便利。礦區(qū)屬低山丘陵地形，山體總體走勢(shì)呈北東向，基巖出露較好，為一中型水泥灰?guī)r礦床。

礦區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ）江南臺(tái)隆（Ⅱ）修水—都昌臺(tái)陷（Ⅲ）修水—武寧凹褶斷束（Ⅳ）西端北翼［1］，即走向北東東的四都盆地內(nèi)北側(cè)（圖1）。

區(qū)域地層較齊全，主要為前震旦雙橋山群、寒武系、奧陶系、志留系、石炭系、二疊系、三疊系、第三系和第四系。區(qū)域構(gòu)造中基底褶皺表現(xiàn)為近東西向大型線形褶皺，為溪口—里溪向斜，向斜內(nèi)部還分布有短軸向斜，構(gòu)成復(fù)式向斜。蓋層褶皺為短軸向斜褶皺，為四都—遼山短軸向斜，整體呈北東東向，長(zhǎng)十幾公里，寬2～5 km。區(qū)域主體斷裂構(gòu)造為四都向斜盆地及周邊的一系列北北東向滑脫斷層，區(qū)域內(nèi)未見(jiàn)巖漿巖分布。區(qū)域主要礦產(chǎn)有水泥用灰?guī)r礦、板巖石材礦、石煤、褐鐵礦、釩礦等。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)出露地層主要有茅口組（P1m）及第四系（Q）（圖2）。

（1）二疊系下統(tǒng)茅口組（P1m）廣泛分布于全區(qū)，按巖性特征分為上、下2段。下段（P1m1）巖性為扁豆?fàn)罨規(guī)r夾灰褐色鈣質(zhì)頁(yè)巖，為深灰色—灰黑色，薄—中層狀，為瘤狀灰?guī)r與鈣質(zhì)頁(yè)巖互層產(chǎn)出，其瘤體大小從數(shù)厘米到70 cm，一般為10～30 cm，呈透鏡狀、短條帶狀產(chǎn)出，地層厚58～75 m。上段（P1m2）巖性由泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r組成，泥晶微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巨厚層狀，厚約231.67 m，含較多?類及珊瑚足類化石，其中夾多層似層狀、層狀或透鏡狀產(chǎn)出的含燧石團(tuán)塊灰?guī)r或燧石條帶灰?guī)r。該層為水泥用灰?guī)r賦礦層位。

（2）第四系（Q）主要分布于礦區(qū)表層和溝谷低洼處的溝底及坡腳底部，為棕紅等色的含礫砂質(zhì)黏土及黑褐色腐植土，厚0～3 m，局部邊緣可達(dá)12 m。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)處于四都向斜盆地中蓋層褶皺的次級(jí)向背斜中，其軸向呈北東向，受構(gòu)造影響，背斜發(fā)生較大扭轉(zhuǎn)，軸面傾向發(fā)生倒轉(zhuǎn)，即3線以東巖層發(fā)生倒轉(zhuǎn)。位于4線—3線，褶皺軸面走向近北東，傾向北西，傾角約50°；位于3線—F1以西9線，軸面走向近北東，受構(gòu)造影響，該區(qū)域軸面傾向北東，傾角60°～50°；3線—5線為褶皺扭轉(zhuǎn)核心區(qū)域，礦體傾向發(fā)生倒轉(zhuǎn)，傾向變化較大（圖2）。礦區(qū)主要位于該背斜的南東翼，巖層呈單斜產(chǎn)出，由于受構(gòu)造影響，褶皺中部發(fā)生扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致礦區(qū)巖層產(chǎn)狀變化較大；巖層傾角由4線向3線從45°逐漸變化至79°，傾向?yàn)槟蠔|，3線至F1以西巖層倒轉(zhuǎn)傾向北北西，傾角76°～58°。由于處于背斜的北西翼傾伏端，F(xiàn)1以北11線附近巖層傾向?yàn)槟蠔|東，傾角約20°。

礦區(qū)僅分布發(fā)育1條斷層（F1斷層），位于礦區(qū)9線—11線的中部，斷層走向近東西，區(qū)內(nèi)走向長(zhǎng)度415 m，西端延出區(qū)外，東端為第四系所覆蓋，傾向、傾角及斷距不詳［2］。

2.3 礦區(qū)巖溶

礦區(qū)基巖出露較廣泛，礦體局部巖溶發(fā)育，規(guī)模不大，主要為落水洞、石芽、溶溝及小型溶洞等，其形態(tài)各異，大小不一。據(jù)施工鉆孔數(shù)據(jù)可知，礦區(qū)深部巖溶較發(fā)育，其規(guī)模一般為1.2～6.3 m，深部溶洞多無(wú)充填物，少數(shù)淺部溶洞為含角砂質(zhì)黏土全充填或半充填，礦區(qū)平均巖溶為2.63%。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于二疊系下統(tǒng)茅口組（上段P1m2）地層中，為沉積形成的礦體，主要由生物碎屑微晶泥晶灰?guī)r、微晶泥晶灰?guī)r和微晶灰?guī)r組成。礦體連續(xù)性較好，分布較均勻，礦體走向控制長(zhǎng)度1 820 m；出露寬度200～330 m；真厚度75.93～231.67 m，平均137.24 m，變化系數(shù)41.62%。礦體出露最高標(biāo)高291.2 m，南部較低，北部偏高；以最低可采標(biāo)高130 m為底，最大埋深161.2 m，礦體規(guī)模屬中型。礦體總體走向?yàn)楸睎|，位于礦區(qū)中部礦層受構(gòu)造影響發(fā)生倒轉(zhuǎn)，其中4線—3線礦體傾向南東，傾角由西向東逐漸變陡，產(chǎn)狀150°～155°∠45°～79°；3線至F1以西間礦體發(fā)生倒轉(zhuǎn)，產(chǎn)狀290°～325°∠58°～76°；3線附近為礦體扭轉(zhuǎn)核心區(qū)域，礦體傾向發(fā)生倒轉(zhuǎn)，傾角變化較大；F1斷層以東至11線的礦體產(chǎn)狀為102°∠20°～30°。構(gòu)造對(duì)礦層產(chǎn)狀產(chǎn)生較大影響，但未對(duì)礦石質(zhì)量產(chǎn)生影響。

3.2 礦石質(zhì)量

礦石為淺灰色—灰色，泥晶結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)、泥晶微晶結(jié)構(gòu)、生物碎屑微晶泥晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石主要礦物成分為方解石、生物碎屑、燧石、白云石、泥炭質(zhì)等。

方解石主要由微晶方解石和隱晶質(zhì)方解石組成，微晶方解石為菱形、多邊形的微粒狀，粒徑為0.1～0.05 mm，其含量變化較大，為20%～90%；隱晶質(zhì)方解石，粒徑為0.05 mm以下，鏡下無(wú)法分辨晶型，其含量變化也較大，為38%～80%。生物碎屑的種類多樣，有海百合莖、輪孔蟲(chóng)、棘皮動(dòng)物和蜓等其他藻類，其粒徑在0.04～3.6 mm，外形多樣，呈蠕蟲(chóng)形、螺旋形、紡錘形、橢圓形、螺旋形和圓形等。其主要由亮晶方解石組成，局部由微晶方解石和泥晶方解石集合體組成，生物碎屑分布極不均勻。硅質(zhì)為極細(xì)小的不規(guī)則顆粒狀的集合體，粒度一般在0.005 mm及以下，近似隱晶質(zhì)。白云質(zhì)為菱形狀、四方形狀和等軸形的粒狀，粒度大小均勻，一般0.1～0.25 mm，屬細(xì)晶粒級(jí)。其含量很少，且分布不均勻，一般小于2%，巖石偶見(jiàn)團(tuán)塊狀白云質(zhì)。炭質(zhì)呈質(zhì)點(diǎn)狀和細(xì)脈狀分布于方解石粒間，含量約1%。褐鐵礦為黑褐色，呈侵染星散狀分布，含量微。

CaO含量在38.45%～55.73%，平均53.62%；MgO含量在0.21%～5.2%，平均0.78%。其中礦石中有益組份CaO含量高，且變化幅度小；主要有害組分MgO雖變化幅度較大，但其含量較小；其他有害組分含量均很少。

3.3 礦石類型

根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及礦物組成，礦區(qū)礦石主要有如下4種自然類型。

（1）泥晶灰?guī)r型。淺灰—深灰色，泥晶結(jié)構(gòu)，厚層—巨厚層狀構(gòu)造，礦石主要由方解石和生物碎屑組成，局部分布微量的質(zhì)點(diǎn)狀褐鐵礦和炭質(zhì)等，其中泥晶方解石含量50%～90%，生物碎屑含量一般5%～40%，另有微量的炭質(zhì)和褐鐵礦呈質(zhì)點(diǎn)狀零星分布，偶見(jiàn)少量的白云石及石英。

（2）微晶灰?guī)r型。淺灰—深灰色，微晶結(jié)構(gòu)，厚層—巨厚層狀構(gòu)造，礦石主要方解石和生物碎屑組成，局部分布微量的質(zhì)點(diǎn)狀褐鐵礦和炭質(zhì)等。微晶方解石含量一般50%～90%，亮晶方解石組成的生物碎屑含量一般小于25%，另有微量的炭質(zhì)和褐鐵礦星點(diǎn)及少量的白云石、石英。

（3）泥晶微晶灰?guī)r型。淺灰—深灰色，泥晶微晶結(jié)構(gòu)，厚層—巨厚層狀構(gòu)造，礦石主要方解石和生物碎屑組成，局部分布微量的質(zhì)點(diǎn)狀褐鐵礦和炭質(zhì)等。泥晶微晶方解石含量50%～90%，生物碎屑含量小于25%（有時(shí)未見(jiàn)生物碎屑），微量炭質(zhì)和褐鐵礦，偶見(jiàn)白云石、石英。

（4）生物碎屑微晶泥晶灰?guī)r型。淺灰—深灰色，泥晶微晶結(jié)構(gòu)，厚層—巨厚層狀構(gòu)造，礦石由大量的生物碎屑、方解石及微量的炭質(zhì)和褐鐵礦組成。生物碎屑含量一般25%～45%，為亮晶方解石或微晶泥晶方解石集合體組成，方解石含量大于50%，炭質(zhì)和褐鐵礦微量。

3.4 礦石品級(jí)

礦區(qū)內(nèi)水泥用灰?guī)r礦石平均品位：CaO為53.62%、MgO為0.78%、K2O+Na2O為0.041%、SiO2為1.986%、SO3為0.041%、cl-為0.003%。礦石達(dá)到了《冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T 0213—2020）中水泥用石灰質(zhì)原料Ⅰ級(jí)品的要求。

3.5 圍巖及夾層

西北側(cè)圍巖為茅口組下段（P1m1）扁豆?fàn)罨規(guī)r夾灰褐色鈣質(zhì)頁(yè)巖，本次共采集扁豆?fàn)罨規(guī)r夾鈣質(zhì)頁(yè)巖29件樣品進(jìn)行化學(xué)分析，經(jīng)統(tǒng)計(jì)主要化學(xué)成分CaO含量為29.64%～52.12%，平均44.36%；MgO含量為0.54%～3.98%，平均2.46%；fSiO2含量為2.36%～15.48%，平均6.53%；南東側(cè)礦體大部直接出露地表，局部有第四系（Q）殘坡積覆蓋。

礦區(qū)內(nèi)夾石僅見(jiàn)硅質(zhì)夾石（圖2）。礦層內(nèi)見(jiàn)12條硅質(zhì)夾石，夾石由含燧石結(jié)核微晶灰?guī)r或燧石條帶灰?guī)r組成，呈似層狀和透鏡狀分布，產(chǎn)狀與礦層較為一致，夾石平均化學(xué)成分CaO為47.43%、MgO為1.21%、fSiO2為11.05%。在礦山未來(lái)開(kāi)采作業(yè)可將夾石綜合利用。

4 成因淺析及找礦方向

4.1 成因淺析

堝頭水泥用灰?guī)r礦為一淺海生物化學(xué)沉積礦床。石炭系早期發(fā)生大規(guī)模海侵，晚石炭系晚石炭世形成的海侵已停止，二疊世早期，由深水沉積區(qū)演變?yōu)閺V泛的開(kāi)闊地臺(tái)相區(qū)。溫度、潔凈的前海環(huán)境適宜多種多樣的海洋生物繁殖，海洋生物的光合作用下，海水中的二氧化碳被大量吸收，導(dǎo)致海水中的碳酸鈣過(guò)飽和，沉淀出文石質(zhì)灰泥。大量的海洋生物繁殖過(guò)程中未碳酸鹽沉積提供大量物質(zhì)來(lái)源［3］。在適宜的物理化學(xué)條件下，沉積了淺灰—灰色厚層狀泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r和生物碎屑微晶泥晶灰?guī)r。早二疊世還伴隨著間歇性和暫時(shí)性規(guī)模不大的地殼上升運(yùn)動(dòng)，從而局部海水介質(zhì)中SiO2膠體團(tuán)聚集，與CaCO3同時(shí)沉積，其中SiO2膠體團(tuán)聚集處形成燧石團(tuán)塊或結(jié)核［4］。

4.2 找礦標(biāo)志

（1）礦體賦存于二疊系茅口組上段（P1m2）之中，茅口組上段（P1m2）層位分布是其主要找礦標(biāo)志。

（2）礦石露頭呈灰白色，且表面光滑，新鮮面為淺灰色，斷口齊整，遇稀鹽酸劇烈起泡。局部分布燧石團(tuán)塊和燧石條帶，受差異風(fēng)化影響，突出與灰?guī)r表面［5］。

（3）礦層圍巖為二疊系茅口組下段（P1m1）扁豆?fàn)罨規(guī)r夾灰褐色鈣質(zhì)頁(yè)巖，該地層結(jié)構(gòu)構(gòu)造易辨識(shí)，可作為間接找礦標(biāo)志［5］。

4.3 找礦前景分析

礦體賦存于二疊系下統(tǒng)茅口組上段（P1m2）之中，即本區(qū)域內(nèi)同類水泥用石灰?guī)r礦床的直接找礦標(biāo)志。礦區(qū)北東層礦層向北東方向延伸，位于礦區(qū)北東方向10 km西坑、清水巖地區(qū)分布大面積茅口組地層，具有較好地找礦遠(yuǎn)景和資源儲(chǔ)量。

5 結(jié)論

（1）礦床地質(zhì)構(gòu)造中等，礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，礦石質(zhì)量滿足水泥用灰?guī)r礦一級(jí)品要求。其中有益組分CaO平均含量53.62%，CaO含量高而且穩(wěn)定，在走向和傾向上變化小；其他有害組分含量均很少，滿足工業(yè)指標(biāo)要求。

（2）礦體賦存于二疊系下統(tǒng)茅口組上段（P1m2）地層中，屬前海相生物化學(xué)沉積成因。礦床規(guī)模屬中型，區(qū)域有較好找礦遠(yuǎn)景。