江西上栗楚山水泥用灰巖礦礦床地質特征及找礦前景

王 凱，祝愛明，王洪榮，周衛榮，張彩良，黃 斌

(1.江西省地質調查勘查院礦產勘查所，江西 南昌 330038；2.萍鄉市自然資源發展集團有限公司，江西 萍鄉 337055)

上栗地處欽杭結合帶中萍鄉—樂平凹陷帶的西段，具有沉積型礦產成礦的優越條件。區內賦存有較為豐富的煤、碳酸鹽巖、石膏等[1]。近年來，隨著上栗楚山水泥用灰巖礦勘查程度一步步深入，對該礦床的成礦條件及成礦規律的認識也更加清晰。筆者通過研究水泥用灰巖礦床的地質特征、礦床成因、控礦因素[8-13]，結合當地經濟社會需求，在大量野外勘查工作的基礎上，總結了上栗楚山水泥用灰巖礦成礦地質背景、礦床地質特征，并探討了該礦床成因及區內找礦前景預測，旨在為今后該地區開展外圍找礦或類似礦床的勘查提供借鑒。

1 區域地質背景

楚山水泥用灰巖礦位于下揚子板塊與華夏板塊接合部位，江南東部隆起帶九嶺逆沖隆起的西南端及欽杭結合帶萍鄉—樂平坳陷帶的北西端(圖1a)。萍鄉—樂平凹陷帶深部很可能為蛇綠混雜巖，中部為青白口紀晚期—早古生代的構造巖片堆疊混雜基底，該帶的上層變質基底則由萬年群組成的加里東期推覆體[15]。晚古生代地層直接不整合覆蓋于上述不同變質基底之上，組成一條復式向斜坳陷(圖1b)。坳陷中西部晚古生代及其以后的沉積層，總厚度達13000～15000m，中部多被第四系掩蓋，東部受后期構造破壞，殘留較少。區內晚古生代至中三疊世地層非常發育，賦存有豐富的沉積型礦產資源。

圖1 區域地質構造單元綜合區劃圖及區域地質簡圖(據文獻[15])

2 礦區地質特征

2.1 地層

區內地層為由老到新為二疊系小江邊組(P2x)、二疊系茅口組(P2m)、上二疊統樂平組(P3l)及二疊系長興組(P3c)(圖2)。

圖2 楚山水泥用灰巖礦區地質圖

小江邊組(P2x)：分布于勘查區東南角，巖性主要為灰黃—灰色含炭泥巖、深灰—灰黑色含炭泥晶灰巖，含生物碎屑灰巖(圖3a)，薄—中層狀，產狀305°～340°∠36°～40°，整合于二疊系棲霞組之上，茅口組之下(圖3b)。地表出露寬度10～150m。

圖3 礦區地層示意圖

茅口組(P2m)：在勘查區中南部廣泛出露，巖性主要為深灰色生物屑泥晶灰巖、含燧石結核灰巖(圖3c)、含燧石條帶灰巖(圖3d)，總體走向為北東，產狀295°～328°∠35°～54°，地表出露寬度150～420m，為勘查區內水泥用灰巖礦最為主要的賦礦地層。

樂平組(P3l)：出露于勘查區北西部，分為上下兩段，上段巖性主要為硅質巖、石英砂巖、長石石英砂巖(圖3e)，下段主要巖性為泥巖、炭質泥巖夾薄石煤層(圖3f)，地層整體平行整合于茅口組之上，局部呈斷層接觸。走向北東，中間出露窄，兩端出露寬，呈啞鈴狀出露。地表出露寬度70～260m。未來礦山開采中可作為水泥用配料進行利用。

長興組(P3c)：出露于勘查區的西北角，巖性主要為白云質灰巖、微晶灰巖(圖3g)，地層傾向150°～ 182°，傾角多在30°～58°，與下伏地層樂平組呈斷層接觸關系。調查區內地表出露寬度60～290m，此層亦為勘查區內水泥用灰巖礦賦礦地層。

2.2 構造

勘查區山口向斜的南西段的南東翼區內地層受印支期運動和燕山期運動影響，區內斷層較為發育，主要為一系列北東向逆斷層。其中F1逆斷層位于勘查區北西部，延至圖外，圖內全長 1.6km。斷層走向北東—南西，傾向北西，傾角 55°～79°。斷層發生破碎作用，局部可見主要由角礫巖組成，為灰紅色，角礫成分為灰巖為主，粒徑大小不一，呈棱角狀，由后期白云質所膠結；F2 逆斷層位于勘查區中部，走向北東—南西，延至圖外，圖內斷層長約 2km，傾向南東，傾角約 65°；勘查區南部因發生逆沖作用，將樂平組地層推入茅口組地層中，形成構造窗(圖4)。

圖4 楚山灰巖礦2線剖面圖

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

礦體主要賦存于上二疊統長興組(P3c)、中二疊統茅口組(P2m)地層中。

V1礦體：分布于勘查區北西部，賦存于上二疊統長興組(P3c)地層中，主要巖性為白云質灰巖、微晶灰巖。礦體連續性較好，分布較均勻，礦體走向控制長度1400m，出露寬度150～510m，礦體出露最高標高387.2m，南部高北部低，以最低可采標高120m，最大埋深247.2m。礦體總體走向為北東，礦體傾向南東，產狀150°～166°∠30°～58°。主要化學成分平均含量：CaO為52.77%、MgO為0.49%。

V2礦體：位于勘查區中南部，主要賦存于中二疊統茅口組(P2m)地層中，主要巖性為含燧石結核灰巖、生物屑泥晶灰巖。礦體連續性較好，分布較均勻，礦體走向控制長度2000m，礦體地表出露寬160～430m，礦體出露最高標高392.9m，中間低兩側高，以最低可采標高120m，最大埋深272.9m。礦體傾向北西，產狀311°～328°∠43°～54°，層狀分布，連續性較好。礦體的主要化學成分平均含量：CaO為51.64%、MgO為0.83%。

3.2 礦石類型及特征

根據礦石的結構、構造和物質組成，礦區內主要有4種自然礦石類型，即生物屑泥晶灰巖(圖5a、圖5b)：巖石具生物屑—晶粒結構，塊狀構造，主要由生物屑(40%)、膠結物(微泥晶方解石50%、亮晶方解石6%)及方解石脈(4%)組成；白云質灰巖(圖5c、圖5d)：巖石具粒晶結構，塊狀構造，主要由方解石(60%)、白云石(38%)、鐵質(2%)礦物組成；微晶灰巖(圖5e、圖5f)：巖石具晶粒結構，塊狀構造，主要由微晶方解石(60%)、粒屑(35%)、方解石脈(5%)組成；含燧石結核灰巖：巖石具晶粒結構，結核狀構造，主要由微晶方解石(50%)、粒屑(30%)及燧石(20%)組成。根據礦石的主要礦物成分含量，其工業類型達到水泥用灰巖礦的要求，屬Ⅰ級品。

圖5 礦區礦石照片

3.3 礦石質量特征

經樣品分析測試，礦石符合水泥用灰巖礦質量要求，主要化學成分含量為：CaO 45.04%～55.67%，平均52.25%；MgO 0.17%～3.15%，平均0.66%(表1)。礦石化學成分主要有益組分CaO含量高且較為穩定，而主要有害組分MgO含量低，其它有害組分含量均很少。通過組合分析樣測試結果，水泥用灰巖礦體SiO2平均含量為3%；K2O平均含量為0.16%；Na2O平均含量為0.06%；SO3平均含量為0.04%；fSiO2平均含量為1.76%(表2)。

表1 水泥用灰巖礦主要化學成分特征

表2 各類型礦石礦物成分和主要化學成分含量

綜上，此礦區礦石質量較好，有用組分含量高、有害組分含量低，且主要組分沿走向、傾向上含量變化小。

4 礦床成因分析

區內泥盆紀至中三疊世海相沉積非常發育。晚石炭世海域擴大，除華夏古陸尚在水面之上外，海水幾乎遍及江西全域。地殼的不均勻抬升，導致早二疊世初期九嶺以北局部缺失沉積，隨后的大規模海侵，江西區域又淪于水下，直至二疊紀的結束。江西晚古生代主要為陸表海環境，直至末期(長興期)才開始向陸緣海轉化。早三疊世海水由特提斯洋向華夏古陸推進，古陸東移至福建。江南古陸于二疊紀沒入水下。揚子海由北東方向的西太平洋從西南進入江西，并與特提斯洋融為一體，成為統一的海盆，即華南陸緣海。華南陸緣海由于島嶼和水下隆起較多，海水到達海岸受阻，能量減弱，形成以潮汐作用為主的濱海沉積相。可分為碎屑潮坪、碳酸鹽坪，以及碳酸鹽和碎屑巖混合坪等亞相。進入中三疊世，印支運動造成地殼全面抬升，海水大幅度退卻，本區成為陸地。因此，該區主要的成礦期為晚古生代二疊紀，沉積了一套以碳酸巖為主的地層。

區內二疊系沉積的碳酸鹽巖中普遍發育有海洋生物化石及其碎塊，尤其以腕足、海百合莖、蜒科、珊瑚、瓣腮動物及藻類最為發育，表明在二疊紀，該區為溫暖的陸棚淺海環境，大量海洋生物得以繁殖，海水介質中Ca2+、O2-等離子不斷得增加、積累，形成CaCO3膠體。加之生物發育及藻類光合作用均需要吸收CO2，促進CaCO3膠體的飽和和沉淀，經過40～50Ma的積累，最終沉積為厚大的碳酸鹽巖礦體。成礦過程中，局部地區海水中 SiO2不斷得到補充，大量硅質膠體與灰泥一起沉淀，形成了含燧石結核灰巖或含燧石條帶灰巖。綜上可知，本礦床屬海相化學—生物沉積型礦床。

5 找礦前景分析

本區晚古生代—中三疊世海陸交互相—淺海碳酸鹽臺地相沉積時間跨度長達近50Ma，沉積了一套達上萬米的厚大的沉積巖，且以灰巖為主。區內出露灰巖地層由上至下依次為：二疊系長興組(P3c)、茅口組(P2m)、小江邊組(P2x)、棲霞組(P2q)及馬平組(P1m)，局部零星見石炭系黃龍組(C2h)。

依據取樣分析結果：二疊系長興組(P3c)及茅口組(P2m)地層為本區最為理想的找礦地層，小江邊組灰巖礦品質也較好，但常見頁巖、泥巖夾層，考慮到頁巖、泥巖本身就可作為水泥用灰巖的配料，未來也可以加以利用。結合區域地質，二疊系馬平組(P1m)下部為淺灰色生物碎屑灰巖夾白云巖、白云質灰巖，上部為深灰、灰黑色含燧石結核灰巖，二疊系棲霞組(P2q)巖性多為灰黑色或深灰色中厚層狀含燧石結核灰巖夾碳質頁巖，錘擊有瀝青臭味，習稱“臭灰巖”，此三套地層具有較大的找礦潛力。石炭系黃龍組(C2h)在本區出露范圍有限，不予考慮。

縱觀整個勘查區外圍，勘查區西側及北部村莊連成片，含灰巖地層僅零星出露，找礦前景差；南部及東部(梓木嶺一帶)，以二疊系茅口組(P2m)、小江邊組(P2x)、棲霞組(P2q)為主的一套碳酸鹽建造，出露面積約11.96km2，為本區未來礦山擴儲增量最重要的資源遠景區。東北角(枧沖村東北角)以二疊系茅口組(P2m)及馬平組(P1m)為主出露面積約5.27km2的一套灰巖亦可作為本區找礦遠景區。綜上，本區遠景資源量十分可觀。

6 結論

(1)楚山水泥用灰巖礦主要賦礦層位為茅口組(P2m)與長興組(P3c)，含礦巖石主要為白云質灰巖、含燧石結核灰巖、生物屑泥晶灰巖、微晶灰巖。

(2)礦區礦石質量具有有用組分含量高、有害組分含量低的特點。水泥用灰巖礦各主要化學成分平均含量為：CaO 52.25%、MgO 0.66%，符合水泥用灰巖礦一般工業指標。

(3)該礦床成因屬海相化學—生物沉積型礦床，與省內重要的大、中型礦床含礦層位，主要化學組分含量、礦床成因等特點基本相似。

(4)本區遠景資源量十分可觀。勘查區外圍南部及東部(梓木嶺一帶)，為本礦山擴儲增量最重要的資源遠景區。勘查區外圍東北角(枧沖村東北角)，可作為本區找礦遠景區。