南雄市梅嶺礦區水泥用石灰巖礦地質特征及礦床成因分析

梁勇

關鍵詞： 水泥用石灰巖礦 建筑用石灰巖礦 礦石質量 梅嶺村

中圖分類號： P619.225 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0140-04

中國是礦石資源豐富的國家，尤其是石灰巖礦資源更是在世界上都是數一數二的。鑒于我國仍處于發展中國家的特點，我國的工業生產能力仍然存在一定的問題，尤其是在工業產業布局方面，相當多的落后地區的工業產業布局仍然非常薄弱。梅嶺礦區水泥用石灰巖礦質量達標且資源較多，開采收益高［1］。本文通過對梅嶺礦區水泥用石灰巖礦勘探報告資料的整理和認知，總結出此礦區地質好，開采難度適中，資源總量較多，值得開發利用。

1 梅嶺礦區自然地理概況

梅嶺礦區礦區位于廣東省南雄市縣城區北北東13°方向，平距約23 km 處的南雄市珠璣鎮梅嶺村委會坪山，隸屬南雄市珠璣鎮管轄。礦區中心點坐標為東經114°20′36″，北緯25°18′39″。G220 國道（G323）從東側428 m 處通過，東側廠區有水泥路直通國道，沿國道至南雄市區約28 km，至江西省大余縣城約15 km，南韶高速公路（G6011）從礦區東側約600 m 處通過，贛韶鐵路從礦區東側1 100 m 處通過，交通便利。礦區范圍屬低山丘陵地貌，主要山系總體走向北西西—南東東向，南西部最高海拔為576.08 m，南西—北東向兩邊高中間低呈“U”字形，礦區位于“U”字形底靠南西部位。最低侵蝕基準面位于礦區東北邊緣梅坑河流出處，標高約+220 m，最大相對比高356.08 m，山坡一般坡度12°～23°。地表河流主要有流經礦區北面的梅坑河。受地形影響，礦區周邊發育多條溪流，溪流由兩側山系向中間谷底流動，最后匯入梅坑河。梅坑河發源于仙人寨山脈，全長約507 km，豐水期在不同河流斷面采用浮標法測得河水最大流量為953 L/s；溪流總體上從西流向東，流經礦區的北部外圍轉為南東向并流出區外，平水期和枯水期流量較小，暴雨時可以形成洪流。河水主要作用為河流兩岸居民生活及農田灌溉用水。現礦區西北部約2.5 km 處有一梅嶺水庫，匯水面積近4.0 km2，設計庫容量為153 萬m?，設計水位為308.52 m，正常水位高程為306.3 m，主要儲存庫區兩側溝谷雨季形成的地表洪流，減少下游兩岸居民的財產損失，匯聚溝谷溪流，為下游兩岸居民提供生活和農田灌溉用水［2-3］。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區內分布底層由老到新依次是：前寒武系、寒武系、泥盆系、石炭系、古近系和第四系。

2.2 構造

礦區在區域地質構造上位于北西向復式背斜褶皺的軸部石炭系地層構成的小嶺向斜褶皺，北東向與北西向構造復合，兩組構造帶并向著北東—南西、北西—南東伸馳延展，斷裂構造交錯發育，北西向斷裂多遭受掩復和錯斷，在本區的北東向有梅嶺向斜褶皺，梅嶺向斜西側為梅嶺巖體侵入，接觸面傾向北北西。

2.2.1 褶皺

區內東部及北東部廣布的下古生代及前寒武系變質巖系是北西向構造主要出露地區，由前泥盆系形成一個比較完整的復式倒轉背斜，此背斜北西—南東延長32 km，寬約16 km，由前寒武系構成核部，兩翼為寒武系。區內主要出露有小嶺向斜、小嶺背斜和梅嶺向斜。

2.2.2 斷裂

區域上構造按走向可分為北東向、近東西向、北西向3組。北東向斷裂交叉切割了北西向、近東西向的構造體系，破壞了它們的完整性。近東西向構造分布于北部，為正斷層，出露長約4 km。位于復式倒轉背斜的北東翼，受背斜影響，后期受北東向斷層切割。北西向斷裂構造主要有位于本區南部的FNW1、中部的FNW2 和梅嶺巖體西側的FNW3 三組斷裂。北西向斷裂往往受北東向斷裂交叉切割，完整性被破壞。其中FNW2正斷層穿越礦區，為影響礦區地層產狀的主要構造。

2.2.3 巖漿巖

區域內出露巖體只有印支期巖漿旋回的第二次侵入巖體，出露在北部，出露面積較小。

2.2.4 變質作用

（1）區域變質作用。區域變質作用推測是海相沉積物形成后下陷至地殼深處，在地熱和地應力的復合作用下造成巖層變質的現象，本區石炭系中統黃龍組的膠狀碳酸鹽巖重結晶為泥晶或粉晶的石灰巖，前寒武系上部下段細粉砂巖夾頁巖變質為變質細粉砂巖夾千枚巖。

（2）熱液蝕變作用。熱液侵蝕作用推測是區域變質作用過程中產生的熱液在碳酸鹽巖的局部空穴或裂隙中相對集中引起周邊或兩側的碳酸鹽巖次生加大形成了細晶、中晶，甚至粗晶的方解石或白云石，即方解石化和白云石化、大理巖化。

2.2.5 區域礦產

區內已知礦種11 種，主要有煤、鐵、鈦、銅、鉛鋅、鈷、鎢、鈮鉭、鋯鉿和石灰石等。

3 礦床特征

3.1 水泥用石灰巖的礦體的規模及其形態

水泥用石灰巖礦埋深深度為0～156.5 m，賦存標高為150.0～306.5 m，礦層走向延長816.63 m，出露寬度為3.0～119.5 m，傾向延深為0～153.0 m，礦體平均厚度為43.49 m。現采礦證內水泥用石灰巖礦分為3個礦體，分別為SK1、SK2、SK3。SK1礦體分布在礦區南西部，在地表08、09、9 線上剝離揭露，礦體埋深為0～85.50 m，賦存標高為221.0～306.50 m，礦體走向延長約686.35 m，出露寬度為2.0～44.50 m，傾向延深為0～87.10 m，礦體厚度為7.10～63.0 m，平均厚度為35.42 m。SK1 礦體主要由淺灰～灰色中厚層狀細晶質灰巖組成，礦石組成簡單，成份單一。頂板為前寒武系粉砂巖和JK1白云質灰巖、白云巖，底板為JK2 白云質灰巖、白云巖。SK2 礦體分布在礦區南西部，在08、09、9、010 線上剝離揭露，礦體埋深深度為0～136.00 m，賦存標高為154.5～290.50 m，礦體走向延長816.63 m，出露寬度為6.20～42.00 m，傾向延深0～106.70 m，礦體厚度為4.30～62.90 m，平均厚度為34.55 m。SK2 礦體呈單斜層狀產出，走向北西290°～310°，傾向南西，傾角42°～53°，傾角由北西往南東有變緩的趨勢。SK2礦體主要由淺灰～灰色中厚層狀細晶質灰巖組成，局部夾白云質灰巖，礦石組成簡單，成分單一。SK3 礦體主要由淺灰～灰色中厚層狀泥晶～微晶灰巖組成，個別地段為角礫狀灰巖，局部夾白云質灰巖。水泥用石灰巖礦體主要就是由上述3種礦體構成，其總量適中。

3.2 建筑用石灰巖礦體規模及其形態

建筑用石灰巖礦埋深深度為0～163.5 m，賦存標高為150.0～313.5 m，礦層走向延長947 m，出露寬度為4.05～353.7 m，傾向延深9.5～156.8 m，礦體平均厚度59.28 m。現采礦證內建筑用石巖礦分為4個礦體，礦層分別為JK1、JK2、JK3、JK4。JK1 礦體分布在礦區南西部，在地表07、09、9 線上剝離揭露，礦體埋深0～66.5 m，賦存標高為247～313.5 m，礦體走向延長約550 m，出露寬度為10.72～31.90 m，傾向延深9.20～47.26 m，礦體厚度為12.41～37.67 m，平均厚度為19.83 m。JK1 礦體呈單斜層狀產出，由北西往南東有變薄尖滅的趨勢，走向北西290°～310°。JK1 礦體主要由淺灰～灰色中厚層狀白云質灰巖、白云巖組成，礦石組成簡單。JK2礦體分布在礦區南西部，在地表06、07、08、09、9、010線上剝離揭露，礦體埋深0～81.5 m，賦存標高為212～293.5 m，礦體走向延長約753.91 m，出露寬度為4.05～15.5 m，傾向延深45～125 m，礦體厚度為5.54～17.93 m，平均厚度為11.76 m。JK2 礦層呈層狀產出，由北西往南東有變厚的趨勢，走向北西290°～310°，傾向南西，傾角40°～50°。JK2 礦體主要由淺灰～灰色中厚層狀白云質灰巖、白云巖組成。JK3 礦體分布在礦區中部，在地表06、07、08、09、9、010 線上剝離揭露，礦體埋深0～138 m，賦存標高為150～288 m，礦體走向延長約947 m，出露寬度為56.1～353.7 m，傾向延深116.0～156.8 m，礦體厚度為23.13～265.30 m，平均厚度為141.42 m。JK3礦層呈層狀產出，由北西往南東有變厚的趨勢，走向北西290°～310°，傾向南西，傾角40°～53°。JK3 礦體主要由淺灰～灰色中厚層狀白云質灰巖、白云巖組成。JK4礦體分布在礦區北西部，在地表06、07、08、09 線上剝離揭露，礦體埋深0～100 m，賦存標高為150～250 m，礦體走向延長約547 m，出露寬度為23.87～64.78 m，傾向延深125～153 m，礦體厚度為45.0～85.9 m，平均厚度為64.11 m。JK4 礦層呈層狀產出，由北西往南東有變厚的趨勢，走向北西290°～310°，傾向南西，傾角42°～53°。JK4 礦體主要由淺灰～灰色中厚層狀白云質灰巖、白云巖組成。礦體頂板為SK3 灰巖礦體，底板為未揭穿白云巖、白云質灰巖。建筑用石灰巖礦體主要就是由上述3 種礦體構成，其總量適中。

3.3 礦石質量

3.3.1 礦石類型及產物成分

（1）泥用石灰巖礦體，其組成主要是方解石，其次為白云石。（2）建筑用石灰巖礦體，其組成主要是白云質灰巖、白云巖及構造角礫巖。

3.3.2 礦石結構構造

礦石結構主要有細晶結構、泥晶～微晶結構、角礫狀結構。現采礦區礦石構造主要是塊狀構造，其特點是礦石中的礦物或其集合體無定向排列且分布均勻。

3.3.3 礦石化學成分

礦石化學成分由CaO、燒失量等組成，其中主要成分CaO、MgO 和燒失量含量高，次要成分及有害成分含量低。CaO、MgO 通過基本分析結果求得，SO₃、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、Cl^-、燒失量通過組合分析求得。根據計算，礦區水泥用石灰巖礦礦石主要有益組分含量CaO為35.17%～55.96%，其平均值為53.13%。主要有害組分含量MgO 為0～17.26%，其平均值為1.86%；SiO?為0.10%～0.82%，其平均值為0.37%；Al₂O₃為0～0.47%，其平均值為0.06%；K?O 與Na?O 為0.01%～0.08%，其平均值為0.03%；SO₃為0～0.11%，其平均值為0.03%；Cl-為0～0.01%；Fe?O?為0.01%～0.23%，其平均值為0.07%；燒失量為41.95%～43.57%，其平均值為42.98%。另外，根據計算，礦區建筑用石灰巖礦礦體CaO 含量一般為30.58％～55.87％，其平均值為44.02％。MgO 含量一般為0.28％～21.14％，其平均值為10.19％。SiO?為0.30%；Al?O?為0.07%；Fe?O?為0.11%；K?O與Na?O為0.03%；SO₃為0.03%；Cl^-為0.01%；燒失量為43.59%。

3.3.4 礦體厚度變化系數

按各礦體產狀在勘探線剖面上測得的完整礦體厚度，計算礦體走向厚度變化系數。經過計算得出：第一，水泥用石灰巖礦中SK1 礦體厚度變化系數Vm 為49.41％，SK2 礦體厚度變化系數Vm 為42.57％，SK3 礦體厚度變化系數Vm 為69.86％。按《礦產地質勘查規范石灰巖、水泥配料類》（DZ/T 0213－2020）劃分，SK1、SK2、SK3 礦體厚度穩定程度均屬于較穩定型。第二，建筑用石灰巖礦中JK1 礦體厚度變化系數Vm 為31.60％；JK2 礦體厚度變化系數Vm 為46.11％；JK3 礦體厚度變化系數Vm 為71.60％；JK4 礦體厚度變化系數Vm 為37.80％。這4 種礦體全都屬于不穩定型，其中JK3 礦體屬于很不穩定型［4］。

3.3.5 品位變化系數

經計算得出水泥用石灰巖礦各礦體以勘探線剖面為單位，利用剖面工程主要組分CaO、MgO 的單工程平均品位進行計算，平均品位以單工程厚度加權品位進行平均，SK1 礦體的CaO 品位變化系Vc 為1.51％，MgO品位變化系Vc 為28.19％，小于40％，組分分布的均勻程度屬均勻類型；SK2 礦體的CaO 品位變化系Vc 為2.85％，MgO 品位變化系Vc 為33.05％，遠小于40％，組分分布的均勻程度屬均勻類型；SK3 礦體的CaO 品位變化系Vc 為2.33％，MgO 品位變化系Vc 為33.10％，小于40％，組分中CaO 分布的均勻程度屬均勻類型，MgO分布的均勻程度屬不均勻類型。而2021 年核實建筑用石灰巖礦僅做力學性質測試，不進行化學成分品位變化分析。

3.3.6 礦石類型和品級

關于水泥用石灰巖礦礦石：根據礦山生產現狀，CaO≥45％，MgO<3.5％即可滿足生產需求，對水泥用石灰巖礦不分品級。現采礦區水泥用石灰巖礦礦石體重為2.71 t/m³。關于建筑用石灰巖礦礦石：礦區白云質灰巖、白云巖，堅固性（按質量損失）小于4%，硫化物含量（SO₃質量分數）接近0，礦石壓碎性指標大于11%，根據《礦產地質勘查規范 建筑用石料類》（DZ/T 0341-2020）中物理性能一般要求，礦區建筑用石灰巖礦不能作為建筑用碎石Ⅰ類使用，可以作為建筑用碎石Ⅱ類使用。本礦區建筑用石灰巖礦礦石體重為2.73 t/m³。

3.3.7 礦體圍巖和覆蓋層

礦體下部圍巖為未揭穿的石炭系中統黃龍組（C2h）的灰巖、白云質灰巖、灰巖礦層。礦體上部圍巖為前寒武系上部下段變余粉砂巖。主要分布于礦區的南西部，延伸方向與山脈總體走向大體一致，巖性主要為褐黃色變余粉砂巖夾粉砂質頁巖，表層普遍為殘坡積土層覆蓋，基巖出露較少，根據資料和鉆孔揭露，厚度較厚，大于200 m。巖石呈全～半風化，巖芯呈砂土、碎塊狀，手掰可斷，遇水易崩解。2021 年核實工作對粉砂巖覆土層及全～半風化粉砂巖取兩組樣品進行化驗分析，砂21 樣品和土22 樣品中K₂O+Na₂O=4.23%>4%，達不到水泥配料黏土K₂O+Na₂O≤4% 的要求，粉砂巖覆土層及粉砂巖不能作為水泥配料用黏土礦，因SiO₂=60.5%<80%、SO₃=0.045%<1%、MgO=1.15%<3%，也不能作為硅質原料質量要求。

根據2021 年報告資料，相關部分對水泥用灰巖礦體、建筑用石灰巖礦體覆蓋層特征進行了綜合利用評價。結論為：覆蓋層分為第四系殘坡積層、前寒武系上部下段（An∈b1）粉砂巖、人工堆石三層，其中第四系殘坡積層廣泛分別分布在礦區未剝離地段石炭系中統黃龍組灰巖、前寒武系上部下段粉砂巖之上，主要由黏土、粉質黏土夾碎塊巖石組成，表層含腐質物成分，不符合《礦產工業要求參考手冊》（2014 年修訂版）中磚瓦用黏土物理不得含有碳酸鹽質顆粒要求，不能作為磚瓦用黏土礦。故2021 年核實工作未對礦體上覆第四系蓋層作為磚瓦用黏土含量分析。粉砂巖覆土層分布于礦區的南西部，主要為前寒武系上部下段（An∈b1）粉砂巖全風化產物，巖性主要為粉質黏土、粉砂夾變質粉砂巖碎塊，表層含腐質物成分。

3.3.8 溶洞及其填充物

根據2021 年核實報告資料和本次勘探施工，現礦區范圍內揭露溶巖鉆孔中合計27 個，揭露溶洞鉆孔15個，鉆孔見溶洞率為55.56％，單鉆孔巖溶率在1.20％～13.92％，溶洞總深度為82.29 m，礦區鉆孔揭露溶巖總孔深為2 754.26 m，全區平均鉆孔線巖溶率為2.99％。巖溶總體發育程度屬發育，溶洞深度最小為0.30 m，最大為10.70 m，屬于小～中型。溶洞分布在標高180.80～304.55 m，高于最低開采標高+150 m，溶洞大部分發育在最低侵蝕基準面（標高220 m）以上，少量在最低侵蝕基準面以下，表明溶洞發育受地下水影響較小。13 個溶洞鉆孔中大部分可見溶洞充填物，多數為半充填，少量完全充填，充填物一般為泥質，少量砂質，局部地段含礫石。在最低侵蝕基準面以上溶洞對開采影響小，在最低侵蝕基準面以下會對開采產生影響，主要表現為開采過程中可能產生突水、突泥及塌陷等地質災害。礦山開采設計和施工過程中要對巖溶較發育地段采取相應措施，確保安全生產，防范安全事故的發生［5-6］。

4 礦床成因

現采礦證所處的珠璣鎮一帶，礦區基本處于一種局限淺海潮坪凹地沉積環境，沉積環境較穩定，碳酸鹽巖沉積物中夾雜有白云質及少量泥質夾層，形成灰巖與白云質灰巖、白云巖互層：本區的灰巖以細晶灰巖為主，顯示當時的沉積環境在某一時段曾經處于動蕩、干燥環境。

礦層所在的“石炭系中統黃龍組”的成礦環境為局限淺海潮坪凹地沉積環境。在礦區及周邊，晚泥盆世形成厚度不等、成分不一的碳酸鹽巖沉積；在沉積成巖期，含鎂高的大量白云巖或白云質灰巖形成。上述作用的結果就造成了本區的沉積物主要是細晶灰巖，其次為白云質灰巖、白云巖，三者相互影響形成互層。經過后期構造運動的改造，形成現有的礦床空間展布格局。

5 結語

綜上所述，本區石灰巖礦成因類型為海相沉積型石灰巖礦床。本礦區內的水泥用石灰巖礦與建筑用石灰巖礦質量指標合格，礦區內探明資源量以達到勘探要求，建筑用石灰巖礦可以保證約16 年的開采時間，且本礦床開采條件中等，工程地質條件復雜程度中等，地質環境質量中等，本礦床的開采可以帶動當地經濟發展，具有一定的經濟和社會效益。