徐州大洞山水泥灰岩矿床地质特征及成因探讨

施建斌，张 琪，景佳俊

徐州大洞山水泥灰岩矿床地质特征及成因探讨

施建斌，张 琪，景佳俊

（江苏省地质矿产局第五地质大队，江苏 徐州 221004）

大洞山水泥用石灰岩矿床是海相碳酸盐岩型沉积层状矿床，矿层赋存于中寒武统张夏组—上寒武统崮山组下段，属滨海—浅海相化学和生物化学沉积的混合产物。矿床规模特大，矿层厚度稳定，矿石质量较好，是优质的水泥原料。

水泥灰岩；地质特征；矿床成因；江苏徐州

Abstract: Dadongshan cement limestone ore deposit is marine carbonate type of sedimentary deposits. The ore deposit occur in the middle cambrian Zhangxia group-upper cambrian Gushan group at its lower paragraph, belong to chemical and biological chemical deposition of product mix of coast sea-shallow sea phase. The scale of deposit is super-large and thickness is stable and the mineral quality is good, is a high quality cement raw materials.

Key words: cement limestone; geological features; ore genesis; Xuzhou Jiangsu

1 地质概况

大洞山水泥用石灰岩矿区位于中朝准地台(华北地台)—淮河台坳—淮北台陷褶带—徐(州)宿(县)弧形断褶带的东侧, 推覆构造前缘残留岩片之一大洞山穹隆半背斜部位。分布地层主要为华北地台型震旦系、寒武系、奥陶系、第四系(见下页图)。

震旦系主要出露地层有上震旦统张渠组(Z2zh)、魏集组(Z2w)。

寒武系出露有下寒武统猴家山组(∈1h)、馒头组(∈1m)；中寒武统毛庄组(∈2m)、徐庄组(∈2x)、张夏组(∈2z)；上寒武统崮山组(∈3g)、长山组(∈3c)、凤山组(∈3f )。

奥陶系主要地层为下奥陶统三山子组(O1s)、贾汪组(O1j )、萧县组(O1x)、马家沟组(O1m)。

水泥用灰岩含矿层位为中寒武统张夏组(∈2z )和上寒武统崮山组下段(∈3g1)。

矿区褶皱和地层总体呈北西走向，呈向南西凸出的弧形展布，断裂构造以北西向的张性断裂和近南北向的张扭性断裂两组为主，矿区内岩浆岩不发育，仅见燕山晚期—喜山期橄榄玄武玢岩岩脉，可见碳酸盐化、褐铁矿化等热液蚀变现象及烘烤现象。

本矿区矿床水文地质、工程地质条件简单，环境地质较优，开采技术条件良好，矿石资源/储量达11.38亿t，为一特大型水泥用石灰岩矿产地。

2 矿床地质特征

2.1 矿层特征

矿区由大洞山、羊鼻山、团山和鼠山东北坡组成。最大标高为大洞山361.00m，其周边标高：北边缘125m，南边缘60m，东边缘70m，西边缘170m。南边缘60m标高之下仍有隐伏矿层存在。

矿层赋存于中寒武统张夏组(∈2z)，次为上寒武统崮山组下段(∈3g1)两个层位中，平面整体形态为北东端宽、南西端呈弧形的似“舌”状，剖面形态为厚层状，平均厚度237.33m。总体北西走向，矿层倾向南西，倾角多为15～25°，羊鼻山顶矿层变缓为10°左右，但其南部近平原区及大洞山体西北部矿层倾角变陡，大于35°，最大55°。

全矿区含矿率92.44%，发育厚度大于8m的Ⅱ级品矿层4个，大于2m厚的夹层6个，矿层底板为中寒武统徐庄组砂页岩，局部顶板为上寒武统崮山组上段薄层灰岩。据施工钻孔统计，岩溶率为1.05%。

矿层主要化学成分CaO的变化系数0.80%，R2O的变化系数13.19%，MgO的变化系数8.14%左右，表明矿石质量稳定。

2.2 矿石类型及品级

按自然类型划分，大洞山矿区矿石类型主要有鲕状灰岩、豹皮状灰岩、泥质条带灰岩三种，其次还有少量的薄层灰岩、块状灰岩和生物碎屑灰岩。

矿石结构主要为原生结构，有鲕状亮晶结构、碎屑结构、泥晶结构和生物碎屑结构等。矿石构造较简单，主要有块状构造、云斑(豹皮状)构造、条带状构造等。

按照DZ/T0213－2002《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》中水泥灰岩矿床评价的一般工业指标要求：Ⅰ级品矿石CaO≥48%，MgO≤3%，R2O≤0.6%；Ⅱ级品矿石48%＞CaO≥45%，3.5%≥MgO＞3%，0.8%≥R2O＞0.6%。矿区矿石按体积计算Ⅰ级品率为76.9%，Ⅱ级品率为23.1%。

2.3 矿石质量

矿石矿物成分以方解石为主，其次为白云石，以及泥质、铁质和有机质等。方解石质量分数在90%～95%，少数小于90%，白云石质量分数一般1%～2%，最高可达30%(豹皮状灰岩)，二者质量分数呈负相关关系。

全矿区的矿层化学成分体积加权平均为CaO 50.97%，MgO 2.34%，R2O 0.22%，达到矿石Ⅰ级品的标准。矿区各勘查线样厚加权平均化学成分含量如表1。

表1 大洞山矿区各勘查线矿石平均品位统计

据矿区组合样品分析结果统计，矿石中SO3、Cl-、f SiO2三种有害组分含量见表2。由表中可以看出，本矿区矿石中SO3、f SiO2含量大大低于水泥灰岩工业指标要求的≤1%和4%～6%的底线，Cl-亦不超过规范要求预分解窑不大于0.015%的指标。

3 矿床成因探讨

矿层赋存在中寒武统张夏组至崮山组下段，多为灰色厚层状灰岩，并有不同程度的白云石化。沉积岩层的层理构造、缝合线构造清晰可见，岩矿石的鲕粒结构、生物碎屑结构及藻斑结构均很明显，以三叶虫和蓝绿藻为主的生物群化石极为发育，并见较多的叠层石及蠕虫虫迹化石。由此可见，本矿床属滨海—浅海相沉积矿床。沉积作用是在浪基面之上广阔的陆表海中进行的，潮间高能颗粒滩相至潮上低能泥坪相沉积及藻蓆、藻滩微相沉积均很明显[1]。

表2 大洞山矿区矿石中有害组分含量

张夏组下段第一岩性层(∈2z1-1)底部含海绿石的鲕状矿石的产出，反映了较下伏徐庄组(砂岩和砂质灰岩)沉积时海水加深，为弱氧化的沉积环境，接着大量鲕状灰岩出现，并有非鲕状灰岩矿石，直至下段第二岩性层沉积结束。鲕状灰岩矿石含有生物碎屑，反映了浅海区有生物活动和繁殖，促使了CaCO3沉积，底流作用和潮流作用使处于悬浮和掩埋不断运动的颗粒为浑圆状的同心鲕和复鲕。张夏组上段出现有大量豹皮灰岩矿石，夹灰岩、鲕状灰岩；并且在上段第三岩性层底部中见有龟裂纹，反映了浅海沉积环境伴有滨海相的潮上带到潮间带的沉积相。上段第一、第三岩性层中的两个较为稳定的夹层均为土黄色豹皮灰岩，其“豹斑”在镜下见有搅动构造,为潮间带的沉积，致使泥质成份及R2O含量偏高，上段第一、第三岩性层中的局部灰岩和灰色豹皮状灰岩矿石中，普遍含有藻团块和藻屑，为动荡相对平静藻礁发育的环境，矿石质量相对较好。上段第二岩性层的鲕状灰岩出现，反映了沉积环境的变化，海水深度出现浅—深—浅的变化[2]。

根据镜下鉴定资料，不同类型的灰岩矿石中，普遍存在有方解石重结晶和白云石化，尤为鲕状灰岩为主，白云石含量高的可达20%以上，致使成为MgO含量超限的夹层或Ⅱ级品矿。以胶结物存在的亮晶方解石有两个世代，第一世代呈马牙形围绕泥晶方解石组成的砂屑，第二世代呈它形充填在空隙间，上述情况认为在CaCO3沉积后的成岩过程中或稍后，在原沉积的碳酸岩的孔隙中，再次沉积Mg、Ca物质，后期在动力作用下又充填了白云石。地质填图过程中发现，在断层比较发育的地段，白云岩化相对发育与此有关。各矿段常见的地表和深部化学成分有所差异，主要为次生淋滤所致。

准同生白云石化所造就的次生交代结构在矿石中屡见不鲜。准同生白云石化具有强烈的选择性，主要是对亮晶颗粒灰岩中的颗粒进行蚕食交代，特别是鲕粒，被白云石交代的现象更为常见。有的泥粉晶白云石首先交代鲕粒中心部位或某些圈层的泥晶方解石，反映准同生白云石化由鲕粒中心向鲕粒外部有逐步减弱的趋势。灰岩的颗粒、鲕粒虽然遭受不同程度的白云石化，但是颗鲕粒间的基质尚无白云化，依然保持亮晶方解石的形态。

综上所述，海水动荡的机械作用和生物化学作用是颗粒灰岩形成的基本因素[3]，温暖湿热的气候条件，清澈明亮的海水环境，为生物的繁殖生长及其生物化学的沉积作用创造了优越条件。

[1]翟淳,张长俊,卫管一,等.岩石学简明教程[M].北京:地质出版社,1978.

[2]房尚明.徐州地区的寒武系[J].地层学杂志,1991,15(4):252-262.

[3]梅冥相.灰岩成因—结构分类的进展及其相关问题讨论[J].地质科技情报,2001,20(4):12-18.

Discussion on the Deposit Geological Features and Genesis of Cement Limestone Ore in Dadongshan, Xuzhou

SHI Jian-bin, ZHANG Qi, JING Jia-jun
(Party 5 Jiangsu Bureau of Geology and Mineral resources, Xuzhou 221004, China)

P619.2

A

1007-9386(2012)03-0052-03

2011-12-31