郏县马武寨白云岩矿床地质特征、成因及评价

郭甲一，谢白杨，王英超，龙康华，马鹏远

（1.河南省有色金属地质勘查总院，河南 郑州 450052；2.河南省有色金属深部找矿勘查技术研究重点实验室，河南 郑州 450052）

1 矿区地质背景

工作区位于河南郏县北部茨坝乡及禹州市磨街乡一带，处在华北陆块南缘嵩萁台隆西南边缘[3]，工作区地层较简单，主要出露寒武系地层，地层倾向东或东南，倾角近水平。区内构造较为复杂，主构造线方向为NE向，NE向断裂较为发育，其次为NW向断裂(见图1)。

1.1 地层

矿区地层出露情况较好，出露点多、连续性好、出露面积大。矿区出露地层主要有下寒武统徐庄组(∈2x)、中寒武统张夏组(∈2z h)、上寒武统崮山组(∈3g)及少量第四系(Q)残坡积物。地层产状倾向100～150°，倾角3～10°。

1.2 构造

工作区内构造较为简单，为一略具波状起伏的单斜构造，总体产状：走向60～110°，倾向东，倾角2～45°。

图1 河南郏县白云岩矿区地质图

区内断裂构造有4条，3条北西走向，1条北东走向，均为正断层，其中F8正断层对矿体有一定的破坏作用，并使工作区南部的白云岩位置相对上升，形成正地形，提高了矿床的出露程度。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

矿体赋存于上寒武统崮山组(∈3g)地层中，矿体呈层状产出，产状较缓100～150°∠5～15°。受地形切割影响较大。

矿体资源量达到大型规模。控制矿体东西长约2300m，南北宽约1400m。矿体厚度5～127.90m，平均58.90m，未见顶板。矿体平面上呈不规则的椭圆状。见矿工程最低标高283.90m，最高标高532.30m，矿区开采标高310m，全区圈定3个矿体。

矿体绝大部分出露于地表，只有极少量有很薄黄土覆盖。底板为张夏组第五层(∈2z h5)白云质灰岩。

(1) 矿层厚度沿走向变化特征。

全矿层厚度受地形影响较大，在走向上由15线～08线变化较小。各勘探线白云岩矿厚度变化范围在5.00～127.90m，平均58.90m，变化系数68%，厚度变化系数较大，说明矿体厚度变化较大。各钻孔白云岩矿厚度变化范围在76.00～127.90m，平均100.90m，变化系数20%，厚度变化系数较小，说明钻孔矿体厚度变化较稳定。由于矿层厚度受地形剥蚀影响，变化较大，沟谷中矿层较薄，山顶矿层厚度巨大，矿层直接出露于地表。

(2) 矿层厚度沿倾向变化特征。

各勘探线矿层厚度基本上由北西向南东变厚，矿层基本直接出露地表。地表工程平均厚度49.85m，深部工程平均厚度100.90m。说明矿层沿倾向厚度变化稍大，向深部变厚，矿体厚度沿倾向变化基本一致。

2.2 矿石特征

(1) 矿物成分。

主要矿物成分为白云石，含量约99%。方解石、铁质镜下局部可见原岩中的椭圆形痕迹，色暗，大小为0.2～0.6mm，推测可能为原岩中的鲕粒。

白云石：呈自形、半自形菱面体，为重结晶而成，大多颗粒大小为0.06～0.25mm，为细晶；少部分颗粒大小为0.04～0.06mm，为粉晶；少部分大小为0.28～0.5mm，为中晶；白云石闪突起明显，高级白干涉色，颗粒间呈镶嵌状分布。

方解石：呈粒状，大小为0.005～0.04mm，局部见到，不均匀分布于白云石粒间。

铁质：部分铁质呈不规则脉状分布，少部分铁质分布于白云石边缘，使得白云石边界更加清晰。

(2) 结构构造。

矿石结构为细晶、隐晶、鲕粒结构；矿石构造为厚层状、块状构造。

(3) 化学成分。

矿石主要化学成分(%)：CaO 30.64、MgO 20.99、SiO20.97、Al2O30.37、Fe2O30.35、K2O+Na2O 0.18、Mn3O40.01、S 0.01、P 0.01、酸不溶物 1.42。可以看出，矿体中主要有益组分MgO含量变化不大，在19.03%～21.60%之间，平均20.99%。主要有害组分SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、Mn2O4含量都较低。矿石中主要化学成分平均含量均满足规范[4]中对白云岩矿的一般工业要求。

图2～图5为矿石MgO、Na2O+K2O、SiO2、酸不溶物分布密度直方图，从图2中可以看出，矿石MgO含量集中分布在20%～21.60%之间，占样品总数的89%；<20%的占11%。

图2 矿石MgO品位分布密度直方图

图3 SiO2品位分布密度直方图

图4 酸不溶物品位分布密度直方图

图5 Na2O+K2O品位分布密度直方图

从图3看出，SiO2含量集中分布在0.13%～1.5%之间，占样品总数的91%；分布在1.5%～4%占4%，>4%者占3%。

从图4看出，酸不溶物含量集中分布在0.13%～2%之间，占样品总数的87.31%；2%～4%之间占10.38%。

从图5看出，Na2O+K2O均≤0.3%，作为有害元素含量很少，满足白云岩各种用途指标。

2.3 矿石类型和品级

(1) 矿石类型。

本矿床矿石类型单一，根据其自然特征及岩矿鉴定结果，命名为厚层状细晶白云岩矿石类型，浅灰—灰色，隐晶结构，块状、厚层状构造，厚层状产出，单层厚度最大超过2.5m，主要矿物成分为白云石。镜下可见原岩中的椭圆形痕迹，色暗，大小为0.2～0.6mm，推测可能为原岩中的鲕粒。白云石呈自形、半自形菱面体，为重结晶而成，大多颗粒大小为0.06～0.25mm，为细晶；少部分颗粒大小为0.04～0.06mm，为粉晶；少部分大小为0.28～0.6mm，白云石闪突起明显，高级白干涉色，颗粒间呈镶嵌状分布。方解石呈粒状，零星分布于白云石粒间。铁质局部聚集呈不规则团状分布。

(2) 矿石品级。

白云岩矿用途不同，对其成分的要求也不相同。

耐火材料炉衬用白云岩和熔剂用白云岩化学成分一般要求如表1所示。

作为熔剂用白云岩，矿区白云岩样品均达到矿石要求。即MgO含量≥16%(工业品位)，Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2≤10%，其中SiO2≤4%。

作为耐火材料炉衬用白云岩，矿区白云岩样品90%以上均达到矿石要求，即MgO含量≥20%(工业品位)，Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2≤3.0%，其中SiO2≤1.5%。

因此，本区白云岩矿既可作为耐火材料炉衬用，也可以作为熔剂用白云岩。

表1 耐火材料衬炉用、熔剂用白云岩化学成分一般要求[4]

此外，冶炼金属镁是白云岩重要用途之一，本矿区的白云岩还可用于冶炼金属镁，按照《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》[4]对耐火材料炉衬、熔剂用白云岩矿石化学成分一般要求及冶金用白云岩粒度要求，参照《矿产资源工业要求手册》[5]，本矿区的矿石品级按照冶镁用白云岩品质要求见如表2。

本次矿石储量计算按照冶镁用白云岩最高要求，MgO≥19%，SiO2≤4.0%，K2O、Na2O含量符合质量要求。其中MgO 19.03%～21.60%，平均20.99%；主要分布在矿区中东部。由于白云岩用途较多，用途不同，对白云岩各种成分含量指标要求不一样，经过ZK1520钻孔全孔组合样分析， 发现矿层底部1个组合样中MgO≥19%，但SiO2＞4%，K2O+Na2O＞0.30，可能由于底板样品组合中有一个样品MgO＜19%所致，因此在今后矿山开采中建议根据不同用途增加分析测试项目。

表2 冶炼金属镁白云岩品质要求

3 矿床成因及找矿标志

3.1 矿床成因

白云岩的形成过程比较复杂，根据其形成条件及成因，白云岩矿分为原生、成岩和次生白云岩矿三类[6-7]。绝大多数地质学家认为从自然界海水中直接沉淀的原生白云岩矿是很少的，仅仅存在于蒸发较大内陆咸水湖，全球大多数白云岩矿可能是次生白云岩矿，大部分经历了海相沉积。因此河南省中南部及西部地区的冶镁白云岩矿床主要赋存于上寒武统崮山组地层中[8-11]。

本矿床位于中朝准地台华熊台缘坳陷东北缘渑池—确山褶皱断束中部，自早古生代到晚古生代末期，整个中朝准地台进入广泛的盖层发育期的相对稳定阶段，构造运动表现为整体的上升与下降。在寒武纪形成了广泛的海侵超覆，早期沉积了滨海—浅海相的淡红色，灰白色粉砂岩、砂砾岩；黄褐色、紫红色页岩、泥灰岩；条带状、鲕状灰岩、白云岩，局部为矿体底板。中期前段沉积环境处于短暂的动荡—静止期，为较稳定的海相环境，物质来源丰富，受古地理气候影响形成了厚层状灰色细晶白云岩[12]。

本矿床属化学、物理、生物作用下形成的一套碳酸盐建造，又经各种构造运动，逐步形成本矿床现在的形态。

3.2 找矿标志

本矿区白云岩矿是典型的层控沉积矿床，白云岩矿赋存于上寒武统崮山组，在豫西地区崮山组地层中白云岩矿有较好的成矿前景，主要标志为上寒武统崮山组厚层状细晶白云岩，顶板直接与第四系覆盖层接触，或者直接出露地表。底板为中寒武张夏组上段白云质灰岩。

4 矿床经济意义评价

通过本次系统工作，估算出矿区白云岩矿石资源量3.25亿t，为一超大型白云岩矿床。白云岩矿石主要有害组分含量较低，基本满足白云岩的各种用途。

通过对该矿床白云岩矿经济意义概略研究得出：

(1) 矿区白云岩矿绝大部分直接出露于地表，便于露天开采，矿区内水文地质条件简单，开采成本低。由于属于露天开采，因此对植被破坏较大，因此需要对环境生态保护提出合理规划。

(2) 矿区白云岩质量好，规模巨大，具有很高的经济利用价值，矿石不仅可以用来提炼金属镁，也可作为熔剂、炉衬、玻璃、水泥等化工原料，并适合进行较大规模的工业化开采，因此本区白云岩矿床具有广泛的用途和开发利用前景。

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