辽宁省早古生界熔剂石灰岩成矿条件及成矿规律

【摘 要】 辽宁省石灰岩资源丰富，从太古界至古生界共有20个含矿层位。通过对各赋矿层位的碳酸盐岩发育程度、区域分布稳定性及已知矿床规模数量和查明资源储量情况等综合分析;在各主要成矿地质时期中，碳酸盐岩化学成份具有MgO比率自老而新逐渐降低，CaO比率逐渐增高的演化趋势。可见，成矿地质年代愈新，熔剂（含制碱）石灰岩成矿远景愈好，潜在资源量愈大。本文重点对我省石灰岩最新含矿层早古生界，在成矿地质背景、成矿条件、成矿规律及分布等方面加以论述。

【关键词】 辽宁省早古生界  熔剂石灰岩  成矿条件

1 绪论

石灰岩是一种广泛用于建筑、冶金、化工、环保等领域的重要矿产资源，具有用途广、用量大的特点。近年来随着国民经济的不断发展，各行各业对石灰岩的需求量大增，因此石灰岩的资源储备问题也日益受到关注。随着国民经济的发展，我省地质工作取得了巨大进展。在石灰岩矿产方面，相继在全省对水泥用、熔剂用、制碱用、电石用石灰岩做了大量普查勘探工作，积累了丰富的资料。

辽宁省石灰岩资源丰富，分布广泛，从太古界至古生界共有20个含矿层位。在地台区的赋矿层位有，下元古界辽河群高家峪组、大石桥组、中元古界长城系、高于庄组、蓟县系雾迷山组、铁岭组、上元古界震旦系南关岭组、甘井子组、营城子组、十三里台组、寒武系老庄户组（碱厂组）、馒头组、张夏组、风山组、奥陶系冶里组亮甲山组、马家沟组。在地槽区的赋矿层位有中、晚元古界魏家沟岩群，开原岩群照北山岩组，奥陶系下二台群黄顶子组和石炭系磨盘山组。截止2005年于上述各赋矿层位中，发现各类用途（熔剂用、制碱用、电石用、水泥用、制灰用）石灰岩矿产地153处。其中大型矿床20处，中型矿床36处，小型矿床53处，矿点44处。共计查明资源储量49.02亿吨。

石灰岩主要成矿地质年代为中元古代长城纪高于庄期，蓟县纪雾迷山期，新元古代震旦纪南关岭期、营城子期，早古生代寒武纪张夏期、奥陶纪冶里期、马家沟期。

在上述各主要成矿地质时期中，碳酸盐岩化学成份具有MgO比率自老而新逐渐降低，CaO比率逐渐增高的演化趋势。因此，成矿地质年代愈新，石灰岩成矿远景愈好，即早古生代寒武纪、奥陶纪成矿地质时期，碳酸岩盐化学成份CaO在50%±，接近熔剂（含制碱）石灰岩CaO≥50%的工业指标要求。因此，早古生代成矿地质时期熔剂（含制碱）石灰岩潜在资源量大，具有较好的成矿远景。

本文以下将重点论述我省早古生代成矿地质时期熔剂（含制碱）石灰岩的成矿地质背景、成矿地质条件、成矿规律及分布等。

2 成矿地质背景

早元古界寒武系地层以泥质岩石和碳酸盐岩为主，为滨海—浅海沉积环境，其中张夏组厚度最大且质量好，为重要赋石灰岩层位。奥陶系、志留系可划分为地台和地槽两种类型。地台型奥陶系主要分布于辽东太子河地区，辽南及辽西地区，沉积类型以浅海相的碳酸盐岩为主，其中冶里组、亮甲山组、上马家沟组为主要石灰岩矿层位。地槽型奥陶系、志留系分布于辽北的昌图、康平、西丰境内及辽西建平北部。前者属于吉黑地槽系，后者属内蒙—兴安地槽系，地槽型的地层为—套浅变质岩系，分布于辽北地区的奥陶系黄顶子组，上部岩性以大理岩为主，为含石灰岩矿层位，志留系分布于建平北部，地层名称为下统巴林桥组，中统晒勿苏组，岩性主要为片岩、片麻岩、石英岩夹大理岩、结晶灰岩，目前该层位无代表性石灰岩矿床。

我省境内加里东旋回（早元古代）虽有一定影响，但并未处成岩浆活动。早古生代构造层可分为地槽、地台两种类型地台型构造层为华北型，由寒武系、奥陶系组成。寒武系早期，海水循环较差，水体能量低，老庄户（碱厂）组、馒头组灰岩可形成小型矿床。中寒武世海浸扩大，并在中晚期达到高峰，其沉积物中陆源组分贫乏，形成张夏组以泥晶灰岩、鲕粒灰岩为主，为重要的石灰岩赋矿层位。晚寒武世海水动荡，随着海水进退、潮汐作用，形成竹叶状碳酸盐岩沉积，有些地段可形成小型矿床。奥陶纪冶里期海水循环良好，亮甲山期水动力作用变弱，这两期沉积均为灰岩、花纹灰岩和燧石结核灰岩，为重要石灰岩矿产出层位。马家沟期海浸扩大，形成的石灰岩质纯，此时白云质灰岩亦有少量产出，为重要石灰岩赋矿层位。地槽型可分为内蒙—大兴安岭型和吉黑型。早古生代构造层由奥陶系明安山群、志留系晒勿苏组，均有碳酸盐岩层，但至今尚未发现具工业意义赋矿层位。吉黑型早古生代构造层由奥陶志留系下二台子群构成，下二台子群黄顶子组中碳酸盐岩发育是石灰岩的赋矿层位。

3 成矿地质条件

3.1 沉积建造与海浸旋回

在影响沉积建造的诸多因素中，大地构造背景最为重要。由于大地构造运动引起的水体进退（海浸旋回）而形成的沉积建造无不受构造运动的变化和持续时间的长短制约，因此，沉积建造与海浸旋回的特征是石灰岩成矿的重要地质条件。寒武系沉积旋回在省内是一致的，碱厂期（或老庄户期）以碳酸盐建造为主，馒头期—张夏期，上部为碳酸盐建造，下部为陆源粘土建造，整体为一海进序列，而且在张夏期达到最大海浸。崮山期—凤山期，下部为陆源建造组合，上部为碳酸盐建造，亦为海进序列。总体上寒武系沉积建造属稳定型建造系列，为一海进序列。奥陶系沉积分为地台型和地槽型两种。地台型奥陶系下部以碳酸盐建造为主，上部以藻礁碳酸盐建造为特征，为一海进序列 ;地槽型奥陶系—志留系沉积建造，盘岭期原岩为灰色复陆屑建造，黄顶子期原岩建造为蒸发式建造—红色复陆屑式建造，烧锅屯期则为灰色复陆屑式建造。其海水旋回为一完整旋回，即早期海进晚期海退。通过以上对沉积建造及海侵旋回的分析可以看出，海侵早期多为陆源建造，海侵中期则多为碳酸盐建造。石灰岩含矿层位均产于碳酸盐建造中，而且海侵愈大，碳酸盐建造愈发育，则含矿性愈好。如上马家沟组、张夏组、营城子组等。在地槽型沉积中，碳酸盐建造多发育在地槽演化的晚期阶段。

3.2 岩相古地理环境与碳酸盐岩成因

碳酸盐岩是与石灰岩矿床关系及其密切的岩石。在影响碳酸盐岩成因的因素中，岩相古地理环境最为重要。而特定的岩相古地理环境是与一定的大地构造背景相一致的。

（1）碳酸盐岩的旋回性特征;碳酸盐岩分地台型和地槽型两个大类，绝大部分是在海洋中生成的。在地台型沉积的沉积演化过程中，碳酸盐岩的形成和发育是与海侵最大时期及以后的海侵稳定有关。在地槽型沉积的旋回发展中，碳酸盐岩建造多发育地槽的晚期阶段。通过上述可以看出，地台区碳酸盐岩无论在地史分布还是在发育程度上均多于地槽区。总之，碳酸盐岩主要发育在地台区而不是地槽区，其发育时间是正当地台面积逐渐扩大而地槽逐渐缩小的时候。

（2）岩相古地理环境与碳酸盐岩分布;岩相古地理环境与碳酸盐岩分布的关系，如太子河地区的马家沟组，潮上带岩石以白云岩为主，潮间带岩石为白云质灰岩、泥质花纹灰岩等，而潮下带岩石则为中厚层—厚层灰岩。因此可以说，碳酸盐岩的这种分布特征具有普遍规律。

通过以上分析可以看出，潮上带岩石多为白云岩，潮下带则多为纯净的灰岩，而潮间带为上述两者的过度类型。另外，不同相带岩石化学分析结果统计也显示出这种规律性分布的特点。即由潮上带至潮下带，CaO由低变高，MgO、SiO2、Fe2O3则由高变低，见表1。

（3）碳酸盐岩成因分析;通过碳酸盐岩古地理分布的研究可以看出，碳酸盐岩的形成主要与浅海潮坪环境有关，主要有以下原因：一方面浅海环境下海水比较温暧，海水深度浅且水压较低，CO2得以迅速释放，从而使海水中的碳酸盐岩形成过饱和，有利于碳酸盐岩的生成。同时浅海环境利于藻类生长，藻类的光合作用也从海水中吸收了大量的CO2而且钙藻本身也是碳酸盐岩的提供者。另一方面，碳酸盐岩的生成还与海水的浑浊程度有关。在清水环境下，无或少有陆源物质加入，有利于生物生长及光合作用的进行，易形成碳酸盐岩。而在浑浊的海水中，有大量的陆源物质存在并产生沉淀，同时也不利于光合作用进行，因而不易形成碳酸盐岩。在地质历史中海侵最大阶段，陆表海最发育，浅海广泛，而且无或很少陆源物质的加入，因此可以形成大量的碳酸盐岩。

4 成矿规律

4.1 石灰岩时间上的成矿规律

古生代时期省内有华北地台型和地槽型两种建造。早古生代沉积环境为平坦浅海环境，自下而上为单陆屑式建造—碳酸盐建造—紫色粘土白云岩建造—异地碳酸盐建造，有沉积间断，表现为沉降为主的地壳震荡运动。下寒武统碱厂组白云质灰岩CaO 30.18%±，MgO 20.23%;中寒武统张夏组灰岩CaO 48.57%，MgO 2.58%;下奥陶统冶里组和亮甲山组灰岩CaO 49±，MgO 1.2%±;中奥陶统马家沟组灰岩CaoO 51%±，MgO 0.9%±。

综上所述，碳酸盐岩沉积地质历史的演化过程表明：白云岩的产生数量（MgO含量）随年代由老至新有逐渐减少趋势，即太古代和早元古代地层的碳酸盐岩中白云岩占绝对优势，MgO含量最高;从中元古代至古生代的碳酸盐岩中白云岩逐渐减少，MgO含量渐低。而石灰岩的沉积随时代变新逐渐增多，CaO含量增高，MgO/CaO值也有变小趋势。

随着地质历史的发展，铁镁质古地壳不断减少，而酸性岩体逐渐增加，造成Mg2+相对减少，而Ca2+则相对增加被带入海洋，所以在古生代地层中都沉积形成了丰富的石灰岩。在早古生代地层中即有丰富的石灰岩又有较多的白云岩，在此之前碳酸盐岩沉积以白云岩为主，之后以石灰岩沉积为主。

此外，在同系地层的下统，中统和上统地层中，石灰岩成矿亦有一定规律，化学成分也有差异。上下统石灰岩地层沉积处于海侵和海退阶段，多为滨海相沉积。在海洋真离子溶液中混有一定量的粘土质胶体溶液，这些胶体晶出粘土矿物混到石灰岩沉积物中，造成石灰岩SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O含量偏高，而CaO、MgO含量低于中统石灰岩。中统石灰岩是内海侵最大时期形成的，沉积环境较稳定，多为远离陆地的浅海环境，由于海水中陆源胶体溶液减少，溶于水中的HCO3-浓度相对增大，使得中统石灰岩CaO、MgO含量均略高于上下统的石灰岩。因此，主要的优质石灰岩层位均为中统石灰岩层，例如奥陶系中统马家沟组、寒武系中统张夏组等，各组石灰岩质纯且厚度大，分布范围广，储量丰富，资源远景较大，是省内的重要熔剂（含制碱）石灰岩资源层位，见表2。

4.2 石灰岩空间上的成矿规律

由于在地壳上形成的各种地质构造单元有规律地控制着各时代地层的形成与展布，因此省内石灰岩成矿在空间上受一定的大地构造单元规律性控制。辽宁省大地构造位置属中朝准地台东北部与内蒙—大兴安岭和吉黑褶皱系的交接部位。以赤峰—开原超岩石圈深断裂为界，北部为地槽褶皱带，以南为华北地台区。省内石灰岩矿层主要分布于地台区内的太子河—浑江、复州、辽西3个台陷区和铁岭—靖宇台拱汎河凹陷内。华北地台区内盖层地层属华北型，石灰岩主要赋矿地层早古生界寒武系、奥陶系的石灰岩矿主要分布于三个集中区，各集中区内石灰岩成矿特点分述如下：

（1）太子河地区;该区大地构造单元属太子河—浑江台陷，辽河运动后全区隆起，晚元古代形成古海盆，海水由西向东浸漫，沉积了青白口系和震旦系下统的海相单陆屑式建造，厚度>1000m，之后海水退出。寒武纪开始又沉积了巨厚的碳酸盐建造，中奥陶世后全区抬升。在寒武纪和奥陶纪最大海浸时期，本区形成了一些主要石灰岩矿床。中寒武世张夏期，该区西部形成了一个巨大沉降中心，位于辽阳小屯、双庙子一带，形成了众多大中型矿床（小屯、双庙子、宝镜山），矿层厚度近500m，到中部原石山、朴家沟一带矿层厚减至188m，东部桓仁二棚甸子一带石灰岩厚度变薄至170m。总的来看，寒武系中统张夏组石灰岩在本区由西向东，中厚层灰岩逐渐减少，以鲕状灰岩代之，这表明西部古地理环境为海盆水体较深的潮下低能带，到东部则为水体较浅的潮下高能带。因此西部的辽阳一带至东部的桓仁二棚甸子一带，石灰岩矿层由厚变薄，夹层由少变多，CaO含量也由高变低。该台陷区中部深南北浅，北部又深于南部，所以石灰岩矿层也以中部厚南北薄、北部厚南部薄的空间成矿规律与之对应。因此太子河地区寒武系中统张夏组石灰岩矿床多集中于西部至中部，而北部又多于南部。奥陶纪时期本区也呈一狭长海盆，海浸最大阶段为马家沟期，在盆地的东西各形成一个沉降中心，一个是辽阳灯塔下缸窑一带，另一个在桓仁五里甸子一带，都形成了巨厚的石灰岩沉积，东部为860m，西部为772m，中部本溪一带石灰岩厚仅136—350m，形成了东部厚西部薄，而中部比西部更薄的特点，工业矿床多集中于西部。另外，东、西部石灰岩矿床中Fe2O3含量也不同，西部辽阳—本溪一带石灰岩Fe2O3含量为0.31-0.61%，而东部新宾—桓仁一带Fe2O3为0.02-0.07%，比西部含量低，可能由于西部接近含铁较高的太古界侵蚀区所致，所以东部含铁低的石灰岩更适合用作白水泥。早奥陶世冶里期在本区东部南甸一带，形成了较纯的石灰岩（电石用灰岩）矿床，据调查在本溪县太平沟一带的冶里组中也见有厚层灰岩，厚为15-20m，其化学成分CaO：53.74%，MgO：0.89%，SiO2：1.04%，Fe2O3：0.07%，符合熔剂（含制碱）灰岩要求。总之太子河地区为辽宁省寒武系、奥陶系石灰岩矿产的主要产区。

（2）复州大连地区;该区大地构造单元隶属于复州台陷，区内广泛分布震旦系、寒武系、奥陶系地层。该区第一个重要的石灰岩矿层位为寒武系中统张夏组，分布较广。瓦房店、复州湾磨盘山一带为鲕状灰岩、结晶灰岩夹少量花纹灰岩，属潮下坪相;金州龙王庙及湾里一带为结晶灰岩、页岩，属广海陆棚相、浅海相。该组地层以瓦房店砟窑一带为沉降中心，厚度556.67m，南部地区厚度200m，矿层在瓦房店为143m，南部金州北山为87m，表明本区张夏组石灰岩层由北向南厚度渐薄，而且灰岩规模和质量都不如太子河地区。奥陶系中统马家沟组为本区第二个重要石灰岩矿层位。北部复州湾三棱山以北地区，该组岩性为花纹灰岩夹灰质白云岩，属潮间坪相;南部金州前石灰窑子一带，该组岩性为灰岩夹花纹灰岩，属潮下坪相。北部复州湾骆驼山矿床矿层厚452m，南部金州前石灰窑子矿床层厚713.5m，说明奥陶系中统马家沟组灰岩厚度由北向南变厚，质量也是南部好于北部。

（3）辽西地区;该区大地构造隶属于辽西台陷，区内中元古代起全区为一强烈沉降的海盆，长城纪沉积了2083-4853m厚的滨海—浅海相单陆屑式建造和造礁碳酸盐建造;蓟县纪海浸扩大，形成厚度大于6000m的沉积层，主要为造礁碳酸盐建造。本区局部地段高于庄组和雾迷山组形成工业矿床，但规模较小。奥陶系下统冶里组—亮甲山组主要分布于朝阳、锦州、凌源、建昌、葫芦岛一带，沉积环境为一开阔陆表海，可分为潮间带与潮下带。前者分布于葫芦岛富隆山一带，石灰岩厚度较薄，为199.9m。后者分布于西部凌源土墙子，厚度364.23m，石灰岩厚度西部厚东部薄，矿石质量也是西部好于东部。奥陶系中统马家沟组主要分布于喀左丛元号三家子、南票赵家沟一带，古地理环境为一开阔陆表海。从东至西按岩性岩相可分为三个相带：东部为上潮间带，以白云岩和白云质灰岩为主;中部为下潮间带，以白云质灰岩和灰岩为主;西部为潮下带，以灰岩为主。从厚度变化来看，西部厚东部薄，西部喀左一带石灰岩层厚496m，到东部葫芦岛杨家杖子一带仅为51m。岩性西部以灰岩为主，而东部以白云质灰岩和白云岩为主。

5 结语

通过上述对早古生界石灰岩含矿层位，在成矿地质背景、成矿地质条件、成矿规律及分布等方面论述得出：早古生界是我省熔剂（含制碱）石灰岩的重要含矿层位，在地台区内的太子河地区、复州大连地区、辽西地区等三个区是我省的重要的成矿区域，对今后寻早同类型石灰岩矿床，具有重要的指导意义。

参考文献

[1]辽宁省地质矿产局.辽宁省区域地质志.地质出版社，1989.

[2]赵光慧，等.辽宁省石灰岩成矿区划报告.2007.

作者简介：刘洪光（1962—），男，地质高级工程师，主要从事地质矿产勘查及金矿选冶工作。