清水河县大梁山白云岩矿地质特征及开发利用

赵佳佳

（中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古 呼和浩特 010010）

清水河县大梁山白云岩矿地质特征及开发利用

赵佳佳

（中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古 呼和浩特 010010）

本文论述了大梁山白云岩矿床地质特征、矿石质量、矿石类型等。该地区白云岩矿已达到冶镁用白云岩的工业要求。同时该区资源储量丰富，矿区构造简单，矿体形态为近水平产出的层状矿体，倾角一般1～ 5°，开采技术条件简单，适合露天大规模开采，易于开发利用。

白云岩；地质特征；矿石质量；开发利用

白云岩广泛用于建材、钢铁、陶瓷、橡胶、造纸、塑料等工业。另外在农业、环保、节能、药用及保健等领域也得到了应用[1]。近年来随着国民经济的迅速发展，对优质白云岩的需求增加，因此，加快白云岩资源的勘查，提供新的资源基地，显得特别重要和紧迫。

1 区域地质背景

内蒙古清水河县大梁山白云岩矿区位于华北地台(Ⅰ)、山西台隆(Ⅱ)、清水河隆起(Ⅲ)的中部。区域内古生代地层区划属华北地层大区、晋冀鲁豫地层区、东胜地层小区；中、新生代地层区划属山西地层区、凉城地层分区。主要出露地层由老至新有：古生界寒武系，中下奥陶统，上石炭统，上、下二叠统，新生界新近系上新统，第四系上更新统、全新统。

区域内表现为地台型构造特征，太古代以后构造运动以升降运动为主，褶皱极其微弱，地层近水平产出，略向南至南西缓倾，倾角一般≤5°，断裂较为发育，按其走向划分，以北东向和北西向断裂为主，近东西向、北北西向及北北东向断裂较少。

区域内岩浆岩不发育，未见岩浆岩侵入体。

2 矿床地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层有上寒武统炒米店组(∈3c)，上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3O1s)，第四系上更新统(Q3)和全新统(Q4)(见右图)。由老至新分述如下。

(1) 上寒武统炒米店组(∈3c)。

出露分布于矿区北部的各冲沟底部，产状近水平，总体东部略有抬升，西南低，呈舒缓波状。倾角一般在1～3°。矿区出露厚度不全。岩性主要为紫红色竹叶状灰岩，其次为青灰色中厚层条带状灰岩、泥晶灰岩和微晶灰岩。

图1 矿区地质简图

(2) 上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3O1s)。

出露分布于矿区南部山坡及山脊地带，受风化剥蚀作用影响保存厚度不等，工程揭露厚度36.20～181.31m，平均厚度114.65m。产状近于水平，倾角1～5°，倾向北西、南西及南东皆有，总体来看，不论是东西方向还是南北方向，均呈舒缓波状。岩性主要为结晶白云岩、灰质白云岩，含少量微晶灰岩透镜体及灰褐—灰绿色页岩透镜体。该组地层与下伏上寒武统炒米店组(∈3c)整合接触。

(3) 第四系上更新统(Q3)。

广泛分布于矿区的山梁顶部及冲沟的阴坡地带，岩性为黄土夹少量钙质结核。颜色为土黄—浅黄色，由粘土矿物和碎屑组成，碎屑成分主要为石英，其次为不透明矿物和绿帘石，含少量的长石、黑云母、白云母碎屑及岩屑。碎屑磨圆度较好，粒度0.05～0.1mm。该层黄土受沉积时古地形限制及沉积后的剥蚀，厚度不等，保留最大厚度36.08m。柱状节理发育，不整合于下伏各地层之上。

(4) 第四系全新统冲洪积层(Q4)。

主要分布于矿区北部沟谷底部，由细砂、砾石及石灰岩、白云岩碎石组成，厚度小于2m。不整合于下伏各地层之上。

2.2 构造

矿区构造简单，未发现明显的褶皱构造和断裂构造，地(矿)层近水平产出。总体来看，地层东部高，西南低。不论是从东到西，还是由北至南，地(矿)层均显示呈舒缓波状，因而地(矿)层倾向南西、北西、北东及南东皆有，总体倾角＜5°，起伏幅度一般都不大。

2.3 岩浆岩

矿区内未见岩浆岩侵入体。

2.4 矿床特征

本矿床属浅海相内源沉积矿床。白云岩矿体赋存于上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3O1s)地层中，分上下两个矿层，上部为KC2矿层，下部为KC1矿层。矿区内除了北部边缘、东部边缘及冲沟中被风化剥蚀外，其余地带均有矿体分布。受冲沟的切割冲刷，各矿体平面形态呈不规则状。矿层分述如下：

(1) KC1矿层。

KC1矿层位于上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3O1s)下部，岩性为结晶白云岩，含少量灰质白云岩和结晶灰岩透镜体。工程控制矿体南北分布最大3 200m，东西分布最大4 870m，受沟谷切割，有不同程度的被冲刷剥蚀，工程控制矿体厚度，52.99～4.00m，平均35.93m，厚度变化系数32.09%，属厚度变化较小的矿层。

KC1矿层顶板主要为上寒武统—下奥陶统三山子组地层中不符合工业指标要求的结晶白云岩，少量灰质白云岩、白云质灰岩及泥质页岩。钻孔岩芯观察，白云岩、灰质白云岩和白云质灰岩与矿体界线不明显，呈渐变过渡关系，不易区分，泥质页岩与矿体界线较清楚。该顶板同时也是KC1和KC2矿层之间的夹层，厚度8.00～75.88m。经取样分析矿层顶板化学成分分析结果见表1。

表1 KC1矿层顶板化学成分(%)

KC1矿层底板大部分为上寒武统炒米店组(∈3c)紫红色竹叶状灰岩，个别地段为三山子组地层底部不符合工业指标要求的灰质白云岩。钻孔岩芯观察，灰质白云岩与矿体界线不清晰，呈渐变过渡关系，不易区分；竹叶状灰岩与矿体界线明显，易于区分。经取样分析，竹叶状灰岩化学成分(%)：MgO 1.75～10.09、CaO 39.10～46.68、SiO23.62～9.22。灰质白云岩化学成分(%)：MgO 11.11～15.94、CaO 32.72～37.47、SiO22.93～6.88。

(2) KC2矿层。

KC2矿层位于上寒武统—下奥陶统三山子组上部，岩性为结晶白云岩，含少量灰质白云岩和粉砂岩、页岩透镜体。工程控制矿体南北分布最大3 200m，东西分布最大4 870m，矿体不同程度的被风化剥蚀，矿体形态不规则，工程控制矿体厚度最大84.8～10.84m (剥蚀残存厚度)，平均49.72m。厚度变化系数36.44%，属厚度变化较小的矿层。两个矿层矿体形态均为近水平产出的层状矿体，总体呈东南高，北西低，因矿体由东到西、从南至北均呈舒缓波状，所以倾向北西、北东、南西及南东皆有，倾角一般1～5°。

KC2矿层由于风化剥蚀大部分无顶板，被第四系上更新统(Q3)黄土层覆盖，厚度1.09～9.52m，平均厚度为4.87m，个别地段为三山子组地层中不符合工业指标要求的白云岩或灰质白云岩，厚度2.85～6.30m，平均4.23m。KC2矿层底板即KC1矿层的顶板。

(3) 夹层。

根据工业指标对夹层进行圈定，本矿区夹层主要为未达到工业指标要求的结晶白云岩、灰质白云岩和白云质灰岩及页岩、粉砂岩。

2.5 矿石特征

(1) 矿石结构、构造及矿物成分。

两个矿层矿石均为结晶白云岩，微晶—细晶结构，块状(层状)构造。

根据岩石镜下观察结果，矿石主要矿物成分为白云石，含量85%～90%，次为方解石，含量5%～10%，硅质含量＜1%，含少量铁泥质。白云石多呈菱面体，颗粒较均匀，粒径0.06～0.25mm，颗粒边缘具铁泥质边；方解石呈尘点状、粒状，粒径＜0.05mm，分布于白云石中和空隙间；硅质成分无色透明，为隐晶质，颗粒＜0.03mm，零星分布。

(2) 矿石化学成分。

矿石主要化学成分为MgO和CaO，次为SiO2。根据各矿层基本分析平均品位和各矿层单工程加权平均品位计算结果，分析两个矿层的主要化学成分变化(见表2、表3)。

经计算各矿层主要有益有害组分品位变化系数和单工程平均品位变化系数见表4。

表2 各矿层基本分析平均品位计算结果(%)

表3 各矿层单工程加权平均品位计算结果(%)

表4 各矿层品位变化系数统计(%)

根据表4计算结果分析，矿石中有用组分MgO分布均匀，有害组分SiO2分布相对变化较大，这与平均品位变化基本吻合。

矿石组合样分析结果见表5。

2.6 矿石类型

(1) 矿石自然类型。

矿石自然类型主要为结晶白云岩，呈浅灰—灰褐色，细晶—微晶结构，层纹(理)构造。矿物成分：白云石90%～95%，方解石5%～10%，硅质＜1%，铁泥质少量；白云石多呈菱面体，颗粒较均匀，粒径0.06～0.25mm，聚片双晶，茜素红染色为无色，颗粒边缘具铁泥质边；方解石呈粒状、尘点状，粒径＜0.05mm，茜素红染色后呈红色，分布于白云石空隙间，尘点状分布于方解石颗粒内。岩石具不同程度的去白云石作用，白云石被尘点状方解石交代。

表5 矿石组合样分析结果统计(%)

(2) 矿石工业类型。

本矿区白云岩矿工业类型依据其化学成分主要为冶镁用白云岩，其中冶镁用白云岩Ⅰ级品同时满足熔剂用白云岩一般工业指标要求[2]。经估算，全矿区两个矿层共获得冶镁用白云岩资源量177 202万t。KC2矿层获得资源量61 581万t(Ⅲ级品)；KC1矿层获得资源量115 621万t(Ⅰ级品24 758万t，Ⅲ级品90 863万t)。属于大型冶镁用白云岩矿床。

3 开发利用

3.1 矿产资源形势分析

由于镁合金具有较好的加工性能、重量轻、韧性大、屏蔽性良好以及较好的抗震减噪性能，被广泛应用于航空航天、汽车零部件、3C产品(计算机、通讯、消费电子产品简称)等军用工业、民用工业的各个领域。镁铝合金是当今世界发展、应用最快的轻合金，其轻质、高强度和美观的特性，使其用途广泛、用量剧增，大到卫星、飞机、汽车，小到计算机、手机、相机，甚至一些小五金。同时由于镁合金具有极强的可再回收利用特征，以及其生产利用过程中具有“一次污染、终身洁净”的优点，越来越受到人们的青睐，应用范围正在迅速拓展，用量也在急剧增加。据预测，通用汽车和福特汽车公司预计在今后20年内每辆汽车的镁合金用量将从现在的3kg提升到100kg。另外，镁合金在电气和家电，尤其是3C以及航空航天领域的应用量也将呈现大幅度增长的势头，具有广阔的市场发展前景。世界产量目前为50～60万t，正处于迅速增长阶段。我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位。今后国家将大力发展金属镁的生产及应用，大梁山白云岩矿必将是其重要的资源基地，因此开发该区的冶镁白云岩十分必要，

前景较为广阔。

从现今国内外镁金属矿产保有储量日趋减少，工业发展消费水平却不断提高的形势来看，矿产品供不应求的形势不久将日趋严峻，矿产品价格近期即会有所提高。参考2010～2011年来我国镁合金的最新行情价格动向，预测未来镁合金价格为18 000元/t。

3.2 资源开发利用情况

内蒙古清水河县境内广泛分布着上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3O1s)地层，其中蕴藏着丰富的白云岩矿产资源，当地有多家以此为原料的冶镁企业。通过了解当地冶镁企业的生产情况，经该类矿石为原料产出的粗镁产品符合GB/T3499-2003《原生镁锭》质量标准。生产的镁合金产品达到精炼回收率95%，镁合金一级品率85%。该冶镁用白云岩矿石属较易选冶矿石。

4 结论

综上所述，该区资源储量丰富。矿区构造简单，矿体形态为近水平产出的层状，矿体最低开采标高处于当地侵蚀基准面以上。矿区开采技术条件简单，适合大规模开采，易于开发利用。

此外，矿区邻近呼和浩特市、鄂尔多斯市及山西大同市等地，交通便利，煤、电资源充足，具备良好的投资和建设环境。合理的开发利用可以得到很好的经济和社会效益，同时将带动地方经济发展。

[1]周军.独角山白云岩矿地质特征及开发前景[J].中国非金属矿工业导刊，2010(5)：59-61.

[2]郑延力.非金属矿产开发应用指南[M].1989：50-51.

[3]全国有色金属标准化技术委员会.GB/T3499-2003原生镁锭[S].北京：中国标准出版社，2003.

P619.234

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2014-09-29