山东省水泥用灰岩矿成矿规律研究

李 波，倪振平，倪志霄（.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东　济南　5000；.山东省地质调查院，山东　济南　5003）



山东省水泥用灰岩矿成矿规律研究

李 波1，倪振平2，倪志霄1
（1.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东济南250100；2.山东省地质调查院，山东济南250013）

【摘 要】山东省具有丰富的水泥灰岩资源，探究全省水泥灰岩矿床赋存规律，对合理开发山东省水泥用灰岩资源具有重要意义。通过对全省水泥灰岩矿床赋存层位特征、矿床分布规律及各层位水泥灰岩矿床的CaO、MgO等化学成分、空间变化规律进行分析，研究全省水泥灰岩矿床成矿规律，指出全省水泥用灰岩找矿方向。

【关键词】水泥用灰岩；成矿规律；山东省

山东省是华东地区乃至全国重要的水泥生产基地，水泥产量一直高居全国榜首，这主要得益于山东省丰富的水泥用灰岩资源。经过60余年的勘查工作，发现和评价了百余个水泥用灰岩矿床，积累了丰富的资料。通过对各成矿时代水泥灰岩矿床分布特征、矿石内主要有益有害组分的分析研究，找出山东省水泥用灰岩成矿规律，为合理勘查、经济开发资源提供依据。

山东水泥用灰岩含矿层位多，出露范围广，具有规模大、质量好、工业意义大的石灰岩矿床均属于海相化学或生物化学沉积作用的石灰岩矿床。该类矿床主要赋存于三个层位：①中奥陶统马家沟群北庵庄和五阳山组组合；②上寒武统—下奥陶统炒米店组；③中寒武统张夏组。上述三个含矿层位赋存的矿床占山东水泥用灰岩矿床的90%以上。矿床分布简图如下。

山东省中寒武统—中奥陶统主要水泥灰岩矿床分布简图

1　中奥陶统北庵庄组、五阳山组含矿层位

1.1含矿层岩石特征

北庵庄组由深灰色厚层微晶灰岩、含砂屑微晶灰岩、云斑微晶灰岩组成，夹灰色中层状白云质灰岩、藻纹状微晶白云岩、薄层泥质白云岩，该组岩石以深灰色灰岩为特征。五阳山组以灰色厚层状云纹、云斑状微晶灰岩、含生物碎屑灰岩为主，其内夹薄层状、纹层状微晶白云岩、土黄色微晶白云岩，该组以燧石结核和云斑状构造为特征。两者上下均为白云岩层位。受当时沉积环境和沉积后地壳上升不均衡影响，造成马家沟群中部厚，东南部薄，且发育程度不同，具有自南向北厚度逐渐加大的规律，新泰—淄博一带，保留完整，厚903m，发育齐全，东南靠近沂沭断裂带和西侧济宁一带厚度仅550m［1］。

1.2矿床的空间分布特征

该层位矿床分布较为分散，鲁西隆起区均有分布，且少量矿床还分布于沂沭断裂带内；整体上鲁西隆起区北部边缘地区矿床分布相对较多，达8个，沂沭断裂带中段分布有3个矿床，其余8个矿床分布于枣庄、临沂及济宁地区。赋存于北庵庄组矿床多数分布于济南—博山—沂源以北地段；赋存于五阳山组的灰岩矿床除相对集中于上述地段外，其他地区也零星分布。

1.3矿石类型特征

该含矿层矿石类型主要有两种：块状（泥晶）石灰岩、豹皮状灰岩。

块状（泥晶）石灰岩：矿石呈深灰或青灰色，中厚层—厚层状，泥晶结构，有少量生物碎屑，矿物成分主要为方解石（95%以上），含少量白云石及微量的粘土矿物。矿石化学成分比较稳定，CaO含量一般为50%～55%，MgO含量一般为0.08%～1.5%，（K2O+Na2O）含量0.19%～0.41%［2］。

豹皮状灰岩：矿石为灰—灰褐色，泥晶结构、含生物泥晶结构，豹皮状及块状构造，中厚—厚层状，主要矿物成分为方解石（85%～95%），其次为白云石（5%～15%），还有少量泥质物；豹斑呈灰褐—红褐色，主要矿物成分为方解石及白云石，该矿石类型化学成分变化较大，主要是豹斑化学成分变化较大所致。

1.4化学成分特征及变化规律

表1　山东省中奥陶统北庵庄、五阳山组含矿层位矿床化学成分特征

北阉庄组13个矿床品位见表1。其中CaO：50.44%～53.02%，平均51.83%；MgO：0.92%～2.55%，平均1.58%；矿床中CaO含量较为稳定，变化范围较小；CaO含量较高区域位于济南、嘉祥—曲阜一带，含量较低区域主要位于枣庄台儿庄及泰安的肥城附近。MgO含量略有起伏，其中，济南—临朐MgO含量较低，一般在0.92%～1.64%，向东到沂沭断裂带内的安丘、沂水地区明显偏高，一般在2%左右，嘉祥地区最高，达到2.55%。MgO含量在鲁西地区整体上具有自北向南、自西向东逐渐升高的规律。

五阳山组7个矿床品位见表1。其中CaO50.13% ～52.81%，平均51.75%；MgO0.69%～2.43%，平均1.53%；其中济南章丘地区的2个矿床CaO含量较高，达52.81%和52.64%，MgO含量较低，分别为0.69% 和0.97%；临沂、新泰CaO含量较低，分别为50.13% 和50.46%，MgO含量较高，分别为2.09%和2.43%。

中奥陶统灰岩矿床CaO含量整体较为平稳，含量相对较高，在山东水泥灰岩矿床中属于CaO含量高的赋矿层位。MgO含量跳动较大，含量高矿床与含量低的矿床相差较大，这主要是由于各矿床矿石成分差异较大所致，一般情况下，含有豹皮灰岩的矿石类型MgO含量较高，块状灰岩矿石类型MgO含量较低。

2　上寒武统—下奥陶统炒米店组含矿层位

2.1含矿层岩石特征

下部为竹叶状灰岩夹薄板状灰岩和浅灰色叠层石藻礁灰岩；中部为深灰色云斑状云质条带藻球粒灰岩夹鲕粒灰岩和粒屑灰岩，含铁质结核；上部以粉色薄层云质条带—云斑状泥晶灰岩为主；顶部为褐灰色中厚层云斑云质胶结竹叶状粒屑砂屑灰岩夹黄绿色中薄层泥纹泥晶灰岩和灰质白云岩。

含矿层广泛分布于沂沭断裂带以西基岩出露区，具有西厚东薄的特点，厚度变化51～227m，莒县鸡山厚51.06m，枣庄厚226.56m，张夏地区炒米店组厚169.40m［1］。该组具有明显的穿时性，东部以上寒武统长山阶为主，西部则以凤山阶为主，长山阶仅占很小一部分。其顶部基本为寒武系与奥陶系界线。

2.2矿床的空间分布特征

该层位矿床较少，仅7个矿床，其中有4个矿床分布于济南—淄博—潍坊一线，其余3个矿床分别分布于嘉祥、新泰和费县。整体上分布较为零星。

2.3矿石类型特征

该含矿层矿石类型主要有两种：竹叶状石灰岩、条带状石灰岩。

竹叶状石灰岩：矿石为灰—灰黑色，泥晶和亮晶砾屑结构，竹叶状构造，中层—薄层。竹叶砾屑呈扁平状，长一般为几厘米，宽数毫米。砾屑成分复杂，有亮晶、粉晶、鲕粒及生物碎屑石灰岩等。主要矿物成分为方解石，约占90%，含少量白云石（5%～10%）。矿石化学成分随竹叶灰岩的成分起伏较大：CaO含量一般在48.23%～52.71%，MgO含量一般在0.44%～2.31%，（K2O+Na2O）含量0.19%～0.41%。

条带状灰岩：矿石为灰—灰褐色，中厚层状，泥晶结构，条带状构造。由灰色泥晶方解石与褐灰色含铁质白云岩、方解石、泥质组成的条带相间排列。矿物成分以方解石为主（85%～90%），其次为白云石（10%～15%），矿石化学成分随条带内灰岩的成分起伏较大：CaO含量49.64%～53.18%，MgO含量0.20%～2.50%，（K2O+Na2O）含量0.19%～0.41%。

2.4化学成分特征及变化规律

炒米店组7个矿床品位见表2，其中CaO：48.03% ～50.98%，平均49.77%；MgO：1.19%～3.18%，平均1.72%；矿床中CaO含量普遍偏低，一般不超过50%；除个别矿床（嘉祥磨山）外，MgO含量较为稳定，一般在1.19%～1.73%之间。CaO含量偏低的主要原因是灰岩纯度不够，多数为含泥质灰岩，因此，该层位灰岩粘土矿物含量较高，对应的化学成分A12O3、Fe2O3、SiO2含量较高，平均值分别为1.18%、0.79%和5.60%。其含量比中奥陶统北阉庄组和五阳山组层位内矿床高3～5倍。

表2　上寒武统—下奥陶统炒米店组含矿层位矿床化学成分特征

3　中寒武统张夏组含矿层位

3.1含矿层岩石特征

下部以灰色厚层鲕粒灰岩和少量藻丘灰岩、生物碎屑灰岩为主要特征［4］，常具有黄灰色泥质团块—条带和巨厚层构造；中部为黄绿色页岩与灰色薄层灰岩互层，或黄绿色页岩夹薄层灰岩；上部为大型藻丘灰岩、藻凝块灰岩、藻屑灰岩、鲕粒灰岩、豹皮灰岩及黄绿色薄层泥晶灰岩。

该含矿层位整体较为稳定，厚度180～229m。下部厚层鲕粒灰岩和云斑灰岩在鲁西地区具有自西向东逐渐变薄的特点，在济南张夏厚度为62.89m，至潍坊—临沂一线厚度约20m。中部黄绿色页岩夹薄层灰岩，具有自东向西厚度逐渐变薄直至尖灭；潍坊以东厚度近90m，向西逐渐尖灭，该层向西逐渐被黄绿色薄层链条状泥晶灰岩代替。上部灰岩相对稳定，全区厚度变化不大。

3.2矿床的空间分布特征

该层位是山东最为重要的水泥灰岩矿床赋存层位，矿床众多，且分布集中，主要分布于济南—莱芜—临沂一线的鲁西隆起区；集中分布于临沂—费县—平邑—泗水—枣庄一线，上述地区灰岩矿床约占全省矿床的40%。矿床集中分布于鲁西南地区，而鲁西隆起区的北东分布较少的主要原因：①受构造控制影响，山东早古生代地层一般为向北、北东方向缓倾斜，中寒武统张夏组层位在济南、莱芜以北地区出露位置较低，上部一般含有盖层，或出露于侵蚀基准面以下，不利于露天开采，无法形成矿床；②受古沉积环境影响，鲁西北东部淄博、潍坊地区距离古陆较近，处于滨浅海沉积环境，因此，张夏组灰岩内含多层泥灰岩或页岩层，夹层厚且分布范围广，不利于矿床的形成。

3.3矿石类型特征

主要矿石类型为鲕粒灰岩，其次为豹皮灰岩和泥晶灰岩。鲕粒灰岩：矿石为灰—深灰色，中厚层—厚层状，鲕粒结构，块状构造。鲕粒呈圆形、卵圆形，粒径0.1～2.0mm，鲕粒间胶结物为细晶—粉晶方解石及少量粘土。矿物成分以方解石为主，占75%～95%，其次为白云石，占5%～25%。该类型矿石化学成分稳定，CaO含量50.50%～51.34%，MgO含量1.02% ～2.48%，（K2O+Na2O）含量0.19%～0.41%。豹皮灰岩矿石类型主要赋存于上部灰岩层局部，在滕州—嘉祥地区较为常见。泥晶灰岩矿石类型属于次要矿石类型，但分布广泛。

3.4化学成分特征及变化规律

张夏组30个矿床品位见表3，其中CaO：49.17%～52.98%，平均51.07%；MgO：0.78%～3.07%，平均1.72%；矿床中CaO含量稳定，多数在50%～51%之间； MgO含量也较为稳定，一般在1%～2%之间，仅在区内西部和南部边缘MgO含量高于2.5%。在曲阜—泗水一线矿床集中区，矿床质量最佳，在该区10个矿床内CaO：50.32%～52.98%，平均51.74%；MgO：0.78%～1.53%，平均1.17%；基本上以曲阜—泗水为中心，向四周矿石质量逐渐下降，即CaO含量降低，MgO含量升高，特别是曲阜—泗水西南部的嘉祥、邹城一带，矿石质量明显变差，MgO含量多数在2%以上。

表3　中寒武统张夏组含矿层位矿床化学成分特征

4　找矿远景分析

根据三个主要含矿层位地质特征及矿床分布情况，中寒武统张夏组含矿层主要分布于山东鲁西隆起区的西南部，具有矿床规模大、矿石质量稳定的特点，因此，找矿评价方向重点放在费县—泗水—曲阜一线矿石质量较好地段，以寻找大型矿床为主。上寒武统—下奥陶统炒米店组含矿层分布较为零散，但鲁西隆起区北部边缘相对集中，该层位内矿床具有CaO、MgO含量均较低且含量较为稳定的特征，找矿评价重点应放在济南—淄博—潍坊一线，以寻找中小型矿床为主。中奥陶统北庵庄组及五阳山组含矿层位、分布特征与炒米店组基本一致，矿床矿石质量变化较大，CaO、MgO含量起伏较大，找矿重点应放在济南—章丘—淄博一线，但具体找矿评价难度较大。

5　结论

对山东省三个主要含矿层57个矿床分布特征、矿石类型及矿石品位进行分析，得出以下结论：

（1）山东省最为重要的含矿层位是中寒武统张夏组，矿床主要分布于鲁西隆起区的西南部，以费县—泗水—枣庄一线质量最佳；以该线为中心，向四周矿床矿石质量具有明显下降趋势，找矿评价重点主要是上述矿床矿石较好地区及北东、东南部周围地区，以找寻大中型矿床为主。

（2）上寒武统—下奥陶统炒米店组含矿层位分布零星，主要分布于鲁西隆起区北部边缘，矿床矿石品位稳定但CaO含量较低。应以济南—淄博—潍坊一带作为找寻中小型矿床的重点地段。

（3）中奥陶统马家沟群北庵庄组、五阳山组含矿层位主要分布于鲁西隆起区的北部，该层位具有CaO、MgO含量起伏较大的特点，济南—章丘—淄博一线的南部应是寻找该层位的重点地段，该地区赋存有高CaO、极低MgO品位、矿石质量极佳的矿床，主要以找寻中小型矿床为主。

【参考文献】

［1］张增奇.山东省岩石地层［M］.北京：中国地质大学出版社，1996.

［2］张天祯.山东非金属矿地质［M］.济南：山东科学技术出版社，1998.

［3］苏德辰.非金属矿床成矿规律与开发利用［M］.北京：地震出版社，1996.

［4］宋明春，王沛成.山东省区域地质［M］.济南：山东省地图出版社，2003.

【中图分类号】P619.225

【文献标识码】A

【文章编号】1007-9386（2016）01-0050-04

【基金项目】中国地质调查局地质大调查项目（1212010881607）。

【收稿日期】2015-08-14