济源—焦作—鹤壁一带上马家沟组成矿地质特征研究

刘志如，何 铖，李中华，禹 航

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，郑州 450001)

济源—焦作—鹤壁一带上马家沟组成矿地质特征研究

刘志如，何 铖，李中华，禹 航

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，郑州 450001)

济源—焦作—鹤壁一带奥陶系中统上马家沟组分布广泛，石灰岩作为水泥原料对企业生产非常重要；通过对济源—焦作—鹤壁一带上马家沟组石灰岩的寻找，并借鉴前人的成果，对这一带石灰岩的分布状况、矿体特征及共伴生矿产进行了综合评价研究。

上马家沟组；水泥用石灰岩；矿体特征

0 前言

石灰岩是生产水泥的重要原料，原料供应充足是企业发展的有力保障。我单位在济源—焦作—鹤壁一带为企业找寻了大量水泥用石灰岩矿产，保证了当地水泥生产。并借鉴前人工作成果对这一带石灰岩成矿地质特征进行研究、探讨和归纳总结。

1 区域地质背景

位于华北地台区，太行山台拱与华北坳陷的接壤地带，地层沉积具“华北型”地质特征[1]，区域构造属新华夏系华北坳陷之太行山隆起，区域矿产以石灰岩及白云岩为优势矿产资源。

2 含矿岩系特征及成矿性

奥陶系中统上马家沟组中段是含矿岩系，主要由中厚层白云岩、灰质白云岩夹厚—巨厚层灰岩组成，层位稳定，厚度较大。从济源克井至焦作分布广泛，鹤壁大部分地区受断层抬升，矿层被风化剥蚀，局部残留。岩性叙述如下：

济源地区[2]岩性为下部厚层状致密块状灰岩，中上部为厚层状花斑灰岩夹薄层白云岩，花斑含量达60%，含矿岩系分5层，厚度约61.2 m。

焦作地区[3]岩性为厚—巨厚层状灰岩夹花斑状灰岩和薄层状白云岩或灰质白云岩，含矿岩系分5～9层[4]，厚度69.72～73.29 m。

鹤壁地区[5]岩性为灰岩、花斑状白云质灰岩夹白云岩，厚度43.2 m。大部分地区受断层抬升，矿层被风化剥蚀，残留厚度约5 m。

3 矿体分布状态、厚度、品位变化特征

矿体受自然剥蚀与切割，多呈独立山包存在，形成互不联系的自然矿体，矿层地貌特征为陡坎，夹层为缓坡。矿层顶底板界线清楚，易于对比连接，地质构造简单，矿层产状平缓。

区域上矿体走向北东、倾向南东、倾角10°～20°，厚度沿走向变化很小，变化系数5.38%，很稳定。矿体在济源地区分为三层矿，焦作地区为3～5层矿，鹤壁一带风化剥蚀部分残留。含矿岩系厚度、品位变化如图1所示。

图1 济源—焦作—鹤壁一带含矿岩系厚度、品位变化图

4 矿石质量特征

4.1 矿石矿物成分

矿石的矿物成分比较简单，主要组分为方解石，其次为白云石。矿石类型的矿物成分详细叙述如下：

致密块状灰岩矿石：成分较为单一，主要为隐晶—微晶方解石组成，含量95%以上，粒径在0.005～0.05 mm，次为少量的泥质、铁质矿物。

花斑状灰岩矿石：主要成分为隐晶—微晶方解石，一般含量大于85%，粒径在0.016～0.04 mm之间，次为微晶白云石，含量10%～15%，粒径0.05～0.08 mm；花斑由细晶方解石、白云石及泥质组成。

角砾泥灰岩矿石：主要成分为隐晶—微晶方解石，一般含量大于75%，粒径在0.01～0.05 mm之间，次为泥质及微晶白云石，含量12%～18%，粒径0.06～0.10 mm；角砾由细晶方解石、少量白云石及泥质组成。

4.2 矿石化学成分

CaO是水泥灰岩矿石的有益成分，矿层中CaO含量多集在(50～55)×10-2区间段，含量大于50×10-2的样品占样品总数的88.49%，含量大于48×10-2(Ⅰ级品)的样品占样品总数的96.37%，含量(45～48)×10-2(Ⅱ级品)的样品占样品总数的3.63%，单样最高含量5.505×10-3，最低含量4.520×10-3。变化系数为2.33%。CaO含量分布图如图2所示。

图2 CaO含量分布直方图

MgO是水泥灰岩矿的主要有害成分，MgO含量多集中在(0.5～1.0)×10-2区间段，此区间段的样品占总样品数的32.12%，其中0.5%～1.0%区间段的样品占总样品数的12.73%，小于3.0×10-2(Ⅰ级品)区间段的样品占总样品数的90.91%，(3.0～3.5)×10-2(Ⅱ级品)区间段的样品占总样品数的9.09%，矿层中样品单样最低0.14×10-2，最高3.49×10-2，变化系数为25.87%。MgO在矿层中含量分布情况如图3。

组合元素分析：K2O局部地段含量为0.605%，达不到一级品要求。K2O、P2O5局部地段属不稳定元素，其余为较稳定元素。

4.3 矿石结构、构造特征

根据野外观察，矿石以隐晶结构为主，微晶结构次之。主要表现为岩石致密坚硬、性脆，贝壳状断口，断面光滑。在花斑灰岩中，可见少量细晶结构。

隐晶结构：为矿石中最常见结构，由隐晶方解石组成，含量92%～98%，粒径0.001～0.005 mm，白云石含量0%～5%，粒径0.005～0.008 mm，均呈不规则粒状，彼此齿状镶嵌。

图3 MgO含量分布直方图

微晶结构：为矿石中常见结构，分布于矿段的中、上部，主要由微晶方解石组成，含量94%～100%，粒径0.016～0.03 mm，呈不规则粒状，相互齿状镶嵌。

细晶结构：见于矿段上部花斑灰岩中，基质多由隐晶—微晶方解石组成，花斑多由泥晶方解石及细晶白云石组成，粒径0.03～0.08 mm。

矿石构造以致密块状为主，花斑状构造、角砾状构造次之。

致密块状构造：为矿石中常见构造，矿石多呈致密坚硬的块状。

花斑状构造：主要在矿段的上部，花斑呈不规则状或长条状，由泥晶方解石和细晶白云石组成。花斑界线清楚，多平行层理分布。

角砾状构造：见于矿段上部，角砾为泥灰质、石灰质，呈不规则状、椭圆状，被方解石脉胶结。

4.4 矿石品级

按CaO、MgO含量的高低分为Ⅰ级品和Ⅱ级品。济源至焦作一带大多为Ⅰ级品。

5 共伴生矿产综合利用

白云岩、白云质灰岩、灰质白云岩作为夹层与水泥用灰岩相间成层沉积，通过建筑石料检测(见表1可知)：夹层可以作为建筑石料综合利用。建筑石料矿产资源储量一般都达到大型矿床。

表1 馒头山水泥灰岩勘探区岩石物理力学性质分析表

6 古地理沉积岩相变化特征

上马家沟组中段沉积环境及沉积旋回划分[6]：滨海→浅海→滨海→浅海→滨海→浅海→滨海→浅海→滨海

O2S1→O2S2-1→O2S2-2为第一次沉积旋回，O2S2-2→O2S2-3→O2S2-4为第二次沉积旋回，O2S2-4→O2S2-5→O2S2-6为第三次沉积旋回，O2S2-6→O2S2-7→O2S3-1为第四次沉积旋回。

沉积韵律的特点是从白云岩或白云质灰岩到厚层灰岩再到白云质灰岩或灰质白云岩、白云岩均代表了一个海水由浅到深再到浅的次一级沉积旋回，说明在含矿岩系的整个沉积过程中，地壳震荡较为频繁，曾出现过几次较大的升降运动，最后一次地壳上升，海水变得更浅，结束了含矿岩系的沉积。

7 矿床成因

奥陶系中统上马家沟组中段(O2S2)含矿岩系为一套巨厚的碳酸盐岩沉积建造，其岩石组合、结构构造、化学成分及生物组合特征分析，矿床属浅海—滨海成因。

早期沉积的碳酸盐中存在陆源碎屑，由于海水动荡形成了同生角砾，后期地壳又经下降，形成了稳定浅海，沉积了纯碳酸盐，海中发育着游泳的角石和底栖的松旋螺、三叶虫。

8 找矿靶区勘查类别划分及找矿标志

根据水泥灰岩矿床大小分为Ⅰ类和Ⅱ类勘查区，博爱以西为Ⅱ类勘查区，以东焦作—林县一带为Ⅰ类勘查区[7]，找矿标志为奥陶系中统上马家沟组中段，详如图4。

图4 济源—焦作—鹤壁一带奥陶系分布示意图

[1] 康顺福，杨东潮，王子刚，等.河南省焦作市谷堆后矿区水泥灰岩矿勘探报[R].郑州：河南省地质矿产勘查开发局第二地质队，2005(7)：5.

[2] 康顺福，张金星等.河南省济源市赵庄矿区水泥灰岩矿初步勘查报告[R].郑州：河南省地矿局第二地质矿产调查院，2008(3)：11.

[3] 吕文德，薛玉尤.河南省焦作市台道矿区水泥灰岩矿勘探报告[R].郑州：河南省地矿局第二地质矿产调查院，1992(12)：26.

[4] 王公武，杨东潮，康顺福，等，河南省焦作市馒头山矿区水泥灰岩矿勘探报告[R].郑州：河南省地矿局第二地质矿产调查院，1994(2)：16.

[5] 张峰，金守文，腰新治，等.1∶20万区域地质调查报告Ⅰ-50-Ⅰ鹤壁幅地质部分[R].郑州：河南省地矿局第二地质矿产调查院，2013：28.

[6] 吕文德，薛玉尤等，河南省焦作市台道矿区水泥灰岩矿勘探报告[R].郑州：河南省地矿局第二地质矿产调查院，1992(12)：38.

[7] 曾绍金，张鹏远.河南省地质矿产志[M].北京：中国展望出版社，1992：109.

TheStudyontheGeologicalCharacteristicsoftheOreinJiyuan-Jiaozuo-HebiinUpperMajiagouFormation

LIU Zhi-ru，et al.

(InstituteofGeologicalandMineralResourcessurveyofHenan，Zhengzhou450001，China)

Limestone as the cement material is very important for the production of enterprise，which is widely distributed in upper Majiagou Formation of middle Ordovician system in Jiyuan-Jiaozuo-Hebi area.The comprehensive assessment to the limestone distribution status in Jiyuan-Jiaozuo-Hebi of Upper Majiagou Formation，the orebody characteristics，and the associated minerals research has certain guiding significance to the regional exploration prospecting.

Upper Majiagou Formation；limestone for cement；ore body characteristics

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.026

2017-07-06

刘志如(1972-)，男(汉)，河南安阳，高级工程师 主要研究地质找矿。

P642.6

A

1009-8984(2017)03-0111-04