暖泉沟矿区熔剂用白云岩矿地质特征及开采技术条件

孙泽晨

（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 01010）

暖泉沟矿区熔剂用白云岩矿地质特征及开采技术条件

孙泽晨

（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 01010）

本文综述了暖泉沟矿区熔剂用白云岩矿的赋存层位、矿体形态、产状及规模、矿石物质组成、结构、构造、自然类型等特征，并简述了矿床成因，指出找矿标志。

熔剂用白云岩；地质特征；矿床成因；暖泉沟

矿区位于清水河县政府所在地城关镇南(直线)23.5km，行政区划隶属于内蒙古自治区清水河县北堡乡管辖。矿床规模大，矿石品位为Ⅰ级品，质量良好。

1 区域地质背景

本区主要分布于黄河以东。主要由寒武系、奥陶系地层组成，西北有新近系地层出露，局部可见石炭系地层零星分布，所有地层围绕着古老基底由东南向西北呈弧形产出，向南至南西缓倾，倾角近于水平，一般不大于5°，少数在10°左右。为缓倾斜岩层，微具波状起伏。地层出露由老至新，自北而南，由东向西呈叠瓦式分布，或沿沟谷呈环带状分布。本区构造变动主要表现为升降运动及断裂活动，褶皱构造轻微。区内断裂较为发育，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。

本区古生代地层区划属华北地层大区(Ⅴ)、晋冀鲁豫地层区(Ⅴ4)、东胜地层小区4-1；中、新生代地层区划属山西地层区(4)、凉城地层分区(41)。图幅内出露地层由老至新有：古生界上、中、下寒武统，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。

区内岩浆岩不发育，主要分布于清水河县附近及其以东地区，为太古代侵入岩，岩性有苏长岩、中粗粒似斑状黑云斜长花岗岩、钾长花岗岩等。

2 矿区地质概况

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(∈3-O1s)，中奥陶统马家沟组(O2m)，第四系上更新统(Qh)(见图1)。现由老至新分述如下：

矿区地质简图

上寒武统炒米店组(∈3c)：该层基岩出露较少，仅在矿区西侧两条冲沟中见到，本次施工的钻孔下部均见到该层。产状近水平，总体西部略有抬升，北东低，呈舒缓波状，倾角一般在1～5°。岩性主要为青灰色中厚层条带状灰岩，其次为紫红色竹叶状灰岩、泥晶灰岩和微晶灰岩。该组与下伏中寒武统张夏组(∈2z)地层呈整合接触。

上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3-O1s)：该层为本次工作的含矿层位。出露于勘查区西侧及东侧沟谷地带，受风化剥蚀作用影响保存厚度不等，工程揭露最小厚度(ZK804)34.08m，最大厚度(ZK016)229.62m，平均厚度141.41m。产状近于水平，倾角1～5°，总体倾向南东。岩性主要为细晶白云岩，局部夹有灰质白云岩、砾状白云岩及灰褐—灰绿色页岩透镜体。该组地层与下伏上寒武统炒米店组(∈3c)呈整合接触。

中奥陶统马家沟组(O2m)：该层基岩出露主要在矿区南侧山顶及钻孔ZK016附近，本次施工只在钻孔ZK016中见到该层，控制厚度为25.69m，其余部分全被风化剥蚀。受局部褶皱构造影响，该组地层产状变化较大，岩层倾向90～110°，倾角4～13°。岩性主要为泥晶灰岩，其次为结晶灰岩及泥质灰岩。该组与下伏上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3-O1s)呈整合接触。

第四系上更新统(Qh)：广泛分布于勘查区东侧及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，由粘土矿物和粉细砂组成，局部夹有白云岩及灰岩碎块，粘土具有可塑性，柱状节理发育。该层黄土受沉积时古地形限制及沉积后的剥蚀，厚度不等，矿区西侧黄土厚度较小，东侧厚度较大，最大厚度可达110m左右。工程控制最大厚度(ZK024)82.42m。不整合于下伏各老地层之上。

2.2 构造

勘查区构造简单，未发现明显的褶皱构造和断裂构造，地(矿)层近水平产出，局部略有起伏，但起伏幅度一般都不大。总体来看，倾向为90～110°，倾角除马家沟组灰岩变化较大在4～13°，其他地层倾角一般＜5°。

2.3 岩浆岩

勘查区内地表及深部均未发现后期侵入岩体与岩脉。从1∶20万区域资料分析，本地区寒武系及以后各时代地层内也未发现后期侵入的岩体与脉岩。

3 矿床地质特征

3.1 矿体形态、特征及规模

矿体赋存于上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3-O1s)地层中，通过本次勘查工作，圈定符合熔剂用白云岩矿两层，由下至上编为KC1矿层和KC2矿层，两个矿层间距17.08～36.04m，平均23.47m。KC1矿层矿体稳定，呈东西向分布。KC2矿层受冲沟的切割冲刷，矿体平面形态呈不规则状。

KC1矿层位于上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3-O1s)下部，岩性为细晶白云岩，含少量灰质白云岩和页岩透镜体。工程控制矿体东、西方向最大5 101m，南、北方向最大800m，工程控制矿体厚度最大36.32m，最小7.76m，平均26.92m，厚度变化系数25.69%，属厚度变化稳定的矿层。

KC2矿层位于上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3-O1s)上部，岩性为细晶白云岩，含少量灰质白云岩和粒状白云岩、页岩透镜体。矿体形态不规则。工程控制矿体厚度最大68.68m，最小5.10m(剥蚀残存厚度)，平均32.27m。该矿层因风化剥蚀严重，沟谷地带矿体变薄，厚度变化系数66.84%，属厚度变化不稳定的矿层。

3.2 矿石特征

两个矿层矿石均为细晶白云岩，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90%～95%，次为方解石＜5%，泥质＜5%。白云石多呈菱面体，颗粒较均匀，粒径0.06～0.08mm，颗粒边缘具铁泥质边，无色，具闪突起，高级白干涉色；方解石呈尘点状、粒状，粒径0.06～0.08mm，分布于白云石中和空隙间。两个矿层的化学成分变化见下表。

KC1、KC2矿层化学成分变化统计

3.3 矿石类型及品级

矿石自然类型主要为细晶白云岩。根据《矿产资源工业要求手册》[1]及DZ/T0213-2002《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》[2]中熔剂用白云岩一般工业指标要求，KC2和KC1矿层矿石质量均符合熔剂用白云岩工业要求。

4 矿区开采技术条件

4.1 矿区水文地质

矿区位于区域水文地质分区的补给径流区，其最低侵蚀基准面标高为1 200m(位于矿区西侧沟谷地带)，矿体最低开采标高为1 230m，地下水位埋深标高在1 200m以下，矿体全部位于最低侵蚀基准面之上。矿区及其附近无常年性地表水体，地下水主要靠大气降水补给，属于半干旱大陆性气候，降水少，蒸发量大，加之地形有利于降水的自然排泄，因此，地下水补给来源极为贫乏。

矿区内地形有利于自然排泄，在采坑四周有利地段设置排水沟，即可减少进入采坑的水量，又可保证进入采坑的水自然排出。另外，矿体上部多覆盖有松散黄土，孔隙裂隙发育，雨季赋存孔隙裂隙水可沿底板顺层流入采坑，局部可能形成小范围的滑动，因此，在雨季要做好防范工作，防止地表水及黄土孔隙裂隙水进入采坑。

矿区内含水层充水介质以裂隙为主，富水性弱。矿体位于侵蚀基准面及地下水位以上，地下水对露天开采没有影响，地形有利于自然排泄。水文地质勘查类型为岩溶溶蚀裂隙充水水文地质条件简单的矿床，即第一类[3]。

4.2 矿区工程地质条件

该矿区适宜于露天开采，其主要的工程地质问题是露天采场边坡的稳定性问题。边坡稳定性与组成边坡的岩性、产状及结构面的产状、组合关系、发育程度等密切相关，矿区出露的主要岩层为白云岩，按其风化程度、节理发育程度对岩层综合分析，确定围岩不同坡高的允许坡高。

露天开采过程中，随采坑边坡高度的增加或遇到软弱层及破碎强烈带时，应根据具体情况及时采取措施，削减坡度或进行阶梯式开采，以减小临空面，保证边坡的稳定性和安全生产。本矿区黄土覆盖层拟采用剥离方式开采，矿层由于节理发育，拟45°边坡角进行开采，且总体坡高较小情况下，一般不会出现工程地质问题，但在开采过程中应加强对边坡的观察，发现问题及时进行处理，以保证矿层开采的安全。

矿区地形地貌条件简单，地形有利于自然排泄，地层岩性单一，地质构造简单，岩溶、裂隙不发育，岩体结构以块状、厚层状为主，岩石强度高，稳定性好，不易发生工程地质问题，为工程地质条件简单型矿床，即第三～四类，第1型。

4.3 矿区环境地质条件

根据GB18306-2015图A1《中国地震动峰值加速度区划图》[4]得知，本地区动峰值加速度0.1g，对照裂度为Ⅶ。从近期地震资料可见，1976年4月4日，在距本区约70km的和林格尔县新店子，曾发生过6.3级地震，波及到清水河县一带，地震裂度为6度。由此可见，本区属地震活动较为强烈的地区，即为强震预测区。因此，应做好地震预防工作，对未来拟建工程建筑以7度设防。

矿区附近有局部污染源，地下水水质较好。矿体、围岩及夹层产状近于水平，开采不易引发地面塌陷、滑坡等不良地质现象。矿石主要化学成分为CaO、MgO，其他成分含量微弱，化学成分稳定，开采时不易产生有害物质。矿区地质环境质量中等，属于第二类。

4.4 矿区开采技术条件类型

综合矿区水文地质、工程地质、环境地质条件分析。矿体底板标高位于当地侵蚀基准面及地下水位以上，地形有利于自然排泄，水文地质条件简单；矿体为上寒武统炒米店组第三岩性段第一亚段青灰色中厚层泥晶灰岩，局部出露地表，大部分被第四系黄土覆盖，底板为上寒武统炒米店组第二岩段紫红色竹叶状灰岩夹紫红色泥岩。矿体岩石单轴自然抗压强度92.7MPa，平均RQD值82.62%，属较坚硬岩类。岩体结构类型以中—厚层状结构为主，工程地质条件较好。Ⅲ级以下结构面发育，露采边坡与主要结构面呈外斜，边坡较稳定；矿区内地形切割强烈，沟谷纵横，矿层覆盖层较厚，开采时产生大量的废渣及剥离体，如果堆放不合理遇强降雨时易发生泥石流、崩塌等地质灾害。矿山生产过程中可形成新的环境污染，就矿床开采技术条件而言，矿床环境地质问题比较突出，而水文地质、工程地质条件比较简单。遵循水文、工程、环境地质相统一，重点突出的原则，将矿床开采技术条件类型划分为：开采技术条件中等的以环境地质问题为主的矿床，即Ⅱ-3型。

5 矿床成因及找矿标志

5.1 矿床成因

从本区地层的岩性及接触关系分析，本区从早寒武世后到中奥陶世一直处于海洋环境，沉积了中寒武统至中奥陶统的一套以碳酸盐岩为主的地层。中晚寒武世，海面时有升降，海水阶段动荡，沉积了中寒武统至上寒武统的一套鲕状灰岩、薄层灰岩、竹叶状灰岩、微晶灰岩、泥晶灰岩、条带状灰岩等。从地层中的化石来看，生物群主要是节肢动物三叶虫，其次为腕足类，头足类及藻类。三叶虫的特点是多节多刺，也说明当时本区环境是动荡的浅海环境。早奥陶世起，本区海面缓慢下降，环境相对比较稳定，沉积了下奥陶统至中奥陶统的一套细粒结构白云岩、白云质灰岩及石灰岩，所含化石为浅海相头足类。中奥陶世后期，海水全面退出，地壳上升为陆地，并接受长期风化剥蚀，一直到早石炭世后。故本矿床属浅海相内源沉积矿床，是在海面升降相对比较稳定的一段时间内形成的浅海相沉积矿床。

5.2 找矿标志

本矿区白云岩矿属化学和生物化学分解作用的产物，故矿产的形成严格受地壳的升降运动及沉积环境的控制，上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3-O1s)地层为今后的找矿标志。

6 结论

在收集研究前人地质资料的基础上，通过野外实地勘查，大致查明本区白云岩矿体呈似层状赋存于上寒武统—下奥陶统三山子组(∈3-O1s)地层中，矿体产状与围岩一致，严格受地层层位及岩相古地理的控制。大致查明了矿区地层、构造、矿体赋存层位及其地质特征。大致掌握了矿体的形态、厚度变化及空间位置及矿石的物质组分、结构构造，有益、有害组分及含量。大致查明了矿层中夹层的规模、性质和分布规律。综合分析矿区的开采技术条件，属中等以环境地质问题为主的矿床，即Ⅱ-3型。

[1]邵厥年，陶维屏.矿产资源工业要求手册[M].北京：地质出版社，2010.

[2]中华人民共和国国土资源部.DZ T0213-2002 冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范[S].北京：中国国家标准出版社，2002.

[3]国家技术监督局.GB12719-91 矿区水文地质工程地质勘探规范[S].北京：中国国家标准出版社，1991.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会.GB18306-2015 中国地震动参数区划图[S].北京：中国国家标准出版社，2015.

TD873.4

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1007-9386(2017)04-0022-04

2017-01-04