吉林省长春市羊圈顶子外围水泥用灰岩矿地质特征及成因浅析

梁雪健，刘天恒，刘轶松，邰文超，杨孝杰

（中化地质矿山总局吉林地质勘查院，吉林 长春 130000）

吉林省长春市羊圈顶子外围石灰石矿床成因属浅海相化学沉积矿床，磨盘山组中部层位，灰岩厚度大，质量好，是吉林省主要水泥用灰岩产出层位。行政区划为吉林省长春市双阳区山河街道管辖。该矿床为羊圈顶子水泥用石岩矿床的东部延伸，西部紧临羊圈顶子水泥用石灰岩矿开采区。长（春）—烟（筒山）铁路线从矿区东侧附近通过，自有铁路专用线与之相连，S102省道从矿东部通过，有水泥路与之相连，交通十分方便[1]。

1 矿区地质

1.1 地层

矿区出露的地层主要为中石炭系磨盘山组（C2m）和第四系全新统（Q4）。

1.1.1 石炭系磨盘山组（C2m）

本区石炭系磨盘山组为一套稳定的浅海相中—巨厚层碳酸盐岩。矿区出露的地层为石炭系磨盘山组中段（C2m2）的中厚层灰岩、硅质条带灰岩段。区内地层可细分为两个不同的岩性段。

（1）中厚层泥晶—微晶灰岩(C2m2-2)：灰白色，浅灰色和深灰色，也叫纯质灰岩，主要分布在勘查区的中部的大部分地区，是本区的主要矿体组成部分，并且与羊圈顶子采区及大山勘查区同属一个矿体。总体延伸较长，呈中厚层—巨厚层状产出，除巨厚层外层理均较清楚。岩石呈块状构造，断口为不完全的贝壳状和参差状，后期白色方解石细脉在灰岩中较为发育，呈格状充填裂隙中。局部可见深灰色、浅猪肝色硅质结核泥晶灰岩条带（或团块）、灰绿色钙质粉砂岩夹层，主要以夹石的形式分布在矿区的中部。

（2）中厚层泥晶-微晶灰岩与（含）硅质泥晶灰岩互层（C2m2-1）：主要分布在该矿区的南部边缘地区并延伸到羊圈顶子开采区南部边缘。总体延长1500余米，厚约90m～130m。极少量的绿色泥质板岩透镜体夹于此层中，夹层厚0.2m～0.5m，延长不大。

1.2 构造

矿区位于区域山河推覆构造的锋带部分，西北沟—前淌泉子倒转背斜的南东倒转翼，推覆体在移动过程中使岩层受力变形，产生褶皱，断裂，但有规模的大断裂构造未延伸至本区。区内仅见小的褶皱、挠曲、断裂。岩层在走向和倾向上均呈不同程度弯曲，总体上倾向弯曲程度大于走向。

矿区为一复式向斜：总体由一个较大的向斜及一个小背斜组成。核部为硅质结核泥晶灰岩。向斜南北两冀均为泥晶灰岩、含硅质结核泥晶灰岩夹硅质结核泥晶灰岩。南冀产状：倾向呈北北东向，倾角40°～60°；北冀产状为：倾向南西，倾角40°～60°。两冀岩层倾角接近，基本对称。向斜北翼的小背斜，其北翼产状稍缓，倾角30°～50°。见图1。

图1 长春市羊圈顶子石灰石矿外围水泥用灰岩矿综合地质简图

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

矿体赋存于中石炭系磨盘山组中段（C2m2），呈中厚层—巨厚层状，东南-北西向展布，由泥晶—微晶灰岩及含硅质结核泥晶灰岩组成。矿体中有硅质结核泥晶灰岩夹层，为沿裂隙硅化形成的夹石层。受区域推覆及倒转背斜的影响，区内发育了背斜～向斜的一系列连续的、舒缓的次级褶皱。次级褶皱轴向基本与矿体走向一致。矿体总体南翼倾角陡（40°～60°），北翼缓（30°～50°），矿层对应较好，矿体沿走向虽有起伏，但变化不大。

2.2 矿石结构，构造及矿物成分

矿石分为泥晶—微晶灰岩及含硅质结核泥晶灰岩。两种矿石均为隐晶质结构，微粒结构，结晶好者为细粒结构；两种矿石均为中厚层—巨厚层状构造、块状构造。局部矿石由于后期裂隙的发育及方解石脉的充填可见条带或网格状构造。

泥晶—微晶灰岩：泥晶—微晶结构、块状构造。矿物成分几乎全部为泥晶—微晶方解石，粒径细小0.01mm～0.05mm，矿石局部发育有次生碳酸岩脉，宽1mm～2mm，呈交叉脉状、网脉状。局部见少量不透明矿物呈极稀疏浸染状不均匀分布。偶见少量0.025mm～0.1mm的石英颗粒，形态不规则，次棱角及次圆状不均匀分布于碳酸盐成分间，大小不一，一般0.4mm～0.8mm，含量2%～3%。

含硅质结核泥晶灰岩：灰白色，泥晶—微晶结构，矿物成分以泥晶—微晶方解石为主，不规则粒状，粒径细小0.01mm～0.05mm含量90%～95%，硅质结核，含量4%～8%，呈不规则状、团块、条带状不均匀分布于碳酸盐成分间，局部界线不清。矿石局部发育有脉状次生碳酸岩脉。

表1 矿石化学成分统计表

2.3 矿石化学成分

矿石有益组分CaO含量平均在54.32%，主要有害组分MgO含量平均值0.23%，fSiO2平均值1.49%。详见表1。

2.4 矿石类型

矿石自然类型为泥晶—微晶灰岩及含硅质结核泥晶灰岩，颜色为灰白色，其中含硅质结核泥晶灰岩硬度略高于泥晶—微晶灰岩，肉眼区分较难。泥晶—微晶灰岩为矿石主要类型占矿石总量的90%以上，其中方解石含量较高，硅质成分含量较低，故化学成分中CaO含量较高，一般均在54%以上，fSiO2含量0.02%～4%。含硅质结核泥晶灰岩为矿石次要类型，占矿石总量的不足10%，分布无明显的规律。硅质成分含量较高，fSiO2含量一般为4%～8%，个别fSiO2含量高于10%。

2.5 矿体围岩和夹石特征

（1）矿体围岩特征。①矿区部分周边矿体被第四系覆盖，顶板为第四系残坡积物，主要为灰岩碎石、砂及粘土。②矿体底板为条带状，中厚层泥晶-微晶灰岩与（含）硅质泥晶灰岩互层。主要分布在矿区的南部边缘地区。区内长800余米，厚约90m～130m。硅质泥晶灰岩中的硅质部分为深灰色、乳白色和浅猪肝色，呈条带和团块状，风化面明显可辨。极少量的绿色泥质板岩透镜体夹于此层中，厚0.2m～0.5m，延长不大。二者均呈不连续状顺层分布，与层理平行。该层位互层较多、成分较复杂、埋藏较深。

（2）矿体夹石特征。夹石为硅质结核泥晶灰岩、钙质粉砂岩。硅质结核泥晶灰岩：硅质结核灰岩中，硅质团块、结核、条带含量分布不均，局部含量集中。硅质团块呈浅黄色，灰色，隐晶-微粒结构，层状、块状构造。硅质条带、团块呈断续条带状疙瘩状，平行层理分布。因此，岩石表面明显可辨。风化后呈浅黄色，表现为浅猪肝色薄膜，新鲜面为乳白色、浅灰色。

钙质粉砂岩：（原岩蚀变较强）浅灰绿色，显微鳞片粒状变晶结构，块状构造，强烈蚀变。呈松散状，硬度较低。见有硅化、绢云母化、碳酸盐化。

3 矿床成因浅析

石炭纪中统以前，河流将大量的钙质以可溶性重碳酸钙Ca（HCO3）2形式从陆地带入海中，其中夹杂着少量硅镁铝等其它物质，在温暖气候条件下浅海区海水中重碳酸钙呈过饱和状态，由于海水的温度较高，浅海区海水动荡较大和大气压降低，海水中CO2的浓度逐渐减少，形成了有利于CaCO3沉淀的还原环境，使易溶的Ca（HCO3）2减少，变成难溶的CaCO3沉淀下来。在钙质沉淀过程中，地壳有不断的轻微动荡，沉积环境相对稳定性不断变化，使沉积物形成层理和沉积厚度不一，同时硅质呈胶体状态聚集，在一定阶段沉积下来。在局部地段也接受大量的泥质沉积，由于不断的沉积，沉积物不断增加，压力增大，逐渐固结成岩，形成石灰岩，页岩层。同时硅质部分脱水重结晶形成硅质结核或条带于灰岩中，形成了该矿床。即矿床为浅海相化学沉积而成。