拉萨贾木村水泥用石灰岩矿床地质特征及成因探究

刘 亮，王 超，戴 元，陈 娜，罗绍强，陈小涛

（四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队，四川 绵阳 621010)

随着国家对西部基础建设的持续投入，西藏经济和人民生活水平逐年提高，对水泥需求尤为旺盛，拉萨作为西藏省会城市，对水泥的需求与日俱增，因此有必要加强本区水泥用石灰石矿的调查和成因研究。拉萨市堆龙德庆县贾木村水泥用石灰岩矿，距拉萨市25km，距堆龙德庆县8km，交通便利，区域位置优越。初步查明区内矿石量12 364.02万m3，资源量33 011.93万t，远景储量可达5亿t以上。

1 矿区区地质特征

1.1 矿区大地位置及地层特征

矿区位于青藏高原中南部，地处冈—念陆块与喜马拉雅陆块的结合部位[1]。地层区划属冈底斯—喜马拉雅构造—地层大区的拉萨—沃卡地层分区。区域上主要出露侏罗系和白垩系地层，侏罗纪地层从老到新有叶巴组(J1-2y)、桑日群(J3S)、却桑温泉组(J3q)、多底沟组(J3d)；侏罗纪—白垩纪地层仅有林布宗组(J3K1l )；白垩纪地层有早白垩世楚木龙组(J3K1l )、塔克拉组(K1t )，以及第四系地层。矿区内出露地层较单一，为上侏罗统多底沟组(J3d )、上侏罗统—下白垩统林布宗组(J3K1l )地层及第四系堆积物。

1.1.1 上侏罗统多底沟组(J3d )

多底沟组地层呈近东西向展布于矿区中部，地层厚度较稳定，未见底，厚度＞1 000m。多底沟组下部岩性为灰白色中—厚层状大理岩，越靠近岩体变质程度越深，大理岩纯度越高，为中—粗晶结构；中部岩性为灰—深灰色生物碎屑灰岩，靠近下部，灰岩结晶程度较高，为微晶—细晶灰岩，中上部为粉晶—细晶灰岩，变质程度较浅；上部为深灰—灰黑色炭质灰岩，炭质含量较高，约占20%～35%，为细—粉晶结构，中层状构造。多底沟组岩性均属浅海相化学沉积型碳酸盐岩[2]。与上覆地层林布宗组(J3K1l )为整合接触，沿接触带后期断层活动痕迹显著。

1.1.2 上侏罗统—下白垩统林布宗组(J3K1l )

林布宗组地层呈近东西向分布于矿区南部，区外大面积分布，地层厚度较稳定，厚度＞1 600m。该组主要为一套陆源碎屑岩建造，岩性有灰—深灰色细粒石英砂岩、深灰色炭质粉砂岩、粉砂绢云板岩、含粉砂炭质绢云板岩。与多底沟组灰岩界线清楚，易于区分。

1.1.3 第四系堆积物

第四系堆积物分布在河流、冲沟及其两侧，主要有冲积(Qhal)、洪冲积(Qhpal)、坡积(Qhpl)三种类型。以灰—灰白色冲积砂、砾为主，砾石分选差，大小混杂，磨圆中等，次棱角—次圆状，成分复杂，主要由砂岩、灰岩、火山岩砾石组成，局部地段分布有亚粘土和粘土层，具明显的二元结构特征。

1.2 矿区构造特征

矿区内的褶皱有加热一麻热背斜，轴向近东西，其核部由多底沟组大理岩和灰岩构成，两翼为林布宗组砂板岩，北翼出露地层较薄，南翼出露地层巨厚。该背斜为倒转背斜，背斜转拉端呈尖棱状，在背斜的核部有后期的小岩株和小岩脉侵位。区内出露有F1断层，规模较大，在矿区内出露长约3 k m，宽5～10m，总体走向110°，属压扭性逆冲断层，系加热一麻热背斜南翼多底沟组与林布宗组的分界断裂，沿该断层走向，局部上下盘的地层倾向相反。断裂带内节理裂隙发育，局部具塑性变形特征，发育小褶曲和构造透镜体。

1.3 矿区岩浆岩特征

矿区内及周边岩浆活动强烈，时代主要为古近纪，出露的岩浆岩主要有二长花岗斑岩，细—中粒黑云角闪二长花岗岩，细—中粒斑状角闪黑云二长花岗岩以及脉岩(花岗细晶岩、花岗斑岩、闪长岩和闪长玢岩)，脉岩总体走向近东西，岩脉宽0.5～5m，长度为50～100m，最长约300m。脉岩破坏了矿体的连续性，增加了夹石量，但也有有利的一面，受高温影响，碳酸盐矿物发生重结晶，去杂质纯化，有益组分含量增高。

1.4 矿区变质作用

矿区内变质作用较低，主要表现为区域变质作用和接触变质作用。前者主要表现为区域低温动力变质作用；后者主要表现为热接触变质作用和接触交代变质作用。热接触变质作用以温度为主导因素，主要发生在侵入岩与其围岩的接触部位，表现为围岩的变质结晶和重结晶作用，常形成的角岩、斑点板岩、千枚岩、大理岩等；接触交代变质作用除温度因素外，还有交代作用的发生，主要发生在中酸性侵入岩与碳酸盐岩的接触部位，常形成矽卡岩类等。

2 矿体特征

矿体赋存于侏罗系多底沟地层中，呈单斜层状产出，产状180～205°，∠65～80°，走向近东西延伸＞5.0km，由于受岩体热影响，碳酸盐矿物发生重结晶和去杂质纯化作用，成分均一，呈块状、中厚层状产出，矿体稳定性、连续性、均匀性和完整性好，出露宽度325～960m，总厚度＞550m，出露标高3 760～4 320m。矿体底板为变质后的长英质角岩，底板厚度约35m，顶板为炭质灰岩、粉—微晶灰岩，厚度为8～54m不等。矿区内夹石主要为岩脉侵位，沿矿体中较大的节理裂隙贯入，多为中性和岩脉。

矿区矿石类型为大理岩和灰岩，主要由方解石组成。矿体沿走向品位稳定，矿石呈坚硬块状，除少量侵入岩脉不能用作水泥原料外，其他岩石CaO含量较高，均可作为水泥原料或作为混合原料。无明显的相变和强烈的岩石蚀变现象，岩石未遭受剧烈的构造破坏作用。

3 矿石特征和质量

3.1 矿石特征

矿石岩性分为灰岩、大理岩2大类，由于靠近岩体，由内向外依次为方解石大理岩、粉—微晶灰岩、粉晶砂屑灰岩、微晶生物碎屑灰岩、炭质微晶灰岩5个小类。

(1) 方解石大理岩：由透辉石、方解石等组成，方解石含量＞95%。透辉石：大小为0.03～0.15mm，无色，他形粒状—柱状产出，正高突起，斜消光，干涉色二级。方解石：大小为0.2～2mm，无色，具明显的闪突起，高级白干涉色，一轴晶，茜素红染色为红色。透闪石：无色，柱状，大小为0.05～0.25mm，一组极完全解理，正中突起，二轴晶，斜消光。

(2) 粉—微晶灰岩：具粉—微晶结构，块状构造，由粉—微晶方解石(97%)和石英(3%)组成。方解石他形粒状， 粒度为0.01～0.03mm为主，0.03～0.06mm次之。茜素红染色为红色。石英棱角状，粒度0.05～1.5mm，散布于方解石间。岩石裂隙由方解石脉充填。

(3) 粉晶砂屑灰岩：具粉晶砂屑结构，块状构造，由砂屑、填隙物组成，砂屑杂乱分布，粉晶方解石充填其间。砂屑：粒径0.2～2mm，次棱角状—次圆状，杂乱分布。填隙物：方解石组成，粒径0.03～0.06mm为主，少量0.06～0.2mm，高级白干涉色，茜素红染色红色。岩石中裂隙发育，由方解石脉充填。

(4) 微晶生物碎屑灰岩：具微晶生物碎屑结构，块状构造，由方解石(35%)、生物碎屑(65%)组成。生物碎屑杂乱分布，微晶方解石充填其间。方解石：粒径0.01～0.03mm，少量0.03～0.06mm，无色，细小颗粒呈彼此镶嵌状产出，具高级白干涉色，茜素红染色为红色。生物碎屑：由方解石充填，粒径0.2～1.5mm，无色，为海百合、腕足等生物碎屑，呈杂乱分布。岩石裂隙由方解石脉充填。

(5) 炭质微晶灰岩：具微晶结构，块状构造，由方解石(70%)、炭质(30%)组成。方解石：粒径主要集中在0.01～0.03mm，呈微晶状产出，少量粒径0.03～0.06mm，呈粉晶、他形粒状彼此镶嵌状产出，闪突起，具高级白干涉色，茜素红染色为红色。炭质：黑色，粉末状。

3.2 矿石质量

大理岩是矿区主要矿石类型，紧靠岩体，局部见有透辉石大理岩，表明经过较高温度的接触变质作用[3-4]。本次在剖面及路线上共采集大理岩矿石样品13件(表1)，样品CaO含量45.57%～54.72%，平均值51.38%，均达到Ⅰ类水泥用要求，MgO有1件＞3.5%，其余均符合要求；根据王永振[5]对该指标的研究，CaO/MgO比值＞16，其质量优于CaO=48%，MgO=3%的矿石，矿区内矿石仅有两件＜16，其余大部分都远远高于这个比值，表明矿区内大理岩类矿石可用作Ⅰ类水泥；SiO2含量在0.34%～7.13%之间，平均值2.86%；K2O与Na2O含量低，两者之和均＜0.8%，SO3含量在0.025%～0.56%之间，平均值0.254%，均＜1%，Al2O3、TFe2O3含量亦较低，矿石符合水泥用石灰质原料的相关要求[6]。矿石沿走向品位稳定，变化系数不大，属均匀性，为质纯品优的水泥用大理石矿。

表1 矿区大理岩矿石化学分析结果

结晶灰岩是紧邻大理岩的矿石类型，愈靠近岩体，其结晶颗粒愈大，与大理岩之间呈渐变过渡关系，无明显的接触界线，表明两者之间原岩成分基本相同，岩性变化主要是后期受岩体侵入的影响。本次在灰岩中共采集样品12件(表2)，样品CaO含量＞48%的4件，＞45%的6件，有7件含量在39.5%～45%之间，所有灰岩样品平均值为45.67%，达到Ⅱ类水泥用要求，部分达到Ⅰ类水泥要求。同一种岩性，越靠近岩体，其CaO含量越高，尤其在PM03剖面表现尤为明显，在相关性图解中(图1)，CaO含量与MgO相关性不明显，与SiO2及其他组分含量呈现典型的负相关性。除去少量靠近林布宗组地层的灰岩，绝大部分样品CaO含量均满足水泥用要求。所有灰岩样品中MgO含量0.5%～1.47%，平均值0.93%，均＜3%，K2O+Na2O＜0.8%，SO3含量在0.093%～0.39%，平均值在0.21，均＜1%，满足相关水泥用要求；唯一超标的是SiO2的含量，含量2.07%～28%，平均值达到13.43%，但是SiO2的含量高也有有利的一面，其形成的硅酸盐矿物是发挥水泥强度的主要矿物，其含量越高，水泥的凝结速度和早期强度增进率慢，后期强度会显著提高，并能增强水泥的抗腐蚀性能[7-9]。

由于变质程度受岩体和原岩成分的影响，炭质灰岩与结晶灰岩有交叉分布的现象，本次在炭质灰岩中共采集样品20件(表3)，样品CaO含量多集中在34.10%～48.53%，小部分在21.71%～29.34%，全部炭质灰岩样品平均值37.25%，从几条剖面和地质点样品来看，靠近岩体方向，其CaO含量增高的趋势明显(图2)；MgO含量最大值为1.69%，SiO2含量均超标，SO3含量绝大多数均小于1%。可以考虑与其他灰岩、大理岩样品按照一定比例混合使用，以达到充分利用资源的目的，提高资源利用效率，目前矿区周边水泥厂均搭配使用。

图1 PM03结晶灰岩中CaO含量与岩体位置及各主量元素的相关性特征

炭质灰岩是结晶灰岩外层岩石，由于有机质含量较高，重结晶作用不容易顺利进行，随着温压的升高，这些妨碍因素将逐渐排除[9]。矿区内区域变质作用较弱，变质作用类型主要为接触变质作用，因而温度是决定这一作用的关键因素，岩体是热源的主要提供者，越靠近岩体，温度越高，越有利于变质重结晶作用。在自然界的变质反应过程中，绝对的等化学反应是没有的，总是有某些组分的带入和带出，原岩组分总是要发生某些变化，有时则非常显著[11-12]，矿区一个明显趋势是，由外到内，炭质灰岩结晶程度越高，去杂质纯化程度越强。

表3 矿区炭质灰岩化学分析结果

图2 不同剖面上炭质灰岩中CaO含量与岩体远近的相关性

从矿石矿物总的分布规律上看，自上而下，由颜色较深的炭质灰岩、到颜色较浅的微晶生物碎屑灰岩、微晶—粉晶灰岩、大理岩，CaO含量呈上升趋势，由40%左右上升到54%以上，相应的有害组分SiO2、MgO、 K2O、Na2O、SO3含量也有所下降；沿矿体走向，纵向上CaO含量变化不大。

4 成因分析

侏罗纪时，雅鲁藏布江弧后洋盆发生强烈扩张，并发生过洋内俯冲并有洋岛弧存在[13]。与此同时，雅鲁藏布江弧后洋盆向北俯冲消减，导致冈底斯南部发生造弧事件，期间沉积了上侏罗统多底沟组海相灰岩地层和陆相林布宗组地层。由于俯冲消减作用，海水由深变浅，早期沉积较纯的微晶—细晶灰岩、生物碎屑灰岩，中期过渡为砂屑灰岩、炭质灰岩，为成矿提供了原始物质来源。沉积岩层中的镁铝含量比(m=100×MgO/Al2O3)是沉积环境的标志之一[14]，在由淡水向海水过渡的沉积环境中，沉积岩层的m值随沉积环境中水体的盐度增加而增加，淡水环境下m＜1；陆海过渡性沉积环境为1＜m＜10；海水沉积环境为10＜m＜500，陆表海的m＞500。矿区内镁铝比值在11～449之间，比值20～80者居多，亦表明其形成于海水环境。

堆龙德庆贾木村水泥用石灰岩矿属于沉积—变质型矿，其成矿物质来源于原始沉积的炭质灰岩、生物碎屑灰岩、微晶—细晶灰岩等，均属浅海相化学沉积型碳酸盐岩。其主要成分CaO初始含量在20%～50%不等，后期经过岩浆的热接触变质作用，经历了去杂质和重结晶，CaO含量上升到39%～55%，形成了如今的水泥用灰岩、大理岩矿。

5 结论

拉萨市贾木村水泥用石灰石矿成矿类型为属沉积—变质型，其初始物质来源于上侏罗统多地沟组灰岩，后期随着岩体侵入发生变质和重结晶作用，矿体沿与岩浆岩的接触带呈近东西向的带状分布，由内向为可分为大理岩化带、结晶灰岩带，矿体厚度68～812m不等，长度＞3 428m。

矿石品位的高低与岩体距离、原岩成分关系密切，越靠近岩体，其变质重结晶作用越强，矿石品位亦越高。大理岩矿石CaO含量在48%～54%，钙镁比值在11～130之间，绝大部分＞16。有害杂质含量均符合水泥用要求，均可作为Ⅰ级水泥用。结晶灰岩矿石CaO含量在45%～53%之间，均可用作Ⅱ级水泥用，部分矿石可达到Ⅰ级。炭质灰岩CaO含量在26%～48%之间，可与品位较高的大理岩、结晶灰岩矿石搭配使用，达到充分利用资源的目的。

同一类型的矿石，愈靠近岩体，其结晶程度愈好，CaO含量愈高，而SiO2、MgO及其他组分含量越低；CaO与其他组分之间为典型的负相关性。后期岩浆岩的侵入对矿体形成具有明显促进作用，变质和重结晶取得了去杂质纯化的效果，温度是控制这一过程的关键因素。