五道河石灰岩矿床地质特征及成因分析

刘 幸

（辽宁省有色地质一 〇 九队有限责任公司，辽宁 朝阳 122000）

1 地质背景简介

工作区位于华北地台北缘—燕山台褶带—辽西台陷西部—朝阳穹褶断束中部。北以NE向凌源—北票岩石圈断裂为界，与内蒙地轴毗邻；南以要路沟—锦西北东东向壳断裂为界，与山海关台拱相连[1]。朝阳穹褶断束呈北北东向展布，其北西和南东两侧分别为四官营子—三家子和建昌中、新生代火山岩断陷盆地(图1)。

图1 辽西地区地质略图

区域出露地层从老到新主要有元古界的长城系，古生界的寒武系、奥陶系，二叠系以及中生界的侏罗系、白垩系和新生界第四系。

区域上的构造较发育，主要体现在褶皱构造和断裂构造。

褶皱构造：主要为南窑—党杖子倒转向斜，轴向北东，出露长度约10km，宽2～3km，工作区内的寒武系和奥陶系地层处于该倒转向斜的西北翼，倾角50～85°。

断裂构造：主要为北东向断裂构造。马圈山—塔子山逆断层：位于工作区的西北部，全长25km，呈直线型北东向展布，断层走向45～65°，倾向北西，倾角为24～27°。铁杖子逆断层：位于区内二叠系与奥陶系地层的接触部位，主要体现为粗面岩充填，走向为40°左右，倾向北西，倾角56～80°，全长7km。王宝营子逆断层：位于矿区的东南部，土城子组与蓝旗组的接触部位，走向50°左右，倾向北西，倾角22～51°，全长14km[1]。

区内岩浆活动较小，燕山期侵入体呈条带状展布。早期有辉绿岩，晚期有粗面岩。

2 矿区地质概况

2.1 地层

勘查区内出露地层主要为古生界寒武系、奥陶系、二叠系，中生界侏罗系和新生界第四系[2]。

2.2 构造

2.2.1 褶皱

区内为南窑—党杖子倒转向斜的北西翼，其地层走向30～60°，倾向300～330°，倾角32～88°。该北西翼局部地层向北北东倾斜，造成局部地层产状有所变化。

2.2.2 断裂

该区主要断裂为铁杖子逆断层：位于区内二叠系与奥陶系接触部位，主要体现为粗面岩充填，走向为40°左右，倾向北西，倾角56～80°，全长7km。受其影响发育有北北东向压扭性断裂和北西西向张扭性两组断裂。

2.3 岩浆岩

工作区内岩浆岩主要为燕山期辉绿岩和粗面岩[2]。

辉绿岩：分布在工作区东部，在平面上呈条带状产出，长340m，宽10～40m。灰绿—灰黑色，辉绿结构，块状构造，组成矿物主要为斜长石、辉石，含有少量的角闪石、黑云母及金属矿物(磁铁矿)。斜长石自形柱状，约含45%。辉石为普通辉石，淡棕色，自形短柱状，约含45%。角闪石为绿色，长柱状，约含7%。黑云母为褐色，片状，约含1%。金属矿物为他形板粒状，约含2%。

粗面岩：分布在工作区西部，在平面上呈牛角状产出，长2 000m左右，宽5～200m。灰红色—肉红色，粗面结构，块状构造，组成矿物主要为正长石、斜长石、辉石、角闪石。正长石半自形板状—他形粒状，约含61%，斜长石半自形板状—他形粒状，约含15%，辉石为普通辉石，淡棕色，自形短柱状，约含19%。角闪石为绿色，长柱状，约含5%。

3 矿层地质特征

工作区内白云质灰岩矿层呈层状、似层状产出，为倒转地层层序。依据各条矿层地表出露特征，规模、品位变化特征，结合地质测量实测成果，共圈定5条黑色冶金熔剂白云质灰岩矿层[2]。

3.1 矿床的矿层特征

工作区内共查明黑色冶金熔剂白云质灰岩矿层5条，编号分别为1号、2号、2-1号、3号、4号。

1号矿层西区：产出于下寒武统馒头组地层。地表控制延长1 300m，倾斜方向控制延伸200m，厚度为54.41m，SiO2品位为0.91%，CaO品位为50.40%，MgO品位为3.71%。矿层在走向上呈连续分布，矿层在地表整体走向48°，倾向NW，倾角75～88°，厚度变化系数为14.64%。

1号矿层东区：产出于下寒武统馒头组地层。地表控制延长600m，厚度为55.00m，SiO2品位为0.82%，CaO品位为51.20%，MgO品位为2.98%。矿层在走向上呈连续分布，但是经过地表TC32-1的控制以及地质填图得出结论，判断1号矿层在东北部延伸的尖灭形态，矿层整体走向48°，倾向NW，倾角80～85°，厚度变化系数为49.37%。

2号矿层：产出于中寒武统张夏组。地表控制延长1 300m，倾斜方向控制延伸200m，厚度为14.04m，SiO2品位为2.30%，CaO品位为50.30%，MgO品位为2.43%。矿层在走向上呈连续分布，矿层整体走向48°，倾向NW，倾角60～75°，厚度变化系数为48.66%。

2-1号矿层：产出于中寒武统徐庄组。地表整体控制延长400m，倾斜方向控制延伸100m，厚度为15.60m，SiO2品位为1.79%，CaO品位为52.16%，MgO品位为1.45%。矿层在走向上呈连续分布，矿层整体走向48°，倾向NW，倾角70～75°，厚度变化系数为53.26%。

3号矿层：产出于中奥陶统马家沟组。地表整体控制延长400m，深部倾斜方向控制延伸200m，厚度为49.62m，SiO2品位为1.92%，CaO品位为52.17%，MgO品位为1.54%。矿层在走向上呈连续分布，矿层走向80°，倾向NW，倾角40～50°，厚度变化系数为28.41%。

4号矿层：产出于下寒武统馒头组。地表整体控制延长200m，深部倾斜方向控制延伸200m，未见有4号矿层在深部的延伸，推断4号矿层在深部尖灭。厚度为46.85m，SiO2品位为1.23%，CaO品位为51.58%，MgO品位为2.54%。矿层在地表走向上呈连续分布，矿层走向30°，倾向NW，倾角50°，厚度变化系数为12.44%。

3.2 矿床的矿石特征

3.2.1 矿石化学成分

矿石主要组分为CaO、MgO和SiO2，全部采于区内5条黑色冶金熔剂用白云质灰岩矿层，基本查明区内矿石主要组分及变化特征。根据分析样品测试结果，矿层矿石的主要化学成分及其他组分含量见表1、表2。

表1 矿石主要化学成分含量

表2 矿石其他组分含量

从以上数据可知，矿层主要组分含量高，其他组分含量少，变化小。矿石中P和S的平均含量均低于工业指标要求，完全符合黑色冶金熔剂白云质灰岩的化学成分要求。

3.2.2 矿石矿物成分

矿石的有用矿物为方解石，含量为75%左右，脉石矿物成分为白云石和隐晶质石英，白云石含量在23%左右，石英含量为2%左右。

3.2.3 矿石结构构造

矿石结构主要为泥晶结构、粒晶结构、碎裂结构以及鲕粒结构。矿石构造主要为中—厚层状构造。

3.3 矿床的矿石类型

矿石类型分为自然类型和工业类型。本区矿石的自然类型如下。

白云质灰岩：泥晶结构、粒晶结构和碎裂结构，方解石脉发育。泥晶物质成分由方解石组成，具泥晶结构，粒度为0.01～0.03mm，约含65%。粒晶物质成分由白云石组成，自形，具粒晶结构，粒度为0.03～0.1mm，约含25%。脉石成分由方解石组成，具粒状变晶结构，粒度为0.2～6.4mm，约含10%。为本区内的1号和4号矿层矿石[3]。

白云质鲕粒灰岩：具鲕状结构、粒晶结构和碎屑结构，方解石脉发育。内碎屑呈棱角状，由含鲕粒灰岩组成，内碎屑粒度为1.6～6.4mm，约含7.4%。鲕粒呈圆形，鲕粒较完整，呈同心层状，由泥晶或亮晶方解石组成，鲕粒大小为0.4～0.8mm，约含40%。粒晶由白云石组成，自形具粒晶结构，粒度为0.03～0.1mm，约含25%。胶结物由泥晶方解石组成，粒度为0.01～0.03mm，约含20%，因方解石脉叠加，部分泥晶方解石颗粒变大。脉石由方解石组成，具粒状变晶结构，粒度为0.02～0.08mm，约含6%。岩石中石英碎屑约含2%，裂隙铁染明显。为本区的2号矿层矿石。

泥晶灰岩：泥晶结构和生物碎屑结构，方解石脉发育。生物碎屑成分为原状—半壳状，生物体征不完整，由亮晶方解石组成，碎屑粒度为0.4～0.8mm，约含5%。泥晶基质由泥晶方解石组成，粒度为0.01～0.03mm，约含80%。脉石成分由方解石组成，网状分布，具粒状变晶结构，粒度为0.02～0.8mm，约含15%。为本区的3号矿层矿石。

矿石的工业类型：黑色冶金熔剂用白云质灰岩矿石。

3.4 矿床的围岩和夹石

3.4.1 围岩

1号矿层和4号矿层都产出于下寒武统馒头组，围岩顶板和底板都为红色页岩夹薄层灰岩，2号矿层顶板为红色页岩，底板为竹叶状灰岩。3号矿层在地表大面积出露，矿层与围岩不清楚，都为灰岩。

3.4.2 夹石

经地表槽探工程取样化验分析结果显示，矿区内夹层主要有两种类型：高镁夹层、高硅夹层，产状与矿体产状基本一致。

4 矿床成因

4.1 矿床成因

从寒武世早期一直到奥陶世晚期，在这一段时间内，由于海侵的强烈作用，形成了典型的潮间环境，此时的海水较深，由于与海岸的距离较远，相对的陆源组分较少，并且水质清澈，在这样的环境下，通过在生物以及化学的双重作用下，大量的CaCO3泥质颗粒沉淀在了深海中，长此以久，便形成了以方解石为主，其次以白云质以及少量的隐晶质石英的白云质灰岩地层，这样就形成了该区的浅海相沉积矿床[4]。

矿床在成岩的后生白云石化作用普遍发育。白云石具有颗粒较粗(0.01～0.10mm)，基本呈菱形、四边形等交代成因标志，是碳酸盐在富镁的水溶液中，与镁离子置换钙离子形成的，其反应式如下：

后生白云石化大体表现为岩石中的花纹状构造，由于后生白云石化的不均匀性，在相对较强烈的部位，MgO含量较增高，使矿层中形成较多的不连续的“高镁”或“高硅”夹层。因此，五道河黑色冶金熔剂用石灰岩矿床属浅海相生物化学沉积成因的碳酸盐岩矿床[5]。

4.2 找矿标志

区内矿层为下寒武统馒头组、中寒武统张夏组，以及中奥陶统马家沟组，所以区内以上矿层的地层特征即为直接找矿标志。通过对比区内矿层的矿石特征，中—厚层状白云质灰岩矿层即为区内矿层的间接找矿标志[2]。

5 结论

五道河黑色冶金熔剂用白云质灰岩矿床产于下寒武统馒头组、中寒武统张夏组，以及中奥陶统马家沟组，区内矿层是典型的浅海相生物化学沉积成因的碳酸盐岩矿床。矿层全部呈单斜中—厚层状产出，有用组分品位高、厚度大，并且品位及厚度较稳定，各项指标完全符合黑色冶金熔剂用白云质灰岩矿石的工业指标要求，区内尤以中奥陶统马家沟组矿层质量最好，资源潜力巨大，对矿床的后续勘查和开发具有重要的指导意义。