吉林省磐石市中立方解石矿地质特征及开发经济意义

周树亮，周 阳，孙雪峰，张 旭

吉林省有色金属地质勘查局六○七队，吉林 吉林市 132105

0 引言

该项目是本队合作项目，矿权单位是吉林市华拓矿业有限公司，从2017年发现方解石矿至提交勘探报告，历时 3 年。提交方解石矿矿物量3 000万吨以上。

1 区域地质背景

图1 区域地质区域矿产简图Fig.1 Sketch map of regional geology and mineral resources1.金家屯组;2.南楼山组;3.暖木条子组；4.寿山沟组；5.窝瓜地组；6.磨盘山组；7.鹿圈屯组；8.呼兰群；9.中侏罗世花岗岩；10.晚二叠世二长花岗岩；11.中二叠世花岗岩；12.镁铁—超镁铁质岩；13.角度不整合界线；14.断层；15.大型金矿床、矿点；16.大、中铜镍矿床；17.中型金铜矿床；18.铜镍多金属矿床；19.铜钼多金属矿床；20.钒钛矿点；21.小型铁矿床、矿点；22.大、中型水泥用石灰岩矿床；23.建筑用大理岩矿床；24.蓝晶石、红柱石矿点；25.大型方解石矿床；26.透闪石矿点

区域构造以北西向断裂构造为主，与北东向、东西向和近南北向断裂构造构成基本构造格架，呼兰群、寿山沟组地层中发育轴向北西向的复式褶皱构造。矿区附近以靠山屯背斜构造为主(1)地矿部吉林地质矿产勘查开发局.区域地质矿产调查所.磐石县幅1∶50 000地质图说明书[R].地矿部吉林地质矿产勘查开发局,1996：4,7-16.，主体呈近东西向展布。沿北西向发育多条北东倾逆断层。

区域岩浆活动强烈，主要有古生代中二叠世、晚二叠世和中生代中侏罗世花岗岩浆侵入，岩体呈岩基状分布，且以中酸性侵入岩为主，其中中二叠世(γP2)、中侏罗世花岗岩(γJ2)分布面积最大，且与有金、铜等矿产关系密切。红旗岭及茶尖岭发育的北东向展布的镁铁—超镁铁质岩与铜镍矿关系密切，形成大、中型铜镍矿床。

区域矿产主要有金矿、铜镍矿、铁矿、水泥用灰岩、建筑用大理岩矿等。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区地层出露有古生界石炭系—二叠系磨盘山组(CPm)、中二叠统暖木条子组(P2n)及新生界全新统(Qh)(图2)。

图2 矿区地质简图Fig.2 Geological sketch map of mining area1.第四系全新统;2.中二叠统暖木条子组;3.石炭系二叠系磨盘山组;4.中二叠世花岗岩;5.闪长岩脉;6.方解石矿体;7.推测方解石矿体;8.角度不整合界线; 9.推测界线; 10.产状;11.勘查基、测线;12.扣除区;13.勘查许可证范围

2.1.1 磨盘山组

磨盘山组(CPm)，地层走向20°，倾向NWW，倾角30°～45°，南北长约530 m，东西宽约1 250 m，厚度约530 m。岩性为大理岩，呈乳白色，粒状变晶结构，块状构造，矿物成分几乎全部由方解石组成。

2.1.2 暖木条子组

中二叠统暖木条子组(P2n)，地层走向285°～305°，倾向NE，倾角60°～65°，岩性为板岩，呈黑色，变余泥质结构，板状构造。矿物成分为隐晶质的粘土矿物等。与下伏地层呈不整合接触。

2.1.3 新生界第四系

为全新统(Qh)地层，分布在河谷及其两侧，以及低缓山包周围，厚度3 m，由砂、砾石、黄土组成。

2.2 构造

矿区地层为单斜构造。在矿区东北角分布一条断裂构造，南倾，倾角80°～85°，被后期热液成分的胶结角砾所充填，表现为强烈的硅化，并伴有黄铜矿化、方铅矿化、闪锌矿化。该破碎带对矿区内方解石矿体无影响。

2.3 岩浆岩

大面积出露于矿区北部，为中二叠世花岗岩(γP2)，呈岩基状产出。岩石呈浅灰色，中粒结构，块状构造，岩石主要斜长石，灰白色，粒状或宽板状，大小约为3～5 mm，体积分数约为55%；石英呈灰白色，他形粒状，大小约为1 mm，油脂光泽，体积分数约为30%；黑云母呈半自形板状，大小约为1～2 mm，玻璃光泽，体积分数约为10%；角闪石呈黑色，短柱状，大小约为2 mm，玻璃光泽，体积分数约为5%。

脉岩有花岗斑岩脉、煌斑岩脉、闪长岩脉等。

岩浆岩为矿床的形成提供了热量，有利于晶质方解石矿床的形成和赋存。

3 矿体(层)特征(2)吉林省有色金属地质勘查局六〇七队.吉林省磐石市中立区方解石矿勘探报告 [R],2019.

矿体赋存于石炭系二叠系磨盘山组(CPm)大理岩中。总体呈层状，矿区控制主矿带1 条，矿体 3 条，编号1号、2号、3号方解石矿，其中1号矿体资源储量占全区资源储量的99%。

1 号方解石矿体，产状与地层产状一致，走向20°，倾向NWW，倾角 30°～45°。控制矿体长500 m，厚度 20.75～81.73 m，控制矿体倾向延伸220～395 m，赋存标高405～280 m，埋深0～125 m。矿体平均品位(CaO质量分数)54.15%，白度90.21%，MgO在单工程及剖面之间无明显变化规律，矿体沿走向、倾向未见明显变化规律。矿体内部有少量夹石，夹石产状和矿体相似，夹石多为单孔控制，对矿体形态影响小。

矿体顶、底板围岩为板岩、大理岩、闪长岩，少数为花岗岩，地表南东角被暖木条子组板岩覆盖，北东部被中二叠世花岗岩侵蚀；夹层与夹石岩性较单一，多数为大理岩，少见有闪长岩等；覆盖层主要为坡积物，层厚平均在2 m 以上。

矿区内钻孔未见溶洞，岩溶属不发育类型。

4 矿石质量

4.1 矿石结构、构造

矿石结构、构造较简单，为中—细粒粒状变晶结构，块状构造。

4.2 矿石矿物组分

岩石中的矿物成分几乎全部由方解石组成，见少量不透明矿物，方解石为他形粒状晶体，粒度0.5～2.6 mm之间，晶体表面比较干净，薄片中无色，见闪突起，干涉色为高级白，大颗粒晶体的边缘被小颗粒晶体交代，小颗粒之间具镶嵌粒状变晶结构，一些晶体具三边平衡结构，质量分数大约占总体的97%。石英经镜下鉴定他形晶，粒状，单偏光下无色透明，正低突起，正交偏光下干涉色一级黄白，一轴晶正光性，粒径为0.1～0.2 mm左右，石英对方解石矿的研磨有一定影响，但其含量极少，质量分数均小于1%，影响忽略不计，经鉴定未见燧石出现。

4.3 矿石的化学成分

根据矿石光谱全分析(表1)、化学全分析(表2)、组合分析、多项分析(表3)结果，矿石主要化学成分为CaO、SiO2、Fe2O3等，其它稀有、分散元素含量甚微，不具有工业价值。有益组分为CaO，有害组分为SiO2、fSiO2、Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO含量很低，其它主要有害组分(K2O、Na2O、As、Cd、SO3、Cl-、Cr6+)均不超标。

表1 光谱全分析结果表Table 1 Full spectrum analysis results %

表2 化学全分析结果表Table 2 Complete chemical analysis results %

表3 矿石多项分析结果表Table 3 Ore multinomial analysis results %

4.4 共(伴)生矿产综合评价

依据方解石矿石的光谱全分析、组合分析及薄片鉴定结果，方解石矿体中无伴生矿产，夹石多为白度不达标或硅超标的大理岩，开发中应进行综合利用。

4.5 矿石类型及加工技术性能

矿石自然类型：白色粒状变晶结构大理岩。按结构确定矿石类型为细粒—中粒晶质矿石，按构造确定矿石类型为块状矿石。

工业类型：按工业用途划分为造纸用方解石、涂料用方解石、塑料用方解石、橡胶用方解石及纳米碳酸钙用方解石等。

加工技术性能(3)辽宁省地质矿产研究院有限责任公司.吉林省磐石市中立区方解石矿选矿试验报告[R].2019.：矿体样品方解石含量高，杂质含量很少，通过手选和水洗后，矿石杂质去除效果不明显，尤其对矿石白度影响不大，因此，该矿体样品不需要进行手选和水洗；地表原矿样、>25 mm 粒级矿样、10～25 mm 粒级矿样3个样品，随着研磨粒时间增加，白度略有增加，而<10 mm粒级样品随研磨时间增加白度差别不大。产品白度未达到 90%，而岩心样品研磨粒度越细，白度有所增加，所有产品白度均达到了 90%。

5 矿床成因及找矿标志

5.1 矿床成因

矿体呈层状产出，分布在一定的层位中，延长稳定，与围岩产状一致，具有层状原生沉积特征；矿体产出受一定层位控制，与大理岩关系密切，原岩沉积是一套碳酸岩沉积；中生代侏罗纪酸性岩浆活动热量及析出的气液的影响产生重结晶作用和褪色作用而形成大理岩，质纯的部分形成具有工业意义的方解石矿床。

初步认为本区方解石矿的形成是接触变质作用，属接触变质型矿床。

5.2 找矿标志

(1)石炭系二叠系磨盘山组(CPm)地层分布区可做为区域找矿标志；

(2)大理岩可做为直接找矿标志；

(3)古生代二叠纪酸性岩浆岩外接触带存在碳酸盐岩层，可做为间接找矿标志。

6 资源/储量

获得的方解石矿资源量矿石量30 117 kt，其中确信储量+可信储量矿石量14 709 kt，占总资源储量 49%。

另外，勘查区域内抠除区预测资源量15 000～20 000 kt；中立区现估算标高280 m，280 m标高以下，矿体倾向上还有发展空间；中立矿区外围一定范围内还有成矿地质条件相似靶区，预测资源量不少于中立矿区。

7 矿床开发经济意义

7.1 矿产资源形势分析

方解石化学成分主要为CaO，为最重要的碳酸盐矿物，方解石矿石加工成超细重质碳酸钙粉广泛用于造纸、橡胶、涂料、塑料、PVC材料、油漆、油墨、电缆、人造革、食品、医药、化妆品等日用化工行业[1]。由于方解石制备碳酸钙所具有的这些传统碳酸钙产品无法比拟的优越性能，是工农业生产、国防建设不可缺少的添加剂，市场前景随着科技进步将不断扩大，国内、国际消费需求量不断增长。使其应用前景极为广阔。

目前世界上能生产该产品的主要厂商为英国的ICI公司、比利时的Solvay公司、美国的矿物技术公司。我国重质碳酸钙生产能力近200×104t/a，每年进口超白重质碳酸钙粉120×104t以上。目前我国塑料行业重质碳酸钙粉用量在100×104t/a以上；我国造纸行业重质碳酸钙粉用量在220×104t/a以上。我国镇江、常熟、江阴、浙江、宁波及天津等地正在建设年需几十万吨重质碳酸钙的造纸厂，重质碳酸钙总需求量将达到300×104t/a，涂料、橡胶等行业重质碳酸钙需求量也很大，其潜在市场更大。根据目前市场需求及预测，超白重质碳酸钙粉近期我国需求约600×104t/a以上，且每年呈20%递增。

2017年我国碳酸钙产能3 400×104t(李海滨，2019)，其中重质碳酸钙占68%，主要用于造纸、涂料、塑料、橡胶工业，重、轻质碳酸钙之比约3∶1，欧美等发达地区重质碳酸钙和轻质碳酸钙的使用比例超过8∶1，说明我国重质碳酸钙还有很大的发展空间。

省内还没有重质碳酸钙产地，重质碳酸钙资源以磐石市最为著名，其中样子沟方解石矿(资源储量2XXX×104t)(4)吉林市旭升地质矿产资源勘测设计研究院.吉林省磐石市样子沟方解石矿详查报告[R].2015.、中立区方解石矿提交了资源储量30 117 kt，而中立方解石矿质量好、资源量大，潜在经济效益十分可观，矿床开发利用一定能产生很好的社会效益和经济效益。

随着世界经济和我国经济的迅猛发展，对方解石(重质碳酸钙原料)的需求也将迅速增加，本矿的发现和评价，将改变我省供给格局。建设重质碳酸钙原料产业园区，打造高端产品，实现生产自动化；与同行企业交流解决问题、分享经验，深化与院校和科研单位合作或者成果引进；借鉴相关行业先进经验和模式，拓展新思路。

7.2 矿山开发建设条件

矿区水文地质、工程地质条件简单，开采技术条件优越。

矿石试验产品方解石粉CaCO3纯度最高达到99.05%；所有产品白度均达到了90%，白度最高达到92.36%，可以满足国内外大多数行业领域需求。

从矿区经乡村公路通往G202国道(黑河至大连公路)，运输距离约3 km，沿G202国道到磐石市火车站运距约14 km，到磐石市运距约17 km，交通十分方便。

当地经济以农业为主，其次为养殖业。附近有4个自然村，人力资源尚属充足。电力供应充足。水库屯水库可用于工业用水，矿山用水有保障。建厂条件优越。

8 结论

中立方解石矿矿石量达 3 000×104t以上，属特大型方解石矿床，矿石质量较好，开采技术条件较好，具有很好的开发前景，该矿床的开发将对磐石市的发展及地方财政收入，起到积极的作用。