安徽池州三峰尖水泥配料用砂页岩矿地质特征及成因探讨

郝文俊，邵 蔚，冯书文

(中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队，安徽 合肥 230031)

池州市贵池区矿产资源丰富，采矿业较发达，特别是矿区周围具备丰富的优质水泥灰岩原料，临近的乌石山矿区和神山矿区已经探明的灰岩资源量均超过10亿t，对水泥配料用砂页岩资源量需求很大。三峰尖矿区水泥配料用砂页岩矿床[1]位于池州市贵池城区217°方向约37km处，储量规模达超大型，且质量好，可满足高标号优质水泥的生产。

1 成矿地质背景

矿区位于扬子陆块(Ⅰ)下扬子地块(Ⅱ)沿江褶断带(Ⅲ)安庆凹断褶束西南部。山脉呈北东方向延伸，地质构造表现为以褶皱为主的基本特征[2]。

区域地层属于扬子地层区下扬子分区贵池地层小区。出露地层有志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系及第四系[3]。区域构造格架清晰，褶皱强烈，断裂构造发育。褶皱主要表现为贵池背向斜带，自北向南分别为姥山背斜、北山蓬复向斜、吴田背斜、神山向斜、牌楼背斜五条较为紧密排列的线形褶皱，走向呈NE50～60°方向；断裂主要为北东向、北西向两组。区内岩浆岩一般，为小侵入体，分布于北部及东部[4]。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层有下志留统坟头组(S1f)、中志留统茅山组(S2m)、上泥盆—下石炭统五通组(D3C1w)[5]及第四系全新统(Qh)(图1、图2)。

(1)下志留统坟头组(S1f )。

图1 三峰尖水泥配料用砂页岩矿地质简图

坟头组下段(S1f1)分布于矿区中北部。薄—中厚层粉砂岩夹细砂岩、泥质粉砂岩，泥质粉砂结构，细粒砂质结构，薄—中厚层构造，裂隙面、层面黑褐色铁锰质及褐红色铁泥质，呈团块、浸染状分布；厚度＞31.96m。

坟头组上段(S1f2)分布于矿区中北部，为矿区主要赋矿层位。薄—中厚层细砂岩，局部夹粉砂岩、粉砂质泥岩，细粒砂质结构，薄—中厚层构造；厚度104.72～118.72m，平均厚度112.73m，厚度变化系数5.23%。

(2)中志留统茅山组(S2m)。

茅山组下段(S2m1)分布于矿区中南部，为矿区主要赋矿层位。薄—中厚层粉砂岩夹粉砂质页岩、细砂岩、泥质粉砂岩，粉砂质结构，薄—中厚层构造；厚度244.70～300.55m，平均厚度264.93m，厚度变化系数7.43%。

茅山组上段(S2m2)分布于矿区中南部，为矿区主要赋矿层位。薄—中厚层细砂岩、粉砂岩夹泥质粉砂岩，细粒砂质结构，薄—中厚层构造；厚度135.79～159.79m，平均厚度149.67m，厚度变化系数4.87%。

(3)上泥盆—下石炭统五通组(D3C1w)。

图2 三峰尖水泥配料用砂页岩矿4勘探线地质剖面图

分布于矿区南部，为矿区次要赋矿层位。中厚—厚层石英砂岩，中细粒砂质结构，中厚—厚层构造，底部为灰白色厚层石英砾岩，为五通组与茅山组上段地层的分层标志；厚度＞95.31m。

(4)第四系全新统(Qh)。

分布在矿区西北和东南山麓地带。灰褐、灰黄色冲积亚粘土及砂砾层，黄褐、棕黄色残坡积粘土、含砂砾粘土。

2.2 构造

矿区位于贵池背向斜带吴田倒转背斜的南翼。矿区地层总体呈单斜层状产出，主要由志留系—泥盆系地层组成，地层产状较稳定。断裂位于矿区范围之外，对矿体连续性和矿石质量无影响[6]。

2.3 岩浆岩

区内岩浆活动弱，零星出露花岗斑岩和闪长玢岩，沿地层侵入，规模较小，对矿体无影响，岩脉周围无蚀变现象。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿体赋存于坟头组(S1f)、茅山组(S2m)、五通组(D3C1w)。矿体形态简单，总体呈单斜层状产出，平面形态近似长方形，呈南西—北东向，长约2 224m，宽365.43～788.83m，平均宽577.16m，矿体总厚度为507.16m。矿体赋存标高+40～+302m。矿层走向55°左右，倾向南东，为130～170°∠35～75°，产状较稳定。矿床由硅质原料矿体及粘土质原料矿体组成，根据不同的矿石工业类型及其互层关系、空间分布，粘土质及硅质原料各个矿体呈互层状或呈透镜状分布另一矿体中，相互穿插。矿体多被第四系覆盖，厚度0～3m。矿体内未见有断裂构造。

3.2 矿石质量

矿石矿物成分主要为石英，其次为长石、岩屑等。硅质原料矿石主要化学成分为：有益组分SiO261.80%～98.70%，平均85.39%，含量较高；有害组分K2O+Na2O 0.01%～3.76%，平均1.28%，含量较低；粘土质原料矿石主要化学成分：有益组分SiO258.27%～79.20%，平均69.63%，含量较高；有害组分K2O+Na2O 1.72%～4.69%，平均3.29%，含量较低；硅酸率2.32～5.60 ，平均3.52，含量较低。其他次要有害组分CaO、MgO、Cl-、SO3等组分含量均较低，分别为0.62%、0.94%、0.04%、0.01%。矿石质量沿走向、倾向及厚度方向变化稳定。

以4勘探线地表样品(TC4-52～428，计377件样品)为例，矿石主要组分SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O含量沿厚度方向变化特征(图3、图4)。沿厚 度方 向，矿石 中 SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O等组分含量高低与层位关系很大，茅山组下段(S2m1)Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O含量偏高，SiO2含量偏低，茅山组上段(S2m2)和坟头组上段(S1f2)Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O含量偏底，SiO2含量偏高。可以看出，Al2O3、Fe2O3、K2O+Na2O三组分之间呈正相关关系，与SiO2组分为负相关关系，矿石化学成分与地层关系密切。

图3 SiO2含量沿厚度方向变化特征

图4 K2O+Na2O、Fe2O3、Al2O3含量沿厚度方向变化特征

3.3 矿石类型

矿石工业类型分为硅质原料和粘土质原料两种。

矿石自然类型主要为石英砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质页岩，其中硅质原料矿体矿石类型主要为石英砂岩、细砂岩；粘土质原料矿体矿石类型为粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质页岩。

石英砂岩：中细粒砂质结构，中厚—厚层构造，主要矿物成分为石英，含量90%以上，其次为长石和岩屑。硅质胶结物为主，少量铁质胶结物，为接触—孔隙式胶结类型。分布于五通组地层中，为硅质原料主要矿石类型。

细砂岩：细粒砂质结构，薄—中厚层构造，主要矿物成分为石英，含量75%～85%，其次为长石和岩屑。硅质胶结物为主，少量铁质胶结物，为接触—孔隙式胶结类型。分布于五通组、茅山组和坟头组地层中，为硅质原料主要矿石类型。

粉砂岩：粉砂质结构，薄—中厚层构造，主要矿物成分为碎屑矿物和少量粘土矿物。碎屑矿物主要由长石、石英等，含量70%～75%；粘土矿物含量25%～30%。硅质胶结为主，次为铁质、泥质，充填于碎屑矿物隙间，为接触—孔隙式胶结类型。分布于茅山组和坟头组地层中，为粘土质原料主要矿石类型。

泥质粉砂岩：泥质粉砂结构，薄—中厚层构造，岩石中含碎屑60%～70%，泥质胶结物30%～40%，碎屑成分主要为石英、长石，其次为泥质。泥质胶结为主，为接触—孔隙式胶结类型。该类型矿石主要分布于茅山组和坟头组地层中，为粘土质原料主要矿石类型。

粉砂质页岩：粉砂质泥质结构，页理构造，主要矿物成分为泥质和石英，泥质粒径＜0.005mm，均匀分布，与微粒状石英混杂相间形成页状层理，含量70%～80%。分布于茅山组地层中，为粘土质原料矿石类型，区内所占比例较小。

3.4 矿体夹石及围岩特征

矿体内夹石体连续性一般，呈透镜状、似层状分布，分布于坟头组和茅山组地层中，与矿层产出基本一致。夹石体中SiO2含量在70%～80%之间，平均含量73.90%；Al2O3平均含量12.21%；Fe2O3平均含量5.01%；K2O+Na2O平均含量2.91%；硅酸率平均4.34；铝氧率平均2.43。夹石多的原因是岩石化学成分中的硅酸率偏高，平均值达到4.34，大于一般工业指标[7]的要求。根据附近已开发利用的池州市贵池区姥山东矿区水泥配料用砂岩矿采用的工业指标[8]，硅质原料质量指标：SiO2≥80%；粘土质原料质量指标：硅酸率(SM)≥2.0～6.0，本矿区夹石体符合粘土质原料矿石质量要求。

矿床底板为茅山组下段及坟头组下段地层。底板K2O+Na2O偏高，不满足粘土质一般工业指标的要求及分布位置地势较低，不存在顶板。

4 矿床成因探讨

加里东晚期，本地区开始海水仅在下扬子海入侵，沉积区南北两侧为江南古岛和淮阳古陆，受江南古岛的阻隔，海水绕过江南古岛，从其东侧侵入，为中、低能的细粒陆源碎屑沉积物。本矿床为陆源碎屑建造相沉积成因类型。

早志留世早期以后，下扬子海海侵范围逐渐变小，海水逐渐变浅，呈现缓慢海退过程。至早志留世中晚期，海水进一步变浅，沉积岩相为海滩相，岩石类型为细砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、页岩。中志留世，下扬子海仍属海退阶段，海侵范围缩小，沉积岩相为海滩相，主要岩石类型为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质页岩等。至泥盆世，扬子区经江南运动上升成为陆地，经受较长时期剥蚀，缺失早、中泥盆世沉积，晚泥盆世晚期—早石炭世早期，本区为网状河流相沉积，岩石主要为石英砂岩、石英砾岩[9-10]。