池州乌石山水泥用石灰岩矿床地质特征及成因探讨

冯书文，王超峰，王 依

(中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队，安徽 合肥 230031)

池州乌石山水泥用石灰岩矿床位于安徽省池州市220°方位，直距43km处，北距长江牛头山码头8.5km，交通方便。本文依据矿区勘查资料，分析总结了区域地质背景、矿区地质、矿体地质特征，研究了矿体厚度和矿石质量沿走向、倾向和厚度方向变化规律，探讨了有害组分变化和矿床成因，对沿江地区同类矿产勘查及取样分析具有一定的参考意义。

1 区域地质背景

大地构造单元属扬子陆块区—下扬子陆块—下扬子被动陆缘(Z-Pz1)[1]。构造—地层分区属扬子大区—下扬子地层区—下扬子地层分区[2]，属贵池地层小区[3]。区内地层，除白垩系和侏罗系缺失外，自志留系至第四系均有不同程度出露，尤以三叠系出露较完整。区内构造主要为印支期贵池背复向斜带[4-5]，褶皱紧密排列，一般走向北东50～60°，由南至北轴面由正常至倒转，枢纽总体向西倾伏。褶断区断裂较发育，且以北东向压扭性逆冲断裂为主，位于褶皱两翼，倾向南东，倾角60°以上。矿区东部及东南部4km外，零星分布有燕山早期小丁冲、小河王、杨北寨等浅成浅剥蚀中酸性小侵入体，区域岩浆岩总体不发育。

2 矿区地质特征

2.1 地层

区内出露地层主要为三叠系，由老至新依次为殷坑组(T1y)、和龙山组(T1h)、南陵湖组(T1n)、东马鞍山组(T2d)和第四系(Q)(图1)。

图1 乌石山水泥用石灰岩矿区地质简图

殷坑组(T1y)：黄绿、灰绿色钙质页岩夹灰色薄—中厚层灰岩，厚147.94m；和龙山组(T1h)：深灰—灰色薄—中厚层泥质条带灰岩夹黄绿色钙质页岩，厚175.64m。顶部灰黄、黄褐色页岩为矿层与矿层底板分界标志。

南陵湖组(T1n)：为赋矿层位，大面积出露于矿区中部。分四个岩性段[6-7]。第一岩性段(T1n1)：灰、浅紫红色假厚层泥晶灰岩、中厚层似瘤状灰岩夹少量砾屑灰岩，厚197.40～203.68m。水平—波状层理，缝合线发育，单层厚3～40cm。底部似瘤状灰岩与和龙山组(T1h) 顶部页岩直接接触，作为分界标志。第二岩性段(T1n2)：灰色中厚—块状泥晶微晶灰岩、砾屑灰岩、白云质灰岩，厚29.01～43.72m。砾屑灰岩呈厚层状，风化后表面浑圆，为该段主要特征。第三岩性段(T1n3)：深灰、浅紫色薄—中厚层似瘤状泥晶灰岩，厚35.62～57.27m。岩性单一，单层厚1～20cm。第四岩性段(T1n4)：灰、紫灰、深灰色薄—中厚层泥晶灰岩夹砾屑灰岩，中部为浅灰、灰白色厚—块状泥晶微晶灰岩夹白云质灰岩，顶部蠕虫状泥晶灰岩，厚288.10m。

东马鞍山组(T2d)：浅灰、灰白色薄—中厚层微晶含膏白云岩、灰质白云岩，厚度＞39.96m。

第四系(Q)：褐黄色粘土和含砾粘土，分布于山坡、山麓及溶蚀洼地，厚0～4.50m。

2.2 构造

矿区位于扬北寨—乌石山复向斜东段，由张湾倒转向斜、天井塘倒转背斜、乌石山倒转向斜组成，枢纽均呈舒缓波状，轴面南倾。张湾向斜位于北部，北翼为南陵湖组三段(T1n3)—二叠系(P)地层，倾角14～40°，南翼缺失；乌石山向斜平面上呈略向北凸出之弧形，核部为东马鞍山组(T2d)，两翼为南陵湖组(T1n)，北翼倾角40～58°，南翼倾角30～46°。断裂较发育。F6、F7走向断裂造成矿体沿倾向不连续，F6垂直断距约40m；F2、F4为左行张扭性横向断裂，断裂带胶结紧密。断层对两盘矿石质量无影响，矿区无岩浆活动。

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质特征

矿体赋存于下三叠统南陵湖组(T1n)地层中，岩性为灰、深灰、青灰、浅灰色薄—中厚层、厚层泥晶灰岩、似瘤状灰岩、砾屑灰岩和蠕虫状泥晶灰岩等。矿体呈条状展布[6]，东西长3 602m，南北宽1 600m，平均厚713.29m。矿体总体呈倒转复式向斜形态产出，至北向南由张湾向斜、天井塘背斜及乌山向斜构成(图2)，柔皱局部发育。矿层倾向135～190°，倾角28～78°，变化较稳定。

图2 乌石山水泥用石灰岩矿区0勘探线地质简图

矿体裸露地表，出露标高+320m至最低开采标高(+20m)相对高差为300m。F7断层造成矿体层位缺失，F6断层造成南盘抬升约40m。F2、F4断层造成矿体平移约150m。

沿走向，中部矿体厚度较大，东西两侧厚度较小，变化范围451.14m(15线)～822.98m(2线)[7]，变化系数15.64%(表1)。沿倾向，变化系数34.18%～45.13%(表2)，平均39.54%。厚度变化系数＜40%，表明沿走向、倾向，矿体厚度稳定[8]。

表1 矿体厚度沿走向(西→东)变化结果

表2 矿体厚度沿倾向变化结果

3.2 顶底板围岩及夹石

矿床底板为和龙山组(T1h)泥质条带灰岩及页岩夹灰岩，顶板为东马鞍山组(T2d)中厚层白云岩和含白云质灰岩。

矿体内有11个夹石体，均呈透镜体状，岩性主要为白云质灰岩或白云岩。夹石体出露长185.29～1 214.87m，宽4.24～26.44m，厚3.80～11.97m。其中，J2～J7夹石体，由地表到地下60m内，体积膨大增厚。矿区最大夹石体体积491.7万m3，最小夹石体体积4.9万m3。夹石平均化学成分：CaO 45.97%、MgO 5.68%、K2O+Na2O 0.33%、SO30.021%、Cl-0.010%。剥采比为0.03∶1。夹石抗压强度27.5～127.9Mpa，平均57.2Mpa，可作建筑石料矿综合利用。

3.3 矿石质量特征

3.3.1 矿石类型和品级

泥晶灰岩为主要矿石类型，多分布于下三叠统南陵湖组一段和四段，比例占80%以上。微晶灰岩、似瘤状灰岩、砾屑灰岩和蠕虫状灰岩为次要矿石类型。微晶灰岩多分布于南陵湖组四段，比例占约10%；似瘤状灰岩分布于南陵湖组一段及三段，比例占约6%。砾屑灰岩和蠕虫状灰岩少量。

一般工业指标要求：Ⅰ级品CaO≥48%，MgO≤3%，K2O+Na2O≤0.6%、SO3≤1%；Ⅱ级 品CaO≥45%，MgO≤3.5%，K2O+Na2O≤0.8%、SO3≤1%。本矿床，Ⅰ级品矿石占99%，主要岩性为泥晶及微晶灰岩；Ⅱ级品少量，岩性为砾屑灰岩、似瘤状灰岩及蠕虫状泥晶灰岩。Ⅰ级品CaO 48.00%～55.87%，平均53.15%；MgO 0.04%～3.50%，平均0.98%；K2O+Na2O 0.06%～0.60%，平均0.20%。Ⅱ级品CaO 45.00%～54.32%，平均51.30%；MgO 1.14%～4.52%，平 均3.27%；K2O+Na2O 0.10%～1.01%，平均0.13%。Ⅱ级品中K2O+Na2O＞0.80%仅一个样品，厚度7.78m。

3.3.2 矿石结构构造

矿石结构以泥晶、微晶结构为主，少量砾屑结构。矿石构造有层状、假厚层、条带状、似瘤状构造。泥晶方解石与泥质组成泥质条带，呈肠状、串珠状、蝌蚪状、似瘤状分布，组成“似瘤状”特有构造。砾屑结构中，由泥晶微晶方解石组成的砾屑，呈不规则浑圆状，粒径2.5～12.5mm，分布无序。

3.3.3 矿石矿物成分和化学成分

矿物成分比较简单，主要为方解石(＞90%)，少量白云石(＜3%)、泥铁质矿物(2%～6%)和微量石英(＜2.5%)。

依据矿区3095件基本分析，矿石中主要有益组分CaO 45.00%～55.87%，平均53.10%，有害组分MgO 0.04%～4.52%，平均0.98%。依据矿区899件组合分析，有害组分K2O+Na2O 0.06%～1.01%，平均0.20%；SO30.008%～1.010%，平均0.056%；Cl-0.001%～0.022%，平均0.010%。其他组分含量：SiO22.23%、Al2O30.35%、Fe2O30.28%，烧失量42.42%。

沿走向(自西向东)，主要有益组分CaO 含量52.78%～53.74%，主要有害组分MgO含量0.65%～1.16%，变化系数＜40%，分别为0.59%、4.45%(表3)，表明CaO、MgO含量沿走向变化稳定。

表3 矿石主要化学成分沿走向(西→东)变化结果

沿倾向(由地表→深部)，总体变化趋势：CaO含量降低，MgO含量升高。全矿区沿倾向平均变化系数＜40%(表4)，表明CaO、MgO含量沿倾向变化稳定。

表4 矿石主要化学成分沿倾向变化结果

沿厚度方向，以ZK02钻孔为例，CaO、MgO含量总体上呈波状变化，除个别单样含较多白云石导致MgO偏高，CaO偏低外，其他样品则围绕均值做窄幅波动(图3)。其中CaO 47.86%～55.36%，平均53.31%，变化系数2.93%，变化稳定；MgO 0.10%～2.78%，平均0.83%，变化系数69.72%，变化较稳定。但MgO含量总体偏低，满足一般指标要求。

图3 CaO(a)、MgO(b)含量沿厚度变化示意图

地表矿石MgO 0.10%～4.02%，平均0.96%，深部MgO 0.04%～4.52%，平均1.07%，地表MgO含量低于深部。地表矿石SO30.008%～ 0.181%，平均0.030%，深部SO30.011%～1.010%，平均0.043%，地表SO3含量低于深部。全区SO3≥0.50%的样品仅一件，含量1.01%，厚度1.54m，岩性为薄层灰岩夹炭质页岩。因厚度小，不影响圈定的矿体。造成SO3偏高的原因是炭质页岩引起，即碳化有机质富含硫。

SO3具有酸性， 能极迅速地与水化合生成硫酸并放出热量[9]。推测地表水从岩石裂隙渗入，灰岩中有少量SO3溶于水生成硫酸，再与碳酸镁发生反应，造成地表矿石MgO和SO3含量均低于深部。

4 矿床成因分析

一段(T1n1)泥晶灰岩—似瘤状灰岩—砾屑灰岩组成的层序，反映水体由深变浅，能量由低到高的旋回性变化，为水体较为动荡的浅水陆棚沉积环境[3]；二段(T1n2)含有异地砾屑岩块，为台地边缘块体流沉积，沉积环境位于台地前斜坡坡址；三段(T1n3)以瘤状灰岩为特征，具水平波状层理，台地前缘斜坡相沉积；四段(T1n4)总体为碳酸盐台地斜坡相—局限台地相沉积。矿床成因为浅海陆棚相—局限台地相沉积碳酸盐岩矿床。

5 结论

(1)矿床赋矿层位为下三叠统南陵湖组，按岩性组合特征分四个岩性段，自下而上地层层序和岩性组合特征明显，为本区和外围勘查找矿提供了参考。

(2)矿体延展长度大于3km，出露宽度大于1km， 厚度大于500m，矿床规模为大型。

(3)矿体连续，沿走向、倾向厚度变化系数小于40%，矿体厚度稳定。

(4)矿层中有用组分含量高，有害组分含量低，沿走向、倾向及厚度方向，矿石质量稳定。矿石以Ⅰ级品为主，具有较好开发价值。

(5)受地表水影响，浅部矿石MgO、SO3含量低于深部。结合高镁夹石体由地表向深部膨大增厚变化位置，推断地表水影响深度不超过60m。