宁夏石灰岩矿特征及成矿规律浅析

郑伟彬

(中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队，宁夏 银川 750021)

宁夏地区石灰岩矿资源量丰富，属优势矿产之一[1]。按照用途分为水泥用、制碱用、电石用、冶金溶剂用及建筑石料用5类。依据宁夏回族自治区矿产资源总体规划(2021～2025年)，截至2020年12月全区石灰岩查明矿产资源储量约58亿t，其中主要以水泥用灰岩为主，约43亿t，查明储量居全国第14位。

本文对全区石灰岩区域地质背景，分布特征，特别是已发现的典型石灰岩矿产地地质特征进行评述，分析了矿床成因，总结成矿规律，对今后宁夏地区石灰岩地质找矿有一定的指导意义。

1 区域地质概况

宁夏位于柴达木—华北板块中部，地处华北陆块、阿拉善微陆块和祁连早古生代造山带交汇地区，是连接我国北方西部与东部不同大地构造单元的枢纽地区[2]。宁夏经历了长期不同方式的构造变动，加里东期基本奠定了宁夏大地构造格架雏形，但中-新生代强大的逆冲推覆构造是该地区构造面貌定型的主体变动方式，它们改造和重组了前期构造样式和地层关系[2]。

区内主要为元古宇变质岩系及古生界、中生界、新生界地层；下古生界寒武系滨浅海相—浅海陆棚相碎屑岩、泥质岩和碳酸盐岩沉积，奥陶系主要以台地相碳酸盐岩沉积为主，石灰岩矿层主要产于下-中奥陶统天景山组，志留系为滨浅海相碎屑岩—碳酸盐岩沉积；上古生界泥盆系山麓相—河湖相红色碎屑岩沉积，石炭系为滨浅海相碎屑岩—碳酸盐岩沉积及海陆交互相含煤碎屑岩沉积，二叠系为海陆交互相—河流相含煤碎屑岩沉积及河流相碎屑岩沉积夹有火山碎屑岩；中生界三叠系河湖相碎屑岩沉积，侏罗系为河流相—河湖相碎屑岩沉积、下部含煤，白垩系为湖泊相—河湖相碎屑岩沉积，夹岩盐及油页岩；新生界为河湖相红色碎屑岩及膏岩沉积[2]。

2 宁夏石灰岩矿特征

2.1 分布特征

宁夏区内石灰岩资源分布不均，中部吴忠市及中卫市资源丰富，占全区石灰岩查明资源储量的90%以上，其他地区资源相对稀缺。现阶段区内石灰岩矿山148个，其中大型20个、中型14个及小型114个，主要以水泥灰岩为主，约43亿t，占总查明资源量的74%。截至2020年底查明矿山分布情况见表1。区内大中型矿产地由北向南依次为：西夏区套门沟、青铜峡卡子庙、沙坝沟，中宁县烟洞山，中卫市天景山—米钵山，红寺堡红柳山及青山，同心县青龙山西道梁，盐池县萌城石梁，彭阳县新集东石灰岩矿区(图1)。

图1 宁夏石灰岩主要矿产地分布图

表1 全区石灰岩查明矿床类型及资源储量占比统计表

2.2 矿层地质特征综述

宁夏地区目前已查明的大—中型石灰岩矿产地的含矿地层都为下-中奥陶统天景山组地层，部分小型的矿产地分布于中-上寒武统阿不切亥组(吴忠市青龙山地区)、中-上奥陶统米钵山组及上奥陶统徐家圈组(中卫天景山、香山地区)以及下石炭统前黑山组(青铜峡、中卫香山地区)等。大中矿产地矿层一般呈层状和似层状产出，构造简单，厚度和品位较稳定。矿石埋藏浅、储量丰富、开发利用条件良好。岩性主要以中厚层状微晶—泥晶灰岩、中厚层状(含)白云质泥质灰岩、含燧石结核(条带)灰岩为主。小型矿产地厚度变化大，化学成分难以满足水泥用灰岩化学指标要求，物理性能能够满足建筑石料一般指标要求，可作为建筑石料用灰岩矿使用。岩性主要为中厚层砾屑灰岩、砂屑灰岩、泥质条带灰岩、白云质灰岩等。

全区石灰岩主要化学成分CaO含量45.01%～56.21%，平均为51.51%；MgO含量0.01%～4.18%，平 均 为1.26%；SiO2含 量0.03%～12.55%，平 均 为4.07%；fSiO2含 量0.06%～9.54%，平均为2.53%(表2)，其中吴忠市及中卫市石灰岩品位相对较高，银川市及固原市相对较低。

表2 宁夏石灰岩主要矿产地矿石品位含量一览表

2.3 各地区典型矿区地质特征

2.3.1 银川地区石灰岩矿

银川市石灰岩矿产地主要为西夏区套门沟石灰岩矿区，该矿区储量规模大型，赋矿层位为奥陶系天景山组，岩性为灰色含燧石结核灰岩夹薄层灰岩，深灰色燧石条带灰岩，矿层长1.2km，最大厚约400m，化学成分CaO 51.14%、MgO 1.04%、SiO24.36%、fSiO22.85%，矿石工业类型主要为水泥用灰岩及伴生建筑石料用灰岩。

2.3.2 吴忠地区石灰岩矿

吴忠地区石灰岩资源丰富，主要分布于卡子庙、沙坝沟、萌城石梁、青龙山、红柳山、青山。其中沙坝沟的矿石工业用途为建筑石料矿，现阶段未进行系统的勘查工作。

卡子庙矿区，储量规模为大型，赋矿层位为奥陶系天景山组，主要岩性为灰—灰黑、微紫红色薄层状灰岩夹薄层泥灰岩，含透镜状泥质灰岩—泥灰岩和白云质灰岩夹石层。矿层长800m，最大厚133m，化学成分为CaO 49.54%、MgO 1.62%、SiO26.25%，CaO含量整体一般，矿石工业类型为水泥用灰岩。

萌城石梁矿区，储量规模属大型，赋矿层位为奥陶系天景山组，可分为天景山组第一段和第二段[3]，第一段岩性主要为深灰色粉—中晶白云岩，粉—中晶结构，块状构造。岩石致密坚硬，风化面具砂感，粗糙，发育刀砍纹，可作为溶剂用白云岩使用。第二段主要岩性为灰—深灰色白云质条带灰岩、含白云质条带灰岩、含燧石结核(条带)白云质灰岩、灰—深灰色灰岩，岩石中常见方解石细脉分布，裂隙发育，沿裂隙面分布褐铁矿化，为主要的水泥用石灰岩含矿层位，化学成分为CaO 52.79%、MgO 1.41%、fSiO21.10%，矿石品质量整体稳定。

青龙山矿区，储量规模为超大型，赋矿层位为奥陶系天景山组，可分为天景山组第一段和第二段，第一段岩性主要为厚—巨厚层状含白云质灰岩(风化面多呈暗黑色、白云质呈蠕虫状凸起)，白云质局部密集呈1～3cm斑纹状分布；顶部为厚层状含白云质条纹灰岩、含白云质条带灰岩，第一段顶部可作为水泥用灰岩使用，第二段岩性下部为厚层状灰岩、含白云质灰岩、含白云质条带灰岩；上部岩性主要为中—厚层状灰岩、含白云质灰岩、含燧石含白云质灰岩[4]，第二段属水泥用灰岩与制碱灰岩伴生矿床。水泥用灰岩化学成分CaO 52.01%、MgO 1.96%、fSiO21.14%、K2O+Na2O 0.203%；制碱灰岩化学成分CaO 53.15%、MgO 1.29%、fSiO20.65%、R2O30.51%、酸不溶物1.89%；石灰岩整体化学成分CaO 52.75%、MgO 1.77%、fSiO20.91%。该地区矿层整体品位较高，矿石工业类型分为水泥用灰岩及制碱灰岩，两种矿石类型互层状产出于天景山组第二段。

红柳山矿区，储量规模中型，赋矿层位为奥陶系天景山组，主要岩性为天景山组第一段灰色—深灰色厚层微晶灰岩[5]，方解石细脉较发育，脉宽1～6mm，局部发育泥质、白云质网纹，矿层长约1.4km，厚度85.97～251.36m。化学成分为：CaO 50.72%、MgO 1.37%、fSiO23.49%。矿石工业类型为水泥用石灰岩。

青山矿区，储量规模大型，赋矿层位为奥陶系天景山组，天景山组可分为第一段、第二段及第三段[6]，天景山组第一段以灰—深灰色中厚—厚层状微晶灰岩为主体，其次有少量含燧石结核灰岩、含白云质灰岩、白云岩，岩性自上而下白云质成分逐渐增多，直至底部出现底板白云岩，控制厚度为25～406m，为主含矿层。天景山组第二段为浅灰—灰色中厚—厚层状灰岩，见有少量(含)白云质灰岩及含燧石结核灰岩，呈泥晶结构，块状构造，岩石裂隙较发育，裂隙充填泥质，呈现紫红色、棕黄色网纹状，分布密集无规律，控制厚度为72～271m。天景山组第三段为浅灰—灰色厚层状灰岩，其次为含燧石结核灰岩、燧石条带灰岩及少量(含)白云质灰岩，控制厚度25.51～247.75m。水泥用石灰岩化学成分CaO 52.38%、MgO 1.23%、fSiO22.13%、K2O+Na2O 0.176%，制碱用石灰岩化学成分CaO 54.01%、MgO 0.66%、fSiO21.09%、R2O30.68%、酸不溶物2.30%。该地区矿层整体品位较高，矿石工业类型分为水泥用灰岩及制碱灰岩，两种矿石类型互层状产出。

2.3.3 中卫地区石灰岩矿

中卫地区石灰岩分布集中，主要分为天景山—米钵山重点开采区及烟洞山重点开采区，以上两处都为超大型矿产地。

天景山—米钵山石灰岩地区储量规模超大型，赋矿层位为奥陶系天景山组。天景山组可分为第一段、第二段及第三段。第一段中下部主要岩性为浅灰、红灰色厚—巨厚层微晶砂屑灰岩、微晶灰岩夹中厚层疙瘩状灰岩，上部为泥晶—中晶白云岩，上部与顶部以白云质含量高区别于第二段[7]，该段整个地区出露范围较小。第二段为浅灰色—灰色厚—巨厚层含燧石条带灰岩，浅灰色微晶灰岩、砂屑灰岩不等厚互层，局部燧石条带分布不均匀，该段该地区大范围出露，部分地区该段的石灰岩质量极佳，可圈定出电石灰岩、制碱灰岩矿层，主要为水泥灰岩赋矿层位。第三段灰—浅灰色中薄层微晶灰岩夹中厚层粉晶—微晶砂屑灰岩，部分地区为厚层含燧石条带与燧石团块灰岩，偶夹钙质板岩，薄层砾屑灰岩，主要是水泥灰岩赋矿层位。米钵山团钵郎地区的电石灰岩化学成分CaO 54.44%、MgO 0.37%、SiO21.18%[8]；张大井地区的电石灰岩化学成分为CaO 54.35%、MgO 0.31%、SiO21.28%；制碱灰岩CaCO394.83%、MgO 0.88%、酸不溶物2.61%；青疙瘩地区的水泥用石灰岩化学成分为CaO 51.48%、MgO 1.06%、fSiO24.68%。

烟洞山石灰岩矿区储量规模大型，赋矿层位为奥陶系天景山组，主要岩性为灰色中—厚层灰岩、灰色中—厚层含燧石条带灰岩、含燧石结核灰岩。燧石结核密集时多呈条带状，且顺层发育，呈灰黑色，宽4～8cm，条带之间距在10～20cm之间。局部可见方解石脉充填于裂隙中。岩石表面可见紫红色、土黄色泥质网纹，网纹宽1～5mm。该地区矿层可分为3层，岩性变化不明显，主矿层长约3.3km，平均厚度为110.87m。化学成分为CaO 51.75%、MgO 0.84%、SiO24.20%、fSiO23.49%，CaO含量整体变化不大，矿石工业类型为水泥用灰岩。

2.3.4 固原地区石灰岩矿

固原地区石灰岩分布极少，目前发现的储量规模大型矿区只有新集东。赋矿层位为奥陶系天景山组，该地岩层划分为四个大层：第一层岩性为浅灰色含泥白云质灰岩，局部夹薄层含泥白云岩，粉晶结构，厚层状构造；第二层岩性为浅灰色含泥含白云质灰岩，泥晶、粉晶、粒晶结构，块状—中厚层状构造；第三层岩性为浅灰色含泥灰质白云岩，细晶结构，层状构造；第四层岩性为浅灰色厚层状含泥质灰岩，岩石具粉晶结构，厚层状构造。第二层与第四层为主要的水泥灰岩含矿层，化学成分为CaO 50.54%、MgO 2.48%、SiO23.59%、fSiO22.09%，矿石工业类型为水泥用灰岩。

3 成矿规律和成因分析

3.1 成矿时代规律

宁夏地区目前发现的大—中型石灰岩矿产地都属于加里东早中期形成的，矿层都赋存于奥陶系天景山组，同时该时期的中上奥陶统米钵山组以及上奥陶统的徐家圈组也形成了部分小型的石灰岩矿产地。加里东期宁夏中北部奥陶纪进入深拗发育阶段，早奥陶世晚期至中奥陶世早期贺兰山、天景山及青龙山地区均为开阔的浅海台地，接受了台地相碳酸盐岩沉积，形成以化学沉积为主的碳酸盐岩建造[2]。部分小型灰岩矿产地形成于晚寒武世—中寒武世阿不切亥组以及早石炭世前黑山组。寒武纪以及石炭纪形成的石灰岩矿床规模一般较小，且含矿层因夹杂泥沙质矿石质量一般，有少量可作为水泥灰岩使用，大部分以建筑石料用为主。

3.2 成矿空间规律

依据《中国区域地质志·宁夏志》，宁夏地区Ⅴ级成矿区带共划分6个[3](表3)，与石灰岩相关的有3个成矿区带，分别为：Ⅴ1-贺兰山褶断带金、铜、铁、硅石、磷、白云岩、石灰岩、黏土、煤、煤层气成矿带，Ⅴ1成矿带主要产水泥用灰岩及建筑石料用灰岩，主产地贺兰山南段套门沟(水泥)；Ⅴ3-陶乐—彭阳冲断带白云岩、石灰岩、石膏、黏土、石油、煤、煤层气、铀成矿带，Ⅴ3成矿带主要产制碱用灰岩、水泥用灰岩及建筑石料用灰岩，主产地蒙城石梁(水泥)及青龙山(制碱及水泥)；Ⅴ5-卫宁北山—香山褶断带铜、金、铁、石灰岩、石膏、岩盐、煤、地热成矿带，Ⅴ5成矿带主要产制碱用灰岩、电石用灰岩、水泥用灰岩、溶剂用灰岩及建筑石料用灰岩，主产地天景山—米钵山(电石及水泥)及烟洞山(水泥)。宁夏Ⅴ3及Ⅴ5成矿带石灰岩资源分布集中且矿石资源量占比高达94%，石灰岩矿石品位也较高，可做电石、制碱、冶金溶剂及水泥使用,具有较好的找矿潜力。

表3 宁夏Ⅴ级成矿单元石灰岩矿床类型及矿床规模统计表

3.3 矿床成因

宁夏地区的大中型石灰岩矿产地地层岩性特征主要以中—厚层微晶—泥晶灰岩，(含)白云质泥质灰岩，含燧石结核(条带)灰岩为主，矿石结构基本以微晶、泥晶、粉晶或者混晶为主，矿床成因类型为海相化学沉积型混晶石灰岩矿床[9]。该类矿床是陆缘海海水中碳酸钙达到饱和而发生化学沉积，形成混晶石灰岩矿层。其特点是矿层形态简单，规模大，走向延伸可达数千米，厚数米至几十米。矿石质量较纯，由泥晶方解石为主组成，颗粒细小。部分小型矿床岩性以中厚层砾屑灰岩、砂屑灰岩为主，矿层厚度较小，矿床成因为海相机械沉积型颗粒石灰岩矿床。该类矿床是陆缘海中水流运动活跃，形成颗粒石灰岩矿层，一般形成于滨海、浅海环境。化学成分碳酸钙含量稍低，矿层一般厚几米至十几米，矿石主要由钙质的砾、砂屑、粉屑及生物碎屑由泥晶或亮晶方解石胶结组成。

4 结论

(1)宁夏地区石灰岩矿产资源丰富，主要分布于中北部地区，工业用途齐全，矿床类型为沉积型矿床。矿层一般呈层状和似层状产出，构造简单，厚度和品位较稳定，矿石埋藏浅、开发利用条件良好。

(2)石灰岩矿床成因主要以海相化学沉积型混晶石灰岩矿床为主，有少量小型矿床成因为海相机械沉积型颗粒石灰岩矿床。现已发现的大中型矿床都为海相化学沉积型混晶石灰岩矿床，形成时代都是早—中奥陶世时期[10]，岩性绝大多数为中厚层微晶—泥晶灰岩，(含)白云质泥质灰岩，含燧石结核(条带)灰岩等。宁夏地区Ⅴ3及Ⅴ5成矿带具有较好的找矿潜力，下一步可将以上成矿带中的下-中奥陶统天景山组地层作为重点靶区进行石灰岩找矿。