新疆木垒县大石头一带石灰岩矿床地质特征及成因分析

隆 云

(中国建筑材料工业地质勘查中心新疆总队，新疆 乌鲁木齐 830000)

木垒县大石头一带石灰岩矿产资源丰富，2016～2021年期间，通过开展石灰岩矿找矿、普查、详查工作，基本查明了石灰岩赋矿地层，圈定了石灰岩矿体，本文对该区石灰岩矿地质特征及成因类型进行归纳总结，为今后石灰岩找矿评价提供指导。

1 区域地质背景

矿区大地构造位置地处博格达石炭纪—二叠纪裂谷三级构造单元内，进一步以主干断裂F1划分出两个四级构造单元分别为：阿克塔斯—乌宗布拉克北东向宽缓挠褶构造带【喀拉墩—阿克阔腊挠曲型向斜(①号)】、博斯塘—西地北东向弧形断褶构造带【夏克尔阔腊—库尔尕克希盆克特宽缓弧型背斜褶皱(②号)及江湖里—吐尤克萨依复式向斜(③号)】，位于②号背斜南翼及③号复式向斜内(图1)。

图1 新疆木垒县大石头一带构造纲要图

区域出露地层主要有上石炭统柳树沟组(C2l)、祁家沟组(C2qj))、二叠系阿尔巴萨依组(P2are)及第四系等，区域地层岩性为一套中基性火山岩+粗碎屑岩+碳酸盐岩组合。祁家沟组为区域内石灰岩矿的赋存层位[1-2](图2)。

图2 新疆木垒县大石头一带区域地质图

区域断裂构造较发育，整体构造方向以北东向为主，褶皱发育方向与构造方向基本一致。

区域侵入岩发育，为晚石炭世的辉绿岩，位于东西北侧、西南角及南部。多呈脉状、岩墙产出，出露长500～3 700m，宽20～600m，多数岩体与地层界线相切，少数顺层状产出。

区域火山岩类发育，F1断层以北为二叠纪阿尔巴萨依组偏碱的基性、中酸性及酸性火山岩组合；F1断层以南主要分布有下部层位的早石炭纪柳树沟组，以中基性火山岩为主，上部层位晚石炭纪的祁家沟组以中基—中酸性组合明显。火山岩层形态相对稳定，沉积岩层整合产出。火山碎屑岩以凝灰岩类为主，具有较明显的火山残破机构[3]。具有海陆交互相火山岩层的地质特征，属于火山岩与沉积岩互层的结构类型。

区域变质作用较低，主要形成低绿片岩相变质的岩石，发育广泛密集的脆韧性透入性面理构造。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层主要为上石炭统柳树沟组第二段(C2l2)和祁家沟组(C2qj)。

柳树沟组分布于矿区的西北部，主要岩性为灰绿色蚀变玄武岩，属玄武岩—角斑岩组合，属双峰式火山岩建造，地层厚度424.22m，祁家沟组大面积出露在矿区，主要岩性为千枚岩、含生物碎屑微晶灰岩、凝灰岩，其中灰—灰白色含生物碎屑微晶灰岩为矿体[4]，呈透镜体状产出。地层产状为：96°～250°∠26°～87°，305°～355°∠55°～73°，厚1 985.05～4 883.64m，二者为不整合接触关系。

祁家沟组为石灰岩矿体赋矿层位，对各岩性段的特征描述如下：生物碎屑微晶灰岩：地表呈灰白色、灰—深灰色，呈正地形出露，岩石较完整，长1 435m，宽80～360m，地 层 产 状 为：110°～158°∠27～45°，与围岩玄武岩呈不整合接触，与围岩钙质千枚岩呈整合接触；千枚岩：地表呈灰绿色，鳞片状，片理化发育，呈断续出露，界线清晰。长2 115m，宽15～235m，产状为110°～148°∠31°～46°，与生物碎屑微晶灰岩呈整合接触；凝灰岩：地表呈浅灰绿色、灰绿色，基岩出露良好。长2 100m，宽940m，与钙质千枚岩呈整合接触。

祁家沟组地层岩石组合地质特征明显，表现为一套海陆交互相陆源粗碎屑岩+碳酸盐岩建造，具陆相特征的砾岩层(图3b)或长透镜体石灰岩沿不整合面分布，碳酸盐岩层多呈产状平缓的船型体漂在高处(图3a)，十分醒目。原岩特征保留完好，沉积岩类及火山岩类结构、构造特征较具典型，野外观察易于辨认。

图3 祁家沟组地层岩石组合

2.2 构造

矿区内未见明显断裂和褶皱，但受矿区附近的区域大断裂挤压影响，矿体形态有所变化，对矿体质量影响较小，矿体连续性好。地层整体呈单斜层状产出。

2.3 岩浆岩

矿区内除1、2、3号矿体发育侵入岩外，其余不发育，分布于晚石炭纪柳树沟和祁家沟组中，侵入岩为辉绿岩，单层厚 5～200m；火山岩大面积出露，属晚石炭世早期柳树沟亚旋回火山岩和晚石炭世早期祁家沟亚旋回火山岩。主要出露岩性为杏仁状安山岩、灰绿色蚀变玄武岩，属玄武岩—角斑岩组合，属双峰式火山岩建造，变质岩分布于矿区中南部及矿体中部以透镜体形式分布，出露岩性为千枚岩，地表呈灰绿色，鳞片状，片理化发育。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区内石灰岩矿体赋存于祁家沟组地层中，圈定的5个矿体，长140～3 800m，宽30～476m，厚33～387.65m(表1)，矿石类型为含生物碎屑微晶灰岩(图4)，矿石组分稳定，以水泥用矿石Ⅰ级品为主。地表基岩裸露良好，基本无覆盖，呈正地形出露地表，矿体围岩分别为千枚岩、硅质泥岩、玄武岩、安山岩，长225～2 555m，宽90～910m，夹石为千枚岩、辉绿岩，长73～1 235m，宽4～106m。

表1 矿体基本特征一览表

图4 矿区典型13号勘查线剖面简图

1号矿体：构造形态为一向斜，地表出露呈倒 “V”字形展布。矿体长2 040m，宽85～325m，厚度33～138.28m，总体产状116°～250°∠ 26°～84°，矿石质量变化不大，较稳定，矿体内见非矿夹层为辉绿岩脉。顶板为硅质泥岩，底板为安山岩。

2号矿体：呈北东—南西向长透镜体状展布，出露长1 460m，宽约360m，厚126.33～387.65m，地层产状为：110°～158°∠27°～46°，矿石质量变化不大，总体矿石质量较好，矿体内见非矿夹层为千枚岩，含矿夹层为质量不合格的石灰岩，顶板为千枚岩，底板为玄武岩。

3号矿体：呈单斜的薄层状产出，出露长140～545m，宽33～110m，厚36.90～39.15m，产状：156°～204°∠77°～83°。矿石类型含生物碎屑微晶灰岩，矿石质量变化不大，较稳定，顶板为硅质泥岩，底板为安山岩。

4号矿体：矿体呈近东西向不规则的“N”形条带状产出，出露长3 800m，宽42～476m，厚67.42～325.34m，总体呈向北东倾斜的单斜层状产出，产状：96°～162°∠47°～76°，305°～355°∠55°～73°。矿石类型含生物碎屑微晶灰岩，矿体厚度变化不大，总体呈较稳定，顶板为千枚岩，底板为玄武岩。

5号矿体：位于区内西南部，出露形态呈“豆芽”状透镜体，出露长266～565m，宽30～470m，厚15.18～113.52m，产状：110°～135°∠77°～78°，矿体内未见非矿夹层，矿石质量变化不大，总体较稳定，顶板为千枚岩，底板为玄武岩。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石自然类型及结构构造

矿区内5个矿体的矿石自然类型为含生物碎屑微晶灰岩(图5)。呈灰—灰白色，微晶结构，块状构造。主要以微晶方解石为主(98%)，见少量生物碎屑(2%)，生物碎屑呈碎片状，粒径约0.1×1.6mm，以海百合茎(具单晶结构)等生物碎片，壳体由方解石组成；微晶方解石，粒径＜0.3mm，少量＜0.1mm粉晶和细晶，粗细分布不均匀，受应力作用略有塑变拉长，长轴平行定向排列。

图5 石灰岩地表和深部钻孔照片

3.2.2 矿石化学成分

通过对比5个矿体矿石自然类型相同，矿体矿石的化学组分平均含量详见表2。分析表明：5个矿体矿石质量沿走向、倾向变化较稳定，矿石品级均达到水泥用石灰质原料矿石Ⅰ级品的要求，部分矿体中矿石质量达到了电石用化学成分一般要求。

表2 矿石化学组分平均含量统计表 (单位：%)

矿床品位：CaO 44.28%～55.73%，平均52.65%；MgO 0.03%～1.89%，平均0.46%；SiO20.34%～15.11%，平均3.66%；Al2O30.07%～5.20%，平均0.64%；Fe2O30.08%～1.76%，平均0.39%；K2O 0.010%～0.570%，平均0.116%；Na2O 0.009%～0.415%，平均0.084%；SO30.006%～0.219%，平均0.037%；P2O50.024%～0.219%，平均0.062%；Cl-0.000 9%～0.016 0%，平均0.004 3%；烧失量 29.75%～43.48%，平均41.56%，矿石质量变化不大，总体呈较稳定，质量较好[6,11-13](图6)。

图6 石灰岩矿体有益有害含量变化曲线图

3.2.3 围岩及夹石特征

2、4、5号矿体顶板为千枚岩，底板为玄武岩， 1、3号矿体顶板为硅质泥岩，底板为安山岩，顶底板出露长225～2 555m，宽90～910m，厚＞68.26m。斑状结构，块状构造。围岩品位不满足水泥厂对火山灰质混合材料的要求。

夹层为千枚岩、辉绿岩，长73～1 235m，宽4～106m，厚3.82～77.70m。硅酸率和铝氧率不满足水泥配料规范要求。

3.3 矿产成因分析

根据上石炭统柳树沟组(C2l)地层中基性火山岩的特征，划分为一个喷发—沉积—喷发的火山旋回，之后的火山间歇期，祁家沟组地层在沉稳期按照粒径大小先后沉积，形成紫红色砂岩、砂砾岩，灰白—灰色生物碎屑灰岩、沉凝灰岩、灰绿色玄武岩，紫红色火山角砾岩等岩性组合，石灰岩矿体主要成分的碳酸盐岩，是在浅海环境中碳酸钙溶液饱和，从水体中沉淀形成的，主要分布于低纬度带无河流注入的清澈而温暖的浅海陆棚环境以及滨岸地区。由于碳酸盐过饱和沉淀需要排出二氧化碳气体，海水温度升高和海水深度变小都有利于水中二氧化碳排放，促进碳酸钙过饱和沉淀形成石灰岩矿体[7,10,17]。因此，木垒县大石头一带石灰岩矿床成因类型为海陆交互相沉积矿床。

石灰岩具有较强的抗风化剥蚀能力，围岩抗风化剥蚀能力较弱，祁家沟组的中部突兀山脊或半山腰的灰白色条带状透镜体为石灰岩矿的主要找矿标志。

4 结论

(1)木垒县大石头一带石灰岩矿体赋存于上石炭统祁家沟组地层中，所圈定5个石灰岩矿体，呈单斜层状产出，出露长266～3 800m，宽30～476m，厚33～387.65m，整个区域石灰岩矿总体规模较大。

(2)矿石自然类型含生物碎屑微晶灰岩。矿床平均品位为CaO 52.65%、MgO 0.46%、K2O 0.116%、Na2O 0.084%，矿石具有高钙、低镁、低碱的特征。可用于生产水泥、电石，矿山开采技术条件良好，内外部建设条件优越，开发利用前景较广。

(3)该区域石灰岩矿床成因类型为海陆交互相沉积矿床。