安徽巢湖钱家山地区水泥用灰岩矿地质特征

胡 甦，姚 野，张 徐，汪 楠，詹建华，冯书文

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队，安徽 合肥 230031；2.巢湖市自然资源和规划局，安徽 巢湖 238000；3.桂林理工大学，广西 桂林 541004)

钱家山水泥用灰岩位于巢湖市南西12km 散兵镇钱家山，交通便利。矿床规模为大型，为正在生产矿山。本文通过对矿区成矿地质背景、矿区地质的分析研究，总结了矿体地质特征及构造对矿体的影响，指导了矿山的规划和生产，对本区域水泥用石灰岩矿的找矿具有指导意义。

1 区域地质概况

矿区位于扬子陆块，沿江褶断带，属滁州—庐江前陆过渡带之西南端，扬子准地台下扬子台坳的北部，沿江拱断褶带巢湖穹断褶束[1-3]。地层属扬子地层区下扬子地层分区和县—安庆地层小区[4]，主要为古生界—中生界的一套海相碳酸盐—碎屑岩沉积建造组合。区内构造活动具有多旋回发展的特点，可分为地台阶段和大陆边缘活动阶段。皖南旋回形成的皖南构造层为区内基底构造。尔后的印支旋回则形成区内的主要构造框架，燕山旋回、喜马拉雅旋回褶皱均以宽缓开阔的坳陷盆地为其特征，并伴随有较强的岩浆活动(图1)。

图1 钱家山地区区域地质简图

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层主要有中石炭统黄龙组(C2h)、上石炭统船山组(C3c)、下二叠统栖霞组(P1q)地层。矿体即赋存于上述地层中[5-6]。按岩性组合特征，黄龙组分为上段、中段、下段，其中下段为灰质白云岩，为矿层的底板；栖霞组分为二段、三段、四段、五段、六段，其中六段为燧石结核灰岩，为矿层的顶板。栖霞组与下伏船山组为假整合接触关系(图2、表1)。

表1 水泥用灰岩矿赋矿层位一览表

图2 矿区地质简图

2.2 构造

矿区褶皱构造主要为钱家山背斜，该背斜总体走向20 ～40°，背斜枢纽整体直立。组成地层核部为泥盆系五通组(D3w)，两翼地层由石炭系至二叠系地层组成。北西翼产状271°～322°∠44°～80°；南东翼产状119°～152°∠42°～68°。

矿区内断裂构造发育，共查明断层8 条，按走向可分北东东向平移断层和北东向横断层两组，区内断层规模均不大。部分断层虽破坏了矿体的完整性，但对两侧矿石质量影响不大，破碎带多充填方解石脉，质量满足水泥用灰岩矿要求。断层特征见表2。

表2 断层简要特征表

2.3 岩浆岩

区内岩浆活动较弱，在矿范围内未发现有岩浆岩出露。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

区内水泥用灰岩矿体赋存下二叠统栖霞组五段(P1q5)、栖霞组四段(P1q4)、栖霞组三段上部(P1q3)、栖霞组二段(P1q2)、上石炭统船山组(C3c)、中石炭统黄龙组上段(C2h3)、黄龙组中段(C2h2)地层中(图3)。各矿层特征分述如下[7-9]。

图3 3 勘探线线地质剖面图

Ⅰ矿层：赋存于栖霞组五段(P1q5)、栖霞组四段(P1q4)、栖霞组三段上部(P1q3)地层，矿体走向长度约1075.00m，倾向宽69.80 ～118.20m，平均宽约75.90m，厚度59.51 ～81.84m，平均厚度66.64m，厚度变化系数9.57%；矿层出露最高标高约130.30m，呈层状产出，倾向290°～329°，倾角45°～66°，矿石岩性为深灰色、灰黑色中厚层—厚层微晶灰岩、生物碎屑灰岩、含燧石结核灰岩。

Ⅱ矿层：赋存于栖霞组二段(P1q2)地层，走向长约1072.00m，倾向宽53.70 ～63.60m，平均宽 约56.60m， 厚 度42.52 ～51.59m， 平 均 厚 度46.41m，厚度变化系数6.48%；矿层出露最高标高约103.00m，呈层状产出，倾向305°～335°，倾角42°～59°，矿石岩性为深灰色、灰黑色中厚层—厚层微晶灰岩、生物碎屑灰岩。

Ⅲ矿层：赋存于船山组(C3c)、黄龙组上段(C2h3)、黄龙组中段(C2h2)地层中，走向长度约1065.00m，倾向宽74.40 ～154.40m，平均宽约112.30m，厚度70.16 ～75.59m，平均厚度72.42m，厚度变化系数4.66%；矿层出露最高标高约104.30m，呈层状产出，倾向296°～346°，倾角40°～72°，矿石主要为灰色、浅灰色中厚层—厚层微晶灰岩、生物碎屑灰岩、球状灰岩、巨晶灰岩。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石质量

矿石矿物成分简单，以方解石为主，含量一般在83%～95%，其次为生物碎屑和泥质成分。全矿区水泥用灰岩矿平均化学成分CaO 53.39%、MgO 0.62%、SiO21.97%、K2O 0.07%、Na2O 0.02%、SO30.29%、Cl-0.005%(表3)[10]。

表3 矿石平均化学成分结果表 (单位：%)

矿石各组分沿厚度方向上的变化特征(以5 勘探线为例)：CaO 含量53.66%～55.71%，平均值为55.21%；MgO 含量0.24%～1.31%，平均值为0.44%；K2O+Na2O 含量0.030%～0.120%，平均值为0.043%。各组分含量沿厚度方向变化幅度较小，变化曲线呈波状起伏，总体比较平稳，矿石质量稳定(图4)。

图4 CaO、MgO、K2O+Na2O 含量沿厚度方向变化曲线图

3.2.2 矿石类型

根据矿石结构构造等特征，矿石类型分为微晶灰岩、含生物碎屑微晶灰岩、含燧石结核灰岩、巨晶灰岩、球状灰岩五种类型[11-12]。

(1)微晶灰岩。

主要由方解石及生物碎屑组成(图5a)，微晶结构，块状构造。方解石呈微晶粒状，粒度较均匀，颗粒间紧密镶嵌接触，含量约87%；生物碎屑主要为棘皮类、腕足类等生物碎片，含量约12%，泥质含量约1%。

(2)含生物碎屑微晶灰岩。

浅灰、灰色，主要由微晶方解石、生物碎屑及少量泥质、有机质组成(图5b)。微晶结构，块状构造。方解石无色，他形，多呈微晶粒状，颗粒间紧密镶嵌接触，含量约80%；生物碎屑主要为腕足类、介形虫等，形态各异，完整性好，含量约15%；泥质含量约2%；有机质含量约2%。偶见鲕粒，含量约1%。可见压溶作用形成的缝合线构造。

(3)含燧石结核灰岩。

深灰色、灰黑色，主要由方解石、燧石及少量硅化生物碎屑、有机质组成。泥晶结构，块状构造。燧石为隐晶质石英集合体，隐晶质石英含量约78%(图5c)；方解石无色，半自形—他形，中—细晶粒状，含量约12%。局部见有孔虫、瓣腮壳等生物碎屑，已重结晶成隐晶质石英，含量约5%。有机质，含量约5%。

(4)巨晶灰岩。

灰、浅灰色，巨晶结构，块状构造，主要由方解石、泥质及少量白云石组成(图5d)。方解石多呈巨晶粒状，粒度多在3.2 ～6.0mm，含量约85%；泥质分布于方解石、白云石颗粒表面及颗粒之间，含量约10%；白云石，半自形晶粒状，粒度0.01～0.08mm，含量约5%。

(5)球状灰岩。

浅灰—灰色，微晶结构，块状构造，主要由生物碎屑、填隙物及少量泥质、石英组成(图5e)。生物碎屑主要为腕足类、有孔虫、瓣腮壳等，含量约80%；填隙物主要为亮晶方解石和少量泥晶，含量约15%，亮晶方解石以细晶为主，泥晶部分重结晶呈微晶粒状；泥质含量约3%；石英粒度0.02～0.08mm，含量约2%。

图5 水泥用灰岩矿镜下照片

3.3 矿体围岩及夹石特征

矿体顶板为下二叠统栖霞组六段(P1q6)地层，岩性为深灰色、灰黑色含燧石结核灰岩、燧石条带灰岩，岩石平均化学成分为CaO 45.34%、MgO 3.49%，SiO213.72%、fSiO211.09%，因游离硅超标，不能作为石灰质原料。

矿体底板围岩为中石炭统黄龙组下段(C2h1)地层，为深灰—灰黑色灰质白云岩，偶夹厚层灰岩、薄层泥灰岩，岩石平均化学成分为CaO 35.30%、MgO 9.10%。

矿体中共圈定2 个同生夹石层，分布于栖霞组四段(J1 夹石)和栖霞组三段(J2 夹石)下部地层中，呈透镜状或层状，J1 夹石厚度55.66 ～57.35m，J2夹石厚度8.37 ～14.64m。夹石主要为深灰色、灰黑色含燧石结核灰岩、燧石条带灰岩。夹石平均化学成分为CaO 44.17%、MgO 0.83%。2 个夹石体虽不符合水泥用灰岩矿石质量要求，但物理性能指标符合建筑石料用灰岩要求，可作为建筑用灰岩矿进行综合利用。

4 矿床成因

早石炭世，本区主要为滨岸湖泊沼泽相沉积，早石炭世晚期地壳逐渐下降，海水入侵，自晚石炭世早期至早二叠世，本区接受了一套开阔台地相碳酸盐建造，期间沉积环境总体相对稳定，反映了以碳酸盐建造为主的浅水低能环境下的开阔台地相沉积特征，形成了上石炭世—下二叠世的碳酸盐岩赋矿岩系。早二叠世开始，地壳逐渐上升，又一轮海侵开始，本区再一次接受碳酸盐沉积。后期大规模的褶皱、断裂活动，使本区隆起，形成了现在所见到的石灰岩矿床。本矿床成因为浅水低能环境下开阔台地相碳酸盐岩沉积[11-14]。

5 结语

巢湖钱家山地区水泥用灰岩矿床属浅海相状沉积矿床，矿体受地层严格控制，主要赋存于下二叠统栖霞组、上石炭统船山组、中石炭统黄龙组地层中，厚度稳定。矿石中主要有用组分CaO 含量高，有害组分MgO、K2O+Na2O 含量低，各组分含量沿走向、倾向方向基本稳定。巢湖地区栖霞组、船山组、黄龙组地层是寻找水泥用灰岩矿最为理想的层位。