南雄市梅岭矿区水泥用石灰岩矿地质特征及矿床成因分析

梁勇

关键词： 水泥用石灰岩矿 建筑用石灰岩矿 矿石质量 梅岭村

中图分类号： P619.225 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2024）01-0140-04

中国是矿石资源丰富的国家，尤其是石灰岩矿资源更是在世界上都是数一数二的。鉴于我国仍处于发展中国家的特点，我国的工业生产能力仍然存在一定的问题，尤其是在工业产业布局方面，相当多的落后地区的工业产业布局仍然非常薄弱。梅岭矿区水泥用石灰岩矿质量达标且资源较多，开采收益高［1］。本文通过对梅岭矿区水泥用石灰岩矿勘探报告资料的整理和认知，总结出此矿区地质好，开采难度适中，资源总量较多，值得开发利用。

1 梅岭矿区自然地理概况

梅岭矿区矿区位于广东省南雄市县城区北北东13°方向，平距约23 km 处的南雄市珠玑镇梅岭村委会坪山，隶属南雄市珠玑镇管辖。矿区中心点坐标为东经114°20′36″，北纬25°18′39″。G220 国道（G323）从东侧428 m 处通过，东侧厂区有水泥路直通国道，沿国道至南雄市区约28 km，至江西省大余县城约15 km，南韶高速公路（G6011）从矿区东侧约600 m 处通过，赣韶铁路从矿区东侧1 100 m 处通过，交通便利。矿区范围属低山丘陵地貌，主要山系总体走向北西西—南东东向，南西部最高海拔为576.08 m，南西—北东向两边高中间低呈“U”字形，矿区位于“U”字形底靠南西部位。最低侵蚀基准面位于矿区东北边缘梅坑河流出处，标高约+220 m，最大相对比高356.08 m，山坡一般坡度12°～23°。地表河流主要有流经矿区北面的梅坑河。受地形影响，矿区周边发育多条溪流，溪流由两侧山系向中间谷底流动，最后汇入梅坑河。梅坑河发源于仙人寨山脉，全长约507 km，丰水期在不同河流断面采用浮标法测得河水最大流量为953 L/s；溪流总体上从西流向东，流经矿区的北部外围转为南东向并流出区外，平水期和枯水期流量较小，暴雨时可以形成洪流。河水主要作用为河流两岸居民生活及农田灌溉用水。现矿区西北部约2.5 km 处有一梅岭水库，汇水面积近4.0 km2，设计库容量为153 万m?，设计水位为308.52 m，正常水位高程为306.3 m，主要储存库区两侧沟谷雨季形成的地表洪流，减少下游两岸居民的财产损失，汇聚沟谷溪流，为下游两岸居民提供生活和农田灌溉用水［2-3］。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内分布底层由老到新依次是：前寒武系、寒武系、泥盆系、石炭系、古近系和第四系。

2.2 构造

矿区在区域地质构造上位于北西向复式背斜褶皱的轴部石炭系地层构成的小岭向斜褶皱，北东向与北西向构造复合，两组构造带并向着北东—南西、北西—南东伸驰延展，断裂构造交错发育，北西向断裂多遭受掩复和错断，在本区的北东向有梅岭向斜褶皱，梅岭向斜西侧为梅岭岩体侵入，接触面倾向北北西。

2.2.1 褶皱

区内东部及北东部广布的下古生代及前寒武系变质岩系是北西向构造主要出露地区，由前泥盆系形成一个比较完整的复式倒转背斜，此背斜北西—南东延长32 km，宽约16 km，由前寒武系构成核部，两翼为寒武系。区内主要出露有小岭向斜、小岭背斜和梅岭向斜。

2.2.2 断裂

区域上构造按走向可分为北东向、近东西向、北西向3组。北东向断裂交叉切割了北西向、近东西向的构造体系，破坏了它们的完整性。近东西向构造分布于北部，为正断层，出露长约4 km。位于复式倒转背斜的北东翼，受背斜影响，后期受北东向断层切割。北西向断裂构造主要有位于本区南部的FNW1、中部的FNW2 和梅岭岩体西侧的FNW3 三组断裂。北西向断裂往往受北东向断裂交叉切割，完整性被破坏。其中FNW2正断层穿越矿区，为影响矿区地层产状的主要构造。

2.2.3 岩浆岩

区域内出露岩体只有印支期岩浆旋回的第二次侵入岩体，出露在北部，出露面积较小。

2.2.4 变质作用

（1）区域变质作用。区域变质作用推测是海相沉积物形成后下陷至地壳深处，在地热和地应力的复合作用下造成岩层变质的现象，本区石炭系中统黄龙组的胶状碳酸盐岩重结晶为泥晶或粉晶的石灰岩，前寒武系上部下段细粉砂岩夹页岩变质为变质细粉砂岩夹千枚岩。

（2）热液蚀变作用。热液侵蚀作用推测是区域变质作用过程中产生的热液在碳酸盐岩的局部空穴或裂隙中相对集中引起周边或两侧的碳酸盐岩次生加大形成了细晶、中晶，甚至粗晶的方解石或白云石，即方解石化和白云石化、大理岩化。

2.2.5 区域矿产

区内已知矿种11 种，主要有煤、铁、钛、铜、铅锌、钴、钨、铌钽、锆铪和石灰石等。

3 矿床特征

3.1 水泥用石灰巖的矿体的规模及其形态

水泥用石灰岩矿埋深深度为0～156.5 m，赋存标高为150.0～306.5 m，矿层走向延长816.63 m，出露宽度为3.0～119.5 m，倾向延深为0～153.0 m，矿体平均厚度为43.49 m。现采矿证内水泥用石灰岩矿分为3个矿体，分别为SK1、SK2、SK3。SK1矿体分布在矿区南西部，在地表08、09、9 线上剥离揭露，矿体埋深为0～85.50 m，赋存标高为221.0～306.50 m，矿体走向延长约686.35 m，出露宽度为2.0～44.50 m，倾向延深为0～87.10 m，矿体厚度为7.10～63.0 m，平均厚度为35.42 m。SK1 矿体主要由浅灰～灰色中厚层状细晶质灰岩组成，矿石组成简单，成份单一。顶板为前寒武系粉砂岩和JK1白云质灰岩、白云岩，底板为JK2 白云质灰岩、白云岩。SK2 矿体分布在矿区南西部，在08、09、9、010 线上剥离揭露，矿体埋深深度为0～136.00 m，赋存标高为154.5～290.50 m，矿体走向延长816.63 m，出露宽度为6.20～42.00 m，倾向延深0～106.70 m，矿体厚度为4.30～62.90 m，平均厚度为34.55 m。SK2 矿体呈单斜层状产出，走向北西290°～310°，倾向南西，倾角42°～53°，倾角由北西往南东有变缓的趋势。SK2矿体主要由浅灰～灰色中厚层状细晶质灰岩组成，局部夹白云质灰岩，矿石组成简单，成分单一。SK3 矿体主要由浅灰～灰色中厚层状泥晶～微晶灰岩组成，个别地段为角砾状灰岩，局部夹白云质灰岩。水泥用石灰岩矿体主要就是由上述3种矿体构成，其总量适中。

3.2 建筑用石灰岩矿体规模及其形态

建筑用石灰岩矿埋深深度为0～163.5 m，赋存标高为150.0～313.5 m，矿层走向延长947 m，出露宽度为4.05～353.7 m，倾向延深9.5～156.8 m，矿体平均厚度59.28 m。现采矿证内建筑用石岩矿分为4个矿体，矿层分别为JK1、JK2、JK3、JK4。JK1 矿体分布在矿区南西部，在地表07、09、9 线上剥离揭露，矿体埋深0～66.5 m，赋存标高为247～313.5 m，矿体走向延长约550 m，出露宽度为10.72～31.90 m，倾向延深9.20～47.26 m，矿体厚度为12.41～37.67 m，平均厚度为19.83 m。JK1 矿体呈单斜层状产出，由北西往南东有变薄尖灭的趋势，走向北西290°～310°。JK1 矿体主要由浅灰～灰色中厚层状白云质灰岩、白云岩组成，矿石组成简单。JK2矿体分布在矿区南西部，在地表06、07、08、09、9、010线上剥离揭露，矿体埋深0～81.5 m，赋存标高为212～293.5 m，矿体走向延长约753.91 m，出露宽度为4.05～15.5 m，倾向延深45～125 m，矿体厚度为5.54～17.93 m，平均厚度为11.76 m。JK2 矿层呈层状产出，由北西往南东有变厚的趋势，走向北西290°～310°，倾向南西，倾角40°～50°。JK2 矿体主要由浅灰～灰色中厚层状白云质灰岩、白云岩组成。JK3 矿体分布在矿区中部，在地表06、07、08、09、9、010 线上剥离揭露，矿体埋深0～138 m，赋存标高为150～288 m，矿体走向延长约947 m，出露宽度为56.1～353.7 m，倾向延深116.0～156.8 m，矿体厚度为23.13～265.30 m，平均厚度为141.42 m。JK3矿层呈层状产出，由北西往南东有变厚的趋势，走向北西290°～310°，倾向南西，倾角40°～53°。JK3 矿体主要由浅灰～灰色中厚层状白云质灰岩、白云岩组成。JK4矿体分布在矿区北西部，在地表06、07、08、09 线上剥离揭露，矿体埋深0～100 m，赋存标高为150～250 m，矿体走向延长约547 m，出露宽度为23.87～64.78 m，倾向延深125～153 m，矿体厚度为45.0～85.9 m，平均厚度为64.11 m。JK4 矿层呈层状产出，由北西往南东有变厚的趋势，走向北西290°～310°，倾向南西，倾角42°～53°。JK4 矿体主要由浅灰～灰色中厚层状白云质灰岩、白云岩组成。矿体顶板为SK3 灰岩矿体，底板为未揭穿白云岩、白云质灰岩。建筑用石灰岩矿体主要就是由上述3 种矿体构成，其总量适中。

3.3 矿石质量

3.3.1 矿石类型及产物成分

（1）泥用石灰岩矿体，其组成主要是方解石，其次为白云石。（2）建筑用石灰岩矿体，其组成主要是白云质灰岩、白云岩及构造角砾岩。

3.3.2 矿石结构构造

矿石结构主要有细晶结构、泥晶～微晶结构、角砾状结构。现采矿区矿石构造主要是块状构造，其特点是矿石中的矿物或其集合体无定向排列且分布均匀。

3.3.3 矿石化学成分

矿石化学成分由CaO、烧失量等组成，其中主要成分CaO、MgO 和烧失量含量高，次要成分及有害成分含量低。CaO、MgO 通过基本分析结果求得，SO₃、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、Cl^-、烧失量通过组合分析求得。根据计算，矿区水泥用石灰岩矿矿石主要有益组分含量CaO为35.17%～55.96%，其平均值为53.13%。主要有害组分含量MgO 为0～17.26%，其平均值为1.86%；SiO?为0.10%～0.82%，其平均值为0.37%；Al₂O₃为0～0.47%，其平均值为0.06%；K?O 与Na?O 为0.01%～0.08%，其平均值为0.03%；SO₃为0～0.11%，其平均值为0.03%；Cl-为0～0.01%；Fe?O?为0.01%～0.23%，其平均值为0.07%；烧失量为41.95%～43.57%，其平均值为42.98%。另外，根据计算，矿区建筑用石灰岩矿矿体CaO 含量一般为30.58％～55.87％，其平均值为44.02％。MgO 含量一般为0.28％～21.14％，其平均值为10.19％。SiO?为0.30%；Al?O?为0.07%；Fe?O?为0.11%；K?O与Na?O为0.03%；SO₃为0.03%；Cl^-为0.01%；烧失量为43.59%。

3.3.4 礦体厚度变化系数

按各矿体产状在勘探线剖面上测得的完整矿体厚度，计算矿体走向厚度变化系数。经过计算得出：第一，水泥用石灰岩矿中SK1 矿体厚度变化系数Vm 为49.41％，SK2 矿体厚度变化系数Vm 为42.57％，SK3 矿体厚度变化系数Vm 为69.86％。按《矿产地质勘查规范石灰岩、水泥配料类》（DZ/T 0213－2020）划分，SK1、SK2、SK3 矿体厚度稳定程度均属于较稳定型。第二，建筑用石灰岩矿中JK1 矿体厚度变化系数Vm 为31.60％；JK2 矿体厚度变化系数Vm 为46.11％；JK3 矿体厚度变化系数Vm 为71.60％；JK4 矿体厚度变化系数Vm 为37.80％。这4 种矿体全都属于不稳定型，其中JK3 矿体属于很不稳定型［4］。

3.3.5 品位变化系数

经计算得出水泥用石灰岩矿各矿体以勘探线剖面为单位，利用剖面工程主要组分CaO、MgO 的单工程平均品位进行计算，平均品位以单工程厚度加权品位进行平均，SK1 矿体的CaO 品位变化系Vc 为1.51％，MgO品位变化系Vc 为28.19％，小于40％，组分分布的均匀程度属均匀类型；SK2 矿体的CaO 品位变化系Vc 为2.85％，MgO 品位变化系Vc 为33.05％，远小于40％，组分分布的均匀程度属均匀类型；SK3 矿体的CaO 品位变化系Vc 为2.33％，MgO 品位变化系Vc 为33.10％，小于40％，组分中CaO 分布的均匀程度属均匀类型，MgO分布的均匀程度属不均匀类型。而2021 年核实建筑用石灰岩矿仅做力学性质测试，不进行化学成分品位变化分析。

3.3.6 矿石类型和品级

关于水泥用石灰岩矿矿石：根据矿山生产现状，CaO≥45％，MgO<3.5％即可满足生产需求，对水泥用石灰岩矿不分品级。现采矿区水泥用石灰岩矿矿石体重为2.71 t/m³。关于建筑用石灰岩矿矿石：矿区白云质灰岩、白云岩，坚固性（按质量损失）小于4%，硫化物含量（SO₃质量分数）接近0，矿石压碎性指标大于11%，根据《矿產地质勘查规范 建筑用石料类》（DZ/T 0341-2020）中物理性能一般要求，矿区建筑用石灰岩矿不能作为建筑用碎石Ⅰ类使用，可以作为建筑用碎石Ⅱ类使用。本矿区建筑用石灰岩矿矿石体重为2.73 t/m³。

3.3.7 矿体围岩和覆盖层

矿体下部围岩为未揭穿的石炭系中统黄龙组（C2h）的灰岩、白云质灰岩、灰岩矿层。矿体上部围岩为前寒武系上部下段变余粉砂岩。主要分布于矿区的南西部，延伸方向与山脉总体走向大体一致，岩性主要为褐黄色变余粉砂岩夹粉砂质页岩，表层普遍为残坡积土层覆盖，基岩出露较少，根据资料和钻孔揭露，厚度较厚，大于200 m。岩石呈全～半风化，岩芯呈砂土、碎块状，手掰可断，遇水易崩解。2021 年核实工作对粉砂岩覆土层及全～半风化粉砂岩取两组样品进行化验分析，砂21 样品和土22 样品中K₂O+Na₂O=4.23%>4%，达不到水泥配料黏土K₂O+Na₂O≤4% 的要求，粉砂岩覆土层及粉砂岩不能作为水泥配料用黏土矿，因SiO₂=60.5%<80%、SO₃=0.045%<1%、MgO=1.15%<3%，也不能作为硅质原料质量要求。

根据2021 年报告资料，相关部分对水泥用灰岩矿体、建筑用石灰岩矿体覆盖层特征进行了综合利用评价。结论为：覆盖层分为第四系残坡积层、前寒武系上部下段（An∈b1）粉砂岩、人工堆石三层，其中第四系残坡积层广泛分别分布在矿区未剥离地段石炭系中统黄龙组灰岩、前寒武系上部下段粉砂岩之上，主要由黏土、粉质黏土夹碎块岩石组成，表层含腐质物成分，不符合《矿产工业要求参考手册》（2014 年修订版）中砖瓦用黏土物理不得含有碳酸盐质颗粒要求，不能作为砖瓦用黏土矿。故2021 年核实工作未对矿体上覆第四系盖层作为砖瓦用黏土含量分析。粉砂岩覆土层分布于矿区的南西部，主要为前寒武系上部下段（An∈b1）粉砂岩全风化产物，岩性主要为粉质黏土、粉砂夹变质粉砂岩碎块，表层含腐质物成分。

3.3.8 溶洞及其填充物

根据2021 年核实报告资料和本次勘探施工，现矿区范围内揭露溶岩钻孔中合计27 个，揭露溶洞钻孔15个，钻孔见溶洞率为55.56％，单钻孔岩溶率在1.20％～13.92％，溶洞总深度为82.29 m，矿区钻孔揭露溶岩总孔深为2 754.26 m，全区平均钻孔线岩溶率为2.99％。岩溶总体发育程度属发育，溶洞深度最小为0.30 m，最大为10.70 m，属于小～中型。溶洞分布在标高180.80～304.55 m，高于最低开采标高+150 m，溶洞大部分发育在最低侵蚀基准面（标高220 m）以上，少量在最低侵蚀基准面以下，表明溶洞发育受地下水影响较小。13 个溶洞钻孔中大部分可见溶洞充填物，多数为半充填，少量完全充填，充填物一般为泥质，少量砂质，局部地段含砾石。在最低侵蚀基准面以上溶洞对开采影响小，在最低侵蚀基准面以下会对开采产生影响，主要表现为开采过程中可能产生突水、突泥及塌陷等地质灾害。矿山开采设计和施工过程中要对岩溶较发育地段采取相应措施，确保安全生产，防范安全事故的发生［5-6］。

4 矿床成因

现采矿证所处的珠玑镇一带，矿区基本处于一种局限浅海潮坪凹地沉积环境，沉积环境较稳定，碳酸盐岩沉积物中夹杂有白云质及少量泥质夹层，形成灰岩与白云质灰岩、白云岩互层：本区的灰岩以细晶灰岩为主，显示当时的沉积环境在某一时段曾经处于动荡、干燥环境。

矿层所在的“石炭系中统黄龙组”的成矿环境为局限浅海潮坪凹地沉积环境。在矿区及周边，晚泥盆世形成厚度不等、成分不一的碳酸盐岩沉积；在沉积成岩期，含镁高的大量白云岩或白云质灰岩形成。上述作用的结果就造成了本区的沉积物主要是细晶灰岩，其次为白云质灰岩、白云岩，三者相互影响形成互层。经过后期构造运动的改造，形成现有的矿床空间展布格局。

5 结语

综上所述，本区石灰岩矿成因类型为海相沉积型石灰岩矿床。本矿区内的水泥用石灰岩矿与建筑用石灰岩矿质量指标合格，矿区内探明资源量以达到勘探要求，建筑用石灰岩矿可以保证约16 年的开采时间，且本矿床开采条件中等，工程地质条件复杂程度中等，地质环境质量中等，本矿床的开采可以带动当地经济发展，具有一定的经济和社会效益。