李學(xué)娣，劉海英

(1.江蘇船山礦業(yè)股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212113;2.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京210018)

江蘇船山石灰石礦床沉積環(huán)境

李學(xué)娣1，劉海英2

(1.江蘇船山礦業(yè)股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212113;2.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京210018)

根據(jù)每組石灰石中都含有大量的海洋沉積窄鹽度生物及藻類化石，推斷船山礦床為淺海碳酸鹽沉積;從每組石灰石的粒度、顏色、結(jié)構(gòu)構(gòu)造，推斷出該礦床在形成過程中有兩次大規(guī)模海侵，兩次沉積中斷。沉積環(huán)境的變化決定了石灰石的質(zhì)量，氧化環(huán)境里形成的石灰石顏色較淺較純可作為熔劑，還原環(huán)境里形成的石灰石顏色較深，有機(jī)質(zhì)含量高只能作為水泥原料。

石炭紀(jì);二疊紀(jì);石灰石;沉積環(huán)境;礦石質(zhì)量;江蘇鎮(zhèn)江

0 引言

船山石灰石礦位于鎮(zhèn)江西南18km處，處于下?lián)P子地區(qū)，寧鎮(zhèn)斷褶束南緣之湯山—侖山復(fù)式背斜東段的侖山背斜南東翼，侖山背斜軸向北東50°左右，到船山礦區(qū)為近東西向，傾向25°～30°，礦區(qū)出露地層由下而上為下石炭統(tǒng)老虎洞組(C1l)中石炭統(tǒng)黃龍組(C2h)、上石炭統(tǒng)船山組(C3c)、下二疊統(tǒng)棲霞組(P1q)。

本礦區(qū)主要出礦層位為 C2h、C3c、P1q1，按石灰石質(zhì)量好壞一部分作為煉鋼、煉鐵的輔助原料，一部分作為水泥原料，筆者參加過該礦區(qū)的多次生產(chǎn)勘探，認(rèn)為沉積環(huán)境決定了礦石的質(zhì)量。為更好地解釋本礦區(qū)石灰石的質(zhì)量特點(diǎn)，筆者運(yùn)用歷年生產(chǎn)勘探資料探討一下本礦區(qū)的沉積環(huán)境。

1 礦區(qū)地層沉積特征

船山礦床是一個(gè)穩(wěn)定的沉積礦床，盡管不同的層位其巖性及厚度各不相同，但同一層位與厚度變化不大，現(xiàn)以第2勘探線剖面圖(圖1)Fn1斷層以北為例說明一下巖性的特征，層位厚度，該段剖面沒有斷層，未見溶洞，對(duì)從地層的沉積特征探討沉積環(huán)境具體一定的代表性。

1.1 黃龍組地層巖性

從ZK13鉆孔資料看，黃龍組地層的巖性自下而上可分為以下3段。

(1)下段粗晶灰?guī)r(C2h1):9.05m，灰白色粗結(jié)晶灰?guī)r，塊狀。

(2)中部粗細(xì)晶混雜灰?guī)r(C2h2):8.77m，淺灰—深灰色，由粗晶和細(xì)晶方解石組成，塊狀，層理不清，本層與下層漸變，本層偶見。

(3)上段致密灰?guī)r段(C2h2):92.93m，灰白微帶肉紅色、淺灰、深灰色亮晶內(nèi)碎屑灰?guī)r、亮晶生物碎屑灰?guī)r(圖2)，微晶生物碎屑灰?guī)r，生物碎屑微晶灰?guī)r(圖3)、微晶灰?guī)r。常見化石:小紡綞，小澤、犬齒珊瑚，丁氏小石柱珊瑚，龍?zhí)洞堂！⒔樾蜗x、有孔蟲、藻類等，塊狀。

1.2 船山組地層巖性

從ZK14鉆孔資料看，船山組灰?guī)r自下而上分為2段。

(1)下段灰色灰?guī)r:21.16m，灰白—淺灰色，局部夾灰色灰?guī)r薄層或團(tuán)塊。泥晶結(jié)構(gòu)，普遍見有球狀構(gòu)造。

(2)上段黑白相間灰?guī)r:21.4m，灰白、淺灰色灰?guī)r與灰黑色灰?guī)r相間成層，以淺色灰?guī)r為主，有時(shí)深色灰?guī)r呈花斑狀或團(tuán)塊狀分布于淺色灰?guī)r中，灰白色灰?guī)r中常含球狀構(gòu)造，球體內(nèi)部具環(huán)帶構(gòu)造，其成分和色澤與灰?guī)r無異。

圖1 船山礦區(qū)第2勘探線剖面圖

圖2 亮晶生物碎屑灰?guī)r

圖3 生物碎屑微晶灰?guī)r

整個(gè)巖層以泥晶粒屑灰?guī)r為主，亮晶粒屑灰?guī)r、微—泥晶灰?guī)r為次的礦石組合，除有豐富的藻類生物外，還見有大量的、珊瑚、腹足、棘皮、介形蟲、瓣鰓類等生物化石和碎片。普通見球狀構(gòu)造，所含球體排列無定，稀密不一，密者可達(dá)50%，一般為5%左右。球狀構(gòu)造是由藍(lán)綠藻環(huán)繞生物或方解石粒生長(zhǎng)形成之核形石。

圖4整個(gè)照片為一核形石(球狀構(gòu)造)，核形石核部為一完整的介形蟲殼，藻類粘結(jié)于介形蟲殼生長(zhǎng)。核形石被褐鐵礦脈切割。

圖4 球狀構(gòu)造

船山組與下伏黃龍組呈平行不整合接觸，接觸面上有0.98m的礫巖，半軟質(zhì)粘土膠結(jié)，膠結(jié)不甚牢固，灰?guī)r礫石會(huì)脫落。

1.3 棲霞組地層巖性

棲霞組自下而上分為4段。

(1)一段瀝青質(zhì)灰?guī)r(P1q1):在ZK14鉆孔處厚59.95m，深灰、灰黑色厚層狀微晶灰?guī)r，巖石普遍含一定量的有機(jī)質(zhì)及生物碎屑。生物主要是棘皮、介形蟲、三葉蟲、腹足、苔蘚蟲、海綿骨針、有孔蟲、和藻類的裸海松藻、翁格達(dá)藻、二疊鈣藻等。

(2)二段下硅質(zhì)層(P1q2):在ZK14鉆孔處厚2.37m，以灰黑色燧石巖為主，夾有灰?guī)r薄層。

(3)三段燧石灰?guī)r段(P1q3):該層在礦區(qū)內(nèi)未出現(xiàn)完全，巖性為深灰、灰黑色中—厚層狀微泥晶灰?guī)r，以含較多燧石團(tuán)塊、結(jié)核、條帶為特征，普遍含腕足、介形蟲、棘皮、苔蘚蟲等生物碎屑。燧石團(tuán)塊、結(jié)核分布不均，以上下部較多，而中部較少。

(4)四段硅質(zhì)層段(P1q4):本礦區(qū)內(nèi)未出現(xiàn)。

棲霞組與下伏船山組成平行不整合接觸，接觸面上常見有薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r、碳質(zhì)泥巖及少量硅質(zhì)巖。

2 礦區(qū)沉積環(huán)境特征

2.1 生物標(biāo)志

生物的分布受含鹽度的嚴(yán)格控制，因?yàn)榇蠖鄶?shù)生物種類其耐鹽度幾乎都有繼承性，本礦區(qū)巖石中存在著窄鹽度生物，如有孔蟲、珊瑚、苔蘚蟲、棘皮動(dòng)物大多生活在鹽度變化不大的海洋環(huán)境中(陳建強(qiáng)等，2006)，可以看出，該區(qū)是海洋沉積。

從黃龍組灰?guī)r到棲霞組灰?guī)r中都有大量的藻類化石，而藻類的生活需要溫暖、淺水、清潔透光環(huán)境，由于藻類的光合作用，從海水中吸收大量CO2，從而促使海水中的碳酸鈣過飽和而沉淀出文石質(zhì)灰泥，而且鈣藻的外殼也是文石質(zhì)灰泥(成為顆粒的主要供給者)，但文石的溶解度較方解石大，在成巖過程中部分轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐?而海洋動(dòng)物食物鏈的基礎(chǔ)，一般都直接或間接來自于浮游藻類，因?yàn)樵孱惖拇罅看嬖诓判纬纱罅康纳锼樾蓟規(guī)r，所以藻類提供了大量碳酸鹽沉積物。海水渾濁妨礙光合作用，阻止各種藻類生長(zhǎng)，堵塞底棲生物的攝食器官，影響其繁衍，這就妨礙了大量碳酸鹽顆粒的產(chǎn)生;海水太深，陽光和氧氣不足，對(duì)藻類和底棲無脊椎動(dòng)物生長(zhǎng)都不利(何心一等，1986)。從大量藻類化石可以看出，該礦區(qū)是清潔的淺海碳酸鹽沉積。

2.2 巖性標(biāo)志

將礦區(qū)由下而上從巖性特征分別描述所處的沉積環(huán)境。

黃龍組下部粗晶灰?guī)r是由晶體粗大的方解石組成，正好處于障壁前的斜坡上，由于波浪、潮汐、海流發(fā)生簸選，將細(xì)粒碳酸鹽帶走，而留下粗粒碳酸鹽，被泥質(zhì)膠結(jié);到致密灰?guī)r段是一套微晶生物碎屑和亮晶生物碎屑灰?guī)r的礦石組合，礦石中粒屑組分含量大部分大于50%，被亮晶方解石膠結(jié)，鮞粒和磨圓度較好的礫屑、砂屑等反映的高能環(huán)境形成的結(jié)構(gòu)組分，說明處于潮中+潮下高能等。

船山組灰?guī)r的代表特征球狀構(gòu)造即核形石，是由藍(lán)綠藻類粘附生物形成的，藻類在海洋中屬于浮游生物，而個(gè)體十分微小的生物，所能支付的能量是有限的，只能說明當(dāng)時(shí)的水體擾動(dòng)是輕微的，核形石多形成在中等至弱動(dòng)蕩淺水環(huán)境，所以處于潮下中—低能環(huán)境中(呂炳全等，1989);下部的船山組灰色灰?guī)r色暗泥晶結(jié)構(gòu)說明是在缺氧的環(huán)境下形成的，而到上部以淺色為主的黑白相間的灰?guī)r正處于氧化界面上下，水深有起伏，但以氧化界面以上為主。

棲霞組臭灰?guī)r段色暗，富含有機(jī)質(zhì)(瀝青質(zhì))，旋回性發(fā)育的黑色頁巖、燧石結(jié)核層(或硅質(zhì)層)都說明當(dāng)時(shí)是缺氧沉積環(huán)境(吳勝和，1994)。

2.3 沉積環(huán)境

由生物標(biāo)志和巖性標(biāo)志可推斷出，船山礦區(qū)的沉積環(huán)境如圖5表示。

圖5 船山礦床沉積環(huán)境示意圖

(1)由圖5可以看出，船山礦區(qū)的沉積環(huán)境整個(gè)為海進(jìn)過程，由黃龍組早期的障壁區(qū)經(jīng)海侵后變?yōu)殚_闊海域，在船山組早期時(shí)海水進(jìn)一步加深處于氧化界面以下，后變淺而為潮下中、低能帶，隨后又大規(guī)模海進(jìn)，到棲霞組時(shí)已成為低能的缺氧的還原環(huán)境了。

(2)船山礦區(qū)的兩次大規(guī)模海進(jìn)也造成了兩組灰?guī)r接觸面的形成，黃龍組灰?guī)r與船山組灰?guī)r之間呈平行不整合接觸，有一個(gè)沉積中斷，是因?yàn)榇藭r(shí)大規(guī)模海進(jìn)，造成海水渾濁，妨礙了大量碳酸鹽顆粒的產(chǎn)生，但同時(shí)高能環(huán)境對(duì)黃龍組表面的灰?guī)r反復(fù)沖刷形成了船山組的底礫巖;船山組與棲霞組之間同樣呈平行不整合接觸，也有一個(gè)沉積中斷，也是因?yàn)榇笠?guī)模海進(jìn)造成的，只是在棲霞早期處于低能帶，所以接觸面上有薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r、碳質(zhì)泥巖及少量硅質(zhì)巖。

3 沉積環(huán)境對(duì)礦石質(zhì)量的影響

3.1 工程資料分析

圖1所示的船山礦區(qū)第2個(gè)勘探線剖面圖具有代表性，所做工程 ZK13、ZK14、ZK204、ZK21 的資料分析如下。

表1 礦石質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

由表1可以看出，不同的巖性化學(xué)成分有差異，這個(gè)差異是由圖5所示的沉積環(huán)境決定的，黃龍組粗晶灰?guī)r的形成處于斜坡上，波浪、潮汐、海流發(fā)生簸選將比重小的雜質(zhì)連同細(xì)粒碳酸鹽帶走，而將比重大的雜物與粗粒碳酸鹽留下，所以造成含雜質(zhì)硫偏高，后期的致密灰?guī)r是在清潔、透光的氧化環(huán)境下形成的，故含雜質(zhì)較少;船山組下部灰色灰?guī)r是在缺氧環(huán)境下形成的，含有機(jī)質(zhì)較高，含硫等雜質(zhì)較高，而船山組黑白相間的灰?guī)r處于氧化界面上下，由于處于氧化界面以下的時(shí)間較短，基本還是在清潔透光的氧化環(huán)境里形成的含有機(jī)質(zhì)較小，故含雜質(zhì)較少;而棲霞早期大規(guī)模海進(jìn)開始，海水渾濁，海水中光合作用下界上移，當(dāng)時(shí)海水溫暖，生物繁盛，有機(jī)質(zhì)降解耗氧量大，使水中溶解氧供不應(yīng)求，形成缺氧環(huán)境(楊乃榮等，1984)，因而沉積了含瀝青質(zhì)和黃鐵礦的瀝青質(zhì)灰?guī)r，棲霞組中上段出現(xiàn)燧石層和結(jié)核，是由于溶解大量硅質(zhì)生物殼的富SiO2海水或硅質(zhì)殼微體生物被上升流由深海帶到淺海，經(jīng)沉淀形成富硅的沉積物(林春明等，2002)。

3.2 不同的巖性不同的用途

不同巖性的礦石根據(jù)用戶要求(表2)，也決定了不同的用途。

表2 用戶要求

黃龍組致密灰?guī)r與船山組黑白相間的灰?guī)r可作為煉鋼煉用的輔助原料即熔劑，粗晶灰?guī)r與船山灰色灰?guī)r一部分可配礦作為熔劑，也可作為水泥原料，棲霞組瀝青質(zhì)灰?guī)r作為水泥原料，下硅質(zhì)層只是廢石，燧石灰?guī)r段可適當(dāng)與瀝青質(zhì)灰?guī)r搭配出水泥原料。

4 結(jié)語

船山礦床從下向上黃龍組灰?guī)r由粗晶灰?guī)r漸變?yōu)橹旅芑規(guī)r，船山組灰?guī)r顏色由灰色到黑白相間，泥晶結(jié)構(gòu)普遍含有球狀構(gòu)造，棲霞組灰?guī)r微晶結(jié)構(gòu)以瀝青質(zhì)為主，下硅質(zhì)層很薄2m～3m左右，燧石灰?guī)r未出露完全，每組普遍都含有窄鹽度生物及藻類化石，而黃龍組與船山組，船山組與棲霞組兩組之間都有明顯的分層界面。這些沉積特征反映了該礦床的沉積環(huán)境，是在清潔的淺海環(huán)境形成的，并在晚石炭世早期和早二疊世早期，有2次大規(guī)模海進(jìn)，有2次沉積中斷。

這樣的沉積環(huán)境決定了石灰石處于氧化界面以上時(shí)顏色較淺、較純，處于氧化界面以下的還原環(huán)境里顏色較深、含雜質(zhì)較多，所以基本能從顏色上決定礦石的用途，即顏色較淺的用作熔劑，顏色較深的用作水泥原料。但影響礦石質(zhì)量的還有后期的運(yùn)動(dòng):斷層與熔洞，要想了解本礦區(qū)礦石全面的質(zhì)量分布特征還需要清楚斷層和熔洞的分布狀況，才能很好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

陳建強(qiáng)，周洪瑞，王訓(xùn)練.2006.沉積學(xué)及古地理學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社.

何心一，徐桂榮.1986.古生物學(xué)教程［M］.武漢:武漢地質(zhì)學(xué)校.

康育義.1986.南京地區(qū)棲霞階早期環(huán)境［J］.地層學(xué)雜志，10(4):277－283.

呂炳全，瞿建忠.1989.下?lián)P子地區(qū)早二疊世海進(jìn)和上升流形成的缺氧環(huán)境的沉積［J］.科學(xué)通報(bào)，(22):1722－1724.

林春明，張順，王淑君，等.2002.蘇皖地區(qū)石炭系露頭層序地層研究［J］.沉積學(xué)報(bào)，20(4):537－544.

劉新宇，顏佳新.2007.華南地區(qū)二疊紀(jì)棲霞組燧石結(jié)核成因研究及其地質(zhì)意義［J］.沉積學(xué)報(bào)，25(5):730－736.

吳勝和，馮增昭，何幼斌.1994.中下?lián)P子地區(qū)二疊紀(jì)缺氧環(huán)境研究［J］.沉積學(xué)報(bào)，12(2):29－36.

楊乃榮，江納言，臧慶蘭，等.1984.南京棲霞山棲霞組含生物灰?guī)r巖石學(xué)特征及環(huán)境分析［J］.地層學(xué)雜志，8(1):38－48.

顏佳新.2004.華南地區(qū)二疊紀(jì)棲霞組碳酸鹽巖成因研究及其地質(zhì)意義［J］.沉積學(xué)報(bào)，22(4):579－587.

朱洪發(fā)，秦德京，陳躍，等.1993.蘇浙皖交界二疊系沉積演化及構(gòu)造背景［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，15(3):252－261.

Depositional environment of limestone deposit in Chuanshan of Jiangsu

LI Xue-di1，LIU Hai-ying2

(1.Jiangsu Chuanshan Mining Corporation Company，Ltd，Zhenjiang 212113，Jiangsu;2.Geological Survey of Jiangsu Province，Nanjing 210018，China)

The different beds of limestone in Chuanshan ore district were of varied sedimentary characters.The authors deduced Chuanshan limestone deposit was shallow sea carbonate deposition based on narrow salinity life-forms and algae fossils of marine deposition existed in each set of limestone;deduced there happened twice large-scale marine ingression and twice depositional intermit in lights of the particle，color，texture and structure.The variation of depositional environment determined the quality of limestone.The limestone formed in oxidized environment showed a shallow color and better purity and could be served as flux，the limestone formed in deoxidized environment showed a dark color and a high content of organic matter and only be served as cement raw material.

Carboniferous period;Permian period;Limestone;Sedimentary environment;Ore quality;Zhenjiang，Jiangsu

P619.26+3;P611

A

1674－3636(2011)01－0022－06

10.3969/j.issn.1674-3636.2011.01.22

2010－09－07;

2010－11－11;編輯:陸李萍

李學(xué)娣(1967—)，女，工程師，主要從事地質(zhì)與質(zhì)量管理工作，E-mail:lixuedi67@sina.com