李海賓，蘇迎春，李 翔，從相軍

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊(duì)，山東 濟(jì)南 250100)

隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的加強(qiáng)和改造、玻纖改性塑料、運(yùn)動(dòng)器材、航空航天等方面對(duì)玻纖的需求不斷增長(zhǎng)以及玻纖的應(yīng)用又?jǐn)U展到風(fēng)電市場(chǎng)，使得國(guó)家對(duì)玻纖量需求日益增大。高純度的石灰石作為制造玻纖的原料之一，需求量與日俱增，因此有必要加強(qiáng)對(duì)高純度石灰?guī)r的調(diào)查與成因研究。經(jīng)初步調(diào)查及采樣分析，發(fā)現(xiàn)濟(jì)寧市泗水縣丑村礦區(qū)石灰?guī)r能滿足玻纖原料的技術(shù)要求。本礦區(qū)距濟(jì)寧市90km，西南距泗水縣11km，交通便利，區(qū)域位置優(yōu)越。

1 成礦地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)尼山—平邑?cái)嗦?Ⅳ)泗水凹陷(Ⅴ)的東南部[1-2](圖1)。

區(qū)內(nèi)出露地層[3]由下而上為古生代寒武紀(jì)長(zhǎng)清群饅頭組(∈2-3m)泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖、長(zhǎng)石石英砂巖，九龍群張夏組(∈3z)豹皮灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r，奧陶紀(jì)馬家溝群閣莊組(O2g)黃綠色中厚層白云巖夾泥質(zhì)白云巖，八陡組(O2-3b)中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，石炭紀(jì)月門溝群本溪組(C2b)紫紅色鋁質(zhì)泥巖；新生代古近紀(jì)官莊群常路組(K2E1c)紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，朱家溝組(E2z)灰褐色礫巖，第四紀(jì)大站組(Qpd)含礫砂質(zhì)粘土，臨沂組(Qhl)粘土質(zhì)粉砂、含礫中粗砂，沂河組(Qhy)含礫混粒砂、砂礫、礫石。

區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，主要發(fā)育北東向、北西向二組斷裂，這二組斷裂總體上控制了地層的產(chǎn)出格局，破壞了地層的連續(xù)性，使得地層被切割成一塊塊較為獨(dú)立的塊體。

區(qū)域內(nèi)巖漿巖主要為新太古代晚期嶧山序列龜蒙頂單元(Ar3γδYg)片麻狀中粒含黑云花崗閃長(zhǎng)巖，傲徠山序列望母山單元(Ar3ηγAw)斑狀中粒二長(zhǎng)花崗巖、松山單元(Ar3ηγAs)中粒二長(zhǎng)花崗巖。巖漿巖均分布在區(qū)域北部，對(duì)地層的連續(xù)性起到一定的破壞作用。

圖1 丑村礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為古生代奧陶紀(jì)馬家溝群閣莊組(O2g)、八陡組(O2-3b)，石炭紀(jì)月門溝群本溪組(C2b)；新生代古近紀(jì)官莊群常路組(K2E1c)，山坡低洼處覆蓋有第四系(Q)殘坡積物。

(1)奧陶紀(jì)馬家溝群閣莊組(O2g)。

該層主要分布于礦區(qū)南部山坡底部，另外在中西部有少量分布。巖性以厚層白云巖為主，夾中厚層灰質(zhì)白云巖。白云巖呈土黃色，泥晶結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，礦物成分主要為白云石、方解石及少量粘土質(zhì)。巖層總體產(chǎn)狀36°∠38～41°，該層未見(jiàn)底，出露厚度＞80m。

(2)奧陶紀(jì)馬家溝群八陡組(O2-3b)。

該層在礦區(qū)中部分布，為賦礦層位，巖性以青灰色厚層狀灰?guī)r為主，夾白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖?；?guī)r呈青灰色，泥晶結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，礦物成分主要為方解石、白云石及少量泥質(zhì)。巖層總體產(chǎn)狀為36°∠27～41°，厚度78.00～88.16m。本層與下伏閣莊組呈整合接觸。

(3)石炭紀(jì)月門溝群本溪組(C2b)。

該層分布于礦區(qū)東北部，出露主要巖性為一套紫紅色、雜色鐵鋁質(zhì)泥巖、鋁土巖及粉、細(xì)砂巖組合，巖層總體產(chǎn)狀為36°∠38°，厚度29.1m。本層與下伏八陡組呈平行不整合接觸。

(4) 古近紀(jì)官莊群常路組(K2E1c)。

該層出露于礦區(qū)東南部，巖性為灰紅色—紫紅色中—厚層砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)細(xì)—粉砂巖互層。本層出露厚度大于60m。本層與馬家溝群地層呈斷層接觸。

(5)第四系(Q)。

巖性主要為含礫砂質(zhì)粘土，土黃色，上部結(jié)構(gòu)松散，下部結(jié)構(gòu)致密。礫石成分為灰?guī)r，多呈棱角狀，礫徑1～2cm，含量10%～20%不等。主要分布在溝谷及地勢(shì)低洼處，厚度0.5～1m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)的構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育2條斷層，編號(hào)為F1、F2，其中F1斷層造成地層重復(fù)。

F1斷層：該斷層位于礦區(qū)西北部，切割勘查線01、05線。出露長(zhǎng)度642.3m，總體走向99°，傾向189°，傾角68°，為正斷層，斷距80m。地表形成斷續(xù)的角礫巖帶，寬一般0.4m。角礫巖呈青灰色，角礫狀構(gòu)造，成分為青灰色灰?guī)r，膠結(jié)物為鈣質(zhì)，礫徑1～3cm，棱角狀。該斷層北盤上升，造成地層重復(fù)，使得礦層在01、05線北半部重復(fù)出露。

F2斷層：該斷層位于礦區(qū)東南部，切割勘查線02、04的南端。出露長(zhǎng)度564.40m，總體走向136°，傾向226°，傾角71°，為正斷層，斷距大于100m。地表形成斷續(xù)的角礫巖帶，寬一般0.3m。角礫巖呈青灰色，角礫狀構(gòu)造，成分為青灰色灰?guī)r，膠結(jié)物為鈣質(zhì)，礫徑1～5cm，棱角狀。

2.3 巖漿巖

本礦區(qū)內(nèi)未見(jiàn)巖漿巖。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦層特征

本礦床為海相化學(xué)及生物化學(xué)沉積作用形成的石灰?guī)r礦床[4]，賦存于八陡組地層內(nèi)。礦床為近東南—西北向的山體，裸露地表，呈中間高四周低趨勢(shì)，礦層賦存最高標(biāo)高+144.20m，最低標(biāo)高+100m，相對(duì)高差44.20m。走向長(zhǎng)1 102m，傾向?qū)?20m，厚度78.00～ 88.16m。

根據(jù)礦石質(zhì)量以及夾層分布特征，本礦床劃分2個(gè)礦層，自下而上編號(hào)為KC01、KC02。各礦層特征分述如下：

(1)KC01礦層特征。

位于礦床下部。礦石自然類型主要為青灰色泥晶灰?guī)r，礦層呈層狀，總體走向126°，傾向NE，傾角27～41°。礦層沿走向控制長(zhǎng)1 102m，沿傾向控制寬 57.10m，賦存標(biāo)高 +143.41～ +100.00m。厚度26.76～36.91m，平均厚30.70m，厚度變化系數(shù)15.61%，厚度穩(wěn)定。礦層化學(xué)成分平均值CaO 54.59%、MgO 0.46%。

(2)KC02礦層特征。

位于礦床上部。礦石自然類型主要為青灰色泥晶灰?guī)r，礦層呈層狀，總體走向126°，傾向NE，傾角27～41°。礦層沿走向控制長(zhǎng)1102m，沿傾向控制寬 82.78m，賦存標(biāo)高 +144.20～ +100.00m。厚度30.43～46.27m，平均厚39.15m，厚度變化系數(shù)19.04%，厚度變化均勻。礦層化學(xué)成分平均值CaO54.78%、MgO0.37%。

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石礦物組成

礦物成分主要為方解石，含量一般為90%～96%，次為白云石，含量一般為2%～8%。白云石呈泥晶狀分散在方解石結(jié)晶顆粒中，二者沒(méi)有明顯界限，成分互相包容，二者都被后期方解石脈貫穿。

方解石：無(wú)色透明，他形粒狀，粒徑＜0.005mm，方解石晶粒間緊密接觸，在方解石晶粒間及晶粒表面含有粘土。白云石：自形晶，菱面體發(fā)育，閃突起顯著，高級(jí)白干涉色。粘土：褐色，隱晶質(zhì)，分布于粒狀礦物的表面、邊緣及晶粒間，含量3%。褐鐵礦：褐黑色，不透明，他形粒狀，不等粒，呈星點(diǎn)狀分布。

3.2.2 礦石化學(xué)成分

經(jīng)取樣分析全礦區(qū)礦石平均化學(xué)組分加權(quán)平均值 為：CaO 54.70%、MgO 0.41%、Fe2O30.12%、Al2O30.23%、R2O30.35%(表 1)。影響礦石質(zhì)量變化的主要原因是礦石中白云石的含量，當(dāng)?shù)V石中白云石含量高時(shí)，MgO含量隨之升高。

表1 各礦層主要化學(xué)成分 (單位：%)

礦層主要化學(xué)成分的變化規(guī)律：①KC01沿走向CaO含量變化均勻，MgO在00線含量較高，其他線含量較低，F(xiàn)e2O3、R2O3的含量在礦區(qū)中東部略高，西部略低，CaO和MgO呈現(xiàn)較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系；②KC02沿走向CaO含量變化均勻，MgO在00線含量較高，其他線含量較低，F(xiàn)e2O3、R2O3的含量礦區(qū)東部略高，西部略低，CaO和MgO呈現(xiàn)較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3.2.3 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

(1)礦石結(jié)構(gòu)。

泥晶結(jié)構(gòu)：礦石結(jié)構(gòu)為泥晶結(jié)構(gòu)，方解石粒徑大多＜0.005mm，含量＞50%，少部分重結(jié)晶達(dá)0.15～0.36mm，結(jié)晶顆粒輪廓不清晰[5]。

(2)礦石構(gòu)造。

厚層狀構(gòu)造：礦石構(gòu)造為厚層構(gòu)造，結(jié)晶的粒狀方解石、泥晶方解石均勻地分布于巖石中，巖石均一致密，巖層單層厚2m左右。

3.2.4 礦石類型

自然類型為青灰色泥晶厚層灰?guī)r，泥晶結(jié)構(gòu)，厚層構(gòu)造。主要礦物成分為方解石，次為白云石及少量藻生物。方解石含量為90%～95%，白云石含量為2%～8%，藻生物含量為2%[6]。

3.3 圍巖和夾石特征

(1)礦床底板。

礦層底板為奧陶紀(jì)馬家溝群閣莊組(O2g)，該組地層主要分布于礦區(qū)南部山坡底部，另外在中西部有少量分布。巖性以厚層白云巖為主，夾中厚層灰質(zhì)白云巖。中厚層白云巖呈灰黃色，泥晶結(jié)構(gòu)，厚層構(gòu)造，主要礦物成分為方解石、白云石，次為粘土礦物。中厚層灰質(zhì)白云巖呈灰黃色、淺褐色，泥晶結(jié)構(gòu)，厚層構(gòu)造，主要礦物成分為方解石，次為泥質(zhì)物。經(jīng)取樣分析主要化學(xué)成分為：CaO 39.82%、MgO 9.57%、Fe2O30.84%、Al2O31.43%、R2O32.27%。

(2)礦床頂板。

礦層頂板為石炭紀(jì)月門溝群本溪組(C2b)，該組地層分布于礦區(qū)東北部，巖性主要為紫紅色鋁質(zhì)泥巖，厚度29.1m。經(jīng)取樣分析主要化學(xué)成分為：CaO 0.83%、MgO 0.35%、Fe2O316.09%、Al2O333.97%、R2O350.06%。

(3)夾石。

經(jīng)取樣分析礦區(qū)內(nèi)夾層主要為白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖為主，有害組分MgO含量過(guò)高，基本上不能搭配使用，因此本礦區(qū)的夾石綜合利用性能較差，在開(kāi)采時(shí)需全部剝離，可在建筑石料方面綜合利用。

4 礦床成因

4.1 礦床成因

從八陡組地層的巖石自然類型、組合特征、沉積韻律分析，本礦床是在海進(jìn)較為穩(wěn)定的環(huán)境中沉積形成的，為濱海沉積成因[3-4]。

八陡組厚層灰?guī)r是由接近飽和或過(guò)飽和狀態(tài)下的海水在化學(xué)作用或生物作用下形成的。礦石中所含白云石是由先期的碳酸鹽礦物經(jīng)后期白云巖化作用形成的。八陡組沉積時(shí)期處于中奧陶世達(dá)瑞威爾期，該時(shí)期為開(kāi)闊臺(tái)地淺潮下帶沉積環(huán)境，由于沉淀環(huán)境穩(wěn)定，物質(zhì)來(lái)源豐富，年代長(zhǎng)久，形成了規(guī)模較大的碳酸巖鹽。后經(jīng)地殼運(yùn)動(dòng)，淺海變化為陸地，形成高純石灰?guī)r礦床。

4.2 找礦標(biāo)志

區(qū)內(nèi)高純灰?guī)r賦礦層位為馬家溝群八陡組地層，所以八陡組為直接找礦標(biāo)志。通過(guò)對(duì)比區(qū)內(nèi)礦層礦石特征，厚層白云巖及紫紅色鋁質(zhì)泥巖即為間接找礦標(biāo)志。

5 結(jié)論

該礦床劃分兩個(gè)礦層(KC01、KC02)，礦層賦存于馬家溝群八陡組，呈層狀，裸露地表。礦石自然類型為青灰色泥晶厚層灰?guī)r，主要有泥晶結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造。礦石礦物成分主要為方解石，其次為白云石等，礦床內(nèi)夾層主要為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。

該礦床為海相化學(xué)及生物化學(xué)沉積成因，形成環(huán)境為濱?！獪\海區(qū)域，以碳酸鹽巖臺(tái)地及中緩坡沉積環(huán)境為主，后經(jīng)大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升及風(fēng)化剝蝕，形成灰?guī)r礦床。