王浩乾，王波濤，郭政斌，王明明

(中國冶金地質(zhì)總局三局，山西 太原 030000)

石灰?guī)r用途廣泛，是冶金、建材、化工、輕工、農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)的重要工業(yè)原料，是一種與社會經(jīng)濟發(fā)展密切相關、重要的非金屬礦產(chǎn)[1]。

陽泉地區(qū)石灰?guī)r主要賦存于奧陶系馬家溝組，主要用途為：熔劑用石灰?guī)r、水泥用石灰?guī)r、建筑石料用石灰?guī)r等[2]。廣泛出露于區(qū)內(nèi)中部、中東部，面積約2 482km2，占陽泉地區(qū)總面積的54%。全市現(xiàn)有石灰?guī)r礦山75 個，采礦權面積約10km2,其中，水泥用石灰?guī)r礦山3 個，總生產(chǎn)能力185 萬噸/年；熔劑用石灰?guī)r礦山5 個，總生產(chǎn)能力160 萬噸/年；建筑石料用石灰?guī)r礦山67 個，總生產(chǎn)能力600 萬噸/年。

筆者長期在陽泉地區(qū)進行石灰?guī)r礦產(chǎn)勘查，根據(jù)多年勘查成果，對區(qū)內(nèi)馬家溝組石灰?guī)r的地質(zhì)特征、巖性特征及成礦特征進行分析總結，對其成礦地質(zhì)演化進行探討，為今后勘查、科學開發(fā)利用石灰?guī)r礦產(chǎn)資源提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構造位于華北板塊(Ⅰ)山西塊隆(Ⅱ)沁水塊坳(Ⅲ)北緣盂縣塊坪東緣(Ⅳ)[3]。東部為太行山隆起，北部為五臺山隆起，南部為沁水塊坳，西部為新生代晉中斷陷盆地(圖1)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構造位置簡圖(a)，研究區(qū)地質(zhì)簡圖(b)

奧陶系馬家溝組平面形態(tài)總體呈現(xiàn)為向北突出的弧形，分布面積約占該區(qū)的一半以上，是石灰?guī)r礦床的主要賦礦層位。區(qū)內(nèi)構造形態(tài)總體呈現(xiàn)為軸向北北東向展布的開闊平緩復式向斜，進一步劃分為西煙北東向斷褶帶、盂縣近東西向斷褶帶與娘子關北東向斷褶帶。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料[2]，馬家溝組為山西早古生代地層中最上部的一個由碳酸鹽巖組成的巖石地層單位，與下伏的寒武系三山子組、上覆的上石炭中統(tǒng)本溪組均呈平行不整合接觸。馬家溝組實際上應屬群級巖石地層單位，但全國地層清理時，華北片統(tǒng)一處理為組級，劃分為6 個巖性段，總厚度多在350 ～620m 之間，巖性組合見表1。

表1 陽泉地區(qū)馬家溝組地層簡表

2 地層及巖性特征

本次工作收集了陽泉地區(qū)以往11 個勘查區(qū)資料[4-8]，結合區(qū)域地質(zhì)資料，對區(qū)內(nèi)馬家溝組地層及巖性特征歸納總結。以往勘查區(qū)以探求熔劑用石灰?guī)r為主要礦體，以CaO、MgO、SiO2為主要分析項目[9]，這也是石灰?guī)r的主要化學組分，因此本文主要依據(jù)CaO、MgO、SiO2百分含量對其成礦性進行評價分析。

2.1 地層特征

通過對陽泉地區(qū)奧陶系馬家溝組石灰?guī)r分布地質(zhì)特征綜合分析，劃分了6 個巖性段。由于各段地層沉積厚度不同、后期剝蝕等原因，在平面上展布形態(tài)以寬、窄條帶相間出現(xiàn)，總體分布特征為：馬家溝組1、3、5 段地層厚度較小，呈細條帶狀沿地形不規(guī)則分布，平面出露面積較??；馬家溝組2、4、6 段地層厚度大，呈寬條帶狀沿地形不規(guī)則分布，平面出露面積明顯大于1、3、5 段，其中尤以馬家溝組4、6 段出露面積較大，約占整個馬家溝組地層平面出露面積的80%以上(圖2)。各段地層的基本特征敘述如下：

圖2 研究區(qū)馬家溝組地層分布簡圖

(1)馬家溝組1 段：分布于研究區(qū)北東部、東部，地層厚度10 ～70m。主要巖性為泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。

(2)馬家溝組2 段：連續(xù)分布于研究區(qū)內(nèi)，地層厚度150 ～200m。主要巖性為花斑灰?guī)r、少量泥晶灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r互層。

(3)馬家溝組3 段：地層厚度10 ～65m，連續(xù)分布于研究區(qū)內(nèi)。主要巖性為黃色角礫狀泥灰?guī)r，局部可見厚約6 ～10m 左右的白云質(zhì)灰?guī)r。

(4)馬家溝組4 段：連續(xù)分布于研究區(qū)內(nèi)，地層厚度150 ～200m，是研究區(qū)內(nèi)出露面積最大的地層。主要巖性為花斑狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、黃色角礫狀泥灰?guī)r等，各類巖性互層漸變出現(xiàn)。

(5)馬家溝組5 段：連續(xù)分布于研究區(qū)內(nèi)，地層厚度10 ～60m，平面呈帶狀形態(tài)展布，分布寬度明顯小于其周邊的4、6 段地層。主要巖性為黃色角礫狀泥灰?guī)r，局部可見厚約6 ～10m 的白云質(zhì)灰?guī)r。

(6)馬家溝組6 段：位于馬家溝組頂部，地層厚度11 ～90m。研究區(qū)內(nèi)地層厚度不一，區(qū)內(nèi)西部該段地層全部剝蝕，中部由北向南地層厚度逐漸變厚。主要巖性為厚層深灰色泥晶灰?guī)r，局部可見1 層厚約2 ～4m 含白云質(zhì)灰?guī)r。

2.2 巖性特征及用途

馬家溝組地層主要巖性組成為泥晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r和花斑狀灰?guī)r，各巖性特征及用途敘述如下[4-8]：

(1)泥晶灰?guī)r：新鮮面深灰色，風化面灰白色，礦物成分主要為隱晶—微晶方解石組成，含量95%以上，泥晶結構，塊狀構造。主要化學成分：CaO 50.03% ～55.35%，平均53.32%；MgO 0.194%～2.98%，平均1.12%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%。物理力學性能：飽和抗壓強度75.6MPa，吸水率0.02%?？勺魉?、熔劑，局部品位較高的還可作電石、化肥等，其物理性能好，可作建筑石料。

(2)白云質(zhì)灰?guī)r：新鮮面灰色、灰黃色，風化面淺灰黃色，礦物成分主要為方解石，一般含量大于85%，次為微晶白云石，含量10%～ 15%；隱晶質(zhì)結構，塊狀構造。主要化學成分CaO 47.03%～50.35%，平均49.32%； MgO 3.194%～5.98%，平均4.12%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%，物理力學性能：飽和抗壓強度71.3MPa，吸水率0.03%。可作黑色熔劑、建筑石料。

(3)角礫狀泥灰?guī)r：新鮮面灰黃色、黃色，風化面淺黃色，礦物成分主要為方解石，一般含量大于75%，次為泥質(zhì)及微晶白云石，含量12%～18%；角礫由細晶方解石、少量白云石及泥質(zhì)組成。主要化學成分CaO 38.03%～48.16%，平均42.32%；MgO 6.17%～12.08%，平均10.12%；物理力學性能：飽和抗壓強度25.6MPa，吸水率2.36%。幾乎無工業(yè)利用價值。

(4)花斑狀灰?guī)r：新鮮面灰色，風化面灰白色，礦物成分主要為方解石，一般含量大于90%，次為微晶白云石，含量5% ～10%；花斑由細晶方解石、白云石及泥質(zhì)組成。主要化學成分CaO 47.03% ～52.35%， 平 均 51.41%； MgO 0.85%～3.98%，平均2.45%；SiO20.12%～1.55%，平均0.88%；物理力學性能：飽和抗壓強度65.5MPa，吸水率0.02%?？勺魉?、黑色熔劑、建筑石料。

3 成礦特征分析

總體來說馬家溝組1、3、5 段氧化鈣含量較低，氧化鎂含量高，物理力學性能差，幾乎無工業(yè)利用價值。

馬家溝組2、4 段地層均可作水泥用[10]，少量較好的石灰?guī)r可作黑色冶金用[2-3]，與6 段地層相比，其氧化鈣含量通常偏低，氧化鎂含量通常偏高，不可用作有色冶金熔劑、電石等。通常可見3 ～4 層礦體，含2 ～3 層夾層。全段地層物理力學性能好，可用作建筑石料。

馬家溝組6 段幾乎全部可以用作各類用途的石灰?guī)r[4-8]，化學成分穩(wěn)定，僅在局部可見一薄層白云質(zhì)灰?guī)r，其氧化鎂含量較高，不可用作水泥用、熔劑用等。全段地層物理力學性能好，可用作建筑石料。作為礦體，其通常裸露地表，僅在局部可見少量第四系黃土覆蓋，底板為馬家溝組五段，礦床開采技術條件好，易于開采。研究區(qū)西部因后期剝蝕幾乎不可見，主要出露于中部、南部，出露范圍內(nèi)地層厚度呈現(xiàn)規(guī)律性變化，北部較薄，南部較厚。如北部獐兒坪村熔劑灰?guī)r礦該段厚度平均為28m[11]，向南高垴莊熔劑灰?guī)r礦區(qū)內(nèi)該段厚度平均為50m，最南部棗嶺、趙家莊該段厚度已達80m。

4 礦床地質(zhì)成因分析

自晉寧運動后，山西地區(qū)整體上升陸地，遭受了長期侵蝕與剝蝕作用。從古生代寒武紀開始沉降，海水自南向北涌入，形成早古生代寒武紀—奧陶紀陸表海沉積。

中奧陶世早期，海水初侵，早期沉積了馬家溝1段泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r；中期海水加深，沉積了馬家溝組2 段中下部局限海潮間泥坪相中厚層泥晶灰?guī)r；晚期開始地殼抬升，交替沉積了2 段上部潮間—潮上泥云坪相泥晶灰?guī)r和泥質(zhì)白云巖。中奧陶世中期處于潮上膏云坪環(huán)境，沉積了馬家溝組3 段含膏溶角礫巖的泥灰?guī)r和石膏層，之后海水加深，沉積了馬家溝組四段潮間—潮上泥坪相泥晶灰?guī)r、花斑灰?guī)r。

進入晚奧陶世，早期再次處于潮上膏云坪環(huán)境，沉積了馬家溝組5 段薄層狀泥質(zhì)白云巖、膏溶角礫巖。晚期海水達到奧陶紀以來的高峰，沉積了馬家溝組6 段厚層狀泥晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。馬家溝組沉積之后，由于加里東運動影響，形成晉冀魯豫上升，使山西早古生代地殼抬升為陸，長期受侵蝕、剝蝕而未接受沉積[12-13]。

5 結論

(1)馬家溝組1、3、5 段地層厚度小，平面形態(tài)表現(xiàn)為細條帶狀；馬家溝組2、4、6 段地層厚度大，平面形態(tài)表現(xiàn)為寬條帶狀。其中尤以馬家溝組4、6 段出露面積較大，約占整個馬家溝組地層出露面積的80% 以上，是石灰?guī)r礦產(chǎn)資源的主要賦存層位。

(2)馬家溝組各段地層的含礦性差異大，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律。馬家溝組1、3、5 段幾乎無工業(yè)利用價值；2、4 段灰?guī)r可作水泥用，少量較好的石灰?guī)r可作黑色冶金用，通常可見3 ～4 層礦體，全段地層物理力學性能好，可作建筑石料用；6 段灰?guī)r化學成分穩(wěn)定，氧化鈣含量高，氧化鎂含量低，物理性能好，可以作各類工業(yè)用途。

(3)馬家溝組地層垂向上地層層序以1、3、5 段白云質(zhì)灰?guī)r與2、4、6 段石灰?guī)r成對交替發(fā)育，反映該階段地殼運動以周期性垂直升降，造成頻繁的海進、海退更疊，整體具局限海碳酸鹽巖臺地沉積特征。