邹城市后山庄熔剂用灰岩矿矿床地质特征及层序地层划分

2015-03-25尹玉静

承德石油高等专科学校学报 2015年6期

尹玉静，董辰

(1.中化地质矿山总局山东地质勘查院，山东济南 250013;2.山东省第一地质矿产勘查院，山东济南 250014)

熔剂用灰岩是重要的黑色冶金原料，其作用是将铁矿石中的脉石和燃料中的灰份以及其他有害杂质转化为炉渣排除，以利于提取有用的铁金属。随着山东省钢铁工业的飞速发展，市场对熔剂用灰岩的需求量不断增长［1，2］。本文立足于邹城后山庄熔剂用灰岩矿矿床地质特征，分析沉积相、沉积环境以及矿床成因，为今后找矿提供方向。

1 矿区地质概况

矿区位于华北板块(Ⅰ)、鲁西隆起区(Ⅱ)、鲁西南潜隆起(Ⅲ)、菏泽－兖州潜断隆(Ⅳ)、兖州潜凸起(Ⅴ)的东南部。

1.1 地层

矿区地层属鲁西地层分区，自下而上出露地层为寒武纪长清群馒头组、九龙群张夏组、崮山组，另在四周低洼处，有第四纪山前组分布。区内构造简单，断层规模较小，对矿体的连续性影响不大，区内未见岩浆岩出露。

矿区地层自西而东分布在樊山、长山、凤凰山三个近南北向的独立山体上(图1)。其中馒头组出露位于山体底部，张夏组出露好，位于山体中部，崮山组主要见于樊山顶部，分布不全(为矿层顶板)。

区内张夏组出露较为完整，是本区石灰岩矿层的主要赋存层位，地层倾角平缓，倾角6°～9°。出露厚度＞160 m，按其岩性组合特征，自下而上分为两个岩性段，即下灰岩段)和上灰岩段，上灰岩段还可分为五个组合层

1.2 构造

区内见有两条北西向断层，均为张扭性断层，分布于长山矿段上、下灰岩段中，呈北西走向，倾向50°，倾角85°。F1 断层为一正断层，出露长500 m，穿切张夏组下灰岩段地层，两端被第四系覆盖;F2 断层为一逆断层，出露长达1 400 m，北西端被第四系覆盖，南东端穿切馒头组被第四系覆盖。断裂面粗糙，发育角砾岩，对石灰岩矿体破坏作用不大。

区内主要发育两组节理，以北西向为主，次为北东向，二者经常伴生呈X 出现。一组走向315°，多倾向北东，倾角85°以上;一组走向20°～50°，近直立，延伸长度10 ～30 m，宽度小于0.5 m，节理面呈锯齿状，常发育岩溶。局部被方解石脉充填。为张性节理。长山北面矿层，沿节理发育成方格状。

2 矿床特征

2.1 矿体特征

石灰岩矿赋存于张夏组上、下灰岩段中，呈层状、似层状产出，倾向280°～340°，平均320°左右，倾角5°～12°，沿倾向最大延伸1 400 m(樊山矿段)，沿走向最大延长1 600 m(后山矿段)。自西向东由樊山、长山、后山庄三个独立产出的山体组成，并依此划为三个矿段。在长山矿段石灰岩矿层走向上连续性差，剖面间不连续不能连接，因此，将矿床划为1 个矿层;在后山庄矿段矿床分3 个矿层，自下而上编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中Ⅰ、Ⅱ为主要矿层，占后山庄矿段估算资源量的77.8%;在樊山矿段矿床分5 个矿层，自下而上编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，其中Ⅲ、Ⅴ为主要矿层，占樊山矿段估算资源量的56.8%。矿体分布及矿体特征详见表1。

表1 石灰岩矿矿体特征

矿体厚度变化程度:三个矿段的矿体均属于稳定矿体，厚度变化系数不大。

矿层顶板为崮山组的黄绿色页岩、竹叶状灰岩、泥质条带灰岩，厚度大于20 m，出露于樊山山顶部位。底板为馒头组的紫红色、黄绿色砂质页岩夹薄层灰岩，由于最低可采标高为+80 m，所以出露较少。矿层与围岩呈突变关系，平行整合接触，界线清楚。

矿层中局部见夹石，是灰岩中含SiO2较高造成。

2.2 矿石特征

2.2.1 矿石类型

后山庄石灰岩矿主要可分为两种自然类型:

1)鲕粒灰岩。鲕粒灰岩是本区主要矿石类型之一，风化面为灰、灰黄、肉红、褐灰色，新鲜面为深灰色、灰色。鲕粒结构，致密块状，厚层—巨厚层构造，局部条带状构造，矿石中的结构组份主要为鲕粒和胶结物组成。鲕粒含量在55%～70%，粒径从0.1 ～1.2 mm 不等，具放射状同心环状，鲕粒核心多由方解石集合体组成，主要为生物碎屑层及灰岩碎块，偶见有以石英、砂层或海绿石为核心的鲕粒。鲕粒表面有时附有一层铁质和泥质物呈现肉红色，集中呈条带状产出。鲕粒灰岩成份比较稳定，在石灰岩矿层中CaO 含量多在48.08%～54.59%变动，MgO 多在0.55%～2.99%变动，SiO2、Al2O3、Fe2O3含量均低。鲕粒灰岩是矿区的主要矿石类型，主要赋存于张夏组，在中也有部分产出。该类型约占矿石总资源量的43%。

2)藻灰岩。包括藻丘、藻块灰岩，浅灰，少量灰黄色，新鲜面呈灰、深灰、灰黄色。生物屑结构、球粒结构，块状，多为厚层、巨厚层构造，少量豹皮状藻灰岩为中薄层、中厚层，豹皮状构造。生物屑结构，一般为三叶虫及藻类组成，生物屑多被泥晶方解石集合体取代，在矿石中含量一般在30%左右，该类矿石多赋存于张夏组和中。在石灰岩矿层中CaO 含量多在48.18%～54.73%变动，MgO 含量多在0.46%～3.0%变动。SiO2、Al2O3、Fe2O3及S、P、烧失量比鲕粒灰岩类型略高。该类型也是矿区的主要矿石类型，占矿石总资源量的57%左右。

2.2.2 矿石品位

石灰岩矿石中有益组份主要为CaO，它是石灰岩的主要化学成分，含量沿矿体走向、倾向变化幅度不大，基本稳定，多在48.08%～54.73%。

3 沉积相及层序地层划分

3.1 沉积相

沧浪铺期末，华北地台整体缓慢沉降，海水漫侵，形成中朝海。在这个海盆内，从早寒武世龙王庙期至晚寒武世凤山期，代表一个大的完整的海相旋回［2］。

早寒武世龙王庙期、毛庄期、徐庄期，代表大海进旋回，以陆源组分为主的沉积建造，为滨海相泻湖潮坪带和潮间带沉积，没有形成石灰岩工业矿床。为含矿层位的底板。

至中寒武世张夏期，代表整个沉积旋回的最大海进期的顶峰，以内源组分为主的厚层为稳定的鲕粒灰岩－薄层豹皮灰岩－厚层藻灰岩沉积，厚度93 ～267 m，代表了比较稳定的潮下高能环境。此期的沉积岩系－张夏组，是区内一个主要的石灰岩矿含矿层位。

至晚寒武世，海盆总的趋势开始上升，出现了大海退旋回，形成了崮山组的竹叶状灰岩，即含矿层位的顶板。

3.2 层序地层划分

据梅冥相［3］研究，尽管在不同的剖面点，组成层序的岩相及沉积相单元存在差异，构成层序的成因单元－凝缩段(CS)及高水位体系域(HST)的厚度也不尽相同，但是由各层序代表的沉积环境的时间变化过程是同步的，而厚度及岩相、沉积相单元的类型等存在空间差异，这是在沉积环境存在时间动态变化的同时，还受到空间古地理背景控制的结果。因此，研究矿区的沉积相和层序地层对今后找矿有一定的指导作用［4－6］。

根据后山庄赋矿层位张夏组的岩性组合及矿层单层厚度、化石丰度等，本文将该区张夏组划分为2个正层序，分别为Sq1 和Sq2。2 个层序体系域均为二元结构，由海侵体系域(TST)和高水位体系域(HST)组成，这是由于该区区域构造稳定，地势平坦，既没有大规模的河流下切，也不具有发育重力流造成水下侵蚀的条件，因此往往缺乏典型的低水位体系域(LST)沉积。

Sq2 可见明显的暴露标志，以一层厚5 ～15 cm 不等的水垢状钙结壳为特征，由及组成，岩性组合也是亮晶鲕粒灰岩—豹皮状灰岩—藻块、藻丘灰岩，单层厚度也是由厚层、巨厚层—薄层—厚、巨厚层，产Crepicephalina sp.、Doryhyge sp.等三叶虫化石。Sq2 的TST 由砂质页岩、薄层微晶灰岩和鮞粒灰岩构成向上变深的退积副层序组。HST 则由薄层灰岩和藻丘灰岩构成明显向上变浅的进积副层序组(如图2)。

4 矿床成因

本矿区石灰岩矿为台地边缘滩，礁相混合沉积矿床。从矿石类型、矿层厚度及沉积层序的分析是在比较稳定的潮下高能环境中沉积形成。

在高能环境中，过饱和海水中的碳酸钙围绕呈悬浮状态的泥质矿物或先晶出的方解石小质点，沉淀出泥晶方解石，并继续在海水能量的作用下翻滚悬浮，继续有泥晶方解石在其上结晶沉淀，形成鲕粒。当鲕粒直径达到一定大小(一般达到1.5 ～2 mm)，在张夏组达到0.8 ～1 mm，其重量足以克服海水的机械能量时便在海底沉积下来，鲕粒之间则沉积了泥晶方解石。在鲕粒堆积压实、固结成岩的过程中，鲕粒之间保存下来的含镁卤水进入破裂变形鲕粒或因其他原因泥晶外套已不完整的鲕粒内，交代了组成鲕粒的泥晶方解石，而成为白云石晶体。

由于交代只限于在粒间水与泥晶方解石之间进行，无外来物质的参与，粒间水咸度不大，故未形成大规模的白云岩化现象。

在海水能量相对减弱的时期，海水不可能使较大的颗粒处于悬浮状态。这时，泥质矿物互相吸附凝聚，形成钙泥质团块，经过成岩作用，形成藻灰岩，由于当时有大量的三叶虫、叠层石、藻类繁殖生长，因此，矿石中含大量生物碎屑。

在潮下高能环境中，海水能量在不同时期有规律的相对增高或降低，造成了数个鲕粒灰岩—薄层豹皮灰岩—厚层藻灰岩的沉积旋回。