田璐

摘要：通过对研究区地质特征、含矿层位等进行分析研究，认为研究区矿体主要赋存于寒武系中统张夏组地层中，矿体呈近水平层状产出，共3层矿体，控制矿体最大长度4461m，最大宽度627m，平均厚度21.99m～ 28.70m。矿床平均化学成分CaO：50.37%，MgO：1.20%，K2O+Na2O：0.504%，SO3：0.032%，fSiO2：2.70%。矿石类型为泥晶灰岩和含硅质粉晶灰岩，属浅海相沉积型矿床。

关键词：水泥用石灰岩矿；地质特征；北山地区；成因

1.区域地质

研究区古生代地层区划属华北地层大区、晋冀鲁豫地层区、鄂尔多斯地层分区、东胜地层小区。中、新生代地层区划属山西地层区、凉城地层分区。图幅内出露地层由老至新有：古生界寒武系上、中、下统，奥陶系中、下统，石炭系上统，二叠系下统；中生界白垩系下统；新生界新近系上新统，第四系上更新统、全新统。

研究区所处大地构造位置为华北地台山西台隆清水河凸起的中部。区内地层产状平缓或近于水平；加里东构造层有寒武系、奥陶系地层组成，为缓倾斜岩层，微具波状起伏，地层总体走向北东或北东东向，北西倾向，倾角一般小于10°。构造变动主要表现为升降运动，局部有断裂活动，褶皱构造轻微，仅形成一些挠曲。

研究区内侵入岩为太古代第一期第三次钾长花岗岩，主要由压碎钾长花岗岩及中细粒钾长花岗岩组成。岩石具压碎现象，次生节理发育。

2.研究区地质

2.1地层

研究区地层总体呈近水平层状产出，出露的地层有：寒武系下统—中统馒头组和张夏组、炒米店组、第四系上更新统和现代冲、洪积层。按地层由老至新叙述如下：

（1）寒武系下统—中统馒头组：出露于研究区的西南及中部沖沟底部，北东向展布，下部岩性为浅肉红色细—中粗粒石英岩夹紫红色页岩，底部见有2m厚的含砾砂岩，厚23m；中部岩性为含粉砂泥质页岩，含云母粘土质页岩，夹薄层含云母细粉砂岩，厚35m；下部岩性为黄灰色钙质细粉砂岩，厚3m～16m。不整合于片麻状花岗岩之上。

（2）寒武系中统张夏组：出露于研究区的中部，为水泥用石灰岩含矿层位。岩性为浅灰色灰岩、鲕状灰岩、假鲕状灰岩，青灰色薄层含硅泥质灰岩，夹少量竹叶状灰岩及生物碎屑灰岩，底部见白云石化灰岩；钻孔控制最大厚度130m，本组地层风化剥蚀严重，与下伏馒头组整合接触。

（3）寒武系上统炒米店组：仅在研究区较高的山顶零星分布，岩性为竹叶状灰岩、泥质灰岩，厚度小于20m，与下伏张夏组整合接触。

（4）第四系上更新统：广泛分布于研究区内，为黄土及坡积层组成，厚30m，黄土稳定，偶含钙质结核，层理不发育，有明显的垂直节理，矿物成分以石英粉砂为主，含砂、亚粘土质矿物。

（5）第四系全新统现代冲、洪积层：主要分布于研究区内清水河河谷、冲沟及山前冲洪积扇中，由碎石、卵石、砾石及泥砂组成，厚度一般在5m左右。

2.2构造及岩浆岩

研究区构造较为简单，地层呈近水平层状产出，局部呈舒缓波状起伏，地层总体走向50°～60°，倾向北西，倾角2°～11°；未发现明显断层迹象。研究区内岩浆岩不发育，仅在研究区东南边界有少量侵入岩，地表及深部均未发现后期侵入的岩体和脉岩，对矿体没有破坏和影响。

3.矿床特征

研究区内水泥用石灰岩矿赋存于寒武系中统张夏组中，根据岩性组合特征，本组又可分为上岩段、中岩段和下岩段；三个岩段大致对应三个矿层及三个夹石层。下岩段为张夏组下部，中上部岩性为灰岩、含硅泥质灰岩，厚30m左右，含K3矿层，其中不稳定夹层泥质灰岩为J3夹层，其下部白云质灰岩，厚度0～18m。中岩段分布张夏组中部，厚30m～40m，上部为K2矿层，以含硅泥质灰岩为主，夹灰岩，下部J2夹层为硅泥质灰岩、泥灰岩及泥岩。上岩段分布于张夏组上部，厚50m～70m，其上部为K1矿层，岩性组合以灰岩为主，夹含硅泥质灰岩，下部为J1夹层，主要岩性为含硅泥质灰岩、硅泥质灰岩、泥灰岩。矿层呈近水平层状产出，局部呈舒缓波状。受风化剥蚀影响，上部矿体形态极不规则，厚度变化较大。

3.1矿体特征

根据矿体物质组成、空间分布及赋存层位特征，研究区内共圈定3层水泥用石灰岩矿层，编号由下至上为K3、K2和K1矿层，其中K3和K2矿层为主要矿层，受冲沟的切割冲刷，各矿层平面形态呈不规则状，为近水平产出的层状矿体，呈舒缓波状，矿层总体呈南西—北东向展布，倾向325°，倾角2°～11°。

（1）K1矿层：赋存于张夏组上部，受风化剥蚀，矿体形态不规则，岩性为厚层状微晶灰岩，矿层受地层控制，呈近水平层状产出，局部呈舒缓波状，总体走向北东-南西，倾向310°～320°，倾角3°～7°，由7个槽探和11个钻孔控制。矿层延伸长度约995m，出露最大宽度364m，工程控制厚度13.95m～47.32m，平均厚度28.70m，厚度变化系数57.48%，属厚度变化较稳定型。由J1夹层与下伏K2矿体相隔。

（2）K2矿层：研究区内大部分分布，赋存于张夏组中部，地表出露较好，有不同程度剥蚀，矿体形态不规则，岩性以含硅质泥晶灰岩为主，总体走向北东—南西，倾向310°～ 342°，倾角2°～7°，由20个槽探和14个钻孔控制。矿层延伸长度约3144m，控制最大宽度627m，工程控制厚度8.00m～67.90m，平均厚度21.99m，厚度变化系数56.40%，属厚度变化较稳定型。

（3）K3矿层：赋存于张夏组下部，研究区内分布范围较广，有不同程度剥蚀，矿体形态不规则，岩性主要为灰—深灰色厚层状灰岩、含硅质灰岩。总体走向北东—南西，倾向310°～345°，倾角3°～11°，由18个槽探工程和10个钻孔控制。矿层延伸长度约4461m，控制最大宽度589m，工程控制最小厚度8.00m～67.30m，平均厚度25.58m，厚度变化系数35.54%，属厚度变化稳定型。

3.2矿石质量

矿石主要呈微晶、泥晶—微晶结构，少量呈粉晶—细晶、含鲕粒—微晶结构；矿石主要为层状构造和块状构造。矿石矿物主要为方解石，含少量自生石英、白云石、铁质、泥质及生物碎屑等。

矿石有益有用化学成分为CaO，主要有害化学成分为MgO、fSiO2、K2O、Na2O和SO3。矿层有益组分CaO含量较高时，有害组分MgO和SiO2含量则较低，二者之间呈负相关关系。矿床矿石质量沿走向变化较小，质量稳定；矿石质量沿倾向深部略高于地表。矿石中主要有益组分分布均匀，有害组分分布较均匀，沿走向、倾向变化较小，矿石质量较稳定。

3.3矿石类型和品级

（1）矿石自然类型

研究区内矿石自然类型有中厚层粉晶灰岩、微粉晶鲕状灰岩、泥晶灰岩、弱白云石化粉晶灰岩，另有少量竹叶状灰岩。根据分析结果对比，各自然类型矿石化学成分变化不大。

中厚层粉晶灰岩及微粉晶鲕粒灰岩：K1矿层多见，厚层状，粉晶及微晶方解石一般占50%左右，另含鲕粒及壳屑，有时含少量砂屑、砾屑，白云石一般小于5%。

泥晶灰岩：K2矿层多见，薄层状构造为主，泥晶方解石占70%～90%，泥质成份占5%～10%，含少量粉砂碎屑。

弱白云石化粉晶灰岩：一般定名为含硅质灰岩、灰岩，下部层位K3矿层多见，中厚层状构造为主，粉晶方解石占60%～70%，有时为泥晶或微晶方解石，含少量壳屑、鲕粒，白云石含量在5%～10%。

（2）矿石品级

K1矿层CaO平均49.91%，MgO平均1.39%，fSiO2平均2.42%，K2O平均0.47%，Na2O平均0.046%，SO3平均0.029%；K2矿层CaO平均50.58%，MgO平均0.92%，fSiO2平均2.84%，K2O平均0.50%，Na2O平均0.034%，SO3平均0.033%；K3矿层CaO平均50.75%，MgO平均1.31%，fSiO2平均2.73%，K2O平均0.45%，Na2O平均0.034%，SO3平均0.034%。矿石质量总体满足水泥用石灰岩矿Ⅰ级品质量要求。

3.4矿层顶底板和夹石

（1）矿层顶底板

本次工作主要针对有露头的张夏组含矿层，部分控制到黄土覆盖区。K1矿层保留部分基本上直接出露，表土厚度一般2m以下，局部见上覆红色砾岩，分布范围很小。K3矿层下部围岩为未达到矿石要求的白云质灰岩和徐庄组钙泥质粉细砂岩。钻孔控制的覆盖区矿层，黄土厚度6m～ 45m，其下一般为K2矿层，个别为K1或K3矿层。

（2）夹石

从剖面图可见，三个矿层之间的泥灰岩、泥岩、硅泥质灰岩及未达到矿石要求的含硅泥质灰岩，即作为夹石层处理，J1、J2两大夹石层分布于三个矿层之间；另有K3矿层中间的J3夹石层。

J1夹石层：为上岩段下部，在K1和K2矿层之间，典型岩性为泥岩或泥灰岩，厚度1m～4m，分布标高在1350m左右；经样品分析组分不达标圈定的夹石层厚度一般在15m～25m。总体特点是由露头处探槽向北西倾斜方向钻孔中，夹石层变厚，走向延长稳定。除明显的泥岩没有样品外，夹层中泥灰岩、硅泥质灰岩，CaO含量一般在35%～ 45%，Na2O+K2O含量明显偏高，达1%～2%，fSiO2一般在4%～7%，开采时应注意剥离。

J2夹石层：为中岩段下部，典型岩性为泥岩或泥灰岩，厚度1m～4m；分布标高在1320m左右，经样品控制，未达矿石的硅泥质灰岩归入，夹石层厚度一般在10m～30m之间，总体特点是由露头处探槽向北西倾斜方向钻孔中，夹石层变厚；走向延长很稳定。除明显的泥岩没有样品外，夹石层中泥灰岩、硅泥质灰岩，CaO含量一般在35%～45%，Na2O+K2O含量明显偏高，达1%～2%，SiO2达10%以上，fSiO2一般在4%～7%。开采时应注意剥离。

J3夹石層：位于下岩段k3矿层中，典型岩性泥灰岩，延伸不很稳定。14～18线工程控制走向长600m，倾向长200m～ 300m，分布标高在1295m左右；经样品分析圈定夹石层厚15m～20m。CaO含量一般在40%～45%，fSiO2一般在4%～ 7%。32～36线工程控制硅泥质灰岩夹石厚25m左右，分布标高在1285m左右，走向延长600m左右，倾向延长200m～ 300m，CaO含量一般在40%～45%，fSiO2一般在4%～7%。

4.矿床成因类型

本区在早寒武世到中奥陶世一直处于海洋环境，沉积了一套以碳酸岩为主的地层。寒武纪中晚世，海面时有升降，环境相对动荡，沉积了一套泥晶灰岩、鲕状灰岩、薄层灰岩、竹叶状灰岩、条带状灰岩等，其间的三叶虫化石特点也反映了动荡的浅海环境。到早奥陶世，本区环境相对稳定，沉积了一套细粒结构的白云岩、白云质灰岩及石灰岩，所含化石为浅海相头足类。本矿床属浅海相化学沉积矿床。

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