李学娣，刘海英

(1.江苏船山矿业股份有限公司，江苏 镇江 212113;2.江苏省地质调查研究院，江苏 南京210018)

江苏船山石灰石矿床沉积环境

李学娣1，刘海英2

(1.江苏船山矿业股份有限公司，江苏 镇江 212113;2.江苏省地质调查研究院，江苏 南京210018)

根据每组石灰石中都含有大量的海洋沉积窄盐度生物及藻类化石，推断船山矿床为浅海碳酸盐沉积;从每组石灰石的粒度、颜色、结构构造，推断出该矿床在形成过程中有两次大规模海侵，两次沉积中断。沉积环境的变化决定了石灰石的质量，氧化环境里形成的石灰石颜色较浅较纯可作为熔剂，还原环境里形成的石灰石颜色较深，有机质含量高只能作为水泥原料。

石炭纪;二叠纪;石灰石;沉积环境;矿石质量;江苏镇江

0 引言

船山石灰石矿位于镇江西南18km处，处于下扬子地区，宁镇断褶束南缘之汤山—仑山复式背斜东段的仑山背斜南东翼，仑山背斜轴向北东50°左右，到船山矿区为近东西向，倾向25°～30°，矿区出露地层由下而上为下石炭统老虎洞组(C1l)中石炭统黄龙组(C2h)、上石炭统船山组(C3c)、下二叠统栖霞组(P1q)。

本矿区主要出矿层位为 C2h、C3c、P1q1，按石灰石质量好坏一部分作为炼钢、炼铁的辅助原料，一部分作为水泥原料，笔者参加过该矿区的多次生产勘探，认为沉积环境决定了矿石的质量。为更好地解释本矿区石灰石的质量特点，笔者运用历年生产勘探资料探讨一下本矿区的沉积环境。

1 矿区地层沉积特征

船山矿床是一个稳定的沉积矿床，尽管不同的层位其岩性及厚度各不相同，但同一层位与厚度变化不大，现以第2勘探线剖面图(图1)Fn1断层以北为例说明一下岩性的特征，层位厚度，该段剖面没有断层，未见溶洞，对从地层的沉积特征探讨沉积环境具体一定的代表性。

1.1 黄龙组地层岩性

从ZK13钻孔资料看，黄龙组地层的岩性自下而上可分为以下3段。

(1)下段粗晶灰岩(C2h1):9.05m，灰白色粗结晶灰岩，块状。

(2)中部粗细晶混杂灰岩(C2h2):8.77m，浅灰—深灰色，由粗晶和细晶方解石组成，块状，层理不清，本层与下层渐变，本层偶见。

(3)上段致密灰岩段(C2h2):92.93m，灰白微带肉红色、浅灰、深灰色亮晶内碎屑灰岩、亮晶生物碎屑灰岩(图2)，微晶生物碎屑灰岩，生物碎屑微晶灰岩(图3)、微晶灰岩。常见化石:小纺缍，小泽、犬齿珊瑚，丁氏小石柱珊瑚，龙潭刺毛螅、介形虫、有孔虫、藻类等，块状。

1.2 船山组地层岩性

从ZK14钻孔资料看，船山组灰岩自下而上分为2段。

(1)下段灰色灰岩:21.16m，灰白—浅灰色，局部夹灰色灰岩薄层或团块。泥晶结构，普遍见有球状构造。

(2)上段黑白相间灰岩:21.4m，灰白、浅灰色灰岩与灰黑色灰岩相间成层，以浅色灰岩为主，有时深色灰岩呈花斑状或团块状分布于浅色灰岩中，灰白色灰岩中常含球状构造，球体内部具环带构造，其成分和色泽与灰岩无异。

图1 船山矿区第2勘探线剖面图

图2 亮晶生物碎屑灰岩

图3 生物碎屑微晶灰岩

整个岩层以泥晶粒屑灰岩为主，亮晶粒屑灰岩、微—泥晶灰岩为次的矿石组合，除有丰富的藻类生物外，还见有大量的、珊瑚、腹足、棘皮、介形虫、瓣鳃类等生物化石和碎片。普通见球状构造，所含球体排列无定，稀密不一，密者可达50%，一般为5%左右。球状构造是由蓝绿藻环绕生物或方解石粒生长形成之核形石。

图4整个照片为一核形石(球状构造)，核形石核部为一完整的介形虫壳，藻类粘结于介形虫壳生长。核形石被褐铁矿脉切割。

图4 球状构造

船山组与下伏黄龙组呈平行不整合接触，接触面上有0.98m的砾岩，半软质粘土胶结，胶结不甚牢固，灰岩砾石会脱落。

1.3 栖霞组地层岩性

栖霞组自下而上分为4段。

(1)一段沥青质灰岩(P1q1):在ZK14钻孔处厚59.95m，深灰、灰黑色厚层状微晶灰岩，岩石普遍含一定量的有机质及生物碎屑。生物主要是棘皮、介形虫、三叶虫、腹足、苔藓虫、海绵骨针、有孔虫、和藻类的裸海松藻、翁格达藻、二叠钙藻等。

(2)二段下硅质层(P1q2):在ZK14钻孔处厚2.37m，以灰黑色燧石岩为主，夹有灰岩薄层。

(3)三段燧石灰岩段(P1q3):该层在矿区内未出现完全，岩性为深灰、灰黑色中—厚层状微泥晶灰岩，以含较多燧石团块、结核、条带为特征，普遍含腕足、介形虫、棘皮、苔藓虫等生物碎屑。燧石团块、结核分布不均，以上下部较多，而中部较少。

(4)四段硅质层段(P1q4):本矿区内未出现。

栖霞组与下伏船山组成平行不整合接触，接触面上常见有薄层状泥质灰岩、碳质泥岩及少量硅质岩。

2 矿区沉积环境特征

2.1 生物标志

生物的分布受含盐度的严格控制，因为大多数生物种类其耐盐度几乎都有继承性，本矿区岩石中存在着窄盐度生物，如有孔虫、珊瑚、苔藓虫、棘皮动物大多生活在盐度变化不大的海洋环境中(陈建强等，2006)，可以看出，该区是海洋沉积。

从黄龙组灰岩到栖霞组灰岩中都有大量的藻类化石，而藻类的生活需要温暖、浅水、清洁透光环境，由于藻类的光合作用，从海水中吸收大量CO2，从而促使海水中的碳酸钙过饱和而沉淀出文石质灰泥，而且钙藻的外壳也是文石质灰泥(成为颗粒的主要供给者)，但文石的溶解度较方解石大，在成岩过程中部分转变为方解石;而海洋动物食物链的基础，一般都直接或间接来自于浮游藻类，因为藻类的大量存在才形成大量的生物碎屑灰岩，所以藻类提供了大量碳酸盐沉积物。海水浑浊妨碍光合作用，阻止各种藻类生长，堵塞底栖生物的摄食器官，影响其繁衍，这就妨碍了大量碳酸盐颗粒的产生;海水太深，阳光和氧气不足，对藻类和底栖无脊椎动物生长都不利(何心一等，1986)。从大量藻类化石可以看出，该矿区是清洁的浅海碳酸盐沉积。

2.2 岩性标志

将矿区由下而上从岩性特征分别描述所处的沉积环境。

黄龙组下部粗晶灰岩是由晶体粗大的方解石组成，正好处于障壁前的斜坡上，由于波浪、潮汐、海流发生簸选，将细粒碳酸盐带走，而留下粗粒碳酸盐，被泥质胶结;到致密灰岩段是一套微晶生物碎屑和亮晶生物碎屑灰岩的矿石组合，矿石中粒屑组分含量大部分大于50%，被亮晶方解石胶结，鲕粒和磨圆度较好的砾屑、砂屑等反映的高能环境形成的结构组分，说明处于潮中+潮下高能等。

船山组灰岩的代表特征球状构造即核形石，是由蓝绿藻类粘附生物形成的，藻类在海洋中属于浮游生物，而个体十分微小的生物，所能支付的能量是有限的，只能说明当时的水体扰动是轻微的，核形石多形成在中等至弱动荡浅水环境，所以处于潮下中—低能环境中(吕炳全等，1989);下部的船山组灰色灰岩色暗泥晶结构说明是在缺氧的环境下形成的，而到上部以浅色为主的黑白相间的灰岩正处于氧化界面上下，水深有起伏，但以氧化界面以上为主。

栖霞组臭灰岩段色暗，富含有机质(沥青质)，旋回性发育的黑色页岩、燧石结核层(或硅质层)都说明当时是缺氧沉积环境(吴胜和，1994)。

2.3 沉积环境

由生物标志和岩性标志可推断出，船山矿区的沉积环境如图5表示。

图5 船山矿床沉积环境示意图

(1)由图5可以看出，船山矿区的沉积环境整个为海进过程，由黄龙组早期的障壁区经海侵后变为开阔海域，在船山组早期时海水进一步加深处于氧化界面以下，后变浅而为潮下中、低能带，随后又大规模海进，到栖霞组时已成为低能的缺氧的还原环境了。

(2)船山矿区的两次大规模海进也造成了两组灰岩接触面的形成，黄龙组灰岩与船山组灰岩之间呈平行不整合接触，有一个沉积中断，是因为此时大规模海进，造成海水浑浊，妨碍了大量碳酸盐颗粒的产生，但同时高能环境对黄龙组表面的灰岩反复冲刷形成了船山组的底砾岩;船山组与栖霞组之间同样呈平行不整合接触，也有一个沉积中断，也是因为大规模海进造成的，只是在栖霞早期处于低能带，所以接触面上有薄层状泥质灰岩、碳质泥岩及少量硅质岩。

3 沉积环境对矿石质量的影响

3.1 工程资料分析

图1所示的船山矿区第2个勘探线剖面图具有代表性，所做工程 ZK13、ZK14、ZK204、ZK21 的资料分析如下。

表1 矿石质量统计表

由表1可以看出，不同的岩性化学成分有差异，这个差异是由图5所示的沉积环境决定的，黄龙组粗晶灰岩的形成处于斜坡上，波浪、潮汐、海流发生簸选将比重小的杂质连同细粒碳酸盐带走，而将比重大的杂物与粗粒碳酸盐留下，所以造成含杂质硫偏高，后期的致密灰岩是在清洁、透光的氧化环境下形成的，故含杂质较少;船山组下部灰色灰岩是在缺氧环境下形成的，含有机质较高，含硫等杂质较高，而船山组黑白相间的灰岩处于氧化界面上下，由于处于氧化界面以下的时间较短，基本还是在清洁透光的氧化环境里形成的含有机质较小，故含杂质较少;而栖霞早期大规模海进开始，海水浑浊，海水中光合作用下界上移，当时海水温暖，生物繁盛，有机质降解耗氧量大，使水中溶解氧供不应求，形成缺氧环境(杨乃荣等，1984)，因而沉积了含沥青质和黄铁矿的沥青质灰岩，栖霞组中上段出现燧石层和结核，是由于溶解大量硅质生物壳的富SiO2海水或硅质壳微体生物被上升流由深海带到浅海，经沉淀形成富硅的沉积物(林春明等，2002)。

3.2 不同的岩性不同的用途

不同岩性的矿石根据用户要求(表2)，也决定了不同的用途。

表2 用户要求

黄龙组致密灰岩与船山组黑白相间的灰岩可作为炼钢炼用的辅助原料即熔剂，粗晶灰岩与船山灰色灰岩一部分可配矿作为熔剂，也可作为水泥原料，栖霞组沥青质灰岩作为水泥原料，下硅质层只是废石，燧石灰岩段可适当与沥青质灰岩搭配出水泥原料。

4 结语

船山矿床从下向上黄龙组灰岩由粗晶灰岩渐变为致密灰岩，船山组灰岩颜色由灰色到黑白相间，泥晶结构普遍含有球状构造，栖霞组灰岩微晶结构以沥青质为主，下硅质层很薄2m～3m左右，燧石灰岩未出露完全，每组普遍都含有窄盐度生物及藻类化石，而黄龙组与船山组，船山组与栖霞组两组之间都有明显的分层界面。这些沉积特征反映了该矿床的沉积环境，是在清洁的浅海环境形成的，并在晚石炭世早期和早二叠世早期，有2次大规模海进，有2次沉积中断。

这样的沉积环境决定了石灰石处于氧化界面以上时颜色较浅、较纯，处于氧化界面以下的还原环境里颜色较深、含杂质较多，所以基本能从颜色上决定矿石的用途，即颜色较浅的用作熔剂，颜色较深的用作水泥原料。但影响矿石质量的还有后期的运动:断层与熔洞，要想了解本矿区矿石全面的质量分布特征还需要清楚断层和熔洞的分布状况，才能很好地指导生产。

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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;编辑:陆李萍

李学娣(1967—)，女，工程师，主要从事地质与质量管理工作，E-mail:lixuedi67@sina.com