河南内乡县北岗水泥用石灰岩矿床地质特征及成因浅析

2022-05-09李永良刘自立

中国非金属矿工业导刊 2022年2期

周辉，李永良，刘自立，马群，周娟，宋鹏，张磊

(中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队，河南信阳 464000)

河南省内乡县北岗水泥用石灰岩矿是豫南地区优质的水泥原料矿山，矿石质量好，现分东、西两矿段开采利用，加工技术性能优良。本文分析了成矿地质特征，初步总结了矿床成因为浅海相生物化学沉积成因矿床，对内乡及周边地区水泥灰岩找矿具有一定的指导意义。

1 区域地质背景

大地构造位置位于秦岭褶皱系(II)南秦岭褶皱带(II2)中段，荆紫关—师岗地向斜褶皱束(II22)东端[1]。矿区位于秦岭复杂造山带东段南支[3]，扬子地块北缘，受荆紫关—师岗复向斜的影响，区域地层以褶皱轴部(梁沟—北岗—师岗)为界，南北大致对称产出，核部为石岩系地层，两翼依次为泥盆系、志留系、奥陶系、寒武系、震旦系及新生界。区内断裂构造多发育于荆紫关—师岗复向斜的两翼，走向与复向斜轴向基本一致，即120°～140°。区域岩浆岩总体不发育。

2 矿区地质特征

矿区内出露地层主要为下石炭统梁沟组(C1l)上、下段及少量新近系上新统(N2)(图1)。

图1 矿区地质简图

矿区位于荆紫关—师岗复向斜靠近核部的北翼东段，该向斜对矿区内构造起到控制作用。石炭系地层构成向斜构造，核部大部分由梁沟组上段第四层组成，在1 线以东由梁沟组上段第三层组成，两翼由梁沟组上段第三层、第二层、第一层和梁沟组下段组成。矿区断裂构造不发育，仅在矿区西部发育有F1 断层，分布于7 线南端两侧，延伸约300m，破碎带不明显，为一正断层，垂直断距10m左右，断层对矿石质量、开采技术条件没有明显影响，矿区无岩浆岩活动。

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质特征

矿体赋存于石炭系梁沟组上段地层中，岩性为浅灰、灰白、深灰色中厚层—厚层条带状灰岩、灰白色致密灰岩、含生物碎屑灰岩、含燧石团块灰岩等，矿体沿走向延伸控制长度约2 000m，宽度50 ～1 500m。由北西向南东出露宽度逐渐变窄，平面上呈舒缓的斜“V”字型，岩层产状与地层产状一致，北东翼为240°～260°∠33°～58°，南西翼为38°～70°∠16°～35°(图2)。

图2 勘探线地质简图

全矿层厚度受向斜构造及剥蚀影响，矿层厚度在走向上由南东至北西方向逐渐增厚，厚度变化系数为42.9%～59.7%；两翼矿层厚度基本一致，变化不大，说明矿层沿倾向厚度基本稳定(表1)。

表1 各工程厚度变化统计表

3.2 矿石质量特征

(1)矿石类型。

矿石自然类型划分为条带状灰岩、灰白色致密灰岩、含生物碎屑灰岩、含燧石团块灰岩四种，分别对应梁沟组上段一至四层主要岩石类型。其中条带状灰岩占比10.0%，灰白色致密灰岩约占比5.1%，含生物碎屑灰岩占比27.9%，含燧石团块灰岩占比43.0%。矿石结构为泥晶结构、生物碎屑结构、含燧石团块结构。矿石构造为条带状构造、块状构造[7]。

(2)矿石矿物成分和化学成分。

矿物成分比较简单，主要为方解石(＞90%)，少量白云石(＜3%)、泥铁质矿物(2%～6%)和微量石英(＜2.5%)[2]。矿石中主要有用组分CaO 平均含量53.12%；主要有害组分平均含量MgO 0.96%，K2O+Na2O 0.12%，SO30.04%；Cl-0.004%；其他组分平均含量：SiO22.69%、Al2O30.48%、Fe2O30.22%、烧失量41.99%、fSiO21.94%。主要化学组分CaO、MgO 沿走向和倾向方向变化不大[8]，质量较稳定(表2)，为高钙、低镁、低钾钠的水泥用石灰岩[4-6]。

表2 矿石主要化学成分变化结果 (单位：%)

3.3 矿体顶底板围岩及夹石

本矿区内矿体无顶板，底板为梁沟组下段(C1l1)泥灰岩、白云质灰岩夹灰质泥岩。矿体内共有8 个不连续夹层，呈楔状、透镜状、似层状产出。由于夹层较薄且不连续，对矿体的连续性没有影响。夹石按照体积加权平均后，矿石平均化学成分为：CaO 50.59%、MgO 1.28%，仍能满足水泥用灰岩工业指标要求；其中第四层含燧石团块灰岩局部因燧石含量较高，夹石fSiO2含量略高于工业指标要求，混采时需合理布局，进行矿石均化处理。

4 矿床成因分析

石炭纪古地势北东高，南西低，海盆向南西变深，海侵方向自南而北，各期古地理环境的变迁是不均衡的。石炭纪基本上继承了泥盆纪的沉积环境，早石炭纪早期，浅海盆地缩小，滨海沼泽相、局限海台地相和台地边缘相分布较广，以碳酸盐岩沉积为主；中期大规模海退，陆源碎屑物增多；晚期海水加深，碳酸盐岩沉积占主导地位。中晚石炭世，海域范围与早石炭纪后期相似，地壳相对比较稳定，陆源碎屑贫泛，这时期皆为碳酸盐岩沉积。

在矿区内，矿层为一套浅海—滨海相碳酸盐沉积相，最大特点是沉积物颜色由深变浅，内碎屑发育，岩石组合为灰—浅灰白色微—细晶条带状灰岩、致密灰岩、生物碎屑灰岩或含燧石团块(条带)隐晶灰岩。在矿区岩石中发现产有珊瑚、孔虫、筵类及腕足类生物化石。因此，内乡北岗水泥石灰岩矿床属浅海相生物化学沉积成因[9-10]。