吴凤萍

(山东省第三地质矿产勘查院, 山东 烟台市 264004)

肖家沟水泥用石灰岩矿[1]为一中型矿床,矿区位于烟台市福山区高疃镇肖家沟一带,东距福山城区约15 k m,面积4.73 k m2。该矿床为与新元古代沉积作用有关的浅海相沉积矿床[26],山东地区90%的石灰岩矿床与寒武纪-奥陶纪海相碳酸盐岩建造有关[7],而肖家沟石灰岩矿则不同,在鲁东地区具有一定的代表性。以往鲜有学者对肖家沟矿区矿床地质特征、成矿规律等进行研究,本文对矿床地质特征、矿石质量、矿床成因及找矿标志进行了分析,为矿山总体规划和矿产资源开采利用提供地质依据,对鲁东地区同类矿产勘查具有一定的参考价值。

1 矿区地质特征

矿床大地构造处于华北板块(I)、胶辽隆起区(Ⅱ)、胶北隆起(Ⅲa)、胶北断隆(Ⅲa1)之烟台凸起(Ⅲa15)[8],区域内出露地层有古元古代荆山群,新元古代蓬莱群[9-10],中生代青山群及新生代第四系(见图1)。蓬莱群褶皱构造较明显,断裂较发育,按展布方向可分为NE向、NW向、近EW向3组断裂,区内岩浆岩主要为小规模不规则脉状产出的闪长玢岩脉[11-12]。

图1 肖家沟矿区水泥用石灰岩矿20勘探线剖面

1.1 地层

矿区地层主要发育古元古代荆山群禄格庄组,新元古代蓬莱群南庄组、香夼组,中生代白垩纪青山群八亩地组及新生代第四系。

赋矿地层为蓬莱群香夼组二段:大面积出露于矿区中部,总体走向NW,倾向NE,厚约240 m。根据岩性特征分为两个岩性带:第一岩性带主要分布于矿区西侧(F4断裂以西),倾向为15°～40°,局部倾向SW,倾角为15°～35°,岩性主要为厚层状灰岩,下部为青灰色夹灰白色厚层灰岩,为主要赋矿层位;上部为灰白色、浅黄色白云质灰岩;第二岩性带主要分布在矿区东侧(F4断裂以东),倾向NE,倾角为40°～55°,局部达到60°～70°。岩性为浅灰色或灰白色薄层泥灰岩夹薄层白云质灰岩。香夼组与下伏南庄组呈整合接触。

1.2 构造

褶皱和断裂构造较发育。褶皱构造主要为北西-南东向蓬莱群平缓的向斜和背斜,其轴部和两翼岩性均为蓬莱群香夼组岩性。断裂构造主要有矿区北部的吴阳泉断裂(F1)、矿区南部的弧形断裂(F5),控制了区内蓬莱群地层的分布[1314]。NE向断裂(F2、F3、F4)切割错动矿体或含矿层及闪长玢岩脉,破坏其统一性和连续性,但伴随断裂活动的热液蚀变不发育,断裂构造对灰岩矿石质量影响不大。

F1断裂:吴阳泉断裂,位于矿区西北部,为一大型挤压破碎带,其宽度数十米。走向NE—NEE,倾向SE,倾角为60°～75°。带内发育硅化、高岭土化热液蚀变。

F5断裂:位于矿区南侧。该断裂呈向南凸出的弧形,西段构成青山群和蓬莱群分界线,东段构成蓬莱群厚层灰岩与薄层灰岩或泥灰岩沿走向接触的分界线,倾向自西向东为SW—S—SE,倾角为43°～75°。

F2～F4断裂:为一组NE向断裂。F2、F3断裂发育在矿区西北部,F4断裂发育在矿区中部,走向长度均大于1500 m,倾向SE,倾角为70°～80°。

1.3 岩浆岩

岩浆岩主要是闪长玢岩,属燕山期浅成侵入岩,呈不规则脉状,总体为NNW走向平行展布,单体规模较小,长度为500～1200 m,宽度在10～50 m,个别脉体宽度达到300 m。脉岩破坏了矿层的连续性和完整性,而与脉岩活动相伴生的热液蚀变作用不强烈,两侧灰岩物质组成变化不大。

2 矿床地质特征

2.1 矿床地质概况

该矿床赋存于蓬莱群香夼组二段第一岩性带石灰岩层中,共圈定3个矿体,自西向东编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(见图1)。受地层层位和岩性控制,西部地段矿层产状较平缓,总体走向NW,倾向NE,倾角一般小于35°。局部地段矿层呈波折起伏,可见小的背、向斜和拖曳褶曲。中东部地段矿层受闪长玢岩脉穿切、破坏,不连续,矿层走向NW,倾向NE,矿体倾角变陡,为40°～50°,局部达到60°～70°。矿层直接裸露于地表(见图1)。平均化学组分:Ca O 47.28%,Mg O 0.90%。各矿体特征见表1。

表1 矿体特征

2.2 矿体特征

2.2.1 Ⅰ#矿体

分布于矿区中部脉岩带以西,占矿床查明资源量的69.5%。矿体呈波状起伏的缓倾层状,总体走向北西,倾向北东,局部倾向南西,倾角为15°～35°,局部受脉岩或断裂影响,倾角变陡。其长度大于900 m,宽度为500～860 m,平均宽度为700 m。赋存标高为0～132 m,垂直厚度为25～36 m。有益组分Ca O含量平均为47.42%,有害组分Mg O含量平均为1.11%。矿体内夹层垂直厚度为23～30 m,夹层岩性主要为Ca O含量低于45%的石灰岩,其次为闪长玢岩。

2.2.2 Ⅱ#矿体

分布于矿区中部脉岩带内,占矿床查明资源量的9.3%。矿体呈长条层状展布,走向北西,倾向北东,倾角为40°～50°。矿体走向长度大于700 m,宽度为74～194 m。赋存标高为7～138 m,垂直厚度为15～22 m。有益组分Ca O含量平均为47.52%,有害组分Mg O含量平均为0.9%。矿体内夹层垂直厚度为5～24 m。

2.2.3 Ⅲ#矿体

分布于矿区的东部,占矿床查明资源量的21.2%。矿体走向北西,倾向北东,倾角为40°～55°,由于受构造活动及脉岩侵位影响,矿体倾角变陡,局部达到60°～70°。走向长度大于900 m,宽度为260～468 m。赋存标高为-32～132 m,垂直厚度为10～23 m。有益组分Ca O含量平均为46.84%,有害组分Mg O含量平均为0.88%。矿体内夹石垂直厚度为14～26 m,夹石岩性主要为Ca O含量低于45%的石灰岩。

2.3 矿石质量

2.3.1 矿石结构构造和矿物成分

矿石呈青灰色至灰白色,微细粒结构,中厚层块状构造,其次有条带状构造、角砾状构造等。矿石矿物成分主要有:方解石、白云石、石英及少量黏土矿物。

方解石占矿石成分的80%～90%,主要是粗晶方解石,一般呈他形粒状,粒径为0.005～0.02 mm。当矿石中方解石细脉发育时,其Ca O含量增高,其他成分相对降低,成为优质矿石。白云石占矿石成分的2%～10%,主要是成岩白云石,少部分是后生白云石即交代原岩方解石的白云石化产物。石英占矿石组成的1%～3%,一般呈他形微粒状,均匀散布在方解石颗粒间。黏土矿物呈微细粒尘状,散布于矿物粒间,或集中成条带状、微纹状分布,含量一般小于3%。

2.3.2 矿石化学成分

矿石化学成分主要为Ca O和Mg O,次要化学成分有Si O2、Al2O3、Fe2O3、f Si O2、K2O、Na2O、SO3、Cl-,见表2。其中矿石中主要有用组分为Ca O、Si O2、Al2O3、Fe2O3,主要有害组分为f Si O2、K2O、Na2O、SO3、Cl-。其中f Si O2在矿石中以微细粒形式存在,含量为5.42%～6.78%,生产实践证明[15],该类矿石中f Si O2含量对水泥生产影响较小。其他有害成分远低于工业指标要求,对水泥生产无影响。

由表2可知,各矿体内主要成分Ca O、Mg O含量一般变化不大。在有泥质夹层时,矿石中Ca O含量相对降低,而有益成分Si O2、Al2O3、Fe2O3含量相对增高。在闪长玢岩脉较为发育的Ⅲ#矿体中,矿石Si O2、Al2O3、Fe2O3有所增高,有害成分Mg O、K2O、Na2O有不同程度的降低。

表2 矿石化学成分及含量 %

2.3.3 矿石类型

根据矿石结构、构造及矿物含量等,确定其矿石自然类型主要为中厚层块状石灰岩型,次要为薄层石灰岩型和角砾状石灰岩型,量少且分布零散。工业类型为水泥用石灰岩。

2.3.4 矿体围岩和夹层

(1)矿体围岩。主要有石灰岩、泥灰岩和闪长玢岩。石灰岩和泥灰岩围岩与矿体为整合接触,呈渐变过渡关系,围岩与矿体的矿石结构、构造、矿物组成一致,由矿体至围岩Ca O含量逐渐降低,Si O2、Al2O3、Fe2O3含量有所升高。二者是属于同一层位,其界限是根据工业指标划定。闪长玢岩脉与矿体侵入接触,其界限清楚。闪长玢岩脉的侵入破坏了石灰岩矿体的连续性和完整性,而对矿体矿石物质成分的影响和改变有限,只是导致脉岩两侧几米范围内的矿石Ca O含量有所降低,Si O2、Al2O3、Fe2O3等含量有所增加。

(2)矿体内夹层。主要为石灰岩和泥灰岩,多呈薄层状或透镜状产出,夹层与矿体属同一层位,其矿物组成、结构、构造一致,只是化学成分有所变化,根据工业指标从矿体内圈出,实际开采时Ca O含量大于等于42%[16]的可以考虑搭配使用,总夹石量为6 397 822 m3,矿床开发剥采比为0.38∶1。

3 矿床成因与找矿标志

该矿床为浅海相沉积矿床[26]。含矿层位香夼组地层在区域内稳定分布,其上下层位皆为泥灰岩,矿床原岩呈高钙低镁特征,说明矿层原岩属微咸化浅海相沉积。矿层原岩形成后,经受了断裂及褶皱的构造变动,以及白云石化、方解石化等多次改造。白云石化至少有两期:早期白云石化,呈条带状顺层分布,当属成岩期白云石化。晚期白云石化,发生在中生代白垩纪火山岩形成期,往往沿火山岩边缘断裂、闪长玢岩脉及一些构造薄弱带发生。方解石化,是矿段内最晚期的热液改造作用。方解石化使矿石进一步改造为优质矿石。

该类矿床属于山东地块与新元古代沉积作用有关的石灰岩等矿床成矿系列[4],主要分布在鲁东地区胶北隆起区烟台市福山区、蓬莱区、龙口市、栖霞市、莱阳市等区域[4,17],均为受地层层位和变质作用控制的新元古代蓬莱群沉积变质矿产。其主要特征为矿体呈层状赋存于蓬莱群香夼组中,灰岩层即为矿体,矿物成分以方解石为主,矿石类型主要为块状石灰岩。因此,在鲁东地区主要寻找与新元古代沉积作用有关的水泥用石灰岩矿床。蓬莱群香夼组地层为赋矿层位,是直接的找矿标志。香夼组二段第一岩性带青灰色-灰白色致密块状灰岩是找矿的明显岩性标志。

4 结论

(1)肖家沟矿区共圈定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3条矿体,矿体呈层状赋存于新元古代蓬莱群香夼组,岩性主要为青灰色—灰白色厚层状灰岩。

(2)矿石为中厚层块状石灰岩,青灰色至灰白色,微细粒结构,中厚层块状构造,主要矿物成分为方解石、白云石、石英及少量黏土矿物,矿石主要化学成分Ca O、Mg O含量变化不大,有害组分f Si O2含量较高(平均6.09%),但以微细粒形式存在,对原料的易烧性影响较小。其他有害组分的含量都低于工业指标要求。

(3)该矿床为浅海相沉积的层状矿床,属于浅海低能环境下,海相化学沉积作用形成、具有轻微变质的石灰岩矿床。

(4)矿床为中型水泥用灰岩矿床,有较好的开发前景,能带动相关产业发展,具有较好的经济效益和社会效益。