遼寧省早古生界熔劑石灰?guī)r成礦條件及成礦規(guī)律

【摘 要】 遼寧省石灰?guī)r資源豐富，從太古界至古生界共有20個含礦層位。通過對各賦礦層位的碳酸鹽巖發(fā)育程度、區(qū)域分布穩(wěn)定性及已知礦床規(guī)模數量和查明資源儲量情況等綜合分析;在各主要成礦地質時期中，碳酸鹽巖化學成份具有MgO比率自老而新逐漸降低，CaO比率逐漸增高的演化趨勢?？梢?，成礦地質年代愈新，熔劑（含制堿）石灰?guī)r成礦遠景愈好，潛在資源量愈大。本文重點對我省石灰?guī)r最新含礦層早古生界，在成礦地質背景、成礦條件、成礦規(guī)律及分布等方面加以論述。

【關鍵詞】 遼寧省早古生界 ?熔劑石灰?guī)r ?成礦條件

1 緒論

石灰?guī)r是一種廣泛用于建筑、冶金、化工、環(huán)保等領域的重要礦產資源，具有用途廣、用量大的特點。近年來隨著國民經濟的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對石灰?guī)r的需求量大增，因此石灰?guī)r的資源儲備問題也日益受到關注。隨著國民經濟的發(fā)展，我省地質工作取得了巨大進展。在石灰?guī)r礦產方面，相繼在全省對水泥用、熔劑用、制堿用、電石用石灰?guī)r做了大量普查勘探工作，積累了豐富的資料。

遼寧省石灰?guī)r資源豐富，分布廣泛，從太古界至古生界共有20個含礦層位。在地臺區(qū)的賦礦層位有，下元古界遼河群高家峪組、大石橋組、中元古界長城系、高于莊組、薊縣系霧迷山組、鐵嶺組、上元古界震旦系南關嶺組、甘井子組、營城子組、十三里臺組、寒武系老莊戶組（堿廠組）、饅頭組、張夏組、風山組、奧陶系冶里組亮甲山組、馬家溝組。在地槽區(qū)的賦礦層位有中、晚元古界魏家溝巖群，開原巖群照北山巖組，奧陶系下二臺群黃頂子組和石炭系磨盤山組。截止2005年于上述各賦礦層位中，發(fā)現(xiàn)各類用途（熔劑用、制堿用、電石用、水泥用、制灰用）石灰?guī)r礦產地153處。其中大型礦床20處，中型礦床36處，小型礦床53處，礦點44處。共計查明資源儲量49.02億噸。

石灰?guī)r主要成礦地質年代為中元古代長城紀高于莊期，薊縣紀霧迷山期，新元古代震旦紀南關嶺期、營城子期，早古生代寒武紀張夏期、奧陶紀冶里期、馬家溝期。

在上述各主要成礦地質時期中，碳酸鹽巖化學成份具有MgO比率自老而新逐漸降低，CaO比率逐漸增高的演化趨勢。因此，成礦地質年代愈新，石灰?guī)r成礦遠景愈好，即早古生代寒武紀、奧陶紀成礦地質時期，碳酸巖鹽化學成份CaO在50%±，接近熔劑（含制堿）石灰?guī)rCaO≥50%的工業(yè)指標要求。因此，早古生代成礦地質時期熔劑（含制堿）石灰?guī)r潛在資源量大，具有較好的成礦遠景。

本文以下將重點論述我省早古生代成礦地質時期熔劑（含制堿）石灰?guī)r的成礦地質背景、成礦地質條件、成礦規(guī)律及分布等。

2 成礦地質背景

早元古界寒武系地層以泥質巖石和碳酸鹽巖為主，為濱海—淺海沉積環(huán)境，其中張夏組厚度最大且質量好，為重要賦石灰?guī)r層位。奧陶系、志留系可劃分為地臺和地槽兩種類型。地臺型奧陶系主要分布于遼東太子河地區(qū)，遼南及遼西地區(qū)，沉積類型以淺海相的碳酸鹽巖為主，其中冶里組、亮甲山組、上馬家溝組為主要石灰?guī)r礦層位。地槽型奧陶系、志留系分布于遼北的昌圖、康平、西豐境內及遼西建平北部。前者屬于吉黑地槽系，后者屬內蒙—興安地槽系，地槽型的地層為—套淺變質巖系，分布于遼北地區(qū)的奧陶系黃頂子組，上部巖性以大理巖為主，為含石灰?guī)r礦層位，志留系分布于建平北部，地層名稱為下統(tǒng)巴林橋組，中統(tǒng)曬勿蘇組，巖性主要為片巖、片麻巖、石英巖夾大理巖、結晶灰?guī)r，目前該層位無代表性石灰?guī)r礦床。

我省境內加里東旋回（早元古代）雖有一定影響，但并未處成巖漿活動。早古生代構造層可分為地槽、地臺兩種類型地臺型構造層為華北型，由寒武系、奧陶系組成。寒武系早期，海水循環(huán)較差，水體能量低，老莊戶（堿廠）組、饅頭組灰?guī)r可形成小型礦床。中寒武世海浸擴大，并在中晚期達到高峰，其沉積物中陸源組分貧乏，形成張夏組以泥晶灰?guī)r、鮞?；?guī)r為主，為重要的石灰?guī)r賦礦層位。晚寒武世海水動蕩，隨著海水進退、潮汐作用，形成竹葉狀碳酸鹽巖沉積，有些地段可形成小型礦床。奧陶紀冶里期海水循環(huán)良好，亮甲山期水動力作用變弱，這兩期沉積均為灰?guī)r、花紋灰?guī)r和燧石結核灰?guī)r，為重要石灰?guī)r礦產出層位。馬家溝期海浸擴大，形成的石灰?guī)r質純，此時白云質灰?guī)r亦有少量產出，為重要石灰?guī)r賦礦層位。地槽型可分為內蒙—大興安嶺型和吉黑型。早古生代構造層由奧陶系明安山群、志留系曬勿蘇組，均有碳酸鹽巖層，但至今尚未發(fā)現(xiàn)具工業(yè)意義賦礦層位。吉黑型早古生代構造層由奧陶志留系下二臺子群構成，下二臺子群黃頂子組中碳酸鹽巖發(fā)育是石灰?guī)r的賦礦層位。

3 成礦地質條件

3.1 沉積建造與海浸旋回

在影響沉積建造的諸多因素中，大地構造背景最為重要。由于大地構造運動引起的水體進退（海浸旋回）而形成的沉積建造無不受構造運動的變化和持續(xù)時間的長短制約，因此，沉積建造與海浸旋回的特征是石灰?guī)r成礦的重要地質條件。寒武系沉積旋回在省內是一致的，堿廠期（或老莊戶期）以碳酸鹽建造為主，饅頭期—張夏期，上部為碳酸鹽建造，下部為陸源粘土建造，整體為一海進序列，而且在張夏期達到最大海浸。崮山期—鳳山期，下部為陸源建造組合，上部為碳酸鹽建造，亦為海進序列?？傮w上寒武系沉積建造屬穩(wěn)定型建造系列，為一海進序列。奧陶系沉積分為地臺型和地槽型兩種。地臺型奧陶系下部以碳酸鹽建造為主，上部以藻礁碳酸鹽建造為特征，為一海進序列 ;地槽型奧陶系—志留系沉積建造，盤嶺期原巖為灰色復陸屑建造，黃頂子期原巖建造為蒸發(fā)式建造—紅色復陸屑式建造，燒鍋屯期則為灰色復陸屑式建造。其海水旋回為一完整旋回，即早期海進晚期海退。通過以上對沉積建造及海侵旋回的分析可以看出，海侵早期多為陸源建造，海侵中期則多為碳酸鹽建造。石灰?guī)r含礦層位均產于碳酸鹽建造中，而且海侵愈大，碳酸鹽建造愈發(fā)育，則含礦性愈好。如上馬家溝組、張夏組、營城子組等。在地槽型沉積中，碳酸鹽建造多發(fā)育在地槽演化的晚期階段。

3.2 巖相古地理環(huán)境與碳酸鹽巖成因

碳酸鹽巖是與石灰?guī)r礦床關系及其密切的巖石。在影響碳酸鹽巖成因的因素中，巖相古地理環(huán)境最為重要。而特定的巖相古地理環(huán)境是與一定的大地構造背景相一致的。

（1）碳酸鹽巖的旋回性特征;碳酸鹽巖分地臺型和地槽型兩個大類，絕大部分是在海洋中生成的。在地臺型沉積的沉積演化過程中，碳酸鹽巖的形成和發(fā)育是與海侵最大時期及以后的海侵穩(wěn)定有關。在地槽型沉積的旋回發(fā)展中，碳酸鹽巖建造多發(fā)育地槽的晚期階段。通過上述可以看出，地臺區(qū)碳酸鹽巖無論在地史分布還是在發(fā)育程度上均多于地槽區(qū)?？傊?，碳酸鹽巖主要發(fā)育在地臺區(qū)而不是地槽區(qū)，其發(fā)育時間是正當地臺面積逐漸擴大而地槽逐漸縮小的時候。

（2）巖相古地理環(huán)境與碳酸鹽巖分布;巖相古地理環(huán)境與碳酸鹽巖分布的關系，如太子河地區(qū)的馬家溝組，潮上帶巖石以白云巖為主，潮間帶巖石為白云質灰?guī)r、泥質花紋灰?guī)r等，而潮下帶巖石則為中厚層—厚層灰?guī)r。因此可以說，碳酸鹽巖的這種分布特征具有普遍規(guī)律。

通過以上分析可以看出，潮上帶巖石多為白云巖，潮下帶則多為純凈的灰?guī)r，而潮間帶為上述兩者的過度類型。另外，不同相帶巖石化學分析結果統(tǒng)計也顯示出這種規(guī)律性分布的特點。即由潮上帶至潮下帶，CaO由低變高，MgO、SiO2、Fe2O3則由高變低，見表1。

（3）碳酸鹽巖成因分析;通過碳酸鹽巖古地理分布的研究可以看出，碳酸鹽巖的形成主要與淺海潮坪環(huán)境有關，主要有以下原因：一方面淺海環(huán)境下海水比較溫曖，海水深度淺且水壓較低，CO2得以迅速釋放，從而使海水中的碳酸鹽巖形成過飽和，有利于碳酸鹽巖的生成。同時淺海環(huán)境利于藻類生長，藻類的光合作用也從海水中吸收了大量的CO2而且鈣藻本身也是碳酸鹽巖的提供者。另一方面，碳酸鹽巖的生成還與海水的渾濁程度有關。在清水環(huán)境下，無或少有陸源物質加入，有利于生物生長及光合作用的進行，易形成碳酸鹽巖。而在渾濁的海水中，有大量的陸源物質存在并產生沉淀，同時也不利于光合作用進行，因而不易形成碳酸鹽巖。在地質歷史中海侵最大階段，陸表海最發(fā)育，淺海廣泛，而且無或很少陸源物質的加入，因此可以形成大量的碳酸鹽巖。

4 成礦規(guī)律

4.1 石灰?guī)r時間上的成礦規(guī)律

古生代時期省內有華北地臺型和地槽型兩種建造。早古生代沉積環(huán)境為平坦淺海環(huán)境，自下而上為單陸屑式建造—碳酸鹽建造—紫色粘土白云巖建造—異地碳酸鹽建造，有沉積間斷，表現(xiàn)為沉降為主的地殼震蕩運動。下寒武統(tǒng)堿廠組白云質灰?guī)rCaO 30.18%±，MgO 20.23%;中寒武統(tǒng)張夏組灰?guī)rCaO 48.57%，MgO 2.58%;下奧陶統(tǒng)冶里組和亮甲山組灰?guī)rCaO 49±，MgO 1.2%±;中奧陶統(tǒng)馬家溝組灰?guī)rCaoO 51%±，MgO 0.9%±。

綜上所述，碳酸鹽巖沉積地質歷史的演化過程表明：白云巖的產生數量（MgO含量）隨年代由老至新有逐漸減少趨勢，即太古代和早元古代地層的碳酸鹽巖中白云巖占絕對優(yōu)勢，MgO含量最高;從中元古代至古生代的碳酸鹽巖中白云巖逐漸減少，MgO含量漸低。而石灰?guī)r的沉積隨時代變新逐漸增多，CaO含量增高，MgO/CaO值也有變小趨勢。

隨著地質歷史的發(fā)展，鐵鎂質古地殼不斷減少，而酸性巖體逐漸增加，造成Mg2+相對減少，而Ca2+則相對增加被帶入海洋，所以在古生代地層中都沉積形成了豐富的石灰?guī)r。在早古生代地層中即有豐富的石灰?guī)r又有較多的白云巖，在此之前碳酸鹽巖沉積以白云巖為主，之后以石灰?guī)r沉積為主。

此外，在同系地層的下統(tǒng)，中統(tǒng)和上統(tǒng)地層中，石灰?guī)r成礦亦有一定規(guī)律，化學成分也有差異。上下統(tǒng)石灰?guī)r地層沉積處于海侵和海退階段，多為濱海相沉積。在海洋真離子溶液中混有一定量的粘土質膠體溶液，這些膠體晶出粘土礦物混到石灰?guī)r沉積物中，造成石灰?guī)rSiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O含量偏高，而CaO、MgO含量低于中統(tǒng)石灰?guī)r。中統(tǒng)石灰?guī)r是內海侵最大時期形成的，沉積環(huán)境較穩(wěn)定，多為遠離陸地的淺海環(huán)境，由于海水中陸源膠體溶液減少，溶于水中的HCO3-濃度相對增大，使得中統(tǒng)石灰?guī)rCaO、MgO含量均略高于上下統(tǒng)的石灰?guī)r。因此，主要的優(yōu)質石灰?guī)r層位均為中統(tǒng)石灰?guī)r層，例如奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、寒武系中統(tǒng)張夏組等，各組石灰?guī)r質純且厚度大，分布范圍廣，儲量豐富，資源遠景較大，是省內的重要熔劑（含制堿）石灰?guī)r資源層位，見表2。

4.2 石灰?guī)r空間上的成礦規(guī)律

由于在地殼上形成的各種地質構造單元有規(guī)律地控制著各時代地層的形成與展布，因此省內石灰?guī)r成礦在空間上受一定的大地構造單元規(guī)律性控制。遼寧省大地構造位置屬中朝準地臺東北部與內蒙—大興安嶺和吉黑褶皺系的交接部位。以赤峰—開原超巖石圈深斷裂為界，北部為地槽褶皺帶，以南為華北地臺區(qū)。省內石灰?guī)r礦層主要分布于地臺區(qū)內的太子河—渾江、復州、遼西3個臺陷區(qū)和鐵嶺—靖宇臺拱汎河凹陷內。華北地臺區(qū)內蓋層地層屬華北型，石灰?guī)r主要賦礦地層早古生界寒武系、奧陶系的石灰?guī)r礦主要分布于三個集中區(qū)，各集中區(qū)內石灰?guī)r成礦特點分述如下：

（1）太子河地區(qū);該區(qū)大地構造單元屬太子河—渾江臺陷，遼河運動后全區(qū)隆起，晚元古代形成古海盆，海水由西向東浸漫，沉積了青白口系和震旦系下統(tǒng)的海相單陸屑式建造，厚度>1000m，之后海水退出。寒武紀開始又沉積了巨厚的碳酸鹽建造，中奧陶世后全區(qū)抬升。在寒武紀和奧陶紀最大海浸時期，本區(qū)形成了一些主要石灰?guī)r礦床。中寒武世張夏期，該區(qū)西部形成了一個巨大沉降中心，位于遼陽小屯、雙廟子一帶，形成了眾多大中型礦床（小屯、雙廟子、寶鏡山），礦層厚度近500m，到中部原石山、樸家溝一帶礦層厚減至188m，東部桓仁二棚甸子一帶石灰?guī)r厚度變薄至170m?？偟膩砜?，寒武系中統(tǒng)張夏組石灰?guī)r在本區(qū)由西向東，中厚層灰?guī)r逐漸減少，以鮞狀灰?guī)r代之，這表明西部古地理環(huán)境為海盆水體較深的潮下低能帶，到東部則為水體較淺的潮下高能帶。因此西部的遼陽一帶至東部的桓仁二棚甸子一帶，石灰?guī)r礦層由厚變薄，夾層由少變多，CaO含量也由高變低。該臺陷區(qū)中部深南北淺，北部又深于南部，所以石灰?guī)r礦層也以中部厚南北薄、北部厚南部薄的空間成礦規(guī)律與之對應。因此太子河地區(qū)寒武系中統(tǒng)張夏組石灰?guī)r礦床多集中于西部至中部，而北部又多于南部。奧陶紀時期本區(qū)也呈一狹長海盆，海浸最大階段為馬家溝期，在盆地的東西各形成一個沉降中心，一個是遼陽燈塔下缸窯一帶，另一個在桓仁五里甸子一帶，都形成了巨厚的石灰?guī)r沉積，東部為860m，西部為772m，中部本溪一帶石灰?guī)r厚僅136—350m，形成了東部厚西部薄，而中部比西部更薄的特點，工業(yè)礦床多集中于西部。另外，東、西部石灰?guī)r礦床中Fe2O3含量也不同，西部遼陽—本溪一帶石灰?guī)rFe2O3含量為0.31-0.61%，而東部新賓—桓仁一帶Fe2O3為0.02-0.07%，比西部含量低，可能由于西部接近含鐵較高的太古界侵蝕區(qū)所致，所以東部含鐵低的石灰?guī)r更適合用作白水泥。早奧陶世冶里期在本區(qū)東部南甸一帶，形成了較純的石灰?guī)r（電石用灰?guī)r）礦床，據調查在本溪縣太平溝一帶的冶里組中也見有厚層灰?guī)r，厚為15-20m，其化學成分CaO：53.74%，MgO：0.89%，SiO2：1.04%，F(xiàn)e2O3：0.07%，符合熔劑（含制堿）灰?guī)r要求。總之太子河地區(qū)為遼寧省寒武系、奧陶系石灰?guī)r礦產的主要產區(qū)。

（2）復州大連地區(qū);該區(qū)大地構造單元隸屬于復州臺陷，區(qū)內廣泛分布震旦系、寒武系、奧陶系地層。該區(qū)第一個重要的石灰?guī)r礦層位為寒武系中統(tǒng)張夏組，分布較廣。瓦房店、復州灣磨盤山一帶為鮞狀灰?guī)r、結晶灰?guī)r夾少量花紋灰?guī)r，屬潮下坪相;金州龍王廟及灣里一帶為結晶灰?guī)r、頁巖，屬廣海陸棚相、淺海相。該組地層以瓦房店砟窯一帶為沉降中心，厚度556.67m，南部地區(qū)厚度200m，礦層在瓦房店為143m，南部金州北山為87m，表明本區(qū)張夏組石灰?guī)r層由北向南厚度漸薄，而且灰?guī)r規(guī)模和質量都不如太子河地區(qū)。奧陶系中統(tǒng)馬家溝組為本區(qū)第二個重要石灰?guī)r礦層位。北部復州灣三棱山以北地區(qū)，該組巖性為花紋灰?guī)r夾灰質白云巖，屬潮間坪相;南部金州前石灰窯子一帶，該組巖性為灰?guī)r夾花紋灰?guī)r，屬潮下坪相。北部復州灣駱駝山礦床礦層厚452m，南部金州前石灰窯子礦床層厚713.5m，說明奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r厚度由北向南變厚，質量也是南部好于北部。

（3）遼西地區(qū);該區(qū)大地構造隸屬于遼西臺陷，區(qū)內中元古代起全區(qū)為一強烈沉降的海盆，長城紀沉積了2083-4853m厚的濱海—淺海相單陸屑式建造和造礁碳酸鹽建造;薊縣紀海浸擴大，形成厚度大于6000m的沉積層，主要為造礁碳酸鹽建造。本區(qū)局部地段高于莊組和霧迷山組形成工業(yè)礦床，但規(guī)模較小。奧陶系下統(tǒng)冶里組—亮甲山組主要分布于朝陽、錦州、凌源、建昌、葫蘆島一帶，沉積環(huán)境為一開闊陸表海，可分為潮間帶與潮下帶。前者分布于葫蘆島富隆山一帶，石灰?guī)r厚度較薄，為199.9m。后者分布于西部凌源土墻子，厚度364.23m，石灰?guī)r厚度西部厚東部薄，礦石質量也是西部好于東部。奧陶系中統(tǒng)馬家溝組主要分布于喀左叢元號三家子、南票趙家溝一帶，古地理環(huán)境為一開闊陸表海。從東至西按巖性巖相可分為三個相帶：東部為上潮間帶，以白云巖和白云質灰?guī)r為主;中部為下潮間帶，以白云質灰?guī)r和灰?guī)r為主;西部為潮下帶，以灰?guī)r為主。從厚度變化來看，西部厚東部薄，西部喀左一帶石灰?guī)r層厚496m，到東部葫蘆島楊家杖子一帶僅為51m。巖性西部以灰?guī)r為主，而東部以白云質灰?guī)r和白云巖為主。

5 結語

通過上述對早古生界石灰?guī)r含礦層位，在成礦地質背景、成礦地質條件、成礦規(guī)律及分布等方面論述得出：早古生界是我省熔劑（含制堿）石灰?guī)r的重要含礦層位，在地臺區(qū)內的太子河地區(qū)、復州大連地區(qū)、遼西地區(qū)等三個區(qū)是我省的重要的成礦區(qū)域，對今后尋早同類型石灰?guī)r礦床，具有重要的指導意義。

參考文獻

[1]遼寧省地質礦產局.遼寧省區(qū)域地質志.地質出版社，1989.

[2]趙光慧，等.遼寧省石灰?guī)r成礦區(qū)劃報告.2007.

作者簡介：劉洪光（1962—），男，地質高級工程師，主要從事地質礦產勘查及金礦選冶工作。