滕州市中頂山灰?guī)r礦地質(zhì)特征及成因類型

楊學(xué)生

（山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院， 山東 臨沂 276006）

0 引言

中頂山灰?guī)r礦位于滕州市羊莊鎮(zhèn)的東部地區(qū)，屬淺海相沉積層狀礦床礦區(qū)。為籌建大型水泥有限公司的礦山建設(shè)提供設(shè)計(jì)資源量等地質(zhì)依據(jù)，山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院自2005年9月至2006年3月在本區(qū)開(kāi)展過(guò)地質(zhì)工作，對(duì)本區(qū)的灰?guī)r礦地質(zhì)特征及成因研究，對(duì)于有效的指導(dǎo)礦山生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)背景

中頂山灰?guī)r礦位于滕州市羊莊鎮(zhèn)的東部地區(qū)，屬淺海相沉積層狀礦床礦區(qū)位于中朝地臺(tái)(Ⅰ)、魯西臺(tái)背斜(Ⅱ)、魯中隆斷區(qū)(Ⅲ)、尼山隆斷區(qū)（Ⅳ）、山亭斷塊凸起（Ⅴ）西部桑村穹隆構(gòu)造單元南東邊緣地帶，棗（莊）-陶（莊）斷陷（Ⅴ）北側(cè)。屬剝蝕低山丘陵區(qū)[1]。

巖漿巖以桑村穹隆內(nèi)部最為發(fā)育，穹隆核部以傲徠山超單元條花峪單元為主，巖性為中粗粒黑云二長(zhǎng)花崗巖；其次為嶧城超單元馬家河單元(yM)中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖。區(qū)域礦產(chǎn)以建筑石料用灰?guī)r和水泥用灰?guī)r最為豐富。

2 礦床特征

2.1 地層

礦區(qū)南東方向分布地層為：朱砂洞組、饅頭組、張夏組、崮山組和炒米店組。地層產(chǎn)狀受桑村穹隆影響，呈單斜產(chǎn)出，地層傾向南東、東、北東。第四系山前組主要分布在山谷低洼地帶。

）：分布在礦區(qū)西北邊部，出露范圍較小。僅有上灰?guī)r段，巖性上部為黃灰色中厚層薄泥紋泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾厚層藻灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r和頁(yè)巖、藻凝塊白云巖；下部為含燧石條帶（或結(jié)核）灰?guī)r、灰色中厚層云斑泥晶灰?guī)r、藻泥晶砂屑灰?guī)r。厚度約86m。

（4）寒武紀(jì)崮山組（∈jG ）：分布在山體頂部，多呈“山帽”地貌，巖性為黃灰色中薄層疙瘩狀灰?guī)r及薄層灰?guī)r及黃綠色頁(yè)巖。出露厚度約10-30m。

2.2 構(gòu)造

單斜構(gòu)造:礦區(qū)內(nèi)地層總體走向?yàn)楸睎|，一般10°－65°；傾向南東，傾角6°-17°。斷裂構(gòu)造:礦區(qū)內(nèi)斷裂主要分布在南西部，北部斷裂規(guī)模較小，對(duì)礦層完整程度影響甚微。

節(jié)理構(gòu)造:礦區(qū)內(nèi)風(fēng)化節(jié)理和構(gòu)造節(jié)理都不太發(fā)育。

2.3 巖漿巖

3 礦床地球化學(xué)特征

3.1 礦層特征

將礦區(qū)內(nèi)礦體劃分為3個(gè)礦層，分別為：1礦層、2礦層、3礦層

（1）1礦層

1礦層包括張夏組下灰?guī)r段、張夏組上灰?guī)r段1巖性層、2巖性層、3巖性層三個(gè)自然巖性層。該礦層南北延伸長(zhǎng)1160m-1500m，東西傾向?qū)捈s250m-600m。礦層產(chǎn)出標(biāo)高范圍：+342m-110m。

張夏組下灰?guī)r段，巖性為青灰色厚層鮞?；?guī)r，呈單斜層狀分布于礦體的下部。平均厚度53m。

礦床礦層單工程控制厚度最大141m，最小30米，平均89.36m。厚度變化系數(shù)38.01%，小于40%，屬厚度穩(wěn)定型。

礦床礦層單工程品位最高 CaO:53.03%,MgO:0.83%；最低CaO:49.65%,MgO:2.15%；平均CaO 51.43%、MgO1.67%。品位變化系數(shù)CaO：1.55%、MgO：23.87%，遠(yuǎn)小于40%，屬組分分布均勻型。該層礦石品級(jí)為Ⅰ級(jí)。

（2）2礦層

對(duì)應(yīng)層位為張夏組上灰?guī)r段4巖性層下部。該礦層南北延伸長(zhǎng)730m-780m，東西傾向?qū)捈s30m-480m；產(chǎn)出標(biāo)高范圍：+300m-+116m。

礦床礦層單工程控制厚度最大17m，最小12m，平均13.54m。厚度變化系數(shù)11.72%，小于40%，屬厚度穩(wěn)定型。

礦床礦層單工程品位最高 CaO:48.73%,MgO:2.41%；最低CaO:46.73%,MgO:3.35%；平均CaO 47.86%、MgO2.96%。品位變化系數(shù)CaO：1.35%、MgO：9.68%，遠(yuǎn)小于40%，屬組分分布均勻型。該層礦石品級(jí)為Ⅱ級(jí)。

（3）3礦層

礦層位于張夏組上灰?guī)r段5巖性層。該礦層南北延伸長(zhǎng)740m-800m，東西傾向?qū)捈s30m-400m。產(chǎn)出標(biāo)高范圍：+263m-+170m。

巖性以青灰色厚層藻灰?guī)r為主，上部為青灰色夾雜灰黃色團(tuán)塊中厚層-厚層云斑灰?guī)r，底部常具2-4m青灰色鮞粒灰?guī)r，與上部藻灰?guī)r常呈陡坡地貌，礦床礦層單工程控制厚度最大36m，最小28米，平均29.59m。厚度變化系數(shù)9.25%，遠(yuǎn)小于40%，屬厚度穩(wěn)定型。

礦床礦層單工程品位最高 CaO:52.45%,MgO:0.63%；最低CaO:49.54%,MgO:2.32%；平均CaO51.58%、MgO1.30%。品位變化系數(shù)CaO：2.22%、MgO：45.35%，CaO遠(yuǎn)小于40%，MgO雖略大于40%，但總體品位遠(yuǎn)小3%Ⅰ級(jí)品下限，仍屬組分分布均勻型。該層礦石品級(jí)為Ⅰ級(jí)。

3.2 礦石質(zhì)量

（1）礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分

本礦床的礦石主要為藻灰?guī)r（藻丘灰?guī)r、藻凝塊灰?guī)r、藻屑灰?guī)r）、鮞?；?guī)r、云斑灰?guī)r，少量泥晶灰?guī)r等。

a礦石結(jié)構(gòu)

鮞粒結(jié)構(gòu)：粒徑0.5-2.0mm，鮞粒含量大于50%，鮞粒以薄皮鮞為主，鮞核部多為重結(jié)晶的方解石，少量為生物碎屑，填隙物為泥晶-亮晶方解石，呈基底式膠結(jié)和孔隙式膠結(jié)。巖石斷面上常具不規(guī)則的富集鮞粒條帶為特征。

藻凝塊結(jié)構(gòu)：主要由暗色有機(jī)質(zhì)的藻凝塊組成，藻凝塊常被微-細(xì)晶亮晶方解石交代而呈不規(guī)則斑塊。有的為砂狀或礫狀凝塊石。

藻丘結(jié)構(gòu)：一般由富藻紋層和富屑紋層組成，富藻紋層主要成份是藻灰泥，色暗，富屑紋層由微晶方解石組成，淺灰色。平面上呈波狀起伏或呈園丘狀產(chǎn)出，直徑0.15-0.6m，丘間隙充填泥灰質(zhì)。

云斑結(jié)構(gòu)：基質(zhì)為泥晶方解石及微晶方解石，云斑一般不超過(guò)20%，呈云朵狀、斑塊狀，云斑為黃褐色、灰黃色泥質(zhì)方解石和白云質(zhì)組成，含少量泥質(zhì)，多平行層理，呈間層狀、斷續(xù)分布。

泥晶結(jié)構(gòu)：主要礦物成分方解石，粒徑0.03mm以下， 表現(xiàn)為均勻、細(xì)致、常含少量泥質(zhì)，層理細(xì)密。顯微鏡下呈它形粒狀，多為鮞粒灰?guī)r的膠結(jié)物（基質(zhì)）。

b礦石的構(gòu)造

礦石主要構(gòu)造為層狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、局部有縫合線構(gòu)造、疊層石構(gòu)造等。

c礦石的礦物成分

礦石的礦物成分主要為方解石（占95%以上），次為白云石，含量一般多為2-5%，還有極少量的鐵泥質(zhì)、硅質(zhì)。局部沿裂隙有淋積的石膏等礦物。

d礦石的化學(xué)成分

全礦床礦石平均組分：CaO 51.27%、MgO 1.72%、K2O+Na2O 0.32%、SiO2 2.42%、Al2O3 0.62%、Fe2O3 0.42%、SO3 0.059%、Cl— 0.016%、LOI 42.12%，本礦區(qū)礦石質(zhì)量?jī)?yōu)良，有害組分含量較低，屬低堿水泥用灰?guī)r礦。

3.3 礦石類型及品級(jí)

（1）礦石類型

a自然類型

根據(jù)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征，礦床內(nèi)礦石可分藻灰?guī)r（藻丘、藻屑、藻凝塊）、鮞?；?guī)r、云斑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r等四種類型。

鮞?；?guī)r：礦石呈青灰色，風(fēng)化面遠(yuǎn)觀為灰白色，鮞粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，呈厚層-中厚層狀構(gòu)造，局部具斜層理、交錯(cuò)層理。主要礦物成分為方解石，占95%以上，含少量白云石和粘土礦物。常含砂屑和生物碎屑、海綠石等。

按膠結(jié)性質(zhì)有泥晶膠結(jié)和亮晶膠結(jié)，張夏組下灰?guī)r段下部多為亮晶膠結(jié)，上部多為泥晶膠結(jié)。藻灰?guī)r，主要分布在1礦層中上部，3礦層中下部，是張夏組上灰?guī)r段的主要巖性，可分為藻丘灰?guī)r、藻屑灰?guī)r、藻凝塊灰?guī)r，礦石呈青灰色、塊狀構(gòu)造，部分殘留疊層石狀構(gòu)造，藻凝塊結(jié)構(gòu)、生物碎屑結(jié)構(gòu)。

主要礦物成分為方解石化的藻絮、藻球粒及部分亮晶方解石顆粒和三葉蟲(chóng)肢體，白云石呈填隙物分布于藻體間隙中，局部形成褐黃色斑紋。方解石占95%以上，含少量白云石和粘土礦物。

云斑灰?guī)r，分布于1礦層中部，2礦層全部，3礦層中上部，常與藻灰?guī)r呈互層狀產(chǎn)出。

泥晶結(jié)構(gòu)、云斑結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，主要礦物為方解石，占80%-90%左右，含少量白云石和粘土礦物。

b工業(yè)類型：

據(jù)水泥用灰?guī)r礦工業(yè)技術(shù)指標(biāo)，本礦床內(nèi)的礦石均為水泥用灰?guī)r礦。

（2）礦石品級(jí)

根據(jù)本類礦床工業(yè)技術(shù)指標(biāo)要求，其礦石平均化學(xué)組分為CaO50.38-52.18%、MgO0.93-2.03%，總體達(dá)到Ⅰ級(jí)品。2礦層基本成分平均品位為CaO47.92%、MgO 3.05%，礦石為Ⅱ級(jí)品。

4 礦床成因及找礦前景

4.1 礦床成因類型

綜合礦床基本形態(tài)和礦石成分具以下基本特征：a：礦體呈規(guī)則層狀，厚度、成分極其穩(wěn)定。b：礦石具鮞粒結(jié)構(gòu)、藻屑結(jié)構(gòu)、富含藻和三葉蟲(chóng)等海相生物肢體，顯示氣候相屬濕熱環(huán)境。c：礦石具亮晶加泥晶結(jié)構(gòu)，除局部有細(xì)層構(gòu)造，大多呈厚層至巨厚層甚至塊狀構(gòu)造，部分有交錯(cuò)層理和斜層理，顯示水體較淺、水動(dòng)力較強(qiáng)沉積環(huán)境。據(jù)此分析，本礦床的成因類型為：在比較穩(wěn)定的潮下高能環(huán)境中沉積而成的化學(xué)、生物化學(xué)碳酸巖鹽沉積礦床。

在當(dāng)時(shí)溫?zé)釟夂蛳赂吣墉h(huán)境中，過(guò)飽和海水中CaCO3圍繞縣浮狀態(tài)的砂、內(nèi)碎屑、生物碎屑、等小質(zhì)點(diǎn)，沉積形成泥晶方解石，隨著在海水多次間隙性攪動(dòng)，泥晶方解石結(jié)晶越來(lái)越多，逐漸形成渾圓形鮞粒，當(dāng)鮞粒的質(zhì)量達(dá)到足以克服海水的機(jī)械能量時(shí)，便在海底沉積下來(lái)，當(dāng)海水機(jī)械能量變大時(shí)，有一部分鮞又被海水?dāng)_動(dòng)起來(lái)，繼續(xù)懸浮在在飽和CaCO3表層海水中，圍繞鮞粒表面又繼續(xù)發(fā)生沉淀結(jié)晶作用，又增加了一個(gè)同心圓。如此反復(fù)多次，直到海水的水動(dòng)力條件不能把它擾動(dòng)起來(lái)，鮞粒便最后沉積于海底形成鮞粒灰?guī)r，鮞粒同心層數(shù)可以指示其呈懸浮狀態(tài)的次數(shù)，同心層外殼的厚層又可以指示其處于反復(fù)作用過(guò)程中時(shí)間的長(zhǎng)短，沉積于海底的鮞粒間又不斷沉淀了泥晶方解石及粘土質(zhì)礦物，經(jīng)后期固結(jié)成巖作用，最后形成了鮞粒灰?guī)r。在鮞粒形成過(guò)程中，同時(shí)又有少量生物碎屑、亮晶白云石、藻球粒、藻凝塊沉淀時(shí)，可形成生物碎屑灰?guī)r、白云質(zhì)鮞粒灰?guī)r及藻凝塊鮞?；?guī)r等不同的巖石類型。

在鮞粒固結(jié)成巖過(guò)程中，海水中富含的含鎂鹵水在Mg2+達(dá)到一定濃度時(shí)，進(jìn)入滲透性較好的鮞粒中，交代了鮞粒中的泥晶方解石產(chǎn)生白云巖化，形成了白云石變晶鮞粒，同時(shí)鮞粒間的膠結(jié)物，也產(chǎn)生不同程度的白云石交代方解石的現(xiàn)象，由于飽和溶液中的Mg2+對(duì)方解石的生長(zhǎng)產(chǎn)生控制作用，而對(duì)白云石晶體的生產(chǎn)不產(chǎn)生抑制作用，故白云石呈常較大的菱形晶體，自形程度明顯好于方解石。

當(dāng)海水相對(duì)較淺進(jìn)，鈣藻類生物比較繁盛，如紅藻類及綠藻類的傘藻科、毛藻科等，可以分泌鈣質(zhì)或促使水介質(zhì)中鈣質(zhì)的沉淀，也可以通過(guò)藻類的特殊生長(zhǎng)方式，如藍(lán)綠藻類生物在生命活動(dòng)過(guò)程中，沉淀并粘結(jié)成巖而成凝塊石。藻類生長(zhǎng)過(guò)程中，提供大量生物和生物化學(xué)成因的碳酸鹽沉積物，當(dāng)其中的CaCO3趨于飽和時(shí)，便形成泥晶方解石沉淀。泥晶方解石呈膠結(jié)物狀態(tài)充填于藻凝塊石中，經(jīng)后期固結(jié)成巖作用而形成藻凝塊灰?guī)r，藻凝塊灰?guī)r中所含鮞粒表明形成環(huán)境為靜水—強(qiáng)烈擾動(dòng)的潮間帶環(huán)境。

礦床形成的控制因素為：（1）在沉積環(huán)境上屬淺海臺(tái)地邊緣相帶、陸架邊緣盆地相、臺(tái)地邊緣生物礁灘相的沉積；（2）在礦物成分上受方解石、白云石多少的影響，白云石含量的增多，造成礦石質(zhì)量的下降或不符合工業(yè)指標(biāo)的要求；（3）在化學(xué)成分上，受CaO、MgO含量的控制，該礦床CaO、MgO為劃分礦石品級(jí)的重要參數(shù)。

4.2 找礦標(biāo)志

水泥用灰?guī)r礦的找礦標(biāo)志主要有：

寒武紀(jì)張夏組上下灰?guī)r段為該區(qū)水泥用灰?guī)r礦礦體賦存層位。與礦床底板紫紅色砂巖和頂板黃綠色頁(yè)巖夾薄層灰?guī)r分界明顯。

在地貌特征上，一般呈正地形，于地表多形成聳立突兀的山體地貌，局部常具大的巖石陡坎。

礦床礦石風(fēng)化多呈灰—灰白色，新鮮面為青灰色，呈較穩(wěn)定層狀，厚—巨厚層構(gòu)造。

植被一般不發(fā)育，顯示出裸露山的特點(diǎn)，與植被較發(fā)育的底板、頂板地貌差異明顯。

[1]《山東省滕州市中頂山礦區(qū)灰?guī)r礦詳查地質(zhì)報(bào)告》(主編：楊學(xué)生等)（內(nèi)部資料）