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中國石灰巖礦資源地質特征


一、 礦床時空分布及成礦規律
  中國水泥石灰巖礦的時空分布廣泛,幾乎在各地質時代眾多層位的地層中都有產出。成礦時代具有北早南晚的特點。北方地區從古元古代早期就開始成礦,南方地區則從新元古代晚期開始。重要賦礦層位北方地區以寒武系、奧陶系為主;南方地區為泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系。在元古宇、志留系中也有產出。
  古元古界礦床主要分布于黑龍江東部、遼東半島、內蒙古西部、甘肅及陜西南部等地,石灰巖已變質為大理巖。中新元古界礦床主要分布于吉林南部、遼東半島、燕山地區、蘇北、河南南部及湖北、四川等地,主要是藻灰巖、疊層石灰巖和白云石化石灰巖。其中:黑龍江東部麻山群大理巖和遼東半島營城子組石灰巖等,是東北地區重要的賦礦層。
  早寒武世燕遼、豫西、淮南等地沉積有白云巖化豹皮灰巖和石灰巖。中寒武世張夏組是北方地區重要的賦礦層位,主要分布于吉林南部、遼寧南部、內蒙古南部、北京、河北、山西、河南、山東、江蘇北部、安徽北部等地。晚寒武世在河北、山東、北京、山西等地,廣泛分布礫屑(竹葉狀)石灰巖礦床。華南地區寒武系礦床主要分布于大巴山、米倉山、安徽南部、浙江西部及貴州局部地區。
  中奧陶世馬家溝組是北方地區極重要的賦礦層位,廣泛分布于山東、山西、河南、河北、陜西及遼寧等地。北緯42°以南與石家莊、太原、銀川一線以北地區分布的冶里組及亮甲山組下部石灰巖,山西中部南部、河北南部分布的峰峰組石灰巖,也是重要的賦礦層位。陜西南部、甘肅永登一帶分布中奧陶統礦床,華南地區的蘇南、浙西、川鄂湘交界處等地,也分布有中下奧陶統礦床。
  志留系礦床分布于黑龍江大興安嶺、吉林中部、內蒙古、新疆天山南北,青海昆侖山北麓等地。下中泥盆統石灰巖(大理巖)礦主要分布于南天山和大興安嶺、張廣才嶺地區。廣泛分布于云南東部、廣西、四川中部、湖南中南部、廣東西北及貴州南部等地的中上泥盆系,是南方地區重要的賦礦層位。
  石炭系是中國的重要賦礦層位。南方地區下石炭統礦床分布于四川東部、云南東部、湖南、廣東等地,其中:石磴子段和梓門橋段是主要賦礦段。中上石炭統石灰巖在南方分布最廣,尤其是中統黃龍組和上統船山組水泥石灰巖礦床,遍布廣東、江西、四川、湖南、湖北、云南東部、廣西、浙江、福建、江蘇、安徽等地。此外,秦嶺和祁連地區,塔里木盆地周緣、甘肅南部、青海歐龍布魯克和中吾農山,內蒙古及東北地區等地,也有石炭系礦床分布。
  二疊系是中國南部、東北及西北地區的重要賦礦層位。在四川、云南、貴州、廣西、廣東、湖南、湖北、江西、安徽南部、江蘇南部、浙江西部及福建西部等地,廣泛分布下二疊統棲霞組礦床,其上的茅口組石灰巖主要分布于貴州與廣西一帶。黑龍江南部二疊系下統玉泉組賦存水泥大理巖礦,吉林、內蒙古也有二疊系石灰巖零星出露。西北地區下二疊統礦床主要分布于秦嶺-祁連山地區和昆侖-巴顏喀拉山地區。
  三疊系也是中國南方的重要賦礦層位。其下統下部大冶組礦床廣泛分布于四川東北、湖南、江西、福建西部、江蘇、浙江及安徽等地,下統上部的嘉陵江組也有礦床分布,中統雷口坡組礦床主要分布于浙江、江蘇、安徽和四川東南及云南東部等地。此外,秦嶺-祁連山地區也有三疊系石灰巖分布。
  中國水泥石灰巖礦床成因以海相沉積為主,內陸湖相沉積石灰巖難以形成質優量大的工業礦床。大地構造位置及其演化對石灰巖的沉積和成礦具有明顯的控制作用。地臺區內部淺海沉積的石灰巖,巖性巖相穩定,厚度雖然不大,但化學成分變化小,同一層位可在大區域內成礦;古陸邊緣沉積的石灰巖,其巖相、厚度及化學成分往往在短距離內發生較大變化;地槽活動階段則很難形成純凈的水泥石灰巖。
  水泥石灰巖礦的成礦不僅與其沉積環境和成巖物質成分有關,而且成巖后的一些后生變化對成礦的影響也很大。構造運動產生褶皺、斷裂,可造成石灰巖層的隆起剝蝕、拗陷覆蓋,或對礦體的破壞;地下水的運動和溶蝕作用,使一些石灰巖礦床產生巖溶現象,給礦山勘查、開采帶來困難,嚴重的可影響礦山的利用;巖漿活動發育,不僅分割、破壞礦體,而且還導致礦石化學成分的改變;白云巖化作用對礦石質量影響很大,白云石使礦石中MgO含量增高,或降低質量,或形成夾石,嚴重的致使礦床難以開采利用。
二、 礦 床 類 型
  中國水泥石灰巖礦床按成因分為:化學或生物化學沉積礦床、機械碎屑沉積礦床、生物化學沉積礦床及重結晶礦床4種類型。
(一) 化學或生物化學沉積礦床
  該類型礦床是最主要的水泥石灰巖礦床類型,探明儲量占全國累計探明儲量的90%以上。按其巖性又可分為泥晶石灰巖礦床和鮞狀石灰巖礦床兩種。泥晶石灰巖礦床的成礦時代與分布范圍廣泛,幾乎各主要賦礦地層中均有產出,多數水泥石灰巖礦床都屬于此類型,典型礦床有河北邯鄲峰峰、四川峨眉黃山及安徽銅陵傘形山等水泥石灰巖礦床。此類型礦床礦體形態一般較簡單,呈層狀或似層狀,走向延伸可達幾千米,厚度幾米至幾十米甚至上百米,礦床規模以大、中型為主。礦石一般呈灰-深灰色,泥晶結構,塊狀構造,化學成分純凈,雜質含量少,CaO含量高的可達55%,MgO含量低,是優質水泥石灰質原料。泥晶石灰巖一般在水能量較低的淺海,(氵舄)湖環境中較發育。泥晶顆粒一般小于0.01mm,其來源一是由于海水中CaCO3飽和而產生化學沉淀;二是生物遺體的分解或粒屑機械磨蝕而成。
  鮞粒石灰巖的形成與波浪水流作用有關,常具大型交錯層理。鮞粒是在潮汐作用下的沙壩或三角洲地區形成的,其外殼是由無機沉淀下來的文石在運動的鮞粒的鮞核上短期間斷性沉淀而成。鮞粒石灰巖礦床在中國北方分布較廣,例如:山東滕縣馬山、河北獲鹿王屋、北京昌平文殊峪、遼寧遼陽小屯等水泥石灰巖礦床屬于此種類型,在浙江、廣西、云南及四川等地也有此種礦床分布。此種礦床礦體形態以層狀為主,層位較穩定,厚度幾米至幾十米,礦床規模以大、中型為主。礦石顏色從淺至暗色均有,粒屑結構,亮晶膠結為主,塊狀構造,化學成分中CaO含量48%~50%,MgO含量因易于白云巖化而變化較大,含量過高時形成夾石,使礦體結構復雜化。
(二) 機械碎屑沉積礦床
  該類型礦床主要分布于中國北方寒武系上統和奧陶系下統,南方上泥盆統和下三疊統也有產出。一般是在海水進退頻繁,振蕩運動強烈,沉積環境常常變化的條件下,由于潮汐波浪對碳酸鹽沉積物反復剝蝕、搬運、沉積的結果,在潮上帶或潮間帶成礦。巖性以礫屑、砂屑、粉屑石灰巖為主,常夾有泥晶石灰巖和鮞粒石灰巖。例如:山西大同七峰山、山東青州明祖山、廣西柳江勞稿山等水泥石灰巖礦床均屬于此類型。礦體形態呈層狀、似層狀,厚幾米至十幾米,礦床規模為小到大型。礦石呈淺灰,灰褐或灰黃色,粒屑結構、薄層狀構造,泥晶或亮晶膠結,泥質、鐵質含量較高,常見生物碎屑如腕足類、三葉蟲、介形蟲、棘皮屑等,化學成分變化較大,CaO含量一般較低,由于沉積環境蒸發作用較強烈,易形成高鎂鹵水使石灰巖發生白云巖化,因而MgO含量往往偏高,SiO2、Al2O3含量也較高。
(三) 生物化學沉積礦床 
  目前尚未發現典型的生物石灰巖-礁石灰巖礦床,常見的是一些以富含生物碎屑為標志,與生物成因密切相連的水泥石灰巖礦床。此類礦床在中國南方和北方都有分布,尤其是南方地區的上古生界中最發育。例如:浙江、江蘇、安徽、江西等地石炭系中統的黃龍灰巖是以科化石和海百合化石為主的生物碎屑石灰巖,其上的石炭系上統船山灰巖是以核形石及其他生物碎屑為主的生物碎屑石灰巖;廣西、貴州、云南等地泥盆系中上統藻球(團)粒石灰巖和陜西、四川、云南等地二疊系生物碎屑石灰巖;遼寧前寒武系和河北薊縣震旦系疊層石灰巖及藻灰巖等,所構成的水泥石灰巖礦床均屬于此類型。礦床形成于正常鹽度的溫暖、清潔、透光的淺海環境中,受生物種類、繁盛程度、保存程度的制約。礦體常呈層狀產出,形態較穩定,厚度幾米至幾十米甚至幾百米,礦床規模以大、中型為主。礦石呈灰-黑色,粉屑結構,塊狀構造,含有的生物碎屑種類多,如有孔蟲、介形蟲、腕足類、腹足類、層孔蟲等,常夾有泥晶、粉晶石灰巖。由生物骨骼堆積而成的生物碎屑石灰巖礦石中,CaO含量一般在50%以上,MgO含量低,是優良的水泥石灰質原料。此外,全部由微體生物組成的白堊和現代海灘堆積的貝殼,也可用作水泥石灰質原料。
(四) 重結晶礦床
  此類型礦床是由于巖漿侵入和區域變質作用,石灰巖經重結晶后而形成的。黑龍江省所探明的水泥大理巖礦床均屬于此類型,在新疆、遼寧、內蒙古等地也有分布,例如:黑龍江阿城新明、新疆和靜熱呼等水泥大理巖礦床。石灰巖經重結晶后成為結晶灰巖或大理巖,重結晶完全時,形成各種晶粒結構,方解石礦物結晶較粗,當重結晶不完全時,則形成各種原生結構的殘余結構,具有塊狀構造。由于巖石重結晶后孔隙度降低,因此礦石密度較大,硬度增高。此類礦床礦體形態一般較復雜,有層狀、似層狀,也有透鏡狀、巢狀等,不同礦床礦體厚度變化很大,一般厚度為幾米至幾十米,有的可達二三百米,礦床規模以中、小型為主。大理巖的化學成分較穩定,CaO含量一般大于52%,MgO含量低,但常因硅化作用對礦石質量造成不良影響,巖脈穿插往往破碎了礦體的完整,給開采利用帶來困難。
三、 典 型 礦 床
(一) 河北邯鄲峰峰水泥石灰巖礦床
  該礦床是化學或生物化學作用沉積形成的。位于邯鄲市區南西29km,礦區出露地層有第四系黃土、上石炭統鋁土質粘土或灰巖、中奧陶統石灰巖,單斜產出,走向北東20°,傾角5°~30°。區內斷裂發育,常錯斷礦層,但對礦石質量影響很小。
  礦體賦存于中奧陶統石灰巖中。巖性較復雜,粉-泥晶石灰巖與白云石化豹斑狀粉-泥晶石灰巖呈互層出現。自上而下礦體頂板為黃色土狀泥質石灰巖,灰白色砂質石灰巖,灰色致密狀粉-泥晶石灰巖及礫巖等,各處厚度不等,有的已被剝蝕掉,最厚的可達幾十米。Ⅰ號礦層巖性為灰色致密狀粉-泥晶石灰巖,灰黃色土狀泥質灰巖,灰色粉-泥晶石灰巖夾豹斑狀石灰巖,以泥晶石灰巖為主,厚度58m。Ⅰ號礦層與Ⅱ號礦層之間的夾層巖性為黃色土狀白云質石灰巖夾灰色結晶石灰巖,厚度6~9m。Ⅱ號礦層巖性為灰色粉-泥晶石灰巖,厚度27.92m。礦體底板巖性為泥質、白云質灰巖等。
  礦石類型主要有兩種:①灰色粉-泥晶石灰巖,粉-泥晶結構,塊狀構造,含少量砂屑、生物屑、鮞粒等。礦物成分中方解石含量達99%,含少量石英、泥質及褐鐵礦。②灰色夾褐色斑狀白云石化豹斑狀石灰巖,粉-泥晶結構,豹斑狀構造。礦物成分以方解石為主,含較多白云石及少量石英、褐鐵礦。白云石呈自形菱形晶體,顆粒較小,彼此以平直的晶面鑲嵌產出,形成礦石中的“豹斑”。
  礦石質量穩定,Ⅰ、Ⅱ礦層礦石化學成分:CaO 54.31%、54.39%,MgO 0.70%、0.66%,SiO2 1.2%,Al2O3 1%、1.1%,Fe2O3 1.2%、0.9%,SO3 0.07%,是優良的水泥石灰質原料。礦床規模為大型,已開采利用,為邯鄲水泥廠的原料基地。
(二) 廣西柳江勞稿山水泥石灰巖礦床
   該礦床屬機械碎屑沉積礦床。礦體賦存于泥盆系上統融縣組中,呈厚層狀單斜產出,傾向南西,傾角32°~64°,分布長度1 030m,寬度650m,厚度1 000m。自下而上分為3層(圖4.19.3)。一礦層為灰色亮晶鮞粒石灰巖,厚214m;二礦層為灰色亮晶鮞粒石灰巖,厚275m;三礦層為淺灰色。灰、灰色亮晶砂屑石灰巖,厚476m。礦層中夾石為高鎂質的白云質灰巖、白云巖團塊、條帶和透鏡體,一般長度大于8m,寬度大于6m,個別大的可達300m,多順層產出,以三礦層中夾石較多,二礦層中較少。礦石類型分為亮晶鮞粒石灰巖和亮晶砂屑石灰巖兩種,主要是鮞粒與碎屑結構的差異,均具塊狀構造,礦物成分和化學成分變化不大。主要礦物成分為方解石,占99%,含少量白云石,化學成分分別為:CaO 54.7%、54.9%,MgO 0.90%、0.84%,SiO2 0.39%、0.34%,Al2O3 0.08%、0.07%,Fe2O3 0.07%。本礦床礦石質量好且穩定,是良好的水泥原料,礦床規模為大型,計劃近期利用。礦區巖溶較發育,巖溶率6.7%,開采中要引起注意。
(三) 浙江杭州石龍山水泥石灰巖礦床
  該礦床是生物作用沉積的。礦區位于杭州市南西17km,為石龍山向斜的一部分,軸向自西而東由北北西逐漸轉向東西向。核部地層為石炭系上統船山組石灰巖,兩翼為下石炭統珠藏塢組砂頁巖,傾角南翼為38°~56°,北翼為50°~68°。區內斷裂較發育,北翼地層受構造影響而缺失較多。
  礦體賦存于石炭系中統黃龍組和上統船山組中,呈長條帶分布。共分6層礦:第一礦層為含生物碎屑泥-粉晶石灰巖,第二礦層為粉晶生物屑石灰巖,第三礦層為生物屑泥-粉晶石灰巖,第四礦層為亮晶球(團)粒生物屑石灰巖,含硅、鈣質結核,第五礦層為生物碎屑石灰巖,第六礦層為灰黑色中厚層石灰巖。其中:第四礦層為主礦體,長2 900m,厚64~105m。
  礦石類型主要有兩種:①粒屑粉晶石灰巖,呈灰色,球粒生物碎屑粉晶結構,塊狀構造。生物碎屑含量20%~30%,有、介形蟲、苔蟲、腕足類等多種,球粒由泥晶方解石組成,含量不定,粉晶含量約為60%,亮晶約為10%,礦物成分中方解石占95%~99%,白云石1%~5%,偶見石英。②生物碎屑石灰巖,呈灰色,亮晶球(團)粒生物屑結構,塊狀構造。生物碎屑種類同前,含量為30%~35%,球粒含量10%~20%,核形石含量有時達20%,粉晶、亮晶含量10%~35%。礦物成分以方解石為主,含少量白云石。礦石化學成分:CaO 54.69%、MgO 0.26%、K2O+Na2O 0.05%、SiO2 1.65%、SO3 1.65%,燒失量41.7%,礦石質量好,礦床規模大,是良好的水泥石灰質原料,已開采利用,供應杭州市第二水泥廠等。
(四) 黑龍江阿城新明水泥大理巖礦床
  該礦床是石灰巖經重結晶作用而形成的。礦區位于軸向北東的向斜西翼,出露地層主要有下二疊統玉泉組及土門嶺組,由于海西-燕山期巖漿活動和斷裂構造發育,地層出露形態很不完整。出露的巖漿巖有燕山早期斑狀花崗閃長巖、閃長玢巖、細粒花崗巖、斜長花崗斑巖及鈉長斑巖等巖脈,以及海西期的花崗巖和閃長玢巖等。圍巖蝕變發育,以夕卡巖化為主,次為角巖化、硅化,對礦石質量有一定影響。
  礦體賦存于下二疊統玉泉組大理巖中,呈北東-南西向延伸,傾向南東,傾角55°~70°,被斷層分割成東、西兩部分,東礦體長520m,寬280m,厚226m。西礦體長1 400m,寬340m,厚277m。頂板為下二疊統土門嶺組變質砂巖、板巖;底板為玉泉組變質細砂巖。粉砂巖沿斷層接觸帶斷續有夕卡巖分布。
  礦石類型單一。大理巖呈灰白、乳白色,有時呈黃褐色,中粗粒花崗變晶結構, 塊狀構造。 礦物成分中方解石含量98%,呈他形粒狀,粒徑一般2~4mm,褐鐵礦含量1%。礦石化學成分: CaO 51.36%~55.63%,MgO 0.05%~1.63%,SiO2 <1%,Al2O3 0.29%~0.3%, Fe2O3 0.19%, 燒失量42.52%。 礦石質量好, 已開采利用, 供應哈爾濱水泥廠等。



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