浙江長興大煤山礦區石灰巖礦地質特征及礦床成因淺析

沈徐睿

(中國建筑材料工業地質勘查中心浙江總隊，浙江 杭州 310022)

長興縣大煤山石灰巖礦是浙江省北部優質的水泥原料礦山[1]，礦山資源儲量規模大，礦石質量好，加工技術性能優良。本文根據數次野外地質勘查成果，研究了區域地質特征和礦石質量特征，總結了礦床成因，以期為今后大煤山及其周邊地區石灰巖找礦提供理論依據。

1 區域地質概況

大地構造位置屬揚子準地臺(Ⅰ地)，錢塘臺褶帶(Ⅱ褶)，昌化—普陀大斷裂(Ⅲ化)，學川—湖州大斷裂(Ⅳ湖)的北東端[2]。研究區處于安吉—長興褶皺帶的中部之煤山盆地內，本地區為煤山復向斜構造，由煤山向斜、獅子山向斜、千井灣背斜等次一級構造以及燕山期繼承性褶皺—溫塘向斜組成[3]。該復向斜軸向北東45°～50°，北東端抬起、南西端傾伏，長12km，最寬處6km。向斜核部為侏羅系馬澗組，往兩翼依次過渡為三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系地層。礦區位于煤山向斜的東翼長岕—煤山一帶。其中下三疊統為主要含礦層[4]。區域內未見巖漿活動。

2 礦區地質特征

2.1 地層

整個礦區位于煤山向斜的南東翼，出露的地層主要有上二疊統龍潭組(P2l)、上二疊統長興組(P2c)、下三疊統殷坑組下段(T1y1)、殷坑組上段(T1y2)、和龍山組(T1h)、南陵湖組(T1n)。由老至新分述如下：

(1)上二疊統龍潭組(P2l)：出露于礦區的北部，大部分被第四系覆蓋。沿南西—北東展布，沿走向出露長度820m，寬度在176 ～486m 之間。主要為灰黑色頁巖、粉砂質頁巖、泥質粉砂巖，風化后松散易破碎。根據鉆孔及推測斷層的控制，最大厚度可達453m。地層傾向270°～300°，傾角48°～55°。因逆斷層F1 影響逆覆于南側南陵湖組之上，呈斷層接觸，北側與上覆長興組呈平行不整合接觸，與殷坑組呈斷層接觸。

圖1 大煤山礦區區域地質簡圖

(2)上二疊統長興組(P2c)：出露于礦區的西北部，呈北東—南西向狹長條帶狀展布，平行不整合于龍潭組之上，地表出露寬24 ～64m。地層總體傾向240°～289°，傾角40°～52°。受小褶曲、小斷層影響，局部地段產狀變化大，呈扭曲狀，甚至有180°反轉或平臥褶皺。根據巖性變化分為上下兩部分：下部為深灰色薄—中厚層瀝青質灰巖，含燧石條帶或(結核)白云質灰巖、含泥質白云巖，灰黑色薄層板狀灰巖；上部為深灰色中厚層生物灰巖，含生物碎屑燧石灰巖、瀝青質灰巖、白云質灰巖。

(3)下三疊統殷坑組(T1y)：為含礦地層，大面積出露于礦區南東部和北西部。根據巖性特征可分為上下兩段。殷坑組下段(T1y1)以青灰色、黃綠色鈣質頁巖、灰黑色砂質頁巖為主，呈薄層狀，層理清晰，與上段(T1y2)薄層灰巖漸變，厚3.21 ～17m?？傮w產狀240°～289°∠40°～52°，局部受小褶曲影響較大。與下伏長興組呈平行不整合接觸，是殷坑組與下伏地層分界的標志層。殷坑組上段(T1y2)為薄—中厚層微晶灰巖，巖性單一。呈北東—南西條帶狀展布，主要出露在大煤山石灰巖礦南部?？傮w傾向310°～325°，傾角38°～44°。本段在7、8 線出露最全，厚度280.21m。層理清晰，單層厚2 ～10m。

(4)下三疊統和龍山組(T1h)：為含礦地層，大面積分布于礦區東南部和西北角。巖性為厚層細晶灰巖，灰白帶微紅、肉紅色，細晶結構，塊狀構造，層理發育，單層厚40 ～100cm。礦石幾乎全由方解石組成，晶粒大小不一，小的僅0.1 ～0.2mm，大的可達1.5 ～2mm，呈晶體狀，縫合線發育，裂隙面常因鐵質浸染呈棕紅色、銹紅色。礦層厚度穩定、分布連續，同一連續條帶內產狀穩定。本層巖溶較發育。

在礦區東南部地區，地層出露較完整，厚度280 ～420m，沿走向延伸穩定，可達2082m。傾向310°～325°，傾角38°～44°。在礦區西北角地區，因第四系覆蓋及斷層影響，地層出露不全，最大出露厚度320m，傾向289°～334°，傾角62°～65°。

根據巖性特征可分為上、中、下三部分：下部為灰白色、淺灰色薄至厚層細晶灰巖；中部為灰白色、粉紅色厚層狀至塊狀細晶灰巖，含白云質粉晶灰巖條帶，厚約73.80m；上部為厚層鮞狀細晶灰巖，鮞狀結構，塊狀構造，局部含有白云質灰巖透鏡體。

(5)下三疊統南陵湖組(T1n)：為含礦地層，大面積分布于礦區中部，以長條帶狀呈北東—南西向展布，在礦區北東角被第四系所覆蓋，與下伏地層和龍山組呈平行整合接觸。整套地層顏色較雜，單層厚度變化大，在0.1 ～1.0m，呈薄—中厚層狀。主要巖性為淺灰、紫紅色—黃褐色中厚層微晶灰巖、瘤狀灰巖夾白云質灰巖、白云巖，或呈互層狀(圖2)。

圖2 大煤山礦區地質圖

2.2 構造

礦區位于煤山向斜南東翼，地層總體產狀240°～320°∠40°～65°，呈單斜層狀產出。受區域構造影響，區內斷裂構造發育，共發育F1 ～F8八條斷層，其中對礦體影響較大為F1、F2、F4 斷層。

F1：為區域斷層箬岕沖斷層的一部分，位于整個煤山復向斜中部，為北盤南移上沖之壓性走向逆沖斷層。沿北東—南西延展長約2800m，縱貫整個礦區，傾向北西，傾角65°～80°。斷層破壞了復向斜的完整性，使礦區西北部的下三疊統地層重復出現，龍潭組逆覆于南陵湖組之上。斷層兩側地層傾向有所變化，南側地層310°～325°，北側地層240°～289°。

F2：斷層西起4 勘探線，往東延至8 線，傾向北北西，傾角65°，出露長約1000m，為張性正斷層。走向斷距約305m，破壞了地層走向連續性，使殷坑組上段和龍潭組不整合接觸，地層缺失。

F4：發育在殷坑組上段及和龍山組地層內，是礦體內部斷裂。斷層走向北東，長約1000m，斷層面傾向北西西，傾角50°～63°，西北盤下降、南東盤上升。斷裂帶寬0.5 ～2.0m，斷層破碎帶為石灰巖角礫、棕紅色泥質、砂質物和方解石填充，灰巖角礫呈棱角、次棱角狀，0.5 ～30cm 大小不等，為鈣質膠結緊密。

其余斷層規模較小，僅對礦體形態有一定影響。F3 斷層走向與F4 平行，同屬礦體內部斷裂，傾向南東，傾角近似直立，接觸面可見擦痕，斷裂帶寬0.5 ～0.7m，為石灰角礫充填。F5 走向北西—南東，推測為平移斷層，為后期繼承性斷裂，錯斷殷坑組上段和F1 的連續性。F8 為推測斷層，與F6、F1 斜交。F8 的存在使南陵湖組與和龍山組及殷坑組上段三者呈不整合接觸。結合以往地質資料推測為區域大斷層F1 的延伸分支部分，與F1 屬同系斷層、同性質。

3 礦體地質特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于殷坑組上段(T1y2)、和龍山組(T1h)、南陵湖組(T1n)地層中。由于斷層發育，將礦體分隔成不同的礦塊，為了便于礦體評價和資源儲量估算，根據F1、F8 兩條斷層的發育特征，將石灰巖礦劃分為Ⅰ、Ⅱ號兩個礦體。 3 線以東以F1 斷層為界，3線以西以F8 為界；F1、F8 南東側為Ⅰ號礦體，北西側為Ⅱ號礦體。

Ⅰ號石灰巖礦體：分布于F1 斷層南側、礦區南東部區域，賦存于殷坑組上段(T1y2)微晶灰巖、和龍山組(T1h)微晶—細晶灰巖和南陵湖組(T1n)微晶灰巖中。礦體平面呈條帶狀，北東—南西向展布，長度約3000m，寬度226 ～665m，平均寬度475m，寬度變化系數28.03%。礦體厚度總體西南部較厚，東北部較薄，厚度60 ～120m，平均厚度80m，厚度變化系數為56.72%。礦體無頂板，僅在礦體北部被第四系覆蓋。礦體總體走向60°，呈單斜層狀產出，傾向240°～289°，傾角38°～44°。礦體縱向上受F1 斷層控制，橫向上在4 線附近被F5 斷層局部斷開，影響了礦體的連續性，但對礦石質量并無影響。

Ⅱ號石灰巖礦體：分布于礦區的北西部，賦存于殷坑組上段(T1y2)微晶灰巖、和龍山組(T1h)微晶—細晶灰巖、南陵湖組(T1n)微晶灰巖中。礦體平面呈條帶狀，北東—南西向展布，控制長度約1850m，寬度186 ～510m，平均出露寬417m，寬度變化系數23.00%。由于地形切割影響，礦體在各勘探線上的厚度不一，厚37 ～132m，平均厚64m，厚度變化系數為35.89%。礦體無頂板，底板為殷坑組下段(T1y1)鈣質頁巖，礦體局部有覆蓋層。礦體總體走向35°，受煤山向斜和斷層F2、F8 影響，組成礦體的礦層傾向288°～307°，傾角61°～65°，F8 以南南陵湖組礦層傾角40°～45°。礦體縱向上受F1 斷層控制，由于F2、F5、F6、F8斷層作用，影響了礦層縱向上的連續性(圖3)。

圖3 大煤山礦區6 號勘探線地質剖面圖

3.2 礦石質量特征

3.2.1 礦石礦物成分

Ⅰ、Ⅱ號礦體屬于同一含礦層位，其礦石的成分、結構、構造基本一致。礦體由T1y2、T1h、T1n礦層組成，礦石呈淺灰—深灰色—微紅色，微晶結構、細晶結構，層狀構造、塊狀構造[7]。礦石主要礦物為方解石(85%～97%)，少量泥質(1%～3%)、白云石(3%)及微量生物碎屑。方解石多為微—粉晶粒狀，半自形至他形。砂屑為泥晶方解石集合體，呈團塊狀，粒度0.1 ～0.7mm；白云石自形(菱形)，粉—細晶粒狀，粒度0.06 ～0.2mm。

3.2.2 化學成分

通過樣品分析測試，Ⅰ、Ⅱ號礦體的化學成分變化情況如下：

Ⅰ號石灰巖礦體：主要化學組分平均含量為：CaO 53.3%、MgO 0.78%、SiO22.18%、S 0.08%、P 0.02%，有益組分CaO 含量高，有害組分MgO、SiO2、S、P 及堿含量均較低，各組分沿走向、傾向變化亦很穩定，礦石質量較優。

Ⅱ號石灰巖礦體：主要化學組分平均含量為：CaO 53.55%、MgO 0.84%、SiO21.86%、S 0.011%、P 0.001%，有益組分CaO 含量高，有害組分MgO、SiO2、S、P 及堿含量含量均較低，各組分沿走向、傾向變化穩定，礦石質量較優(表1、表2)。

表1 主要化學組分沿走向變化情況表 (單位：%)

表2 主要化學組分沿傾向變化情況表(以7 勘探線為例)（單位：%）

全礦區礦體沿走向主要化學組分平均含量為CaO 53.38%、MgO 0.78%、SiO22.12%、S 0.090%、P 0.02%；沿傾向主要化學組分平均含量為CaO 52.73%、MgO 0.76%、SiO22.86%、S 0.11%、P 0.02%。礦體總體平均含量為CaO 52.95%、MgO 0.78%、SiO22.58%、S 0.106%、P 0.02%。經樣品組合分析，有害組分K2O、Na2O、Cl-、F-及堿含量等均較低，對礦石質量無影響。綜上所述，CaO 含量較高，均在52%以上，而有害組分MgO、SiO2、S、P 含量均較低，總體礦石質量較優。

3.2.3 礦石自然類型

根據礦物成分、結構構造、化學組分特征及分布規律[8]，礦石可劃分為微晶灰巖、細晶灰巖兩個礦石自然類型[9](圖4)。

微晶灰巖：淺灰—灰色、灰白色、微紅、黃色，微晶結構，致密塊狀構造；主要由方解石礦物組成，結構均一；方解石粒徑0.02 ～0.05mm；有機質呈污濁物狀，零星分布；碳質呈粉塵狀、星點狀，局部較密集；主要化學組分在走向、傾向方向變化不大。

細晶灰巖：灰白、微紅色，細晶結構，致密塊狀構造；礦物成分較單一，幾乎全為細晶方解石組成；結晶現象明顯，常出現粗大方解石顆粒聚集成不規則團狀、透鏡狀或作為裂隙的愈合物出現；CaO 含量較穩定，MgO、SiO2含量波動較大。

3.3 礦體圍巖及夾石

3.3.1 礦體覆蓋層

礦體基本裸露地表，上覆殘坡積和人工堆積物，零散分布于全礦區。殘坡積層主要分布在礦區北側，以殘積腐殖土為主；人工堆積多為就近開采出的礦石碎塊夾粘土。殘積腐殖土化學成分平均值：CaO 3.96%、MgO 0.93%、SiO262.23%、Al2O315.15%、Fe2O36.02%、K2O 2.06%、Na2O 0.40%、燒失量8.29%。

3.3.2 礦體底板

除局部地段以礦層底板T1y1鈣質頁巖夾砂質頁巖直接底板外，大部分地區未出現底板。礦體底板巖石化學成分變化較大，與礦石相較，鈣質成分明顯降低，MgO、Al2O3、Fe2O3含量增加，特別是SiO2含量顯著上升，K2O+Na2O 多＞0.5%。

3.3.3 夾石

對 于CaO ＜45.00% 或SiO2＞4.00% 或MgO＞3.00%的樣段圈做夾石處理[10]，共圈定出24 個夾石層。本次選取三組勘查樣做測試，結果見表3，均符合建筑石料用灰巖質量一般要求，可作為建筑石料礦綜合利用。

表3 大煤山礦區夾石五項測試計算結果表

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因

本區在古地理位置處于印度洋—北太平洋通道的下楊子煤山海槽，繼晚二疊世早期龍潭組海陸交互相煤系和晚期長興組海相灰巖沉積后，早三疊世海水沿煤山海槽侵入，歷經了濱?！獪\?！肷詈u變環境，先后沉積了濱海相鈣質頁巖(T1y1)、淺海相薄層灰巖(T1y2)、半深海相厚層灰巖(T1h、T1n)，彼此漸變過渡[11]。沉積環境由不穩定—穩定，硅質成分漸趨減少，鈣質成分趨于增加，白云質局部濃集。晚期厚層灰巖中鮞粒結構的出現[12]，說明沉積環境又趨于動蕩，從早期到晚期，大體上構成了一個沉積旋回[13]。因此，本區下三疊統石灰巖礦床為一套淺?！肷詈Ｏ嗍規r沉積，礦體、夾層(石)的賦存部位以及礦石結構、構造、礦物成分和化學成分的變化，均受制于這種漸變沉積環境的控制[12]。

印支期褶皺運動，使本區下三疊統石灰巖礦床處于近向斜核部起翹部位。印支期和燕山期斷裂，以及喜山期上升、剝蝕，使礦床向斜構造形態及其完整性遭到一定破壞。所以礦層各部位保存、出露程度不一，礦體厚度變化較大；而礦石質量相對穩定，則是這類礦床最顯著的成因特點[14]。

作為成礦層位，殷坑組上段薄層微晶灰巖及和龍山組、南陵湖組厚層細晶、微晶灰巖，在區域上具有一定的穩定性，是我國水泥石灰巖礦床的重要含礦層位。

4.2 找礦標志

大地構造位置上，處于揚子板塊的東北部(下揚子臺褶帶南京坳陷褶皺束滁巢褶斷帶)；地層層位上為早三疊世地層；巖性特征上，以細晶灰巖、微晶灰巖為主。以殷坑組下段灰綠色鈣質頁巖為長興組和殷坑組分界標志層，是二疊系與三疊系界線的標志，又是中生界與古生界之間的標志。

(1)殷坑組上段(T1y2)微晶灰巖和和龍山組(T1h2)細晶灰巖、南陵湖組(T1n)微晶灰巖是在該區尋找本類礦床的賦礦層位。

(2)殷坑組下段(T1y1)灰綠色鈣質頁巖是尋找本類礦床的直接找礦標志。

5 結論

(1)本礦床賦存于下三疊統殷坑組上段(T1y2)、龍山組(T1h)及南陵湖組(T1n)地層中，礦體各個礦層呈層狀沿大煤山向斜的南東翼產出，地層總體產狀240°～320°∠40°～65°，在礦區范圍內呈單斜層狀產出，向斜向北東方向抬起，向南西方向傾伏，西端由于被強烈擠壓及斷層破壞而變窄。

(2)礦體礦石主要化學組分平均含量為CaO 52.95%、MgO 0.8%、SiO22.58%、S 0.106%、P 0.02%，有害組分含量低，礦石質量優良，礦床規模大，具有良好的開發價值。

(3)大煤山下三疊統石灰巖礦床為一套淺?！肷詈Ｏ嗍規r沉積碳酸鹽礦床。

(4)殷坑組下段(T1y1)灰綠色鈣質頁巖是尋找本類礦床的直接找礦標志。