承德县甲山镇永和水泥厂矿区奥陶系马家沟组水泥灰岩成因

摘 要:永和水泥厂水泥灰岩产出于奥陶系马家沟组,通过测制剖面,将其划分为10段,其中O2m1-4和O2m7-9构成两个水泥灰岩矿层。奥陶系早期,发生海浸,海水不太稳定,使陆源碎屑增多,生成杂质较多的灰岩;进入奥陶系中期浅海动荡趋缓,在潮上带静水环境中,大量灰泥沉淀,生成厚度较大、纯度较高的灰岩,成为水泥灰岩。

关键词:奥陶系马家沟组 水泥灰岩 成因

中图分类号:P62文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2010)06-117-02

1矿区概况

矿区位于承德县县城东9km处,隶属甲山镇富台子、王杖子两村管辖,所在1:5万图幅为承德县幅(11-50-117-丙)和上谷幅(11-50-117-丁),矿区面积2.8km2。

2奥陶系马家沟组水泥灰岩特征

2.1区域地质背景

本区处于中朝准地台(I21),燕山台褶带(Ⅱ22),马兰峪复式背斜(Ⅲ27),下板城凹断束(Ⅳ223)构造单元中,区域地质具有以下基本特征:

(1)该区处于燕山台褶带的北部边缘,广泛发育沉积岩地层,从中元古开始直到奥陶系马家沟组时期,均系海相沉积。地层序次由南而北依序由老至新排列,沉积了中、上元古界以白云质为主的碳酸盐,寒武系和奥陶系以石灰质为主的碳酸盐。尤其是奥陶系马家沟组灰岩质地较纯,是优良的水泥原料,它们呈北东东向展布。到古生代末期,局部生成海陆交互相的砂页岩和煤系建造。到中生代早期,该区形成了山间盆地,生成了河湖相为主的砂页岩建造。中生代中、晚期在区域北部生成一些断陷盆地,有砂页岩建造和火山岩建造。

(2)在该区燕山运动表现明显,主要为一些北东向的平缓褶皱和断裂构造,还有次级的北西向构造,局部构成断块构造。近东西向断裂为主要断裂,区域上牛窖――大阴坡逆冲断层延至矿区。

(3)区内岩浆侵入活动相对较弱,主要有燕山期甲山辉石正长岩岩基,还见有燕山期的一些辉绿岩床和岩脉。

(4)区内以沉积非金属矿产为主,主要有水泥灰岩、煤矿、粘土矿等。水泥灰岩均产于奥陶系马家沟组灰岩中,煤层主要产于石炭系和二叠系地层中,在三叠系、侏罗系下统也有少量煤产出。粘土矿产于寒武系和石炭系、二叠系地层中,沸石矿产于侏罗系地层中。

2.2奥陶系马家沟组地层剖面

区内出露地层有奥陶系下统亮甲山组,中统马家沟组,三叠系下统刘家沟组和第四系。水泥灰岩主要矿层为中统马家沟组岩层,因此在勘查工作中实测了地层剖面、详细地划分了段,采集了各种样品,并进行深入的分析研究。其主要特征如下:

分布在石子沟两侧,出露宽度500m以上,地层总的走走向600，倾3050，倾0笄辈渴芏狭鸭榜拗逵跋欤夭悴淳植糠⑸谋洌⑹孤砑夜底榈夭愠雎犊矶仍龃蟆8米榈夭阏婧穸?54.34m,由下而上划分10个自然段,两个水泥灰岩矿层,厚度分别为143.98 m和139.39 m,详见矿区地层剖面。

矿区马家沟组地层剖面

在马家沟组早期,生成的灰岩以泥晶(灰泥)为主要成份,岩石为灰色―灰黑色,具中厚层层理,普遍含有生屑,陆源碎屑极少,反映海水较浅,为浅海陆棚沉积环境。在灰岩中有砾屑、亮晶胶结,在有的层中有生物扰动构造,这些均说明为潮上低能带产物,在早期沉积环境较稳定,生成较纯的灰岩。在马家沟中期 (O2m5和O2m6) ,灰岩仍以中厚层层理为主,亦含生屑,主由泥晶组成,说明仍为浅海陆棚相。但在该两层中虫孔构造普遍发育,反映沉积环境动荡,沉积物时常,沿虫孔有陆源砂粒、白云岩、铁泥质充填,最高含量达45%,因此造成灰岩不纯。在马家沟晚期,生成灰岩特点表明仍是浅海陆棚相,但有灰岩角砾,亮晶胶结的灰岩,说明为潮上高能带产物,在有的层中虫孔构造发育,反映海水动荡增强。在末期由浅海陆棚向泻湖沉积相转变,海水成分发生改变,在局部生成白云岩,并对下覆岩层产生白云石化。最后地壳上升,浅海及泻湖消失,沉积停止。

综上所述,马家沟组O2m1-4和O2m7-9构成两个水泥灰岩矿层,在两矿层中由于沉积微相的变化,产生一些不稳定的夹层。

2.3矿体(层)矿物组成特征

矿区共有矿体(层)两个,编号为Ⅰ矿体(层)和Ⅱ矿体(层)。Ⅰ矿体分布在矿区南部,Ⅱ矿体分布在矿区北部。矿石矿物成分见下表1:

从表中可知:矿石有很少的陆源碎屑,具有少量生物碎屑,矿石主由泥晶方解石组成。砾屑和角砾为盆内碎屑,由泥晶方解石组成,砾屑和角砾由亮晶方解石胶结,矿石具有白云石化和方解石化。

矿石矿物首先生成的是泥晶方解石,同时或稍后有生物碎屑加入,另有微量的陆源碎屑混入,而后生成盆内碎屑,即由泥晶方解石组成的砾屑或角砾,它们被亮晶方解石胶结。泥晶灰岩在成岩中局部产生重结晶现象,生成重结晶方解石。在成岩中还产生白云石化,生成自形菱面体白云石。成岩后产生方解石化,它呈不规则脉状。

2.4矿体(层)化学成分特征

矿石化学全分析结果见表2,从表中可知矿石主由CaCO3组成,CaO和烧失量(主要是CO2)二者在90%以上。CaO含量最高54.47%,最低52.30%,平均53.56%。另有少量SiO2和MgO、Al2O3,它们的含量均在5%以下,在0.7―4.24%之间,其它组分含量均呈微量。

3矿床成因及找矿标志

3.1矿床成因

该水泥灰岩矿是沉积矿床,主要控矿因素一是沉积物来源及搬运条件,二是沉积环境,即海盆形态、坡度、古气候、古生物发育情况等。本区奥陶系灰岩未生成前,海盆基底及陆源区是中、上元古界碳酸盐系和寒武系灰岩岩系,它为海盆提供了较丰富的钙质来源。在奥陶系早期,发生海浸,海盆广阔,海水较浅,有利于生物发育、繁衍,不太稳定,使陆源碎屑增多,生成杂质较多的灰岩,再加上环境的改变交替,古气候变化,海水盐度变化等,使杂质较多的灰岩产生白云石化。

在进入奥陶系中期(马家沟期)浅海动荡趋缓,在浅海陆棚范围内,在潮上带静水环境中,气候温和,海洋生物发育,主要有三叶虫、辨腮类、海百合、介形虫、腕足类、头足类等多种古生物,它们繁殖、生长、活动,使大量灰泥沉淀,生成厚度较大、纯度较高的灰岩。

水泥灰岩的成矿还与灰岩成岩过程中白云石化有关。在马家沟末期,海盆向泻湖相转变,随之海水盐度,碱度亦发生改变,产生含镁溶液,该溶液向灰岩中的孔隙渗流,在虫孔等有利的环境中,含镁溶液充填、交代生成白云石,从而使镁质增高,使灰岩成分改变而达不到水泥灰岩的要求。

成岩后的方解石化,生成细脉因其质地较纯,增加一点钙质成分,对水泥灰岩的成矿是有利用的。

3.2找矿标志

(1)在中国北方奥陶系中统马家沟组灰岩是生成水泥灰岩矿的最好层位,在马家沟组主要有下部和中上部两个层位。

(2)水泥灰岩新鲜面一般灰色较暗,灰色越深质量越好,多为中厚层、泥晶结构,常含数量不等的生屑,少数具砾屑或角砾结构,主由泥晶方解石组成。

(3)虫孔构造发育的灰岩,即所谓的重豹皮灰岩均是非矿,白云石化较强。

(4)岩石新鲜面白色,薄―中层者,一般是非矿。

(5)水泥灰岩可含有燧石和硅质条带,当其含量大于6.1%以上时,则为非矿。

4结语

通过对本区水泥灰岩的矿物、化学成分、化石及区域地质的研究,总结了矿层和顶底板围岩的成因,并论述了找矿标志,为本区水泥灰岩的进一步深入研究、提高勘查程度奠定了基础,为查找新的水泥灰岩矿体提供了指导和借鉴。