河北省兴隆县李家营水泥灰岩矿矿床地质特征

摘 要：河北省兴隆县李家营水泥灰岩矿是河北北部发现的大型水泥用灰岩矿，矿体产于奥陶系中统马家沟组石灰岩地层中，矿体连续呈单斜层状产出，沿走向和倾向矿体厚度和品位较稳定。矿石品级为Ⅰ级品，属于优质水泥原料。矿床开发、开采技术条件较好，水文地质条件简单，工程地质、环境地质条件中等。该矿床开发前景明朗，潜在经济价值可观，综合开发经济效益明显。

关键词：承德 水泥灰岩矿 矿体特征

中图分类号：P618 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-146-03

1 地理位置

1.1 位置交通

河北省兴隆县李家营水泥灰岩矿区位于兴隆县城55胺轿唬本？8km处，行政区划隶属兴隆县李家营乡管辖。京承铁路鹰手营子火车站距矿区直距13km，运距约16km。承唐高速公路李家营收费站距矿区直距5km，运距约12km。承德至兴隆公路有柏油路与矿区相通，交通较为便利。

1.2 自然地理

矿区地处燕山中段，属中低山区，切割严重，沟谷狭窄，海拔标高在468-756m，勘查区东南部最高山峰为756.10m，西北部苗家营西沟门附近最低，标高为467.73m，相对高差为288.37m。

滦河支流——柳河从勘查区北西流过，距矿区约2km，常年有水，流向北东，河水流量依雨量大小而增减。矿区内水系不发育，次级沟谷仅在雨季有流水，为季节性间歇河流，干旱季节水流甚小，甚至变为地下迳流。

本区属温带大陆性季风型气候，冬长而寒冷，夏短而炎热，夏季常有风灾、雹灾等自然灾害。年平均温度7.5℃，极端最高温度36.6℃，极端最低温度-28.6℃。年平均蒸发量1444.4mm，年平均降水量671.6mm，矿区最高洪水位标高为468.46m（1962年），低于矿区最低开采水平。历年最大积雪27cm ，雪压1.8g/cm2，最大冻土深度1.08m。该区地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度为0.10g。

2 矿区地质

本区大地构造位置处于华北地台（Ⅰ2）燕山台褶带（Ⅱ22）马兰峪复式背斜中（Ⅲ27）宽城凹褶束（Ⅳ224）构造单元中。

2.1 地层

矿区出露地层简单，主要为奥陶系、石炭系、侏罗系和第四系。由老至新叙述如下：

2.1.1 奥陶系中统马家沟组（O2m）

奥陶系中统马家沟组，根据地层岩性特征及其厚度的变化，大致分为三个岩性段，现分述如下：

（1）马家沟组一段（O2m1）：出露于矿区北部，苗营东沟及其以西至第2勘查线东北部，下部为深灰色-灰黑色薄板状泥晶灰岩、厚层白云质灰岩，中上部为厚层含燧石结核的豹皮灰岩，夹3-4层白云质灰岩、白云岩层。岩层倾向336-240埃憬？-20埃话阄？0白笥摇Q沂遥郴疑孪拭嫖遥罨疑嗑Ы峁埂⒖樽垂乖欤せ已椅婵鬃垂乖臁？笪锍煞种饕嗑Х浇馐？3-78%），少许白云石、铁泥质、生物碎屑等组成。

（2）马家沟组二段（O2m2）：出露于矿区中部，呈带状弯曲展布，在0线北部被侏罗系九龙山组火山岩覆盖。为薄-中厚层状白云质灰岩层。岩石风化面黄灰色、新鲜面为灰白、浅灰色，泥晶结构，块状构造。岩石矿物成分主要由泥晶方解石、粉晶白云石组成。岩石经化学分析，CaO一般小于40%，MgO3.5-10%。岩层与下伏马家沟组一段地层产状一致，为整合接触，局部微见宽缓波状起伏变化。该段地层为本区水泥灰岩底板围岩，由东向西厚度由薄渐厚，最薄厚度42m，2线以西厚度超过120m。

（3）马家沟组三段（O2m3）：本段出露在勘查区的中南一带，岩石为浅灰、灰色中厚层-厚层致密块状泥晶灰岩、深灰色中厚-厚层含燧石结核、含生物碎屑泥晶灰岩、浅灰色薄—中厚层泥晶灰岩，局部见有短燧石条带。本区的水泥灰岩矿主要赋存于该段。泥晶灰岩，岩石为灰、浅灰色、泥晶结构、块状构造，岩石主要成分为泥晶方解石组成。含燧石结核、含生物碎屑泥晶灰岩新鲜面为粉色、红褐色，被白云石充填，基质为泥晶方解石。该段地层产状：倾向240-235埃憬？-20埃话阍？0白笥遥胂路砑夜底槎蔚夭阏辖哟ァQ沂衅毡榧蟹浇馐嘎觯释创┎澹浇馐鲆话阍？-15mm左右，个别呈团块状呈现，团块最大在5-10cm左右。

2.1.2 石炭系上统（C3）

矿区出露为石炭系上统太原组（C3t），出露于矿区南部和西部边缘一带。地层主要为灰绿色、黄灰色砂砾岩，粉砂岩和炭质页岩，地层超覆不整合于中奥陶统灰岩之上。

2.1.3 侏罗系中统（J2）

（1）九龙山组（J2j）。

该组地层主要出露于矿区北部和东北部，与奥陶系地层为角度不整合接触。呈半环带状展布，岩石为粉紫色、灰绿色凝灰岩。地层产状：倾向140-230埃憬？2-20啊？

（2）髫髻山组（J2t）。

该组地层出露于矿区东北和北部边缘。主要为流纹质凝灰岩、火山角砾岩，产状不明显，在1线北端山顶部位形成锥形地貌。该组与下伏九龙山组呈整合接触。

2.1.4 第四系（Q4）

矿区内第四系主要为全新统残坡积层、冲积物和少许黄土层。植被层及残坡积物主要分布在半山坡及阴坡沟中，在河漫滩及河床上为砂砾石，细粉砂质黄土分布在较平坦开阔的山脊上。

2.2 构造

矿区位于鹰手营子向斜的北翼东端，地层总体呈向南西倾斜的单斜构造，产状为：倾向236-240埃憬窃？-25埃话阍？0白笥易疃唷？

2.2.1 褶皱

矿区内褶皱均为一些规模不大的平缓小褶曲，位于4、6线间的大北沟小向斜，规模不大，宽约50m，以大北沟沟心为向斜轴，轴向30白笥遥拗搴瞬坑陕砑夜底槿问已易槌桑蔽饕砘已也次呵阆蚰隙憬？3-15埃隙砘已也矗呵阆虮蔽鳎憬？-15啊？

2.2.2 断层

F1断层：位于5线北西，断层出露长140m，上盘为九龙山组凝灰岩，下盘为马家沟组白云质灰岩，断层产状：310啊？5啊6喜阈灾饰排ば阅娑喜恪8枚喜阄丛诳筇迥冢钥筇蹇晌抻跋臁？

2.2.3 节理裂隙

本区马家沟组三段灰岩中近地表节理裂隙较明显，特别是垂直节理尤为显著，主要见有：35啊？5埃？15啊？7埃？00啊？5-90叭椤T？线与3线间近龙潭沟两侧，因垂直节理切割马家沟组三段灰岩，多形成陡坎和悬崖地势。

2.3 岩浆岩

勘查区内岩浆岩较简单，主要为脉岩，脉岩较发育。闪长玢岩脉12条，安山玢岩脉共4条，脉岩中较大规模的闪长玢岩脉出露长1330m，出露最大宽度16m。脉岩与围岩呈侵入接触，围岩蚀变较弱，有硅化、高岭土化、大理岩化，蚀变带宽5cm-20cm，对矿石质量影响较小。脉岩侵入于矿体中，且产状较陡，对矿体的连续性破坏较大，规模较大的脉岩在开采过程中要进行剔除处理，否则将影响矿石质量。脉岩产出稳定，易识别、易剔除。

2.4 岩溶

矿区岩溶不发育，可分为地表岩溶和地下岩溶。地表岩溶集中分布于近地表部位，主要为溶槽、溶沟、溶穴等。地表溶洞大者直径2m左右，小者数公分，一般无充填物，部分裂隙或沟壑底部有第四系松散堆积物充填。地下岩溶主要为溶蚀裂隙，裂隙宽度1-30cm，在矿体中未见有裂隙充填物，仅在钻孔ZK401底部奥陶系马家沟组二段白云质灰岩中见少量泥质充填，取样测试结果为：CaO：22.03%， MgO：1.23%，K2O+Na2O：3.13%， SiO2 ：32.94%，Al2O3：7.85%，Fe2O3：4.65%，SO3：0.028%，Cl：0.004%。全矿平均岩溶率为0.40%，岩溶规模较小，对矿石质量和开采影响甚微。

2.5 覆盖层

区内覆盖层不发肓，一般零星分布，仅在矿区平缓地带有两处分布面积较大。一处为2至4线间北部第四系残坡积、黄土覆盖层，分布面积约25313m2，中部残留有少量侏罗系凝灰质粉砂岩。残坡积一般厚0.2-0.8m，最大厚约1.6m。对黄土取样化学分析测试结果，CaO平均1.12%， MgO平均1.86%，K2O+Na2O平均0.75%， SiO2 平均64.21%，Al2O3平均14.17%，Fe2O3平均5.69%，Cl-平均0.010%。

3 矿体地质

3.1 矿体特征

矿区内共有1层水泥灰岩矿体，矿体编号为①。

①号矿体赋存于奥陶系中统马家沟组三段石灰岩地层中，矿体连续呈单斜层状产出，地表出露形态呈向北东弯曲的面状孤形。矿体总体走向326埃阆？30-260埃芴迩阆？36埃憬？-21埃芴迩憬？0啊？筇逶诘乇沓雎冻ざ？778 m，工程控制长度1600m，出露最宽为6线1236m，最窄为1线244 m，平均出露宽度884m。钻探工程控制矿体厚度最厚为134.27m，最薄为9.58m，矿体工程控制厚度平均55.93m，厚度变化系数为51.58%，矿体厚度较稳定。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石物质成分

矿石主要为块状泥晶灰岩，矿石结构以泥晶结构为主，粉晶结构、交代结构、生物碎屑泥晶结构次之。矿石构造以块状构造为主，缝合线构造、虫孔状构造次之。矿物成分主要为方解石（80-95%）、白云石（2-5%）、石英（2-5%）、方解石脉（1-5%），少量有机质、铁泥质等组成。泥晶方解石呈细小颗粒彼此镶嵌，粒径绝大部分小于0.01mm。后期方解石呈微脉状沿裂隙交代岩石。

3.2.2 矿石化学成分

矿石化学成分较稳定，CaO质量分数单样最高为55.22%，最低为45.15%，单工程平均品位最高为52.91%，最低为48.90%，块段平均品位最高为52.79%，最低为50.87%，矿区平均品位为51.65%；MgO质量分数单样最高为3.33%，最低为0.25%，单工程平均品位最高为1.68%，最低为0.38%，块段平均品位最高为1.26%，最低为0.62%，矿区平均品位为0.91%。CaO品位变化系数为：3.91%；MgO品位变化系数为：78.67%。

通过组合分析测试，矿石中其它有益、有害组分的质量分数分别为：SiO2最高11.62%，最低1.74%，平均5.50%；Al2O3 最高1.64%，最低0.31%，平均0.70%；Fe2O3最高1.38%，最低0.19%，平均0.41%；K2O+ Na2O最高0.48%，最低0.11%，平均0.25%；SO3 最高1.000%，最低0.020%，平均0.19%；Cl最高0.026%，最低0.005%，平均0.010%；SiO2最高5.63%，最低1.06%，平均2.99%；烧失量最高41.98%，最低37.44%，平均39.16%。

3.3 矿石类型和品级

矿石自然类型为致密块状泥晶灰岩，工业类型为水泥用灰岩矿。矿石品级为Ⅰ级品。

3.4 矿体围岩和夹石

矿体地表，底板围岩为奥陶系中统马家沟组二段白云岩、白云质灰岩，产状与矿层完全一致。岩石结构、构造与矿体相同，岩石矿物成分主要由泥晶方解石、白云石组成。

全矿床共圈出内夹层2个，均为高镁、低钙白云质灰岩。夹层产状与矿体产出一致。夹石与矿石不易区分，只能依据化学测试结果区分，矿山开采时应予剔除剥离。

3.5 矿床成因及找矿标志

3.5.1 矿床成因

根据矿层产出特征，矿石类型，矿物组成和结构特点，矿床成因为浅海相化学—生物化学沉积型碳酸盐岩矿床。其成矿控制条件，一是沉积物质来源及搬运条件，一是沉积环境。

本区奥陶系地层未成岩前的上元古界及古生界寒武系基底地层为一套浅海相沉积的碳酸盐岩和泥砂质的碎屑岩建造，是奥陶系地层形成的物质来源，因此，一般含硅、镁较高，纯灰岩较少。

从沉积环境分析，奥陶系马家沟组地层中含有大量生物化石、生物碎屑及其生物遗迹。它们的繁殖、发育及死亡也是成岩过程中物质来源的重要因素。

海水深度主要依据生物习性确定。头足类生长在热带及亚热带静海中，一般水深在60-140m。钙质海绵生长在水深小于120m的清水中。钙藻生长在水体的上部透光层中，大多数只限于70m的深度，多局限在小于40m的深处。海百合需循环性良好的清洁的海水中。三叶虫生在浅海环境。综合这些生物生长的环境，奥陶系马家沟地层沉积时海水的深度小于200m。依据灰岩或白云岩中砂砾和鲕粒局部的出现，说明是浅海相产物，一般水深几米至几十米，在成岩的过程中，从底部到顶部地层，白云质灰岩中微层理较发育，说明海水的动荡和沉积变化频繁，不能形成纯度较高的石灰岩。只有在静水的环境，气候温和，生物发育才能生成纯度高的石灰岩。

以上诸因素说明该区沉积环境是浅海陆棚相沉积。即海水由浅深浅，由海浸到海退的过程，这期间海水深度几十米至二百米，由于海水浅且较动荡，沉积环境不稳定，是该区灰岩夹层、夹石较多，出现层矿与非层矿交替出现的主要原因。矿层厚度不大，薄厚不一也是由于沉积物质来源和沉积环境的变化所造成。

3.5.2 找矿标志

本区石灰岩矿层具有明显的标志。首先是地层层位的标志，矿层主要赋存于中奥陶系马家沟组的中上部三段地层中。第二是矿层结构、构造标志，矿层为灰—深灰色中厚至厚层状灰岩，含有少量灰白色燧石结核，矿层底部为马家沟组的中上部二段灰白色厚层白云质灰岩。

参考文献：

[1] 河北省地质矿产局.河北省北京市天津市区域地质志[M].北京：地质出版社，1989.