霍邱县四平山石灰岩-白云岩矿床成因机理

【摘要】安徽省霍邱县四平山石灰岩-白云岩矿床,赋存于中、上寒武统富镁碳酸盐岩系地层中。依据区域地质背景、矿床地质特征,并结合该矿床周边地区岩相古地理分析,认为该矿床形成于地壳升降运动频繁、海水动力增强、流通条件较好又强烈蒸发的环境下,从台地边缘浅滩（鲕滩）相到硅化型蒸发台地相过渡的一套碳酸盐岩相沉积。

【关键词】石灰岩-白云岩矿床 地质特征 成因机理 霍邱县 安徽省

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】1009―9646(2008)08-0127-03

1 矿床地理位置及其概况

霍邱县四平山石灰岩-白云岩矿床资源分布在豫、皖两省交界处,行政区划上属于安徽省霍邱县马店镇,地理坐标为东经115°54＇56―115°55＇34,北纬32°15＇36。1974年原安徽省地矿局337地质队在矿区开展熔剂白云岩、石灰岩矿普查工作,提交了《安徽省霍邱县四平山熔剂白云岩、石灰岩矿床普查评价报告》;1978年又经河南省区调队,在本区进行了1:20万区域地质调查,提交了《固始幅1:20万区域地质调查报告》;1992年中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队,在本区开展了四平山矿区水泥灰岩地质普查和详查工作,1993年4月提交了《安徽省霍邱县水泥厂四平山矿区石灰岩矿详查地质报告》。在详查

石灰岩矿的同时,对白云岩矿也进行了初步勘探工作。通过详查,探明水泥用石灰岩矿石储量C级1915.5万吨,其中Ⅰ级品矿石储量1839.5万吨,Ⅱ级品矿石储量76万吨①②。探明白云岩矿石储量3333.69万吨,为一中型石灰岩-白云岩矿床。有关霍邱四平山石灰岩矿资源开发规划与环境保护工作方面的研究已经展开,有关四平山石灰岩-白云岩矿床地质特征及其成因机理的研究尚未见报道,因此本文尝试对该矿床的地质特征及成因机理作些初步探讨。

2 区域地质背景

2.1 矿区地层

霍邱地层区划属华北地层区,淮河地层分区[1-3]。出露地层由老至新依次为青白口系、震旦系、寒武系。其中青白口系、震旦系及寒武系下统地层主要分布在四平山矿区以外的霍邱县冯井镇、高塘镇及马店镇境内其它山丘地区③,而在四平山矿区内出露地层简单,仅见寒武系中统徐庄组、张夏组、上统崮山组和土坝组,各组间均为整合接触。在矿区周边为第四系覆盖(图1.图2)。

寒武系中统徐庄组分布于四平山北坡东侧,下部岩性为条带状灰岩、鲕粒状含白云质灰岩夹页岩。中部岩性为细鲕粒状、豹皮状含白云质灰岩,生物碎屑灰岩、页岩,上部岩性为豹皮状、条带状白云质灰岩,为本区石灰岩、大理石矿的主要赋存部位,厚度大于205米。

寒武系中统张夏组分布于四平山矿区的中部及四平山的北坡,岩性下部主要为中厚层灰岩、泥质灰岩、含细鲕条带灰岩夹角砾状灰质白云岩、灰、灰黑含硅质页岩透镜体及生物碎屑灰岩;中部为灰、灰黑色中厚层碎屑灰岩;上部为中厚层灰岩,含生物碎屑灰岩夹泥质灰岩。本组地层是四平山水泥石灰岩矿的主要赋存部位,在矿区内尚未完全控制,厚度大于182.32米,总体产状倾向190°-220°,倾角18°-30°。

寒武系上统崮山组分布于四平山矿区东部和西部,为灰、灰黄色中厚层白云岩、白云质灰岩,浅灰色中厚层灰岩,厚度大于40米,产状190°-220°,倾角18°-30°。

寒武系上统土坝组分布于四平山矿区的南坡,根据岩性差异,可分上下两段,下段岩性为厚层白云岩,厚度68米,上段为中厚层白云岩、硅质条带白云岩,厚度大于82米,岩层倾向205°,倾角21°。

第四系岩性为土黄色粘土、亚粘土,厚度大于4.5米;在四平山北坡采场下的人工堆积物也圈为第四系,为粘土及大小不等的白云质灰岩、灰岩等砾石块。于下伏地层呈不整合接触。

2.2 构造

四平山矿区为一单斜构造,倾向南西,走向75°左右,倾角25°左右。区内断裂构造主要有F1和F2两条平移断层。F1为一右行平移断层,分布于矿区西部,地表出露长约224米,宽0.6―5.50米。断层走向近南北,倾向850―950,倾角75°,东盘(上盘)右行平移并上升水平错距120米,垂直断距59米。地表西盘出现崮山组白云岩,东盘缺失,深部ZK401孔控制,南北两端为第四系掩盖。F2为一左行平移断层,分布于矿区中部,地表出露长约340米,宽0.5-1.2米。断层走向近南北,倾向在四平山北坡为85°,倾角75°,在四平山山脊处近直立,四平山南坡倾向295°,倾角75°。东盘左行平移,在南坡下盘下降,垂直断距30米,水平错距24米,深部有ZK001孔控制,南北两端为第四系覆盖。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩不发育,未见岩体,仅有大致平行,呈脉状产出的煌斑岩脉。岩脉一般出露宽度0.5-5.50米,长24―420米不等,多数贯穿矿区。岩脉倾向北东10°-35°,倾角75°-90°.岩性为角闪斜煌斑岩,呈暗绿色,半自形粒状结构,斑状构造。主要矿物为角闪石、钾长石,二者多见蚀变现象,分别为绿泥石化和绢云母化,见有微量的黄铁矿、磁铁矿。

3 矿床地质特征

石灰岩矿体指四平山中寒武统徐庄组条带石灰岩段和张夏组碎屑灰岩段及石灰岩段④,呈稳定层状,东西长约934米,南北宽40-230米;出露海拔标高67.80-128.26米,倾向南西,倾角18°-29°,矿层控制厚度110.55米,最大控制厚度131.52米,最小控制厚度65.05米。矿层沿倾向厚度变化不大,变化系数最大值21.26%,最小值15.48%,平均值19.26%,表明矿层沿倾向较稳定;矿层沿走向厚度变化较大,变化最大值60.52%,最小值2.19%,平均值19.51%。总体沿倾向矿层厚度逐渐减小,沿走向自西向东矿层厚度越来越薄。顶板为白云质灰岩,底板为条带状灰岩。

矿石由方解石、白云石、粘土、氧化铁组成,呈隐晶或微晶,有时呈细粒状。矿石为鲕状结构,砾状碎屑结构,条带状和致密块状构造,矿石化学成份平均含量CaO 50.77%、MgO 2.35%、SiO2 2.12%、Al2O3 0.68%、Fe2O3 0.42%、P2O5 0.011%。矿体西部所含SiO2、Al2O3及Fe2O3略高于东部。该石灰岩矿层位稳定,厚度较大,不仅是霍邱县中天集团公司水泥用石灰岩矿的主要原料,同时也是冶金熔剂用石灰岩的最佳选择[4],为一中型矿床。

白云岩矿体主要赋存于四平山上寒武统崮山组和土坝组厚、中厚层白云岩段,呈层状,由于第四系覆盖,将矿体分成东西两段,东段长710米,厚10.5―69米,平均34.5米;西段长617米,厚90.5―98米,平均94.3米。产状与围岩一致,顶板为含燧石结核或燧石条带结晶白云岩,底板为白云质灰岩。

矿石具微粒镶嵌结构，块状构造，由白云石、方解石、氧化铁及石英组成，矿体平均含MgO 19.98%、CaO 30.23%、SiO2 1.82%、Al2O3 0.74%、Fe2O3 0.42%、MnO 0.05%、P2O5 0.007%, SiO2西段略高于东段。该矿层位稳定,为特级耐火材料及熔剂用白云岩,属一中型矿床。

4 矿床成因机理分析

根据区域地质背景资料,霍邱位于华北地台南缘,处于北淮阳山字型构造脊柱部位,四平山石灰岩-白云岩矿床置于地台南缘中西部位。该矿床主要产于寒武系中、上统,矿体赋存于富镁碳酸盐岩中,矿石类型有水泥用石灰岩、冶金熔剂用石灰岩、白云岩矿石等。从该矿床地质特征及其周边地区岩相古地理分析,霍邱乃至皖北地区,在中元古代末发生的凤阳构造运动后,华北和北淮阳地区隆起成陆,经较长时期的相对稳定和剥蚀后,在青白口纪海水入侵,形成黄淮海[5],在本区开始出现刘老碑组泥钙质型陆棚相沉积,早震旦世前期,是以海滩砂、泥质沉积为主（四十里长山组）,岩石呈灰白、灰黄色,代表弱还原的沉积环境。接着,则以局限台地相内源化学-生物化学富镁碳酸盐岩沉积为主（相当于九里桥组-九顶山组）,岩石具有微细水平层理、微波状层理、槽状交错层理等,颜色以灰白、浅灰、粉红、灰紫色为主,代表氧化沉积环境。震旦纪末,在安徽霍邱、河南固始一带,发现下寒武系猴家山组不整合覆盖在震旦系四顶山组之上,在四十里长山也发现了不整合接触关系,故认为在寒武纪和震旦纪期间该区发生过地壳运动,并于1958年由徐嘉炜创名为霍邱运动[6]。

寒武纪基本上继承了震旦纪晚期的古地理轮廓,经霍邱运动后,使黄淮海上升成陆海水退出,经短暂剥蚀后,早寒武世早期海水再次入侵,在霍邱马店罗塔山、雨台山、煤山一带接受了局限台地相的边缘沉积（相当于凤台组至猴家山组下部的沉积时期）,主要岩石类型为白云质砾岩、页岩、泥晶白云岩,局部地段还夹石英砂岩、碳质页岩、石煤层,并见有黄铁矿结核和磷结核。在霍邱马店罗塔山见砾岩的含砾率自下而上一般从30―35%增加到70―80%,说明水体能量逐渐增大。上述沉积物很可能是陆源物质在悬崖陡壁式海岸边,未经明显搬运,快速堆积而成。

早寒武世中期（相当于猴家山组中部的沉积时期）,海水入侵范围扩大至整个黄淮海域,震旦纪时期形成的蚌埠半岛也被淹没。岩石类型中还见砂屑白云岩、白云质泥灰岩,底部时见含磷砾岩、碎屑磷块岩,顶部白云岩有时具蜂窝状硅质团块。岩石颜色为黄灰、紫红色,代表还原至氧化环境。上述特征显示以局限台地相为主,上部可能出现蒸发台地相沉积。邻近淮阳古陆的四十里长山、凤台、定远一带的沉积厚度大部分为100米以上,而淮北一带仅30米左右,说明南侧的沉降幅度较大,海水在区内的流通条件较差。

早寒武世晚期（相当于猴家山组上部至馒头组的沉积时期）,黄淮海的海水加深,流通条件明显变好,为开阔台地相沉积所替代,但泥质成分稍高,时含海绿石。岩石的颜色以灰、紫红色为主,代表还原至氧化环境。泥岩的经常出现,表明黄淮海的间歇性升降运动较为频繁,有时可能露出水面。

中寒武世（相当毛庄组至张夏组的沉积时期）至晚寒武世早期（相当于崮山组下部的沉积时期）,也就是本文所说的霍邱四平山石灰岩-白云岩矿床的沉积时期,这一时期黄淮海除了间歇性升降运动较为频繁、水动力稍有增强外,其沉积环境与早寒武世晚期基本相似,不同处仅仅表现为鲕粒状含白云质灰岩和生物碎屑灰岩明显增多,鲕粒呈球型致椭球型,具同心状包壳,直径一般0.25―0.5mm,少部分1mm。胶结物占30%,全为亮晶方解石,属孔隙式胶结。鲕粒灰岩大多形成于温暖浅水、搅动剧烈,强烈蒸发的环境,主要产于碳酸盐岩台地和台地边缘浅滩（鲕滩）中。有时见交错层理,局部地段还出现海百合化石;生物碎屑灰岩主要由生物碎屑、海绿石、亮晶方解石等矿物组成。生物碎屑主要为棘皮动物、及少量腕足类、苔藓虫、三叶虫等;胶结物为0.01―0.02mm的亮晶方解石。这种岩石是水动力较强的沉积环境下的产物。另外,本区的豹皮状、条带状白云质灰岩,细鲕条带灰岩夹角砾状灰质白云岩、灰、灰黑含硅质页岩透镜体可能也是持续高能的潮下带的产物,其中角砾都呈扁长形,扁平面平行层理,圆度及分选性较好,长短径大多分别为1-10厘米及0.5-3厘米左右,边缘圆滑,酷象竹叶,常称为竹叶状灰岩。

晚寒武世早期（相当崮山组上部的沉积时期）,在蚌埠一带复又成为隆起区,起着障壁岛的作用。海水北畅南滞,造成淮南与淮北的沉积环境有明显差异。淮北地区的沉积环境仍与早时相似,为开阔台地相沉积;而淮南、霍邱一带则为局限台地相或局限蒸发台地相沉积,形成厚、中厚层白云岩、白云质灰岩,岩石的颜色主要为灰、灰黄、浅灰色,代表还原环境。

晚寒武世中、晚期,在淮北地区,除晚期可能受后期白云岩化影响而白云质成分明显增高外,其沉积环境与晚寒武世早期基本相似,淮南、霍邱地区（相当于土坝组沉积区）则出现硅化型蒸发台地相沉积, 形成中厚层白云岩和硅质条带白云岩。

奥陶纪开始,黄淮海大部分地区上升成陆（相当于早加里东或冶里运动[5-6]）,海水退出本区,至此,使霍邱地区奥陶系及以上地层缺失,并从奥陶纪直至第四纪期间,经历过多次构造运动,特别是发生在晚寒武世至早奥陶世初期的早加里东或冶里运动,导致四平山矿区乃至霍邱西部地区构造格架的形成。根据矿区（图1）的煌斑岩脉及矿区周边的花岗斑岩、闪长岩类等脉岩成群产出,各脉岩群总体又呈南北向分布,显然它们受南北向裂隙控制。另外,见所有这些脉岩均出露于寒武纪及以前地层中,而且并未随区域构造线而变化方位,由此可见,矿区脉岩的形成应晚于断裂构造的形成时代。

5 结论

霍邱县四平山石灰岩-白云岩矿床赋存于中、上寒武统富镁碳酸盐岩系地层中,地质构造简单,赋矿地层层位稳定,矿体形态变化不大。区域地层时代由老至新依次为青白口纪、震旦纪、直至中晚寒武世。根据区域地质背景、矿床地质特征以及岩相古地理分析,认为该矿床形成于地壳升降运动频繁、海水动力增强、流通条件较好又强烈蒸发的碳酸盐环境下,从台地边缘浅滩(鲕滩)相到硅化型蒸发台地相过渡的一套碳酸盐岩相沉积。

参考文献

[1] 安徽省地质局区域地质调查队.安徽地层志前寒武系分册[J].安徽科学技术出版社,1985.

[2] 安徽省地质局区域地质调查队.安徽地层志寒武系分册[J].安徽科学技术出版社,1988.

[3] 金振奎,冯增昭.华北地台东部下古生界白云岩的类型及储集性 [J];沉积学报;1993年02期

[4] 全国矿产储量委员会办公室.矿产工业要求参考手册(修订版)[M],北京:地质出版社,1986.

[5] 安徽省地质矿产局.安徽省区域地质志[M],北京:地质出版社,1982.

[6] 地质矿产部.地质辞典.办公室.地质辞典普通地质、构造地质分册[M],北京:地质出版社,1983.

注释

① 安徽省地质矿产勘查局337地质队.安徽省霍邱县四平山水泥灰岩矿矿山保有资源储量检测报告,2004.

② 中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队普查队.安徽省霍邱县水泥厂四平山矿区石灰岩矿详查地质报告,1993.

③ 安徽省地质矿产局337地质队.安徽省霍邱县白大山―四十里长山大理石、石灰石初步普查地质报告,1988.

④ 安徽省地质矿产局.中华人民共和国区域地质调查报告――1:5万三河尖―运河集、桥沟―高塘集、蒋集―刘集三副（矿产部分）,1986.