辽宁省五道河石灰岩矿床地质特征及成因分析

刘幸， 白银增，张霆，白云龙

辽宁省有色地质局一O九队  辽宁省朝阳市  122000

【摘要】本文介绍了辽宁省凌源市五道河石灰岩矿区的地质背景。区内矿层赋存于寒武系下统的馒头组，寒武系中统的张夏祖，以及奥陶系中统的马家沟组地层中，矿层总体呈倾斜的单斜厚层状产出，矿层厚度较大，厚度变化较小，矿石质量较好，矿石工业类型为黑色冶金熔剂用白云质灰岩矿石。其中奥陶系中统的马家沟组地层是区内寻找黑色冶金熔剂用白云质灰岩矿的重要赋矿层位。

【关键词】黑色冶金熔剂用白云质灰岩矿；地质特征；成因分析；凌源市

1 区域地质概况

工作区位于华北地台北缘—燕山台褶带—辽西台陷西部—朝阳穹褶断束中部。北以NE向凌源—北票岩石圈断裂为界，与内蒙地轴毗邻；南以要路沟—锦西北东东向壳断裂为界，与山海关台拱相连。朝阳穹褶断束呈北北东向展布，其北西和南东两侧分别为四官营子—三家子和建昌中、新生代火山岩断陷盆地（插图1）。

1.1 地层

区域出露地层从老到新主要有元古界长城系，古生界寒武系、奥陶系、二叠系，中生界有侏罗系、白垩系和新生界第四系地层。

1.2 构造

区域内构造较发育，主要表现为褶皱构造和断裂构造。

褶皱构造：主要为南窑—党杖子倒转向斜，轴向北东，出露长度约10Km，宽2～3km，工作区内的寒武系和奥陶系地层处于该倒转向斜的西北翼，倾角50°～85°。

断裂构造：主要为北东向断裂构造。马圈山—塔子山逆断层：位于工作区的西北部，全长25Km，呈直线型北东向展布，断层走向45°～65°，倾向北西，倾角为24°～27°。铁杖子逆断层：位于区内二叠系与奥陶系地层的接触部位，主要体现为粗面岩充填，走向为40°左右，倾向北西，倾角56°～80°，全长7km。王宝营子逆断层：位于矿区的东南部，土城子组与蓝旗组的接触部位，走向50°左右，倾向北西，倾角22°～51°全长14km，受其影响，工作区断裂构造主要有北北东向压扭性和北西西向张扭性断裂发育。

1.3 岩浆岩

区内岩浆活动较小，燕山期侵入体呈条带状展布。早期有辉绿岩，晚期有粗面岩，充填于北北东向压扭性断裂或北西西向张扭性断裂中。

2 矿区地质

2.1 地层

勘查区内出露地层主要为古生界寒武系、奥陶系、二叠系，中生界侏罗系和新生界第四系。

2.2 构造

2.2.1 褶皱

区内为南窑-党杖子倒转向斜的北西翼，其地层走向30°～60°，倾向300°～330°，倾角32°～88°。该北西翼局部地层有向北北东倾斜，造成局部地层产状有所变化。

2.2.2 断裂

该区主要断裂为铁杖子逆断层：位于区内二叠系与奥陶系接触部位，主要体现为粗面岩充填，走向为40°左右，倾向北西，倾角56°～80°，全长7km。受其影响发育有北北东向压扭性断裂和北西西向张扭性两组断裂。

2.3 岩浆岩

工作区内岩浆岩主要为燕山期辉绿岩和粗面岩。

辉绿岩：分布在工作区东部，呈条带状产出，倾向210°，倾角80°，长340m，宽10～40m。其岩性特征如下：

粗面岩：分布在工作区西部，呈牛角状产出，走向40°，倾向310°，倾角40°～60°，长2000m左右，宽5～~200m。

3 矿层地质

工作区内白云质灰岩矿层呈层状、似层状产出，为倒转地层层序。依据各条矿层地表出露特征，规模、品位变化特征，结合地质测量实测成果，共圈定5条黑色冶金熔剂白云质灰岩矿层。

3.1 矿层地质

工作区内共查明黑色冶金熔剂白云质灰岩矿层5条，编号分别为1号、2号、2-1号、3号、4号。

1号矿层西区：产出于寒武系下统馒头组地层，位于工作区内的老平台沿北东48°方向一直延伸至善于沟村里。地表由TC13-1、TC9-1、TC5-1、TC1-1、TC2-1、TC6-1、TC10-1、TC12-3控制，地表控制延长1300m。深部由ZK11-1、ZK9-1、ZK5-1、ZK1-1、ZK2-1、ZK6-1、ZK8-1、ZK10-1、ZK12-3，通过ZK8-1的深部验证，确定了1号矿层在深部延伸形成的反倾形态，继而后期钻孔对1号矿层进行正倾向控制，并确认了1号矿层在深部的反倾构造，倾斜方向控制延伸200m，品位、厚度变化都较稳定，厚度为54.41m，SiO₂品位为0.91×10^-2，CaO品位为50.40×10^-2，MgO品位为3.71×10^-2、CaO+MgO为54.12×10^-2。矿层在走向上呈连续分布，矿层在地表整体走向48°,倾向NW，倾角75°～88°，厚度变化系数为14.64%。1号矿层是本次重点评价对象。

1号矿层东区：产出于寒武系下统馒头组地层，位于1号矿层沿水库坝堤在北北东方向上的延伸。地表由TC20-1、TC24-1、TC28-1、TC32-1控制，地表控制延长600m。厚度为55.00m，SiO₂品位为0.82×10^-2，CaO品位为51.20×10^-2，MgO品位为2.98×10^-2，CaO+MgO为54.18×10^-2。矿层在走向上呈连续分布，但是经过地表TC32-1的控制以及地质填图得出结论，判断1号矿层在东北部延伸的尖灭形态，矿层整体走向48°,倾向NW，倾角80～85°，厚度变化系数为49.37%。

2号矿层：产出于寒武系中统张夏组，位于西老虎沟南山，北东方向一直延伸到五道河水库。地表由TC11-1、TC7-1、TC3-1、TC0-1、TC4-1、TC8-1、TC12-1、TC16-1控制，地表控制延长1300m。深部由ZK11-2、ZK7-1、ZK3-1、ZK0-1、ZK4-1、ZK8-2、ZK12-1、ZK16-1控制，倾斜方向控制延伸200m，厚度为14.04m，SiO₂品位为2.30×10^-2，CaO品位为50.30×10^-2，MgO品位为2.43×10^-2、CaO+MgO为52.72×10^-2。矿层在走向上呈连续分布，矿层整体走向48°,倾向NW，倾角60°～75°，厚度变化系数为48.66%。

2-1号矿层：产出于寒武系中统徐庄组，位于西老虎沟1号矿层和2号矿层的中部。地表由TC3-1、TC0-1控制，整体控制延长400m。深部由ZK3-1、ZK0-1控制，倾斜方向控制延伸100m，厚度为15.60m，SiO₂品位为1.79×10^-2，CaO品位为52.16×10^-2，MgO品位为1.45×10^-2、CaO+MgO为53.62×10^-2。矿层在走向上呈连续分布，矿层整体走向48°,倾向NW，倾角70°～75°，厚度变化系数为53.26%。

3号矿层：产出于奥陶系中统马家沟组，位于工作区的东老虎沟。地表由TC100-1、TC100-2、TC100-3、TC102-1、TC102-2、TC104-1、TC104-2、TC106-1、TC106-2、TC108-1、TC108-2、TC110-1、TC110-2、TC1-1、TC1-2控制，整体控制延长400m。深部由ZK100-1、ZK100-2、ZK102-1、ZK102-2、ZK104-1、ZK104-2、ZK106-1、ZK108-1、ZK110-1控制，倾斜方向控制延伸200m，厚度为49.62m，SiO₂品位为1.92×10^-2，CaO品位为52.17×10^-2，MgO品位为1.54×10^-2、CaO+MgO为53.71×10^-2。矿层在走向上呈连续分布，矿层走向80°,倾向NW，倾角40°～50°，厚度变化系数为28.41%。

4号矿层：产出于寒武系下统馒头组，位于工作区的龙爪沟。地表由TC3-2、TC7-2控制，整体控制延长200m。深部由ZK3-2、ZK7-2控制，倾斜方向控制延伸200m，未见有4号矿层在深部的延伸，推断4号矿层在深部尖灭。厚度为46.85m，SiO₂品位为1.23×10^-2，CaO品位为51.58×10^-2，MgO品位为2.54×10^-2、CaO+MgO为54.12×10^-2。矿层在地表走向上呈连续分布，矿层走向30°,倾向NW，倾角50°，厚度变化系数为12.44%。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石化学成分

矿石主要组分为CaO和MgO、SiO₂，全区五条黑色冶金熔剂白云质灰岩矿层共采集探槽、钻孔基本分析样1398个，有害组分分析样665个，基本查明区内矿石主要组分及变化特征。根据分析样品测试结果，矿层矿石的主要化学成分和其它组分含量见表3-1、表3-2：

矿石主要化学成分表    表3-1

矿石其它组分含量表    表3-2

从以上数据可知，矿层主要组分含量高，其它组分含量少，变化小。矿石中P和S的平均含量低于工业指标P≤0.03%、S≤0.12%的要求。其含量沿走向、倾向变化均不大。完全符合黑色冶金熔剂白云质灰岩的化学成分要求。

3.2.2 矿石矿物成分

矿石的有用矿物为方解石，含量为75％左右，脉石矿物成分为白云石和隐晶质石英，白云石含量在23%左右，石英含量为2%左右。

3.2.3 矿石结构构造

矿石结构主要为泥晶结构、粒晶结构、鲕粒结构。

矿石构造主要为中—厚层状构造。

3.3 矿石类型

矿石类型分为自然类型和工业类型。本区矿石的自然类型如下：

白云质灰岩：泥晶结构、粒晶结构和碎裂结构，方解石脉发育。泥晶物质成分由方解石组成，具泥晶结构，粒度为0.01～0.03mm，约含65％。粒晶物质成分由白云石组成，自形，具粒晶结构，粒度为0.03～0.1mm，约含25％。脉石成分由方解石组成，具粒状变晶结构，粒度为0.2～6.4mm，约含10％。为本区内的1号和4号矿层矿石。

白云质鲕粒灰岩：具鲕状结构、粒晶结构和内碎屑结构，方解石脉发育。内碎屑呈棱角状，由含鲕粒灰岩组成，内碎屑粒度为1.6～6.4mm，约含7.4％。鲕粒呈圆形，鲕粒较完整，呈同心层状，由泥晶或亮晶方解石组成，鲕粒大小为0.4～0.8mm，约含40％。粒晶由白云石组成，自形具粒晶结构，粒度为0.03～0.1mm，约含25％。胶结物由泥晶方解石组成，粒度为0.01～0.03mm，约含20％，因方解石脉叠加，部分泥晶方解石颗粒变大。脉石由方解石组成，具粒状变晶结构，粒度为0.02～0.08mm，约含6％。岩石中石英碎屑约含2％，裂隙铁染明显。为本区的2号矿层矿石。

泥晶灰岩：泥晶结构和生物碎屑结构，方解石脉发育。生物碎屑成分为原状-半壳状，生物体征不完整，由亮晶方解石组成，碎屑粒度为0.4～0.8mm，约含5％。泥晶基质由泥晶方解石组成，粒度为0.01～0.03mm，约含80％。脉石成分由方解石组成，网状分布，具粒状变晶结构，粒度为0.02～0.8mm，约含15％。为本区的3号矿层矿石。

矿石的工业类型：黑色冶金熔剂用白云质灰岩矿石。

3.4 矿层围岩和夹石

3.4.1 围岩

1号矿层和4号矿层都产出于寒武系馒头组的白云质灰岩，围岩顶板和底板都为红色页岩夹薄层灰岩，2号矿层顶板为红色页岩，底板为竹叶状灰岩。3号矿层在地表大面积出露，矿层与围岩不清楚，都为灰岩。

3.4.2 夹石

经地表槽探工程取样化验分析结果显示，矿区内夹层主要有二种类型：高镁夹层、高硅夹层，产状与矿体产状大体一致。

4 矿床成因

早寒武世时，在辽西地区形成了辽西海盆，即半封闭的辽西海湾，其北东为内蒙古陆，南为山海关古陆。早寒武世沉积时，气候炎热，随着早期盆地内部沉积基底高低差异变小，潮上环境多次出现，地壳升降频繁，区内碳酸盐清水沉积与陆源碎屑沉积交替出现。主要岩性为页岩、碳酸盐岩组合区。中寒武世时沉积范围不断扩大，到中晚期海浸达到高峰，中世早期为属海水循环受限的潮上环境，上下波动式运动较明显，沉积物以灰色灰岩为主、次为竹叶状灰岩及泥质灰岩。中期为潮间环境沉积，内源组分进一步增加，主要沉积了灰色灰岩、泥灰岩，夹有灰绿色页岩。晚期强盛的海浸形成了潮下环境并在区内发育了高能滩坝相体，沉积物中陆源组分相当贫乏，几乎全为内源沉积，主要为灰色、深灰色泥晶灰岩、亮晶灰岩，多夹有鲕粒灰岩。晚寒武世时，海平面下降，水体深度变小，受强烈的潮汐作用和沉积基底地形控制下的下潮间坪相带及泻湖和浅海相相继出现，气候转向温凉，具有一定程度的氧化作用。辽西海盆水体浅，能量低，生物繁盛。地层中多见海绿石，并以碳酸盐岩沉积为主。早奥陶世辽西海盆范围扩大，与外海相连，结束了半封闭状态，早期沉积的冶里组主要为灰色灰岩及花纹状灰岩，夹竹叶状灰岩及白云质灰岩。晚期沉积的亮甲山组为灰色灰岩、白云质灰岩，夹竹叶状灰岩及燧石结核灰岩。两期沉积相似，基本上处于潮汐作用为主的能量较低的弱还原—还原环境。奥陶世中期水动力变弱，静水潮下沉积环境占优势，马家沟组沉积物为灰色灰岩、花纹状灰岩和白云质灰岩，表明水体能量低，介质盐度不正常的还原环境特点。

从寒武世早期到奥陶世晚期，由于海浸作用，形成了潮下环境，水体深度较大，远离海岸，陆源组分贫乏，海水清洁。在化学、生物化学作用下，大量的CaCO₃灰泥颗粒沉淀下来，逐渐形成了以方解石为主，其次为白云石等从老到新的白云质灰岩地层，因此矿床成因类型为浅海相沉积碳酸盐岩矿床。

矿床的成岩后生白云石化作用普遍发育。白云石具有颗粒较粗（0.015～0.1mm），呈菱形、四边形等交代成因标志。系碳酸盐在富镁的水溶液中，镁离子置换钙离子形成，其反应式如下:

Mg²⁺+2GaCO₃      GaMg(CO₃)₂+Ga²⁺

后生白云石化宏观表现为岩石中的花纹状构造，由于作用的不均匀性，在相对强烈的的部位，MgO含量增高，使矿层中形成较多的不连续夹层。因此，五道河黑色冶金熔剂用石灰岩矿床属浅海相生物化学沉积成因的碳酸盐岩矿床。

参考文献

[1]刘幸 辽宁省凌源市五道河石灰岩矿详查地质报告 2015.

[2]辽宁省地质矿产局 辽宁省区域地质（M） 北京:地质出版社,1991.

[3]中华人民共和国国土资源部.DZ/T0213-2002 冶金、化工石灰岩及白云岩、水

泥原料矿产地质勘查规范[S].北京:地质出版社,2003.

作者简介：刘幸（1987-），男，辽宁朝阳人，地质工程师，主要从事矿产普查与勘探工作。