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中国石灰岩矿资源地质特征


一、 矿床时空分布及成矿规律
  中国水泥石灰岩矿的时空分布广泛,几乎在各地质时代众多层位的地层中都有产出。成矿时代具有北早南晚的特点。北方地区从古元古代早期就开始成矿,南方地区则从新元古代晚期开始。重要赋矿层位北方地区以寒武系、奥陶系为主;南方地区为泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系。在元古宇、志留系中也有产出。
  古元古界矿床主要分布于黑龙江东部、辽东半岛、内蒙古西部、甘肃及陕西南部等地,石灰岩已变质为大理岩。中新元古界矿床主要分布于吉林南部、辽东半岛、燕山地区、苏北、河南南部及湖北、四川等地,主要是藻灰岩、叠层石灰岩和白云石化石灰岩。其中:黑龙江东部麻山群大理岩和辽东半岛营城子组石灰岩等,是东北地区重要的赋矿层。
  早寒武世燕辽、豫西、淮南等地沉积有白云岩化豹皮灰岩和石灰岩。中寒武世张夏组是北方地区重要的赋矿层位,主要分布于吉林南部、辽宁南部、内蒙古南部、北京、河北、山西、河南、山东、江苏北部、安徽北部等地。晚寒武世在河北、山东、北京、山西等地,广泛分布砾屑(竹叶状)石灰岩矿床。华南地区寒武系矿床主要分布于大巴山、米仓山、安徽南部、浙江西部及贵州局部地区。
  中奥陶世马家沟组是北方地区极重要的赋矿层位,广泛分布于山东、山西、河南、河北、陕西及辽宁等地。北纬42°以南与石家庄、太原、银川一线以北地区分布的冶里组及亮甲山组下部石灰岩,山西中部南部、河北南部分布的峰峰组石灰岩,也是重要的赋矿层位。陕西南部、甘肃永登一带分布中奥陶统矿床,华南地区的苏南、浙西、川鄂湘交界处等地,也分布有中下奥陶统矿床。
  志留系矿床分布于黑龙江大兴安岭、吉林中部、内蒙古、新疆天山南北,青海昆仑山北麓等地。下中泥盆统石灰岩(大理岩)矿主要分布于南天山和大兴安岭、张广才岭地区。广泛分布于云南东部、广西、四川中部、湖南中南部、广东西北及贵州南部等地的中上泥盆系,是南方地区重要的赋矿层位。
  石炭系是中国的重要赋矿层位。南方地区下石炭统矿床分布于四川东部、云南东部、湖南、广东等地,其中:石磴子段和梓门桥段是主要赋矿段。中上石炭统石灰岩在南方分布最广,尤其是中统黄龙组和上统船山组水泥石灰岩矿床,遍布广东、江西、四川、湖南、湖北、云南东部、广西、浙江、福建、江苏、安徽等地。此外,秦岭和祁连地区,塔里木盆地周缘、甘肃南部、青海欧龙布鲁克和中吾农山,内蒙古及东北地区等地,也有石炭系矿床分布。
  二叠系是中国南部、东北及西北地区的重要赋矿层位。在四川、云南、贵州、广西、广东、湖南、湖北、江西、安徽南部、江苏南部、浙江西部及福建西部等地,广泛分布下二叠统栖霞组矿床,其上的茅口组石灰岩主要分布于贵州与广西一带。黑龙江南部二叠系下统玉泉组赋存水泥大理岩矿,吉林、内蒙古也有二叠系石灰岩零星出露。西北地区下二叠统矿床主要分布于秦岭-祁连山地区和昆仑-巴颜喀拉山地区。
  三叠系也是中国南方的重要赋矿层位。其下统下部大冶组矿床广泛分布于四川东北、湖南、江西、福建西部、江苏、浙江及安徽等地,下统上部的嘉陵江组也有矿床分布,中统雷口坡组矿床主要分布于浙江、江苏、安徽和四川东南及云南东部等地。此外,秦岭-祁连山地区也有三叠系石灰岩分布。
  中国水泥石灰岩矿床成因以海相沉积为主,内陆湖相沉积石灰岩难以形成质优量大的工业矿床。大地构造位置及其演化对石灰岩的沉积和成矿具有明显的控制作用。地台区内部浅海沉积的石灰岩,岩性岩相稳定,厚度虽然不大,但化学成分变化小,同一层位可在大区域内成矿;古陆边缘沉积的石灰岩,其岩相、厚度及化学成分往往在短距离内发生较大变化;地槽活动阶段则很难形成纯净的水泥石灰岩。
  水泥石灰岩矿的成矿不仅与其沉积环境和成岩物质成分有关,而且成岩后的一些后生变化对成矿的影响也很大。构造运动产生褶皱、断裂,可造成石灰岩层的隆起剥蚀、拗陷覆盖,或对矿体的破坏;地下水的运动和溶蚀作用,使一些石灰岩矿床产生岩溶现象,给矿山勘查、开采带来困难,严重的可影响矿山的利用;岩浆活动发育,不仅分割、破坏矿体,而且还导致矿石化学成分的改变;白云岩化作用对矿石质量影响很大,白云石使矿石中MgO含量增高,或降低质量,或形成夹石,严重的致使矿床难以开采利用。
二、 矿 床 类 型
  中国水泥石灰岩矿床按成因分为:化学或生物化学沉积矿床、机械碎屑沉积矿床、生物化学沉积矿床及重结晶矿床4种类型。
(一) 化学或生物化学沉积矿床
  该类型矿床是最主要的水泥石灰岩矿床类型,探明储量占全国累计探明储量的90%以上。按其岩性又可分为泥晶石灰岩矿床和鲕状石灰岩矿床两种。泥晶石灰岩矿床的成矿时代与分布范围广泛,几乎各主要赋矿地层中均有产出,多数水泥石灰岩矿床都属于此类型,典型矿床有河北邯郸峰峰、四川峨眉黄山及安徽铜陵伞形山等水泥石灰岩矿床。此类型矿床矿体形态一般较简单,呈层状或似层状,走向延伸可达几千米,厚度几米至几十米甚至上百米,矿床规模以大、中型为主。矿石一般呈灰-深灰色,泥晶结构,块状构造,化学成分纯净,杂质含量少,CaO含量高的可达55%,MgO含量低,是优质水泥石灰质原料。泥晶石灰岩一般在水能量较低的浅海,(氵舄)湖环境中较发育。泥晶颗粒一般小于0.01mm,其来源一是由于海水中CaCO3饱和而产生化学沉淀;二是生物遗体的分解或粒屑机械磨蚀而成。
  鲕粒石灰岩的形成与波浪水流作用有关,常具大型交错层理。鲕粒是在潮汐作用下的沙坝或三角洲地区形成的,其外壳是由无机沉淀下来的文石在运动的鲕粒的鲕核上短期间断性沉淀而成。鲕粒石灰岩矿床在中国北方分布较广,例如:山东滕县马山、河北获鹿王屋、北京昌平文殊峪、辽宁辽阳小屯等水泥石灰岩矿床属于此种类型,在浙江、广西、云南及四川等地也有此种矿床分布。此种矿床矿体形态以层状为主,层位较稳定,厚度几米至几十米,矿床规模以大、中型为主。矿石颜色从浅至暗色均有,粒屑结构,亮晶胶结为主,块状构造,化学成分中CaO含量48%~50%,MgO含量因易于白云岩化而变化较大,含量过高时形成夹石,使矿体结构复杂化。
(二) 机械碎屑沉积矿床
  该类型矿床主要分布于中国北方寒武系上统和奥陶系下统,南方上泥盆统和下三叠统也有产出。一般是在海水进退频繁,振荡运动强烈,沉积环境常常变化的条件下,由于潮汐波浪对碳酸盐沉积物反复剥蚀、搬运、沉积的结果,在潮上带或潮间带成矿。岩性以砾屑、砂屑、粉屑石灰岩为主,常夹有泥晶石灰岩和鲕粒石灰岩。例如:山西大同七峰山、山东青州明祖山、广西柳江劳稿山等水泥石灰岩矿床均属于此类型。矿体形态呈层状、似层状,厚几米至十几米,矿床规模为小到大型。矿石呈浅灰,灰褐或灰黄色,粒屑结构、薄层状构造,泥晶或亮晶胶结,泥质、铁质含量较高,常见生物碎屑如腕足类、三叶虫、介形虫、棘皮屑等,化学成分变化较大,CaO含量一般较低,由于沉积环境蒸发作用较强烈,易形成高镁卤水使石灰岩发生白云岩化,因而MgO含量往往偏高,SiO2、Al2O3含量也较高。
(三) 生物化学沉积矿床 
  目前尚未发现典型的生物石灰岩-礁石灰岩矿床,常见的是一些以富含生物碎屑为标志,与生物成因密切相连的水泥石灰岩矿床。此类矿床在中国南方和北方都有分布,尤其是南方地区的上古生界中最发育。例如:浙江、江苏、安徽、江西等地石炭系中统的黄龙灰岩是以科化石和海百合化石为主的生物碎屑石灰岩,其上的石炭系上统船山灰岩是以核形石及其他生物碎屑为主的生物碎屑石灰岩;广西、贵州、云南等地泥盆系中上统藻球(团)粒石灰岩和陕西、四川、云南等地二叠系生物碎屑石灰岩;辽宁前寒武系和河北蓟县震旦系叠层石灰岩及藻灰岩等,所构成的水泥石灰岩矿床均属于此类型。矿床形成于正常盐度的温暖、清洁、透光的浅海环境中,受生物种类、繁盛程度、保存程度的制约。矿体常呈层状产出,形态较稳定,厚度几米至几十米甚至几百米,矿床规模以大、中型为主。矿石呈灰-黑色,粉屑结构,块状构造,含有的生物碎屑种类多,如有孔虫、介形虫、腕足类、腹足类、层孔虫等,常夹有泥晶、粉晶石灰岩。由生物骨骼堆积而成的生物碎屑石灰岩矿石中,CaO含量一般在50%以上,MgO含量低,是优良的水泥石灰质原料。此外,全部由微体生物组成的白垩和现代海滩堆积的贝壳,也可用作水泥石灰质原料。
(四) 重结晶矿床
  此类型矿床是由于岩浆侵入和区域变质作用,石灰岩经重结晶后而形成的。黑龙江省所探明的水泥大理岩矿床均属于此类型,在新疆、辽宁、内蒙古等地也有分布,例如:黑龙江阿城新明、新疆和静热呼等水泥大理岩矿床。石灰岩经重结晶后成为结晶灰岩或大理岩,重结晶完全时,形成各种晶粒结构,方解石矿物结晶较粗,当重结晶不完全时,则形成各种原生结构的残余结构,具有块状构造。由于岩石重结晶后孔隙度降低,因此矿石密度较大,硬度增高。此类矿床矿体形态一般较复杂,有层状、似层状,也有透镜状、巢状等,不同矿床矿体厚度变化很大,一般厚度为几米至几十米,有的可达二三百米,矿床规模以中、小型为主。大理岩的化学成分较稳定,CaO含量一般大于52%,MgO含量低,但常因硅化作用对矿石质量造成不良影响,岩脉穿插往往破碎了矿体的完整,给开采利用带来困难。
三、 典 型 矿 床
(一) 河北邯郸峰峰水泥石灰岩矿床
  该矿床是化学或生物化学作用沉积形成的。位于邯郸市区南西29km,矿区出露地层有第四系黄土、上石炭统铝土质粘土或灰岩、中奥陶统石灰岩,单斜产出,走向北东20°,倾角5°~30°。区内断裂发育,常错断矿层,但对矿石质量影响很小。
  矿体赋存于中奥陶统石灰岩中。岩性较复杂,粉-泥晶石灰岩与白云石化豹斑状粉-泥晶石灰岩呈互层出现。自上而下矿体顶板为黄色土状泥质石灰岩,灰白色砂质石灰岩,灰色致密状粉-泥晶石灰岩及砾岩等,各处厚度不等,有的已被剥蚀掉,最厚的可达几十米。Ⅰ号矿层岩性为灰色致密状粉-泥晶石灰岩,灰黄色土状泥质灰岩,灰色粉-泥晶石灰岩夹豹斑状石灰岩,以泥晶石灰岩为主,厚度58m。Ⅰ号矿层与Ⅱ号矿层之间的夹层岩性为黄色土状白云质石灰岩夹灰色结晶石灰岩,厚度6~9m。Ⅱ号矿层岩性为灰色粉-泥晶石灰岩,厚度27.92m。矿体底板岩性为泥质、白云质灰岩等。
  矿石类型主要有两种:①灰色粉-泥晶石灰岩,粉-泥晶结构,块状构造,含少量砂屑、生物屑、鲕粒等。矿物成分中方解石含量达99%,含少量石英、泥质及褐铁矿。②灰色夹褐色斑状白云石化豹斑状石灰岩,粉-泥晶结构,豹斑状构造。矿物成分以方解石为主,含较多白云石及少量石英、褐铁矿。白云石呈自形菱形晶体,颗粒较小,彼此以平直的晶面镶嵌产出,形成矿石中的“豹斑”。
  矿石质量稳定,Ⅰ、Ⅱ矿层矿石化学成分:CaO 54.31%、54.39%,MgO 0.70%、0.66%,SiO2 1.2%,Al2O3 1%、1.1%,Fe2O3 1.2%、0.9%,SO3 0.07%,是优良的水泥石灰质原料。矿床规模为大型,已开采利用,为邯郸水泥厂的原料基地。
(二) 广西柳江劳稿山水泥石灰岩矿床
   该矿床属机械碎屑沉积矿床。矿体赋存于泥盆系上统融县组中,呈厚层状单斜产出,倾向南西,倾角32°~64°,分布长度1 030m,宽度650m,厚度1 000m。自下而上分为3层(图4.19.3)。一矿层为灰色亮晶鲕粒石灰岩,厚214m;二矿层为灰色亮晶鲕粒石灰岩,厚275m;三矿层为浅灰色。灰、灰色亮晶砂屑石灰岩,厚476m。矿层中夹石为高镁质的白云质灰岩、白云岩团块、条带和透镜体,一般长度大于8m,宽度大于6m,个别大的可达300m,多顺层产出,以三矿层中夹石较多,二矿层中较少。矿石类型分为亮晶鲕粒石灰岩和亮晶砂屑石灰岩两种,主要是鲕粒与碎屑结构的差异,均具块状构造,矿物成分和化学成分变化不大。主要矿物成分为方解石,占99%,含少量白云石,化学成分分别为:CaO 54.7%、54.9%,MgO 0.90%、0.84%,SiO2 0.39%、0.34%,Al2O3 0.08%、0.07%,Fe2O3 0.07%。本矿床矿石质量好且稳定,是良好的水泥原料,矿床规模为大型,计划近期利用。矿区岩溶较发育,岩溶率6.7%,开采中要引起注意。
(三) 浙江杭州石龙山水泥石灰岩矿床
  该矿床是生物作用沉积的。矿区位于杭州市南西17km,为石龙山向斜的一部分,轴向自西而东由北北西逐渐转向东西向。核部地层为石炭系上统船山组石灰岩,两翼为下石炭统珠藏坞组砂页岩,倾角南翼为38°~56°,北翼为50°~68°。区内断裂较发育,北翼地层受构造影响而缺失较多。
  矿体赋存于石炭系中统黄龙组和上统船山组中,呈长条带分布。共分6层矿:第一矿层为含生物碎屑泥-粉晶石灰岩,第二矿层为粉晶生物屑石灰岩,第三矿层为生物屑泥-粉晶石灰岩,第四矿层为亮晶球(团)粒生物屑石灰岩,含硅、钙质结核,第五矿层为生物碎屑石灰岩,第六矿层为灰黑色中厚层石灰岩。其中:第四矿层为主矿体,长2 900m,厚64~105m。
  矿石类型主要有两种:①粒屑粉晶石灰岩,呈灰色,球粒生物碎屑粉晶结构,块状构造。生物碎屑含量20%~30%,有、介形虫、苔虫、腕足类等多种,球粒由泥晶方解石组成,含量不定,粉晶含量约为60%,亮晶约为10%,矿物成分中方解石占95%~99%,白云石1%~5%,偶见石英。②生物碎屑石灰岩,呈灰色,亮晶球(团)粒生物屑结构,块状构造。生物碎屑种类同前,含量为30%~35%,球粒含量10%~20%,核形石含量有时达20%,粉晶、亮晶含量10%~35%。矿物成分以方解石为主,含少量白云石。矿石化学成分:CaO 54.69%、MgO 0.26%、K2O+Na2O 0.05%、SiO2 1.65%、SO3 1.65%,烧失量41.7%,矿石质量好,矿床规模大,是良好的水泥石灰质原料,已开采利用,供应杭州市第二水泥厂等。
(四) 黑龙江阿城新明水泥大理岩矿床
  该矿床是石灰岩经重结晶作用而形成的。矿区位于轴向北东的向斜西翼,出露地层主要有下二叠统玉泉组及土门岭组,由于海西-燕山期岩浆活动和断裂构造发育,地层出露形态很不完整。出露的岩浆岩有燕山早期斑状花岗闪长岩、闪长玢岩、细粒花岗岩、斜长花岗斑岩及钠长斑岩等岩脉,以及海西期的花岗岩和闪长玢岩等。围岩蚀变发育,以夕卡岩化为主,次为角岩化、硅化,对矿石质量有一定影响。
  矿体赋存于下二叠统玉泉组大理岩中,呈北东-南西向延伸,倾向南东,倾角55°~70°,被断层分割成东、西两部分,东矿体长520m,宽280m,厚226m。西矿体长1 400m,宽340m,厚277m。顶板为下二叠统土门岭组变质砂岩、板岩;底板为玉泉组变质细砂岩。粉砂岩沿断层接触带断续有夕卡岩分布。
  矿石类型单一。大理岩呈灰白、乳白色,有时呈黄褐色,中粗粒花岗变晶结构, 块状构造。 矿物成分中方解石含量98%,呈他形粒状,粒径一般2~4mm,褐铁矿含量1%。矿石化学成分: CaO 51.36%~55.63%,MgO 0.05%~1.63%,SiO2 <1%,Al2O3 0.29%~0.3%, Fe2O3 0.19%, 烧失量42.52%。 矿石质量好, 已开采利用, 供应哈尔滨水泥厂等。



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