元江县曼林烧马山水泥用石灰岩矿地质特征

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  【摘 要】昆阳裂谷内中元古界昆阳群地层划分为黑山头组(Pt2hs)、大龙口组(Pt2d)等八个组,总体上有三个由碎屑—碳酸盐—黑色叶岩沉积的一级旋回,每个地层组又包含了若干个次级旋回。这八个地层组显示出在沉积厚度,岩相的复杂多变及沉积的多旋回性的特点。昆阳群大龙口组(Pt2d)地层以碳酸盐岩沉积为主,是水泥原料的主要赋矿地层。总体上赋矿岩性为深灰~浅灰石灰岩,呈厚大的层状产出。矿体产状与地层产状一致,中间夹有数层厚度不等的白云质灰岩透镜体,矿石品级主要以Ⅰ级品为主,元江地区灰石灰岩矿Ⅰ级品CaO53.06-54.36%,MgO0.23-0.79%。
  【关键词】 水泥用石灰岩;地质特征;矿石质量
  1概况
  随着我国经济整体持续高速发展,元江县域经济也得到了较快的发展,政府及社会对基础设施的重视和投入逐年加大,各种基础和大中型项目建设相继推出,社会及市场对各种型号的水泥产品供求量持续增大,对产品质量要求也越来越高。元江县永发水泥厂做为县域内行业的龙头企业,不但承担了县内各类建设水泥材料的供应,而且还获得了大型水电站等建设项目的水泥供销合同,使其水泥产量增加,生产水泥主要原料石灰石矿的市场需求增大。
  由于水泥产品的特殊性,受企业生产成本的高低、地域内的交通条件、产品采用的运输方式和运输装备、地域内石灰石资源的分布状况、当地国民经济发展水平和居民消费水平等因素影响到水泥的合理销售半径。元江县是以山地为主,多个少数民族聚居,经济发展相对落后的地区,水泥产品的合理销售半径在250~300公里左右,最佳半径应在200公里以内,所以形成了以县城为中心,向四周乡镇辐射的元江县水泥生产和销售的县域市场格局。
  元江县位于云南省中南部,以红河深断裂为界,大地构造单元处于两个Ⅰ级地质构造单元的结合地带,西部为兰坪—思茅褶皱系的中间部分,东部为扬子准地台的一部分。第三纪中新世以后的喜马拉雅运动对本区影响巨大,哀牢山与滇中高原的抬升,随着元江的不断加深的切割,造成山川相间高差巨大的地貌格局。第四纪以来,新构造运动对元江继续深切,两侧山体不等量上升,对元江地区地形有极大影响。元江县水泥用石灰石矿产地分布于元江县城江东地区,该区地形坡度陡峻,海拔高差大。水泥用石灰石矿山开发利用总体上形成了水文地质、工程地质等开采技术条件相对简单,矿山生产矿石开采难度大的现状。
  本文仅从元江县永发水泥厂的曼林烧马山水泥用石灰岩矿的地质构造、地层岩性、矿体形态特征,矿石质量等方面进行浅析。
  2区域地质构造
  元江地区大地构造位置为昆阳裂谷南部,昆阳裂谷地域上总体呈南北向展布,向北进入四川省会理地区,向南延伸至元江县境内北西走向的红河深大断裂以北。在沉积序列上经历了初始裂陷~断裂坳陷~沉降坳陷~挤压收缩四个发展阶段。沉积特征上表现为沉积厚度、岩相的复杂多变及沉积的多旋回性。裂谷初期张裂作用所形成的地陷、地垒或断陷盆地的内部结构以及同沉积生长断裂的活动使沉积的地层在厚度、岩相等方面在小范围内可发生剧烈的变化,使沉积厚度变化较大。裂谷带也是地壳的活动带,振荡及运动频繁,沉积环境多变,因而造成岩相的多变和沉积的多旋回性。
  昆阳群裂谷中南部元江沉降盆地(Ⅴ)经过长期的地壳演化,形成一套碎屑~碳酸盐~黑色叶岩沉积组成的浅变质岩系地层,出露有黄草岭组(Pt2h)、黑山头组(Pt2hs)、大龙口组(Pt2d)、美党组(Pt2m)、因民组(Pt2y)、落雪组(Pt2l)、鹅头厂组(Pt2e)、绿汁江组(Pt2lz)八个组,岩性为灰岩、板岩夹灰岩、砂板岩和白云岩、绢云主板岩及炭质板岩等。
  区域断裂构造发育有红河深大断裂、二塘桥断裂,青扬断裂,希拉断裂等(见图1:元江县曼林地区区域地质图)。
  昆阳群大龙口组(Pt2d)地层以碳酸盐岩沉积为主,是滇中地区主要的冶金、化工用石灰岩及白云岩、水泥原料石灰石矿的赋矿层位。在不同地区由于沉积环境的差异,沉积地层岩性特征也存在差异。
  3、矿区地质特征
  矿区夹持于二塘桥断裂及次级断裂间,受北西走向的区域断裂控制,区内发育有一系列北西走向为主,其次为近南北、北东走向的更次级的小断层。矿区范围内出露地层为昆阳群大龙口组(Pt2d),呈北西走向、倾向北东的单斜产出,地质构造简单(见图2:矿区地质构造图)
  3.1地层岩性
  元江县江东地区水泥用石灰石矿区出露地层自新至老叙述如下:
  1、第四系(Q)
  由残坡积、冲洪积、河流沉积作用形成的砾砂、粘性土组成,在石灰岩分布区以红色粘土为特征,板岩区沉积多为褐黄色的粘性土,河流沉积区为砂类、卵砾石类。
  2、大龙口
  组(Pt2d)在元江地区共划分为六段,总体以碳酸盐岩类沉积为主,并夹杂有板岩、砂岩等,自上而下叙述如下:
  第六段(Pt2d6):灰白色厚层状硅质灰岩夹少量石英岩、灰黄色的白云质灰岩,部分为白云岩或板岩,厚度大于200m。
  第五段(Pt2d5):灰、深灰色厚层状灰岩夹少量白云质、硅质灰岩透镜体,厚105~250m,该段为本区大龙口组上部化工、冶金、水泥原料的主要赋矿层位。
  第四段(Pt2d4):黄红色厚层块状角砾灰岩,与下伏层为整合接触,厚8~30m。
  第三段(Pt2d3):灰白色厚層状硅质灰岩夹薄层状灰岩、板岩、石英砂岩,局部板岩具碳酸盐化现象,厚度240~480m。
  第二段(Pt2d2):灰、深灰色厚层状灰岩,夹少量白云质、硅质灰岩透镜体,厚度190~260m。该段为本区大龙口组下部化工、冶金、水泥原料的主要赋矿层位。
  第一段(Pt2d1):灰白色厚层状硅质灰岩,顶部为薄层状板岩,厚度大于100m。   3.2地质构造
  昆阳裂谷经历了初始裂陷~断裂坳陷~沉降坳陷~挤压收缩四个发展阶段。四阶段都伴随有地质构造活动,形成了不同级别的构造序列,而区域性的断裂构造控制着地层岩性的走向,该区的控制性构造总体呈北东走向。在不同的区域控制性断裂构造特点和性质各不相同,并形成一系列的褶皱和断层构造,对于非金属石灰岩矿床,地质构造相对简单,矿区地层多形成和区域构造走向基本一致的单斜层。矿床内断层构造不发育,对矿体的完整性破坏小。
  3.3岩浆岩
  在该区昆阳群大龙口组碳酸盐岩为主的地层内,岩浆岩种类比较简单,主要为辉绿岩,其次为火山碎屑岩,个别地方出露有次火山岩。辉绿岩出露点较多,主要呈脉状,规模普遍较小。对于非金属的石灰岩矿床,多无岩浆岩出露。
  4矿床地质特征
  4.1矿体(层)特征
  矿体赋存于昆阳群大龙口组第二、五段(Pt2d2、5)地层中,该地层内灰、深灰色中厚层状灰岩即为矿体层,在元江县江东地区可供水泥用石灰岩地层分布北西起滴奶山,向南东至元江县永发水泥厂老石灰岩矿山以东,总体上走向延伸大于2.0km,本次主要对元江县曼林烧马山石灰岩矿矿区范围内的矿体层特征进行评述(见图3:矿体地质剖面图)。
  ①号矿层走向N30~50°W,倾向NE,倾角19~35°,局部产状55~58°。矿层走向上倾角呈北西陡南东缓,倾向上倾角呈上陡下缓的特征。地表出露宽度160~190m,钻孔深度55.20~78.95m尚未完全控制矿层的厚度,走向长>450m。
  ②号矿层走向N~N5°E,倾向E~SE,倾角7~10°,局部产状较陡,倾角可达24~31°。地表出露宽度220m,走向长>200m。
  ①-1号矿层走向N30°W,倾向NE,呈透镜状产出于①号中,走向长100m,地表出露宽度6m。
  4.2矿石类型、品级及质量
  1、矿石类型:含泥晶灰岩、白云质灰岩。
  2、矿物成分:主要矿石矿物成分为方解石,含量80~100%,粒径在0.03~1mm之间。石英:含量5%,粒度0.252mm;呈脉状穿插;黄铁矿:含量微~2%,粒径小于0.1mm;泥铁质:微~3%,粒径小于0.1mm;微粒状,不透明。菱铁矿:含量微~8%,粒度小于0.3mm;沿解理发生褐铁矿化。
  3、结构、构造:粉晶、泥晶、细晶~粗晶结构,厚层状构造。
  4.矿物化学成分
  (1)石灰石矿Ⅰ级品矿物成分:CaO54.52~55.10%, MgO0.17~0.84%, Al2O30.18~0.74%, SiO20.38~0.75%, Fe2O30.15~0.59%, K2O+Na2O0.10~0.13%, SO30.01~0.03%, TiO2未测出,P2O50.01~0.02%, Mn3O40.03%, Loss42.61~42.98%。地表石灰岩矿的主要化学成份CaO50.38~55.97%,变幅5.59,品位变化系数1.07%; MgO0.06~3.36%,变幅3.30;深部石灰岩矿的主要化学成份CaO48.72~55.90%,变幅7.18,品位变化系数0.66%; MgO0.12~0.23%,变幅0.11,品位变化系数21%。总体上地表至深部石灰岩矿倾向上、走向上CaO、MgO的平均含量较稳定。
  (2) 石灰石矿Ⅱ级品矿物成分: CaO46.26%,MgO8.82%,Al2O3 0.45%,SiO2 2.31%;Fe2O30.67%,K2O+Na2O0.184%,SO30.041%,Cl0.0036%,Loss 42.18%。
  4.3矿层围岩与夹石(层)
  4.3.1矿层围岩。石灰岩矿层位于昆阳群大龙口组第五段(Pt2d5)中,根据地表和深部工程控制的石灰岩层中CaO、MgO的含量达到水泥用石灰岩矿I级品CaO≥48%,MgO≤3%和Ⅱ级品CaO≥45%,MgO≤3.5%要求时,即圈定为石灰岩矿体。除此,矿层上覆、下伏的大龙口组第五段(Pt2d5)地层,即为矿层围岩—矿层的直接顶底板。岩性大部为灰岩,在②号矿层7号剖面矿层的直接顶板为灰质板岩。大龙口组第六段(Pt2d6)灰白色厚层状硅质灰岩夹少量石英岩、灰黄色的白云质灰岩,部分为白云岩或板岩,距矿层有一定的距离,为矿层的间接顶板。大龙口组第四段(Pt2d4)黄红色厚层块状角砾灰岩,整体为矿层的间接底板,在3号剖面已与矿层接触,构成矿层的直接底板。
  4.3.2夹石(层)。根据水泥用石灰岩矿I、Ⅱ级品CaO、MgO的含量,共圈定出三層夹石:
  1、CaO<45%,MgO≤3.5%,厚度达夹层最小剔除厚度2.00m,岩性为含白云石灰岩,呈透镜状零星分布于1、3号剖面矿体层中下部,具隐晶~量微粒结构,厚层状构造。CaO39.8842.66%,MgO9.3711.67%,夹石(层)地表探矿控制厚度20~24m。
  2、45%≤CaO≤48%,MgO≤3.5%时,厚度达夹层最小剔除厚度2.00m,,岩性为含白云石灰岩,呈透镜状分布于矿体层,夹石(层)地表探矿控制厚度8m。CaO46.26% MgO8.82%已大于MgO3.50%的要求。
  3、碳酸盐化板岩夹层,矿区东部,走向上在南东方向呈夹层状延伸,北西方向呈透镜状尖灭。CaO平均含量44.77%,MgO平均含量0.62%。
  4.4矿体覆盖层。该矿床有三种类型覆盖层:(1)第四系(Q)主要为石灰岩风化后零星分布于溶孔、溶隙中残积的红粘土,取样分析CaO2.90%,MgO3.36%。(2)昆阳群大龙口组第五段(Pt2d5)矿体层以上石灰岩部分。(3)②号矿层直接顶板碳酸盐化板岩,CaO平均含量44.77%,MgO平均含量0.62%。
  4.5脉岩。矿区内脉岩以北西—南东走向为主,其次为北东—南西走向脉岩,总体特征走向延伸较短,多为10~15m,倾角50~70°,地表出露宽度0.5~1.5m,根据脉岩的充填物特征,可划分为两种类型:   1、方解石脉:主要充填物为浅黄色、黄白色结晶、半结晶方解石,矿石化学成分CaO50.75%, MgO1.21%, Al2O32.58%;SiO22.50%, Fe2O31.93%, K2O+Na2O0.20%, SO30.04%, Loss39.42%,达到水泥用石灰岩矿I级品CaO≥48%,MgO≤3%的要求。
  2、含铁质硅质方解石脉:主要充填物为方解石,次为铁质、硅质、铝质,脉岩呈褐红色,由于CaO、MgO流失后,脉岩多呈气孔状,较疏松,矿石化学成分CaO40.89—41.18%, MgO0.42—0.63%, Al2O36.44—6.99%,SiO28.00—9.00%, Fe2O34.74—5.19%, K2O+Na2O0.62—0.63%, SO30.01%, Loss33.41—33.58%。
  以上两种脉岩类型在矿区范围内不是以单独的形式出现,而是以其中一种类型为主,在不同的部位相互混染。
  4.6岩溶特征
  矿区岩溶可分为裸露、隐伏两种类型,裸露岩溶主要为短而小的溶沟、溶槽、溶孔及不连续分布的石芽为特征,风化溶蚀面上指状溶沟、溶窝较发育,石芽主要发育于矿区范围内北西部、北部中层状灰岩中。地表见有倾斜和垂直的溶孔及小溶洞两种,垂直的溶孔和小溶洞中多被粘土充填。隐伏岩溶主要以单个范围不大的溶洞为主,从石灰岩形成的陡崖断面上观测,埋藏相对较浅,分布规律性较差,见有倾斜、垂直和水平的溶孔、溶洞,钻孔岩芯统计岩溶发育率为14.3%。
  4.7矿床成因
  元江县曼林烧马山水泥用石灰岩矿矿床矿体形态较简单,呈层状或似层状,走向延伸达几千米,厚度105.0—250.0m,矿床规模达中、大型。矿石一般呈灰~深灰色,泥晶结构,厚层状构造,化学成分纯净,杂质含量少,CaO54.52~55.10%, MgO0.17~0.84%,是优质水泥石灰质原料。此类矿床成因在水能量较低的浅海,瀉湖环境中较发育。泥晶颗粒一般小于0.01mm,其来源是由于海水中CaCO3饱和而产生化学沉淀。该矿床成因为泥晶石灰岩矿床
  5、结论
  本文论述了元江地区大地构造位置,区域地质沉积环境。矿区地质构造,地层岩性,岩浆岩活动。着重从矿体(层)特征,矿石类型、矿物成分、结构、构造,品级及质量,矿物化学成分,矿层围岩与夹石(层),矿体覆盖层,脉岩,岩溶特征,矿床成因等论述了矿床特征。总体上从区域地质条件分析:该矿区石灰岩矿含矿层走向延伸达几千米,厚度105.0—250.0m,矿床规模达中、大型。矿石呈灰-深灰色,泥晶结构,厚层状构造,化学成分纯净,杂质含量少,CaO54.52~55.10%, MgO0.17~0.84%,是优质水泥石灰质原料。水泥用石灰岩矿矿业开采者所圈定的开采区块地质构造相对简单,矿区地层(矿体层)多形成和区域构造走向基本一致的单斜层。矿床内断层构造不发育,对矿体的完整性破坏不明显,开采条件较简单。但是由于该区地形坡度陡峻,海拔高差大,矿山生产矿石开采难度大,同时当地政府限制进行面山开采;导致由于自然条件和人为因素的影响造成可开采利用的矿产资源少,开采难度在的现状。本文从多年来对水泥用石灰岩矿地质勘探工作经验总结和地质规律再认识,已基本论述清元江曼林地区昆阳群大龍口组水泥用石灰岩矿地质特征和矿石质量。
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