Question

石灰岩矿床地质

Answer 1

一、成矿地质条件

构成石灰岩的主要矿物成分是方解石，它在地壳中产出较广。主要的工业石灰岩矿床是在海盆中由生物和生物化学沉积作用形成的。生物提供了各种粒级的碳酸钙质碎屑。灰泥的形成是由钙藻、浮游生物遗体的堆积、大的碳酸钙颗粒的磨蚀、藻类光合作用吸收大量CO₂引起CaCO₃直接沉淀生成的。砂及砾粒的碳酸钙颗粒是由腕足类、介形虫、珊瑚、棘皮动物等的贝壳残体、藻席开裂后的碎片和团块等组成。此外，珊瑚、海绵、苔藓虫等还在其组织内部及周围分泌出碳酸钙，形成坚硬的灰质骨架和包壳并堆积，造成生物礁。上述碳酸钙质沉积物基本上是就地生成的，它包括了悬浮质点、浮游生物遗体的下沉、底栖生物介壳堆积及生物礁的向上生长。沿岸流和陡的水下斜坡可导致已沉积的碳酸盐碎屑侧向迁移，并被风浪搬运较远，堆积在深水或浅水盆地内。

碳酸钙质的沉积发生在温暖的气候条件下。钙藻和无脊椎动物在温暖的水中大量繁殖，沉积形成较厚的方解石和文石质的介壳遗体。海水中CO₂的含量对碳酸钙的沉积有重要影响。CO₂含量高，pH值下降，使碳酸钙的溶解度加大，不利于碳酸钙沉积物的生成。CO₂的含量与海水的温度有关。在现代两极地区的海水中，因含CO₂多而缺少碳酸盐沉积。在赤道两侧南北纬30°范围内的热带海域中，碳酸钙是过饱和的，任何CO₂的逸出，都可导致重碳酸钙转变为碳酸钙而沉积下来。

碳酸钙质的沉积发生在水体清洁的海域。混浊海水中含有大量的悬浮粘土质点和粉砂，减弱了阳光的照射和光合作用，抑制了钙藻生长，对于底栖动物，粘土质点堵塞了它们的摄食器官，也抑制它们的繁衍生存。

碳酸钙质的沉积主要发生在海盆边缘的浅海环境。浅水和水的上层是大量钙质生物活动的场所，一些提供碳酸钙的重要藻类都生活在10～15m的水域中。通过波浪搅动和海水压力的变化，使海水中溶解的CO₂迅速释放，这些都是碳酸钙沉积的有利因素。碳酸钙沉积物生成后，便受到水动力条件的影响。沉积物被海流和波浪簸选淘洗，将细粒带走，而在滨海区留下粗粒级的沉积物。被带走的细粒则堆积在比较平静的海域，如瞧石、潟湖和陆棚边缘的较深处。在高能环境下，形成较纯净的分选好的粗粒碳盐钙质沉积物;在低能环境下，形成细粒的、含骨屑很少的碳酸钙质沉积物。

二、主要成因类型及矿床地质特征

按成因石灰岩矿床分为:化学或生物化学沉积矿床、机械碎屑沉积矿床及生物化学沉积矿床3种类型。

1.化学或生物化学沉积石灰岩矿床

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、潟湖环境中较发育。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。

矿床实例:河北邯郸峰峰水泥石灰岩矿床

该矿床位于邯郸市区南西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(图20－1)。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。

图20－1 河北邯郸峰峰水泥石灰岩矿地质剖面简图

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:w(CaO)54.31%～54.39%，w(MgO)0.66%～0.70%，w(SiO₂)1.2%，w(Al₂O₃)1%～1.1%，w(Fe₂O₃)0.9%～1.2%，w(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。

2.机械碎屑沉积石灰岩矿床

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。

矿床实例: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1030m，宽度650m，厚度1000m。自下而上分为3层(图20－2)。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:CaO54.7%～54.9%，MgO0.84%～0.90%，SiO₂0.34%～0.39%，Al₂O₃0.07%～0.08%，Fe₂O₃0.07%。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。矿区岩溶较发育，岩溶率6.7%，开采中要引起注意。

图20－2 广西柳江劳稿山水泥石灰岩矿床地质剖面简图

3.生物化学沉积石灰岩矿床

常以富含生物碎屑为标志，在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海百合化石等为主的生物碎屑石灰岩，其上的上石炭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、河北蓟县中－新元古界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，是优良的水泥石灰原料。

矿床实例: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)粒生物碎屑石灰岩，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2900m，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:w(CaO)54.69%，w(MgO)0.26%，w(K₂O+Na₂O)0.05%，w(SiO₂)1.65%，w(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。

三、石灰岩矿床的分布

我国是世界上石灰岩矿资源丰富的国家之一，石灰岩资源分布范围广、储量大、质量优。石灰岩矿产在每个地质时代都有沉积，各个地质构造发展阶段都有分布，但质量好、规模大的石灰岩矿床往往赋存于一定的层位中。在华北地区，石灰岩矿床几乎全都产在早古生代寒武纪和奥陶纪;东北地区石灰岩产在寒武纪、奥陶纪、石炭纪和二叠纪;华南地区石灰岩主要产在石炭纪、二叠纪和中生代早期。中上泥盆系石灰岩分布于湖南、湖北、广东、广西、福建和江苏南部。

我国石灰岩按用途可划分为水泥用石灰岩、冶金用石灰岩、石灰用石灰岩、化工用石灰岩、建筑用石灰岩、饰面用石灰岩等。截至2005年底，我国查明石灰岩矿产地2050处，其中水泥用石灰岩1554处，建筑和饰面用石灰岩矿产地65处，其余矿产地43l处。建筑用石灰岩查明资源储量13116万m³，饰面用灰岩查明资源储量11040.77万m³，其余矿产查明资源储量914.62亿t。