张道阔，罗玉涛，王东霞，杨国强
(河南省航空物探遥感中心，河南 郑州 450000)
河南鹤壁市矿产资源丰富，已发现各类矿产33种，探明储量的有23种，主要为煤炭、水泥灰岩、白云岩、石英砂岩、耐火粘土等[1]。其中，冶镁白云岩为鹤壁市的优势矿产。截至2021年底，鹤壁探明冶镁白云岩资源量约3.32亿t。依托优质的白云岩资源，鹤壁已发展成为河南省镁产业最为集中的地区[2]，作为金属镁加工产业示范基地，形成了从“白云岩—原镁—高纯镁/高品质镁/镁粉/镁屑—高性能镁合金/镁牺牲阳极—镁合金压铸件/挤压型材—汽车零部件等”较为完整的产业链。冶镁白云岩是生产金属镁的主要原料[3-4]，其开发利用产生了良好的经济效益，促进了当地社会经济发展。鹤壁市白云岩集中分布于全寨—田沟一带[5-6]，本文在总结该区白云岩矿床成矿地质背景、典型矿床特征基础上，分析了区域找矿前景，为下一步找矿工作提供了依据。
区域位于华北地区，太行山台拱与华北断坳接壤地带。地层属华北地层区山西分区太行山小区，地层沉积显示了“华北型”的地质特征[7]。区内广泛出露寒武系、奥陶系浅海—滨海相碳酸盐岩地层，新近系地层及第四系零星分布。构造比较简单，褶皱不发育，以平缓的单斜地层为主；
表层脆性断裂较发育，主要为高角度正断层。岩浆岩不发育。区域矿产主要有赋存于碳酸盐岩地层中的白云岩、水泥灰岩、建筑石料灰岩、化工灰岩等。
鹤壁市全寨—田沟一带已探明2处大型、1处中型白云岩矿床，分别是全寨白云岩矿床(大型)、柳林白云岩矿床(大型)、田沟白云岩矿床(中型)(图1)。矿体均呈层状赋存于中寒武统张夏组上段中，厚25.17～56.70m不等。各矿床化学成分平均含量MgO 20.52%～20.60%、CaO 30.88%～30.97%、SiO20.27%～0.62%、Al2O30.39%～0.61%，K2O+Na2O 0.09%～0.28%。矿石质量均达到冶镁用白云岩一般工业指标质量要求(MgO≥20%，SiO2≤3%，K2O+Na2O≤0.3%)[8-9]，矿石工业类型为冶镁白云岩。本文重点以柳林矿区作为典型矿床进行矿床地质特征总结。
图1 区域地质矿产简图
2.1 矿区地质特征
柳林矿区地层出露简单，有中寒武统张夏组，上寒武统崮山组、炒米店组和三山子组，下奥陶统含燧石团块白云岩，沟谷底部有少量的第四系分布[3]。中寒武统张夏组分为上、下两段，下段为灰色厚层状鲕粒灰岩，上段为灰色厚层状鲕粒白云岩，为赋矿层。上寒武统呈条带状广泛分布在矿区的中部和东北及西北部，各组岩性主要为灰色、深灰色厚层鲕粒灰岩夹叠层石灰岩、条带状微晶灰岩、竹叶状灰岩、细晶白云岩等。下奥陶统的含燧石团块、燧石条带白云岩零星分布于矿区边部。
矿区为一略具波状起伏的单斜地层，岩层产状平缓，倾角一般在4°～10°左右，总体向北东倾斜。矿区发育2条北东向正断层(F1、F2)，倾向北西，倾角约70°，均为高角度正断层，断距较小，不影响矿体连续性。矿区无岩浆岩出露。
2.2 矿体特征
矿体赋存于中寒武统张夏组上段(Є2z2)，由鲕粒白云岩组成，严格受地层层位控制。矿体下伏地层为张夏组下段(Є2z1)鲕粒灰岩，上覆地层为上寒武统崮山组(Є3g)鲕粒灰岩。矿体形态简单，呈层状产出，产状与地层一致，倾向北东，倾角4°～7°。
矿区共发现6个矿体(编号Ⅰ-Ⅵ)，长340～2 030m，出露宽86～170m，厚度31.8～55.15m，MgO含量20.01%～21.33%。规模较大的主矿体Ⅰ、Ⅱ特征如下(表1、图2)。
表1 矿体特征一览表
图2 柳林矿区7勘探线剖面图
Ⅰ矿体：位于和尚滩至柳林一带，呈层状产出，产状平缓总体倾向北东，倾角4°～5°。矿 体 长1 250m，厚14.59～55.90m，平 均 厚42.35m。MgO含量19.34%～21.51%，平均20.51%。矿体在深部延伸较为稳定，深部MgO品位20.92%～21.44%，矿石质量好。
Ⅱ矿体：位于烟岭沟至柳林一带，呈层状产出，产状平缓总体倾向北东，平均倾角5°。矿体长1 080m，厚15.5～47.10m，平均厚38.38m。MgO含量19.62%～21.16%，平均20.07%。
2.3 矿石特征
(1)矿物组成及结构、构造。
矿石主要为鲕粒白云岩，少量的细晶白云岩。矿物成分简单，主要由白云石组成，另含少量的铁质、粘土等。白云石：呈自形—半自形粒状，含量98%～99%；
粒径0.01～0.06mm，晶体之间为隐晶质白云石及铁泥质成分；
铁泥质物含量1%～2%，充填于白云石晶体之间，并在白云石表面形成铁泥质薄膜。
矿石以鲕粒结构为主，少量的细晶结构、碎屑结构，致密块状构造。鲕粒结构：由残余鲕粒组成，残余鲕近70%，可见鲕轮廓，但其内部已重结晶，大小为0.58～1.46mm，原岩鲕粒间为空隙式胶结。鲕粒由白云石构成，多呈它形晶，粒径在0.01～0.06mm之间。鲕粒呈次圆—椭球状，受极强白云岩化作用。鲕间填隙物＞30%，为重结晶细—粉晶白云石。
(2)矿石化学成分。
矿石中有益组分为MgO，有害成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O，其特征值及其变化见表2。经分析统计，MgO含量集中分布于20%～21.5%，占样品总数的82.0%，＜20%的仅占样品数的18.0%。矿石中有益组分较高，有害组分低，矿石质量好且稳定，满足冶镁白云岩质量要求[5]。
表2 矿石化学成分特征表 (单位：%)
2.4 矿体围岩及夹石
矿体连续、质量稳定，无夹石。顶板为上寒武统崮山组深灰色厚层状鲕粒灰岩和少量的第四系粉质粘土，底板为中寒武统张夏组下段灰色厚层鲕粒灰岩。
全寨—田沟一带白云岩矿体赋存于中寒武统张夏组上段，该段岩石主要类型为鲕粒白云岩，少量中细晶白云岩、碎屑白云岩，总体是在寒武纪陆表海环境下形成的一套厚层状碳酸盐岩建造。矿石主要由白云石残余鲕粒组成，结构以鲕粒结构为主，少量的中细晶结构、砾屑结构。矿石构造有块状构造，块状层理、平行层理为主，可见三叶虫屑。
研究表明，几乎所有的鲕粒白云岩都是鲕粒灰岩经白云岩化改造而形成的[10]。而鲕粒灰岩的形成，是在温暖浅水、中等扰动的浅海滩环境中，波浪和潮汐作用引起水介质的搅动，每搅动一次，生物碎屑、球粒、内碎屑、陆源碎屑等便处于悬浮状态，同时促使二氧化碳从水体中逸出，过饱和的碳酸钙围绕碎屑颗粒沉淀一圈包壳，这样周而复始的搅动，便形成具有一圈圈同心纹包壳的鲕粒。当鲕粒达到一定大小，其质量超过波浪、水流搅动的能量，便堆积在海底，不再被搅动，并为亮晶方解石胶结，形成亮晶鲕粒灰岩[11-12]。白云岩化作用则是由于障壁作用，海水含盐度升高，海水浓缩而形成的。中细晶白云岩、碎屑白云岩的出现，单层变薄，证明海水变浅了，逐渐变成了有障壁海的潮坪环境。
综上分析认为，该区白云岩是寒武纪时期在一个动荡的陆表海鲕粒滩环境中形成的鲕粒灰岩经白云岩化作用形成，属浅海相沉积型白云岩矿床。
区域已发现的白云岩矿床均产于中寒武统张夏组中，矿体的产出严格受含矿地层控制。根据区域含矿地层分布特征，认为在西北部的水峪、西南部的纣王殿—黄洞北、东南部的古石沟—东场西3个地区有良好的白云岩矿成矿地质条件，找矿前景好，划分出3个找矿靶区。
(1)水峪找矿靶区(B1)：张夏组分布于水峪村东西两侧，出露厚度较稳定。发育北东向和北西西向两组断层。含矿层面积约5km2，通过找矿工作有望提交中型白云岩矿床一处。
(2)纣王殿—黄洞北找矿靶区(B2)：张夏组主要呈条带状分布于纣王殿—黄洞北一带，延伸较为稳定。发育北东向和北西西向两组断层。含矿层面积约9.5km2，通过找矿工作有望提交大型白云岩矿床一处。
(3)古石沟—东场西找矿靶区(B3)：张夏组大面积出露于古石沟—东场西一带，出露厚度较稳定，产状较为平缓，倾角5～11°。发育北东向和北西西向两组断层。含矿层面积约29km2，通过找矿工作有望提交大型—超大型白云岩矿床一处。
区域尚未勘查评价的含矿层张夏组广泛分布且厚度较稳定，总体找矿前景良好。根据鹤壁市镁产业发展需要，适时在各靶区内开展地质勘查工作，有望探获中大型白云岩矿床，可进一步保障冶镁用白云岩矿产原料的供应。
(1)区域白云岩矿均产于中寒武统张夏组中，矿体的产出严格受含矿地层控制。
(2)矿石自然类型主要为鲕粒白云岩，工业类型为冶镁用白云岩。
(3)根据区域含矿地层的分布特征，认为在西北部的水峪、西南部的纣王殿—黄洞北、东南部的古石沟—东场西3个地区有良好的白云岩矿成矿地质条件，找矿前景好。
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