河南内乡县北岗水泥用石灰岩矿床地质特征及成因浅析

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2022年第2期 中国非金属矿工业导刊 总第152期
【矿产资源】
河南内乡县北岗水泥用石灰岩矿床地质特征及成因浅析
周　辉，李永良，刘自立，马　群，周　娟，宋　鹏，张　磊
(中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队，河南 信阳　464000)
【摘　要】河南省内乡县北岗水泥用石灰岩矿床赋存于上古生界下石炭统梁沟组地层中，矿体厚度受复式向斜构造在走向上由南东向北西呈逐渐增厚趋势，矿石化学成分特征为高钙、低镁。

初步认为矿床成因类型属浅海相生物化学沉积成因矿床。

【关键词】Geological Characteristics and Genesis of Beigang Cement Limestone Deposit in
Abstract: slope sedimentary carbonate deposit of shallow marine biochemical sedimentary origin.
Key words: Beigang, Neixiang county; limestone for cement; geological characteristics; genesis of deposit
【作者简介】周辉(1989-)，男，汉，工程师，从事非金属矿产勘查找矿工作，E-mail：*****************。

【引文格式】周辉,李永良,刘自立,等.河南内乡县北岗水泥用石灰岩矿床地质特征及成因浅析[J].中国非金属矿工业导刊,2022(2):20-21,63.
河南省内乡县北岗水泥用石灰岩矿是豫南地区优质的水泥原料矿山，矿石质量好，现分东、西两矿段开采利用，加工技术性能优良。

本文分析了成矿地质特征，初步总结了矿床成因为浅海相生物化学沉积成因矿床，对内乡及周边地区水泥灰岩找矿具有一定的指导意义。

1　区域地质背景
大地构造位置位于秦岭褶皱系(II)南秦岭褶皱带
(II 2)中段，荆紫关—师岗地向斜褶皱束(II 22
)东端[1]。

矿区位于秦岭复杂造山带东段南支[3]，扬子地块北缘，受荆紫关—师岗复向斜的影响，区域地层以褶皱轴部(梁沟—北岗—师岗)为界，南北大致对称产出，核部为石岩系地层，两翼依次为泥盆系、志留系、奥陶系、寒武系、震旦系及新生界。

区内断裂构造多发育于荆紫关—师岗复向斜的两翼，走向与复向斜轴向基本一致，即120°～140°。

区域岩浆岩总体不发育。

2　矿区地质特征
矿区内出露地层主要为下石炭统梁沟组(C 1l )上、下段及少量新近系上新统(N 2)(图1)。

1 新近系
2 梁沟组上段第四层
3 梁沟组上段第三
层　4 梁沟组上段第二层　5 梁沟组上段第一层　6 梁沟组下段　7 地层产状　8 地质界线　9 正断层及编号10 向斜核部　11 勘探线位置及标号　12 钻孔　13 矿体
图1　矿区地质简图
矿区位于荆紫关—师岗复向斜靠近核部的北翼东段，该向斜对矿区内构造起到控制作用。

石炭系地层构成向斜构造，核部大部分由梁沟组上段第四层组成，在1线以东由梁沟组上段第三层组成，
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周辉等：河南内乡县北岗水泥用石灰岩矿床地质特征及成因浅析
两翼由梁沟组上段第三层、第二层、第一层和梁沟组下段组成。

矿区断裂构造不发育，仅在矿区西部发育有F1断层，分布于7线南端两侧，延伸约300m，破碎带不明显，为一正断层，垂直断距10m 左右，断层对矿石质量、开采技术条件没有明显影响，矿区无岩浆岩活动。

3　矿床地质特征3.1 矿体地质特征
矿体赋存于石炭系梁沟组上段地层中，岩性为浅灰、灰白、深灰色中厚层—厚层条带状灰岩、灰白色致密灰岩、含生物碎屑灰岩、含燧石团块灰岩等，矿体沿走向延伸控制长度约2 000m，宽度50～ 1 500m。

由北西向南东出露宽度逐渐变窄，平面上呈舒缓的斜“V”字型，岩层产状与地层产状一致，北东翼为240°～260°∠33°～58°，南西翼为38°～70°∠16°～35°(图2)。

别对应梁沟组上段一至四层主要岩石类型。

其中条带状灰岩占比10.0%，灰白色致密灰岩约占比5.1%，含生物碎屑灰岩占比27.9%，含燧石团块灰岩占比43.0%。

矿石结构为泥晶结构、生物碎屑结构、含燧石团块结构。

矿石构造为条带状构造、块状构造[7]。

(2)矿石矿物成分和化学成分。

矿物成分比较简单，主要为方解石(＞90%)，少量白云石(＜3%)、泥铁质矿物(2%～6%)和微量石英(＜2.5%)[2]。

矿石中主要有用组分CaO 平均含量53.12%；主要有害组分平均含量MgO 0.96%，K 2O+Na 2O 0.12%，SO 3 0.04%；Cl - 0.004%；其他组分平均含量：SiO 2 2.69%、Al 2O 3 0.48%、Fe 2O 3 0.22%、烧失量41.99%、fSiO 2 1.94%。

主要化学组分CaO、MgO 沿走向和倾向方向变化不大[8]，质量较稳定(表2)，为高钙、低镁、低钾钠的水泥用石灰岩[4-6]。

1 新近系
2 梁沟组上段第四层
3 梁沟组上段第三层
4 梁沟组上段第二层
5 梁沟组上段第一层
6 梁沟组下段
7 粘土
8 条带状灰岩
9 含生物碎屑灰岩　10 含燧石团块灰岩　11 灰白色致密灰岩　12 泥质灰岩　13 地质界线　14 产状　15 钻孔　16 矿体
图
2　勘探线地质简图全矿层厚度受向斜构造及剥蚀影响，矿层厚度在走向上由南东至北西方向逐渐增厚，厚度变化系数为42.9%～59.7%；两翼矿层厚度基本一致，变化不大，说明矿层沿倾向厚度基本稳定(表1)。

3.2 矿石质量特征
(1)矿石类型。

矿石自然类型划分为条带状灰岩、灰白色致密灰岩、含生物碎屑灰岩、含燧石团块灰岩四种，分
表1　各工程厚度变化统计表
勘探线 地表 厚度 深部 厚度 深部 厚度 地表 厚度
北翼 /m /m /m 南翼 /m 0线 TC0 65.85 ZK001 70.11 TC0 59.71 1线 TC1 69.10 ZK102 66.21 ZK101 76.48 TC1 73.58 2线 TC2 93.25 ZK202 79.31 ZK201 92.24 TC2 90.92 3线 TC3 174.45 ZK302 131.69 ZK301 79.80 TC3 155.40 4线 TC4 160.52 ZK402 164.88 ZK401 103.74 TC4 151.57 5线 TC5 261.87 ZK502 224.12 ZK501 115.90 TC5 242.23 6线 TC6 307.14 ZK602 188.85 ZK601 102.73 TC6 288.77 7线 TC7 274.65 TC7 74.99
表2　矿石主要化学成分变化结果 (单位：%)
勘探线
成分
地表 深部 变化系数 6线 CaO 52.82 53.42 0.70 MgO 1.08 1.10 0.03 5线 CaO 52.86 53.25 0.45 MgO 0.98 1.15 0.27 4线 CaO 53.22 53.50 0.53 MgO 0.78 0.83 0.36 3线 CaO 53.08 53.15 0.01 MgO 0.97 1.03 4.20 2线 CaO 52.86 53.03 0.22 MgO 0.69 1.07 3.53 全矿区 CaO 52.97 53.27 0.41
MgO
0.90
1.02
0.83
3.3 矿体顶底板围岩及夹石
本矿区内矿体无顶板，底板为梁沟组下段(C 1l 1)泥灰岩、白云质灰岩夹灰质泥岩。

矿体内共有8个不连续夹层，呈楔状、透镜状、似层状产出。

由于夹层较薄且不连续，对矿体的连续性没有影响。

夹石按照体积加权平均后，矿石平均化学成分为：CaO 50.59%、MgO 1.28%，仍能满足水泥用灰岩工业指标要求；其中第四层含燧石团块灰岩局部因燧石含量较高，夹石fSiO 2含量略高于工业指标要求，混采时需合理布局，进行矿石均化处理。

4　矿床成因分析
石炭纪古地势北东高，南西低，海盆向南西变深，海侵方向自南而北，各期古地理环境的变迁是不均衡的。

石炭纪基本上继承了泥盆纪的沉积环境，早石炭纪早期，浅海盆地缩小，滨海沼泽相、局限海台地相和台地边缘相分布较广，以碳酸盐岩沉积为主；中期大规模海退，陆源碎屑物增多；晚期海水加深，碳酸盐岩沉积占主导地位。

(下转第63页)
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表6　麦饭石样品吸附重金属离子结果表
标准 Pb Cd As Cr 样品 溶液 0.100 吸附率 0.050 吸附率 0.100 吸附率 0.500 吸附率
/(mg/L) /% /(mg/L) /% /(mg/L) /% /(mg/L) /% 风化
1 0.009 0.018 0.066 0.12
2 样品
2 0.008 92 0.020 62 0.066 34 0.120 76
平均 0.008 0.019 0.066 0.121 新鲜
1 0.015 0.023 0.078 0.144 样品
2 0.015 85 0.022 56 0.076 2
3 0.146 71 平均 0.015
0.022
0.077
0.145
子均有吸附作用，风化样品的吸附性能优于新鲜样品。

这是因为风化样品的孔隙发育更好，比表面积更大，更有利于重金属离子的吸附；②麦饭石样品对Pb、Cr、Cd、As 的吸附率分别为85%～92%、71%～76%、56%～62%、23%～34%。

红外光谱分析证明麦饭石中具有大量SiO -基团[10]，因此，在固液体系中麦饭石颗粒表面可形成水合氧化物覆盖层，表面呈负电性，通过静电引力可以将金属阳离子吸附在其表面, 因此麦饭石对重金属离子有较好的吸附作用；③此试验条件下，麦饭石对重金属离子的吸附率从大到小排序为Pb>Cr>Cd>As。

(3)在粒度200目，吸附时间24h 条件下，两种样品对重金属离子均有吸附作用，且风化样品的吸附性能优于新鲜样品；麦饭石样品对Pb、Cr、Cd、As 的吸附率分别为85%～92%、71%～76%、56%～62%、23%～34%；麦饭石对重金属离子的吸附率从大到小排序为Pb>Cr>Cd>As。

(4)在粒度200目条件下，麦饭石对重金属离子的最佳吸附时间为24h。

其他目数、不同pH 值、不同温度等试验条件下对重金属离子的最佳吸附时间有待进一步研究。

本区麦饭石中其他矿物元素的溶出性能及其他重金属离子等的吸附性能有待进一步试验证明。

【参考文献】
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【收稿日期】2022-02-17
4　结论与讨论
(1)经试验，粒度200目、固液比1∶20、浸泡时间2h 为本次测定麦饭石H 2SiO 3溶出量的最佳溶出条件。

(2)在上述条件下，风化样品的H 2SiO 3溶出量优于新鲜样品，并均达到饮用天然矿泉水标准界限指标中的H 2SiO 3含量≥25.0mg/L 的要求。

(上接第21页)
中晚石炭世，海域范围与早石炭纪后期相似，地壳相对比较稳定，陆源碎屑贫泛，这时期皆为碳酸盐岩沉积。

在矿区内，矿层为一套浅海—滨海相碳酸盐沉积相，最大特点是沉积物颜色由深变浅，内碎屑发育，岩石组合为灰—浅灰白色微—细晶条带状灰岩、致密灰岩、生物碎屑灰岩或含燧石团块(条带)隐晶灰岩。

在矿区岩石中发现产有珊瑚、孔虫、筵类及腕足类生物化石。

因此，内乡北岗水泥石灰岩矿床属浅海相生物化学沉积成因[9-10]。

5　结论
(1)矿床赋存于上古生界下石炭统梁沟组地层中，矿体赋存于荆紫关—师岗复式向斜的两翼，矿体延伸控制长度约2 000m，宽度50～1 500m，最大厚度307.14m，矿床规模为大型。

(2)矿石中主要有用组分CaO 平均53.12%，有害组分很低，矿石质量优，具有较好开发价值。

(3)内乡北岗水泥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】
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【收稿日期】2021-08-09
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王盼盼等：山东某地麦饭石H 2SiO 3溶出量及吸附性能试验研究。