山西省盂縣羊泉冶鎂白云巖礦床地質特征、成因及經濟意義研究

2023年12月31日發(作者：與書有關的名言)

山西省盂縣羊泉冶鎂白云巖礦床地質特征、成因及經濟意義研究

劉成林;徐永婧

【摘 要】金屬鎂是新世紀重要的綠色金屬能源,而冶鎂白云巖是生產金屬鎂不可缺少的原料,是山西省能源重化工基地的一種十分重要的礦產資源.盂縣羊泉冶鎂白云巖礦床位于呂梁、太行斷塊-五臺山塊隆東側,白云巖礦體賦存于寒武系上統-奧陶系下統三山子組,總體上呈走向NW、傾向SW的單斜構造.含礦巖石主要為中-厚層細-粗晶白云巖,粉晶-細晶或中粗晶粒狀結構,塊狀或薄層狀構造.礦床的形成演化經歷了沉積-白云巖化-重結晶三個階段.礦體平均品位ω(MgO)為21.20％、ω(SiO2)為0.67％、ω(K2O+ Na2O)為0.076％,品位變化較均勻.該區共求得冶鎂用白云巖礦資源量約3.45億噸,屬一大型礦山,具有較大的開發前景.%Magnesium

is important green metal energy in the new century. Dolomite for

magnesium smelting is necessary material to produce the metal of

magnesium. Yangquan dolomite deposit for magnesium smelting of

Yuxian, Shanxi is situated in the eastern of Luliang-Taihang fault block and

Wutai mountain block ri. The dolomite ore body is distributed in

Sanshanzi group of upper Cambrian-lower Ordovician with generally

monocline structure of north-west strike and south-west dip. The ore-bearing rocks are middle-thick layer dolomite, micro-macro crystalline or

middle-macro crystalline granular texture and blocky or thin-layer

structure. Genesis and evolution of the deposit experienced three stages of

dimentation, dolomitation and recrystallization. Average grade of the

deposit is MgO 21. 20%、SiO2 0. 67%、K2O+Na20 0. 076%, with less

variation in grade. Yangquan dolomite for magnesium smelting is a large

mine, and there is a good development prospect.

【期刊名稱】《礦產與地質》

【年(卷),期】2012(026)003

【總頁數】6頁(P231-236)

【關鍵詞】冶鎂白云巖礦;地質特征;經濟意義;山西省盂縣

【作 者】劉成林;徐永婧

【作者單位】山西省地質勘查局二一七地質隊,山西大同037008;山西省地質勘查局二一七地質隊,山西大同037008

【正文語種】中 文

【中圖分類】P588.245

鎂是包括海洋在內地球表面最為豐富的一種輕金屬元素，其性堅韌，因此鎂合金韌性好、質堅，同時不生銹，這些特點決定了它有較廣泛的用途。現今，利用白云巖生產金屬鎂和鎂化合物，主要用于制造鎂鋁合金、制作壓鑄件和用于鋼鐵冶煉中脫硫，這三方面的用量占總消耗量的77%［1］。冶鎂白云巖是生產金屬鎂不可或缺的原料，是山西省能源重化工基地一種十分重要的礦產資源，太原市陽曲縣境內和盂縣西潘鎮一帶白云巖資源蘊藏量比較豐富，白云巖資源的開發利用對當地的經濟發展具有重要意義。

羊泉白云巖礦位于山西省陽泉市盂縣西潘鎮北部羊泉村一帶，礦區距盂縣縣城53

km，南部有太舊高速、石太鐵路，西部有大運高速、北同蒲鐵路，交通較為便利。工作區面積約17 km2。

羊泉白云巖礦區位于華北斷塊―呂梁、太行斷塊―五臺山塊隆―古交掀斜地塊的東部，地塊內地層展布為南新北老，總體為走向NW、傾向SW的單斜構造，局部地段顯示規模不大的斷裂和微弱的褶皺。

區內出露地層自下而上依次為寒武系中統張夏組（∈2z）、上統崮山組（∈3g）、寒武系―奧陶系三山子組（O s）、奧陶系中統馬家溝組（O2m）以及第四系（Q）。冶鎂白云巖賦存于寒武系上統―奧陶系下統三山子組二段下部地層中。巖性主要為粉晶―細晶―泥晶白云巖、竹葉狀或鮞粒狀灰巖（圖1）。

區域構造主要有燕山期的斷裂和褶皺，喜山期地塹系。區域范圍內東北部有巖漿巖活動，以五臺期酸性―中酸性的花崗巖及變質石英閃長巖為主，多呈順層或微斜交層理侵入太古代老變質巖中［6］。

冶鎂白云巖礦體賦存于寒武系上統―奧陶系下統三山子組二段下部，賦存標高為1199～1403 m。礦體有兩個，以羊泉溝為界分為東西兩個礦體，分別為Ⅰ號礦體和Ⅱ號礦體，礦體產狀比較平緩，總體走向為NW―SE，傾向為SW。礦體上部為灰白色厚層―巨厚層中―粗晶白云巖，即“砂糖狀”白云巖，局部夾2～3 m灰褐色粗晶白云巖，出露厚度一般為11.81～22.00 m；下部為深灰色―灰褐色中厚層細晶白云巖，厚度約0～55.48 m。礦體厚度總體較穩定，變異系數為8.23%。礦體平均品位w（Mg O）為21.20%、w（SiO2）為0.67%、w（K 2 O＋Na2 O）為0.076%，屬品位變化較均勻的礦床。礦體由22個樣坎工程控制，工程控制長度1203.72 m。礦體厚度和品位見表1。

Ⅰ號礦體分布于羊泉溝東部山脊兩側，長約6 km，厚度為52.50～67.89 m，平均厚度58.43 m。由6個樣坎工程控制，工程控制長度344.99 m。礦體產狀一般傾向200°～260°，傾角4°～7°。厚度變異系數9.11%。

Ⅱ號礦體分布于羊泉溝西部山脊兩側，長約10 km，厚度為47.50～61.99 m，平均厚度53.71 m。由16個樣坎工程控制，工程控制長度858.75 m，礦體產狀一

般傾向210°～263°，傾角4°～7°。厚度變異系數5.80%。

2.2.1 礦石礦物成分及結構、構造

礦石結構主要有粉晶結構、細晶結構及中粗晶粒狀結構。礦石構造為厚層―薄層狀構造。

礦石礦物成分有白云石和少量氧化鐵質、粘土質、金屬礦物。其中白云石為主要有用礦物。白云石呈灰白色，有時可見淺黃、淺褐、淺綠、褐灰和肉紅色。晶體呈粒狀，透明度較好，粒度一般為0.03～0.5 mm，個別粗大者可達1 mm，彼此之間呈齒狀緊密鑲嵌，少量晶體明顯重結晶。氧化鐵質質點小于0.005 mm，主要以浸染狀和粉末狀分布于白云石晶體中或其間，部分呈條紋狀。氧化薄膜呈褐紅色。粘土質呈黃綠―黃褐色，粘土質薄膜不均勻分布于白云石晶體之間。金屬礦物呈黑色，不透明。粒度一般為0.01～0.05 mm，零星分布，多褐鐵礦化。

2.2.2 礦石類型及其礦物特征

按礦石的顏色、結構、構造及礦物成分，將該區礦石分為塊狀礦石和薄層狀礦石兩種類型。

（1）塊狀礦石 礦區內分布廣泛，約占80%～90%，主要分布于礦體之中下部，礦石一般呈淺灰色、淺灰褐色、灰白色，細晶－粗晶結構，塊狀構造，性脆，斷面參差狀。礦體中部為中―粗晶白云巖，礦石一般呈淡褐灰色，風化呈灰白色，中粗晶結構，厚層狀構造。巖石主要由中―粗晶白云石組成，其次為少量氧化鐵質、微量粘土礦物、金屬礦物。巖石薄片中尚有少量孔隙分布，大小為0.15～0.5 mm，很少量孔隙有粘土質充填，尚可見縫合線構造。其礦物成分主要為：白云石為98%左右，中―粗晶狀，粒度較大，一般為0.35～1 mm，呈半自形晶粒，分布不均勻，齒狀鑲嵌，晶體透明度較好，偶含鐵泥質雜質；氧化鐵質一般為1%以下，呈小于0.005 mm的點狀、寬0.01 mm的條紋狀分布，褐紅色；粘土質礦物一般為1%以下，呈褐黃色薄膜或不規則集合體沿晶體間隙分布；金屬礦物微量，粒狀，黑色，

大小為0.02～0.05 mm，主要成分為褐鐵礦。礦石化學成分w（MgO）為20.89%～21.41%，w（SiO2）為0～1.98%，w（K 2 O＋Na2 O）為0～0.215%，品位變化較均勻，質量較好，是優質的冶鎂白云巖礦石。

（2）薄層狀礦石 僅在區內礦體上部分布，礦石一般呈淺灰褐色―淺灰黃色，巖石主要由細晶白云石組成，其次為少量氧化鐵質、微量粘土礦物，巖石可見有淡褐色條紋平行分布，寬0.2～0.05 mm。細晶結構，薄層狀構造，具脆性，斷面參差狀。礦物成分主要為：白云石95%～98%，細晶狀，晶體以半自形粒狀為主，粒度為0.1～0.15 mm，分布不均勻，晶體透明度較差，氧化鐵質呈麻點狀分布于晶體中，表面污濁；氧化鐵質一般1%以上，呈點狀，褐色，粒度為0.001～0.005 mm；粘土質礦物一般1%以下，呈褐黃色薄膜或不規則集合體沿晶體間隙分布；金屬礦物微量，粒狀，黑色，大小為0.02～0.05 mm之間，具褐鐵礦化。礦石化學成分w（MgO）為19.97%～21.70%，w（SiO2）為0.00～2.89%，w（K2 O＋Na2

O）為0.015%～0.283%，品位變化較均勻，質量較好。

2.2.3 礦體圍巖和夾石

礦體頂、底板巖石為薄層狀泥質白云巖，局部為白云質灰巖。頂、底板巖石屬堅硬巖石，與礦體接觸界線不明顯。近礦圍巖主要有泥質白云巖、含泥質白云巖。

礦體的夾石主要為泥質白云巖，次為白云質灰巖、泥質條帶白云巖。夾石呈薄層狀。

本次工作對冶鎂白云巖的指標規定見表2。最低開采標高一般不低于礦區附近的地平面標高，考慮礦區開采條件，定為1276 m。剝采比即覆蓋層的總量與礦石總量的比不大于0.5∶1。礦石最小可采厚度不小于8 m，夾石最小剔除厚度不小于2

m。礦床開采最終邊坡角為60°，最小底盤寬度為60 m。安全距離大于300 m。

選用地質塊段法進行資源量估算，經過資源量估算，全區共求得333＋334（？）冶鎂用白云巖礦資源量34498.60萬噸，其中333資源量15614.40萬噸，占總資源量的45.26%。

鎂是包括海洋在內地球表面最為豐富的金屬元素，在諸多金屬趨于枯竭的今天，大力開發金屬鎂材料是可持續發展的重要保證，金屬鎂將成為21世紀大有前途的綠色金屬能源，前景極為看好。20世紀90年代以來，隨著能源價格的上漲，可持續發展要求的提高，以及電子信息產業的發展，鎂及鎂合金研發及應用進入高速增長期，尤其是在發達國家得到高度關注。近年西方鎂合金應用的市場增長率達到了15%以上，全球鎂合金的應用年均增長達到了10%左右，而同期西方錫、銅、鋅的年均增長率則都在2%～4%左右。我國是鎂資源大國、生產大國、出口大國，占全球原鎂市場份額的70%以上［7］。山西省金屬鎂年生產能力達35萬噸，占全國總產量的2／3以上，鎂及鎂合金是山西第三大創匯產品，也是七大優勢產業之一。

冶鎂用白云巖是生產金屬鎂不可缺少的原料，按照國家規劃，山西將構建以太原為中心，大同和運城為兩極，大運線為軸線的全國最大的鎂業基地。陽泉市盂縣境內白云巖資源蘊藏量比較豐富，白云巖資源的開發利用對當地的經濟發展十分重要，同時也是山西省能源重化工基地的一種十分重要的礦產資源。白云石廣泛用于建材、陶瓷、焊接、橡膠、造紙、塑料等工業中，另外在農業、環保、節能、藥用及保健等領域也得到了應用。

礦區礦體主要賦存于當地侵蝕基準面之上，區內構造不發育，礦體呈單斜緩傾層狀產出，適于露天開采。通過對該區石灰巖所做的巖石力學試驗結果求得，礦體及其頂、底板巖石的部分力學和物理數據平均值（表3）。總體來看，巖石的抗壓強度較大，穩固性較好。

區內地層有波狀起伏，但尚未發現明顯大的褶皺。構造裂隙、節理及巖溶現象均不發育。露天開采條件下，地下水對礦床無影響，屬水文地質條件簡單的礦床。區內地質構造簡單，礦體圍巖強度較高，穩定性好，不宜發生礦山工程地質問題，工程地質條件簡單。

白云巖的成因是一個極其復雜的過程，當今沉積地質學領域，白云巖的成因研究也成了一大難題。就形成條件和成因，可將白云巖分為原生白云巖、成巖白云巖和次生白云巖三類。原生白云巖，即原地沉積的白云巖，是在干燥炎熱的氣候下經蒸發作用而成，形成于高鹽度、淺水的咸化瀉湖或海灣中，也可在陸上咸湖中形成，并常伴生有膏鹽層。成巖白云巖是在碳酸鈣沉淀過程中被白云石交代而成，通常不連續分布于石灰巖層中，呈透鏡體或斑塊狀，偶為層狀。但原生白云巖是否廣泛存在，以及原白云石直接沉淀的觀點已為多數學者所質疑，因為對于具有地層學意義的原生白云巖未見存在一個過硬的且沒有爭議的實例［8］。絕大多數地質學家都認為自然界從海水中直接沉淀的原生白云巖是非常稀少的，它僅限于一些蒸發作用較強的鹽湖和瀉湖內［10］，而地質記錄中的多數白云巖均為次生成巖交代成因，均經歷了不同程度的海水白云巖化作用［9］。劉探寶等［4］、范海明［2］認為山西省中部及東部一帶的冶鎂白云巖礦床主要賦存于近大陸的淺海陸棚咸化環境，即理想冶鎂白云巖的穩定環境。另外，礦區出露地層中的生物擾動現象也表明其形成于沉積速率不大的湖泊或淺海環境［5］。韓林［3］認為華北地臺奧陶系馬家溝組四段屬于與石灰巖共生的同生白云巖，是在沉積物形成之后，還處于疏松狀態未石化時，由白云巖化作用所形成。

依據前人的研究成果，并結合礦體的賦存層位、形態規模、產狀、厚度、結構構造、品位及其礦石特征等綜合分析，初步認為山西省盂縣羊泉白云巖礦是富Mg淺海或咸化瀉湖交代早期碳酸鹽礦物而成，屬淺海相沉積型礦床，其形成演化大致分三個階段：①早期富Ca碳酸鹽巖沉積階段；②白云巖化階段：即富Mg地層流體交代灰巖或富Mg方解石使其發生白云巖化；③白云石發生不同程度的重結晶作用，使白云石晶體趨向于更有序的方向發展。

山西省盂縣羊泉白云巖礦為一大型冶鎂用白云巖礦床，礦石MgO品位較高，質量較好，層厚且穩定，易露天開采，以及獨特的沉積環境，為白云巖的發育提供了良

好條件。另外，該礦區的水文工程地質條件簡單，開采條件十分有利，有較高的經濟利用價值，礦石已達提煉金屬鎂用白云石的質量標準，可作為金屬鎂廠的礦源地，適合進行較大規模的工業化開采，具有較廣泛的用途和開發利用前景。

【相關文獻】

［1］鮑正襄，萬榕江，包覺敏.湘西麻園洞煉鎂用白云巖礦及其開發利用［J］.中國非金屬礦工業導刊.2001，（4）：29-30.

［2］范海明.山西省優質冶鎂白云巖的找礦方向［J］.華北國土資源.2007，（3）：11-17.

［3］韓林.白云巖成因分類的研究現狀及相關發展趨勢［J］.中國西部油氣地質.2006，2（4）：400-406.

［4］劉探寶，林楓.山西最佳冶鎂白云巖的地質分布［J］.華北地質礦產雜志，1995，（3）：422-444.

［5］路鳳香，桑隆康主編.巖石學［M］.北京：地質出版社，2002.

［6］山西省煤炭地質研究所.山西省盂縣西潘鎮羊泉冶鎂白云巖礦普查報告［R］.2007.

［7］佚名.我國白云巖開發利用現狀及發展趨勢［J］.陜西地質科技情報，1995，20（2）：41-48.

［8］張景廉，曹正林，于均民.白云巖成因初探［J］.海相油氣地質，2003，8（1－2）：109-115.

［9］朱同興，黃志英.地質記錄中的海水白云巖化作用［J］.巖相古地理，1993，13（5）.

［10］Deckker P D，Last W Dolomite Deposition in Continental，Saline Lakes，Western Victoria，Australia［J］.Geology，1988，16：29-32.