大关县某炼镁白云岩矿地质特征及矿床成因简析

黄加忠，杨明龙

镁广泛应用于交通、电子及通信等领域，前景广阔。作为世界上镁矿资源最丰富的国家之一，我国镁矿资源主要来源于菱镁矿，炼镁白云岩，盐湖区镁盐以及海水等。白云岩是碳酸钙产业发展的重要原料，可用于水泥、冶金、化工等领域。含氧化镁（MgO）较高的白云岩可以冶炼金属镁。

云南省昭通市大关县白云岩矿资源储量可观，区内广泛分布着古生代泥盆纪海相碳酸盐沉积建造，是区内碳酸钙矿产资源的主要赋矿层位。合理开发利用白云岩矿，寻找优质矿产，成为了当地政府迫切需要解决的问题。

1 交通位置及自然地理条件

1.1 交通位置

该炼镁白云岩矿位于大关县城85°方向，直距10km，行政区划属于大关县玉碗镇。玉碗镇，地处大关县南部，东依天星镇，南靠昭通市昭阳区盘河乡，西接上高桥回族彝族苗族乡，北连翠华镇。区域面积102.94km2。

大关县交通较为便利，是云南北大门和滇、川、黔三省经济和文化交汇地。国道“213线”，昭麻、彝岔二级公路，G85渝昆高速公路交汇穿越而过；全长59.3公里的内昆铁路从北向南穿越全县，于天星镇设有大关火车站；公路、铁路、航空、水运网络交织互补，各村均有水泥路相通。

1.2 自然地理条件

玉碗镇地貌形态同山地地貌，峰峦重叠，沟壑纵横，河谷深切，地形切割大。最高点位于高家梁子，海拔2785m；最低点位于石灰村观音桥，海拔1050m，平均海拔1928.7m。

玉碗镇属北亚热带季风气候立体气候明显，多年平均气温14℃，年平均降水量120mm，降雨集中在每年的6月～8月。

玉碗镇境内河道属金沙江流域，主要河道有三级河1条，长14km；四级河2条，总长12km。河流总长度26km，河网密度0.25km/km2。境内最大河流为大关河，从南至北流经境内玉碗、老街、石灰3个村民委员会，长14km。

2 地质背景

2.1 构造背景

该炼镁白云岩矿位于大关县城85°方向，直距10km，行政区划属于大关县玉碗镇。区内交通便利，各村均有水泥路相通。

区域在大地构造上位于特提斯-喜马拉雅与滨太平洋两大全球巨型构造域结合部位，扬子陆块（Ⅲ）西南缘，上扬子陆块（Ⅲ1），扬子陆块南部碳酸盐台地（Ⅲ1-7），威宁-昭通褶冲带。

2.2 区域地层

区域地层属于华南地层大区扬子地层区上扬子地层分区昭通地层小区。

昭通地层小区西以小江断裂与昆明地层小区分界，南东以者海-待补一线为界与曲靖地层小区相邻。为中元古界浅变质杂岩的基础上，发育的一套震旦系-中三叠统陆表海沉积，和一套上三叠世统-下白垩统红色坳陷盆地沉积。

扬子陆块南部碳酸盐台地西接康滇断隆，东北以七耀山断裂与川中前陆盆地分界，南界从西向东为师宗-南丹-都匀-慈利-大庸断裂。总体表现为梵净山群等前震旦系地层之上由新元古宙开始至中三叠世演化的碳酸盐岩台地。据岩石构造组合特征、断代及分布差异可细分为陆缘裂谷相、碳酸盐陆表海亚相、碎屑岩陆表海亚相、周缘前陆盆地亚相。

其中碳酸盐陆表海亚相沉积志留纪末加里东造山运动结束之后，到泥盆纪开始整个华南地区的沉积环境与古地理得以真正统一，海水从南东向北西侵入，形成了泥盆纪的碎屑岩陆表海沉积和石炭纪-中三叠世的碳酸盐陆表海沉积，该岩相的碳酸钙资源潜力巨大。

2.3 区域构造

区域被NS向小江断裂、NW向紫云-垭都断裂、NE向弥勒-师宗断裂夹持，又受华南褶皱带、三江褶皱带的强烈挤压，区内褶皱，断裂均较发育。区域构造线以北东向及北西向为主，略作弧形展布，并明显控制着铅锌矿床（点）、矿化点的展布。区内褶皱完整、舒缓开阔、形态对称，仅局部形成一些线性紧密褶皱或倒转褶皱。断裂发育，具多期活动特征，主要由北东向褶皱和压扭性断裂组成，并伴生张（扭）性断裂。区域的构造稳定程度影响着地层的延续和沉积，对碳酸钙矿产资源分布影响较大。

2.4 区域矿产

工作区主要属沉积岩地区。地质背景决定了区内以沉积型及火山沉积型非金属矿产为主，少数受到后期构造-热液的改造或受到近地表风化作用的影响形成沉积-热液型金属矿产或风化淋滤型非金属矿产。个别为火山岩浆型及火山热液型矿产。区域矿产资源主要有石英砂岩、铅锌、银、煤、磷，铁、铝土矿、铜次之。

近年来，通过多轮地质矿产调查，一些长期被忽视的矿种逐渐被发掘，比较有代表性的战略资源矿产包括稀有矿、稀土金属矿、石英砂矿、钛铁矿、铝土矿等；重要的能源矿产有页岩气、煤层气等。这些矿产资源在区内具有非常好的成矿条件，加以重视，再辅以合理的勘查手段就有可能实现突破，从而为乌蒙山区扶贫工作提供重要的资源支撑。区内具有规模的主要有毛坪铅锌矿床、卡哈洛磷块岩矿床、箐门铁矿、大湾子中型无烟煤矿床、苏家坡水晶矿床、天星大型石英砂岩矿床、青杠大型石英砂岩矿产、钟鸣大型石英砂岩矿产等。

2.5 以往工作程度

20世纪50年代～60年代，区内陆续开展矿产勘查工作，以一些矿床（点）的普查-勘探为主，发现和探明了一批铅锌、铜、铁、银、磷等矿床；20世纪70年代，随着区域地质、物探、化探等基础地质工作的全面开展，地质找矿以区域经济发展和国家急缺矿产如富铜、富铁为主；80年代，开展了区域矿产规划和部分铅锌矿的补充勘探工作。

21世纪，矿业企业在已发现矿区的深部及外围开展了一些补充勘查工作。区内已发现矿产资源种类较多，以非金属矿产为主，主要有煤、铁矿、铅矿、锌矿、重晶石、水泥用灰岩、建筑石料 用灰岩、白云岩、建筑用砂、砖瓦用页岩等。

虽然先后有多家单位进行过矿点踏勘、检查、普查等不同程度的工作，但均限于局部。云南省地质调查局等单位完成了云南省矿产资源潜力评价工作，但总体工作程度较低。矿产勘查工作以煤、铅锌为主，工作程度以普查为主。

2018年，中国地质调查局成都地质调查中心在区内开展《云南省柿子坝（G48E001009）、大关县（G48E002008）、火烧坝（G48E002009）3幅1：5万矿产地质调查》，重点对大关天星镇、彝良县峰子沟、钟鸣地区的中泥盆统缩头山组进行了调查评价，发现3处大型优质石英砂岩矿；同时对区内稀土矿做了简要调查，新发现数处稀土矿化点。

3 矿区地质

3.1 地层

区内出露下泥盆统坡松冲组、坡肢组，中泥盆统箐门组、缩头山组、曲靖组、红崖坡组，上泥盆统在结山组；下石炭统万寿山组，上石炭统黄龙组；下二叠统梁山组，中二叠统栖霞组、茅口组。而以中、上泥盆统为主，南北向条带状展布。由老至新，主要地层岩性分述如下：

箐门组（D2qm）：为灰绿、黄绿色泥岩、砂质泥岩与黄灰色粉砂岩、灰色灰岩、泥质条带灰岩互层。厚43m～146m。与下伏坡脚组整合接触。为陆表海泥岩粉砂岩组合，属潮坪相沉积。

缩头山组（D2st）：由石英砂岩组成，局部含少量粉砂岩、泥岩。本组岩性在区内无显著变化，厚度较稳定，厚87.50m～125.74m。为石英砂岩矿含矿层，其细粒石英砂岩质地纯净，以前滨相沉积为主。与下伏箐门组整合接触。为陆表海砂泥岩组合，属潮坪相沉积。

红崖坡组（D2hy）：为紫红色、黄绿色泥岩夹深灰色粉砂岩。厚131.16m。与下伏缩头山组整合接触。为陆表海泥岩组合，属潮坪相沉积。

曲靖组（D2q）：上部黄绿、紫红色细砂岩，中部灰色灰岩，下部泥质灰岩、白云质灰岩。厚59.56m。与下伏红崖坡组整合接触。陆表海灰岩组合，属开阔台地相沉积。

在结山组（D3zj）：为一套浅海碳酸盐台地相局限台地亚相碳酸盐岩沉积。上部为深灰-灰黑色中厚层-块状泥晶-细晶白云岩，夹灰色中厚层硅质泥晶白云岩，和深灰色生物碎屑灰岩、白云质灰岩；中、下部为浅灰-深灰色厚层-块状细晶白云岩，夹少量灰色薄层状粉砂岩。局部白云岩中矿物颗粒粗大，可达中晶。下部白云岩中常见方解石晶洞，1cm～10cm大小不等，晶洞内常发育水晶晶体，是区内水晶矿重要来源。生物化石多见层孔虫，少量腕足等。沉积建造类型白云岩＞灰岩＞粉砂岩建造，有炼镁白云岩含矿建造矿。与下伏曲组整合接触。按岩性组合可分两个岩性段。陆表海灰岩组合，属台地相沉积。

在结山组二段（D3zj2）：岩性主要岩性浅灰色中-厚层状粉-细晶白云岩，少量白云质灰岩、泥晶灰岩。岩石成分，以含有少量泥质、碎屑、方解石、硅质团块与一段区别。厚125.62m～132.02m，为一套局限台地相沉积。

在结山组一段（D3zj1）：为炼镁白云岩矿含矿层。岩性为细晶白云岩。岩石成分较纯净，几乎全部由白云石组成。以发育晶洞为特征，大小约为2cm～5cm，为方解石、水晶充填；部分晶体风化脱落，形成孔洞。厚143.32m～212.24m，为一套局限台地相沉积。

3.2 构造

矿区构造上位于五寨向斜北端西翼，断裂较发育。

五寨向斜：区内表现为近南北向展布的短轴状向斜。北起黄连河，往南经沙坝出图。组成这个向斜的最新地层为峨眉山玄武岩，最老地层为下志留统黄葛溪组。两翼地层对称出露，地层倾角一般5°～10°。

3.3 岩浆岩

矿区未见岩浆岩出露。

4 矿体特征

4.1 工业指标

根据《矿产工业要求手册》（修定版，1988年3月，地质出版社），参考《矿产地质勘查规范 菱镁矿、白云岩》（DZ/T0348-2020）,炼镁白云岩一般质量要求：

氧化镁（MgO）：≥19%。

二氧化硅（SiO2）：≤3%。

氧化钾+氧化钠（K2O+Na2O）：≤0.3%。

酸不溶物（包括SiO2）：≤4%。

最小可采厚度≥4m。

夹石最小剔除厚度＞4m。

4.2 矿体圈定原则

根据工业指标，凡矿石单样有益组份、有害组份含量满足工业指标要求，同时满足可采厚度4m者，圈为矿石；凡是有益组份、有害组份不能满足工业指标要求，且单样厚度或相邻样品厚度之和大于夹石剔除厚度4m者，圈作夹石，而单样厚度或相邻样品厚度之和小于夹石剔除厚度4m者，经相邻任意8m段加权计算，符合工业指标要求的，作特殊处理，圈入矿石；否则,圈作夹石。

勘探线地表矿体向矿体倾向延深方向最大推400m为矿体边界，勘探线矿体向矿体走向延长方向推400m为矿体边界，连接矿体边界线即为本次资源量估算范围。

矿区内，紧临矿区资源量估算范围西侧，有出水渠。矿体资源量估算范围距离出水渠预留100m～140m的安全距离，炼镁白云岩矿选择硐采，矿山开采不会对出水渠造成较大的安全影响。

4.3 矿体形态

根据矿体圈定原则，初步圈定炼镁白云岩矿体2个，编号K1矿体、K2矿体。矿体赋存于五寨向斜北端西翼在结山组一段，呈单斜层状产出，其分布和产状与在结山组一段地层基本一致。产状一般196°～279°∠3°～13°。初步控制K1矿体长903.20m，厚34.97m～46.50m；K2矿体长903.20m，厚36m。本矿床属局限台地相沉积碳酸盐岩露天矿床。

4.4 矿石类型

按照矿石的结构、构造、矿物成分及化学成分等特征，本矿区矿石自然类型仅一种，即白云岩。

白云岩：灰、浅灰色，部分略带浅黄灰色。细晶结构为主，粉晶、粗晶结构少量。层状、块状构造。遇盐酸起泡微弱。镜下观察：岩石成分较纯净，几乎全部由白云石组成。白云石含量＞95%。白云石：高级白干涉色，菱形自形-半自形晶，表面洁净，颗粒之间呈镶嵌状，粒径一般为0.06mm～0.25mm，经茜素红染色实验不被染色。

4.5 矿石质量

K1矿 体 矿 石 单 样 品 位SiO20.24%～1.64%，MgO 19.29%～20.08%，K2O 0.031%～0.49%，Na2O 0.010%～0.077%，酸不溶物0.37%～5.04%。平均品位SiO20.91%，MgO 21.17%，K2O 0.13%，Na2O 0.042%，酸不溶物1.50%。

K2矿 体 矿 石 单 样 品 位SiO20.20%～0.74%，MgO 21.01%～21.82%，K2O 0.016%～0.11%，Na2O 0.017%～0.057%，酸不溶物0.60%～1.33%。平均品位SiO20.49%，MgO 20.37%，K2O 0.060%，Na2O 0.040%，酸不溶物0.91%。

矿区矿石有益组份MgO含量高，有害组分酸不溶物、TiO2、K2O、Na2O含量低。并且有益、有害元素波动幅度不大。说明矿石质量良好，且质量均匀、稳定。

4.6 夹石

根据探矿工程取样基本分析结果，矿体内圈定J1夹石，其特征如下：

J1夹石：晶洞状细晶白云岩，外观为灰、灰浅色，细晶结构，厚层状构造。岩石由白云石及少量方解石、粘土矿物，控制厚7.72m～7.97m，透镜体状产出，矿体与夹石之间为渐变的过渡关系。化学成分百分含量：单样品位SiO23.50%～8.90%，MgO 17.36%～20.24%，K2O 0.016%～0.51%，Na2O 0.010%～0.057%，酸不溶物4.48%～11.85%。

由于SiO2酸不溶物含量超标而圈为夹石，但可作为熔剂、耐火用白云岩综合利用。

5 矿床成因

本矿区的炼镁白云岩矿赋存于上泥盆统在结山组一段，含矿沉积建造为细晶白云岩建造。在结山组一段细晶白云岩含矿沉积建造既是重要找矿标志，也是矿体产出部位。

泥盆世这一阶段在大地构造演化上处于平稳沉降过程中，构造古地理环境一般较为稳定，为碳酸盐岩沉积提供了广泛的沉积空间，而沉积环境和地壳运动直接影响了沉积物质的特征。到中二叠世晚期，区域西部出现陆内裂谷的拉张环境。此外，华力西运动中期的古构造活动造成本区大面积地壳抬升，造成的海水深度变化、沉降中心的变迁导致了其在白云岩分布的较大差异。

华力西运动导致海盆基底地形高低不一，再加上地壳有轻微沉降，导致沉积中心有变化，海水深浅交替。区域上多发育灰岩→白云质灰岩（白云岩）的沉积韵律，导致白云岩矿体发育多层夹石，矿石质量相对较差。

根据矿体矿石类型、结构、构造等特征分析，结合区域地质背景，本矿区矿体赋存于结山组一段的炼镁白云岩含矿建造，是一套局限台地相化学沉积型成因。

6 结语

本矿区炼镁白云岩矿床经查明：①矿体赋存于泥盆系在结山组一段白云岩中，矿体界线与地质界线重合，含矿沉积建造为细晶白云岩建造；②矿体为单斜层状产出，形态简单；③矿体与夹石之间为渐变的过渡关系，以白云岩勘查规范中的边界品位来划分；④矿区内无区域变质、岩浆岩侵入活动；⑤本矿床属局限台地相沉积碳酸盐岩露天矿床，此次勘查工作为下一步勘查提供了找矿方向-上泥盆统结山组。