宁夏青龙山中—北段冶镁白云岩矿地质特征及成因探讨

郭亚龙，曾亚新，王 鹏

(中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队，宁夏 银川 750021)

冶镁白云岩是宁夏的优势矿产之一[1]，远景资源量19亿t，探明资源储量2亿t。宁夏是西部大开发中的重要冶镁基地，未来金属镁年产量将超过20万t，年需矿石量超过200万t。宁夏青龙山地区是冶镁白云岩主要赋集区[2]，该地区冶镁白云岩矿层南北向延伸数十公里，层位稳定，矿石质量佳，加工性能好，资源丰富，是硅热法及半连续硅热法炼镁的优质原料，并已有数十年的开发利用历史。宁夏现有太阳镁业、华盈镁业、东义镁业等企业均采用该处冶镁白云岩资源，具有很大工业利用价值。

本文以青龙山北段杜家圈南，中段石过顶、童家慢坡等地区的冶镁白云岩地质勘查资料为依据，探讨研究该地区蓟县系王全口组地层中7个冶镁矿层的成矿背景、矿体地质特征、矿石特征及矿床成因等，以便为青龙山其他区域冶镁白云岩的找矿、开发利用等提供参考。

研究区所属地层分区为华北地层区鄂尔多斯西缘地层分区桌子山—青龙山地层小区[3]，出露地层主要有中元古界蓟县系王全口组、新元古界震旦系正目观组、古生界寒武系、奥陶系、新近系及第四系等(图1)[4]。含矿地层位于蓟县系王全口组(Pt22w)地层，以大量富镁的海相碳酸盐岩为主，含有少量的陆源碎屑岩，岩性主要有灰—灰白色中—厚层硅质白云岩、灰白色中厚层冶镁用微晶白云岩等。

图1 区域地质简图

研究区所属构造分区为鄂尔多斯西缘中元古代—早古生代裂陷带陶乐—彭阳冲断带[5]，区域构造主要以青龙山东侧轴向近南北党家坬隐伏断逆断层(F1)及财神崾岘正断层(F2)为主，两断层均为高角度断层，且与冶镁白云岩矿层赋存区距离较远，断裂构造对冶镁白云岩的开采利用影响不大。

2.1 矿体特征

青龙山中—北段王全口组地层总体呈单斜层状产出，倾向255°～285°，倾角52°～63°，自南向北倾角逐渐变陡，走向延伸长度＞20km，据岩性、岩相组合特征，可划分为六个岩性段，自下而上分别为第一至第六岩性段(Pt22w1～Pt22w6)，各岩性段之间连续沉积，冶镁白云岩矿层主要赋存于王全口组第三至第四岩性段，共有7层连续稳定的优质冶镁白云岩矿(图2)，自下而上分别为B1、B2、C1、C21、C22、C3、C4，此外还有多层厚度小，延伸不稳定，呈透镜状的冶镁白云岩矿层，主要位于第三及第五岩性段内。

图2 勘查线剖面简图

综合该区域各勘查成果，青龙山中—北段7层冶镁白云岩赋存标高1 650～1 194m，单矿层控制埋深0～319m(表1)，南北走向延伸超过20km，赋存资源量超过2亿t。各矿层(自下而上)特征如下：

表1 各冶镁白云岩矿体特征一览表

B1矿层：分布于王全口组第三岩性段(Pt22w3)顶部，倾向西，倾角55°～62°，岩性为深灰—灰黑色中厚层状微晶白云岩，倾向延伸275.74～442.51m，厚 度0.95～3.66m，平均1.90m，变化系数34.54%。矿石中MgO含量20.94%～21.83%，平均21.40%，变化系数0.46%；
SiO2含量0.24%～1.02%，平均0.61%，变化系数28.90%；
M·CaO/M·MgO(摩尔比)0.97%～1.06%，平均1.00%。

B2矿层：为主要矿层，分布于王全口组第四岩性段(Pt22w4)下部，倾向西，倾角54°～62°，岩性为浅灰色厚层状微晶白云岩，倾向延伸277.29～439.12m，厚度2.53～9.36m，平均4.87m，变化系数30.34%。矿石中MgO含量19.70%～21.83%，平均21.34%，变化系数1.18%；
SiO2含量0.25%～0.98%，平均0.61%，变化系数23.92%；
M·CaO/M·MgO 0.96%～1.06%，平 均1.01%。

C1矿层：为主要矿层，分布于王全口组第四岩性段(Pt22w4)中下部，倾向西，倾角53°～63°，岩性为浅灰色厚层状微晶白云岩，倾向延伸278.38～441.93m，厚度1.85～3.58m，平均2.60m，变化系数14.82%。矿石中MgO含量20.52%～21.83%，平均21.25%，变化系数1.61%；
SiO2含量0.26%～1.12%，平均0.58%，变化系数29.90%；
M·CaO/M·MgO 0.95%～1.06%，平均1.01%。

C21矿层：分布于王全口组第四岩性段(Pt22w4)中部，倾向西，倾角53°～62°，岩性为浅灰色厚层状微晶白云岩，倾向延伸279.29～447.58m，厚 度1.55～3.42m，平 均2.33m，变 化 系 数8.55%。矿 石 中MgO含 量19.29%～21.75%，平 均21.25%，变 化 系 数2.38%；
SiO2含 量0.28%～1.20%，平均0.68%，变化系数24.94%；
M·CaO/M·MgO 0.96%～1.06%，平均1.01%。

C22矿层：分布于王全口组第四岩性段(Pt22w4)中部，倾向西，倾角52°～63°，岩性为浅灰色厚层状微晶白云岩，倾向延伸279.49～452.73m，厚 度0.70～2.41m，平 均1.51m，变 化 系 数21.52%。矿 石 中MgO含 量19.78%～21.83%，平 均21.13%，变 化 系 数1.65%；
SiO2含 量0.37%～1.16%，平均0.85%，变化系数33.87%；
M·CaO/M·MgO 0.96%～1.06%，平均1.01%。

C3矿层：分布于王全口组第四岩性段(Pt22w4)中上部，倾向西，倾角52°～63°，岩性为浅灰色厚层状微晶白云岩，倾向延伸281.48～456.20m，厚 度1.12～3.55m，平 均2.10m，变 化 系 数17.80%。矿 石 中MgO含 量20.27%～21.60%，平 均21.22%，变 化 系 数1.83%；
SiO2含 量0.16%～1.14%，平均0.61%，变化系数25.23%；
M·CaO/M·MgO 0.97%～1.06%，平均1.01%。

C4矿层：为主要矿层，分布于王全口组第四岩性段(Pt22w4)中上部，倾向西，倾角52°～63°，岩性为浅灰色厚层状微晶白云岩，倾向延伸281.48～456.20m，厚度1.75～4.22m，平均2.90m，变化系数13.60%。矿石中MgO含量19.70%～21.83%，平均21.18%，变化系数1.19%；
SiO2含量0.30%～1.19%，平均0.78%，变化系数38.75%；
M·CaO/M·MgO 0.94%～1.06%，平均1.01%。

2.2 矿石特征

(1)矿石自然类型及矿物成分。

根据自然特征，将矿床矿石划分为浅灰色厚层状微晶白云岩、深灰—灰黑色中厚层状微晶白云岩两个自然类型：

深灰—灰黑色中厚层状微晶白云岩：分布于B1矿层中，微晶结构，块状构造，岩石风化表面有明显的刀砍纹。岩石主要由白云石组成，含少量黏土矿物和金属矿物，其中白云石大多呈不规则粒状，多以0.07～0.45mm的中细晶为主；
金属矿物呈不规则细粒，粒径0.01～0.15mm，零星散布于岩石中。岩石中白云石占95%，黏土矿物3%～5%，金属矿物含量＜1%。

浅灰色厚层状微晶白云岩：为矿床主要矿石类型，多呈浅灰色，碎屑—微晶结构，块状构造，岩石表面同样具有明显且密集的刀砍纹发育[6]。岩石主要由白云石组成，含少量铁质尘粒。白云石多呈不规则粒状及菱形粒状，粒径大小不等，个体不清，以0.006～0.03mm的微晶—粉晶为主，少量重结晶成亮晶白云石；
铁质尘粒以星散状零星散布于岩石中。岩石中白云石占95%以上，铁质尘粒＜1%。

(2)矿石化学成分。

矿石化学成分主要为MgO、CaO、SiO2，含少量的Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、MnO、SO3、P2O5、ZnO等，有益化学成分为MgO，其他为有害化学成分。结合青龙山北段杜家圈南，中段石过顶、童家慢坡等三区域的地质勘查成果，冶镁白云岩矿床中MgO含量19.29%～21.83%，平均21.32%；
SiO2含量0.16%～1.20%，平均0.82%；
CaO含量29.93%～31.62%,平均30.15%。其他化学成分：Fe2O3+Al2O3含量0.25%～0.50%，平均0.40%；
K2O+Na2O含 量0.015%～0.090%，平 均0.038%；
MnO含 量0.008%～0.054%，平均0.016%；
SO3含量0.017%～0.155%，平均0.04%；
P2O5含量0.024%～0.030%，平 均0.027%；
ZnO含 量3.89%～35.91%，平均8.98%。分析测试表明，冶镁白云岩矿床中K2O+Na2O含量远小于一般工业指标中边界品位的要求(≤0.32%)[7]。

2.3 矿层顶、底板及夹石

矿层顶板为王全口组第五岩性段(Pt22w5)浅灰色中—厚层硅质条带白云岩，底板为第三岩性段(Pt22w3)深灰色中—厚层硅质条带白云岩，各矿层间夹石为薄—中层硅质条带白云岩，夹石厚度见表2。通过取样分析，矿床顶、底板及夹石硅质条带白云岩化学成分为：MgO 11.70%～19.90%，平均16.69%；
SiO29.40%～47.60%，平 均21.84%：CaO 16.28%～26.74%，平均24.03%。

表2 矿层间夹石厚度一览表 (单位：m)

3.1 沉积相类型

青龙山位于鄂尔多斯盆地西缘，而鄂尔多斯盆地是华北克拉通盆地的一部分，总体地势平坦，在中—新元古界形成水体较浅的陆表海[4]，该时期水体较浅，水动力以波浪和海流为主，静水低能，形成大范围的潮坪沉积[8]。青龙山蓟县系王全口组地层，主要发育有微晶白云岩、硅质条带白云岩、竹叶状砾屑白云岩等，互层产出[9]，层位清晰，硅质条带白云岩中硅质条带与白云岩存在拼合面，且王全口组下伏地层含有大量石英砂岩层，以上现象具有潮间带沉积特征。因此，青龙山地区白云岩沉积环境为台地边缘浅海相潮坪，沉积相类型主要为潮间带[4]。

3.2 成矿物质来源

青龙山地区的白云岩形成于较为开放的浅海，为常温常压环境，且冶镁白云岩矿层在王全口组地层中，时代越老，赋存越多[10]，本文认为青龙山地区白云岩主要为次生交代成因。富Mg+的海卤水溶液与CaCO3发生交代作用，形成白云石，其中Mg+主要来自海水，CaCO3固体主要来自于近海及海底富钙碳酸盐岩。

3.3 成矿气候及环境

青龙山地区王全口组白云岩形成于潮平环境中，水深度浅，海水经强蒸发后形成高盐度卤水，通过重力作用与下部碳酸盐岩地层发生白云石化作用，古海水水温较高，推测为干燥炎热的古气候背景[11]。王全口组各硅质条带白云岩、含硅质团块白云岩及微晶白云岩互层产出[12]，多数为中—厚层状，少量薄层，层位清晰，硅质条带白云岩中硅质条带走向基本与岩层一致，水平沉积层理特征明显，说明该矿床化学沉积环境稳定。

(1)青龙山地区王全口组地层为一套台地边缘浅海相潮坪沉积矿床，冶镁白云岩主要由富Mg+的海卤水溶液与CaCO3发生交代作用形成，成矿物质主要来自于海卤水及碳酸盐岩，成矿古气候炎热干燥，蒸发强烈，且化学沉积环境稳定。

(2)冶镁白云岩矿层主要赋存于蓟县系王全口组第三岩段(Pt22w3)、第四岩段(Pt22w4)地层中，层位稳定，共划分7层矿，各矿层厚度变化稳定，矿石品位变化稳定，属优质的冶镁白云岩矿床。

(3)矿石自然类型以浅灰色厚层状微晶白云岩为主，深灰—灰黑色中厚层状微晶白云岩为辅，矿床顶底板及矿层间基本为硅质条带白云岩。