山西省盂县羊泉冶镁白云岩矿床地质特征、成因及经济意义研究

2023年12月31日发(作者：与书有关的名言)

山西省盂县羊泉冶镁白云岩矿床地质特征、成因及经济意义研究

刘成林;徐永婧

【摘 要】金属镁是新世纪重要的绿色金属能源,而冶镁白云岩是生产金属镁不可缺少的原料,是山西省能源重化工基地的一种十分重要的矿产资源.盂县羊泉冶镁白云岩矿床位于吕梁、太行断块-五台山块隆东侧,白云岩矿体赋存于寒武系上统-奥陶系下统三山子组,总体上呈走向NW、倾向SW的单斜构造.含矿岩石主要为中-厚层细-粗晶白云岩,粉晶-细晶或中粗晶粒状结构,块状或薄层状构造.矿床的形成演化经历了沉积-白云岩化-重结晶三个阶段.矿体平均品位ω(MgO)为21.20％、ω(SiO2)为0.67％、ω(K2O+ Na2O)为0.076％,品位变化较均匀.该区共求得冶镁用白云岩矿资源量约3.45亿吨,属一大型矿山,具有较大的开发前景.%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.

【期刊名称】《矿产与地质》

【年(卷),期】2012(026)003

【总页数】6页(P231-236)

【关键词】冶镁白云岩矿;地质特征;经济意义;山西省盂县

【作 者】刘成林;徐永婧

【作者单位】山西省地质勘查局二一七地质队,山西大同037008;山西省地质勘查局二一七地质队,山西大同037008

【正文语种】中 文

【中图分类】P588.245

镁是包括海洋在内地球表面最为丰富的一种轻金属元素，其性坚韧，因此镁合金韧性好、质坚，同时不生锈，这些特点决定了它有较广泛的用途。现今，利用白云岩生产金属镁和镁化合物，主要用于制造镁铝合金、制作压铸件和用于钢铁冶炼中脱硫，这三方面的用量占总消耗量的77%［1］。冶镁白云岩是生产金属镁不可或缺的原料，是山西省能源重化工基地一种十分重要的矿产资源，太原市阳曲县境内和盂县西潘镇一带白云岩资源蕴藏量比较丰富，白云岩资源的开发利用对当地的经济发展具有重要意义。

羊泉白云岩矿位于山西省阳泉市盂县西潘镇北部羊泉村一带，矿区距盂县县城53

km，南部有太旧高速、石太铁路，西部有大运高速、北同蒲铁路，交通较为便利。工作区面积约17 km2。

羊泉白云岩矿区位于华北断块―吕梁、太行断块―五台山块隆―古交掀斜地块的东部，地块内地层展布为南新北老，总体为走向NW、倾向SW的单斜构造，局部地段显示规模不大的断裂和微弱的褶皱。

区内出露地层自下而上依次为寒武系中统张夏组（∈2z）、上统崮山组（∈3g）、寒武系―奥陶系三山子组（O s）、奥陶系中统马家沟组（O2m）以及第四系（Q）。冶镁白云岩赋存于寒武系上统―奥陶系下统三山子组二段下部地层中。岩性主要为粉晶―细晶―泥晶白云岩、竹叶状或鲕粒状灰岩（图1）。

区域构造主要有燕山期的断裂和褶皱，喜山期地堑系。区域范围内东北部有岩浆岩活动，以五台期酸性―中酸性的花岗岩及变质石英闪长岩为主，多呈顺层或微斜交层理侵入太古代老变质岩中［6］。

冶镁白云岩矿体赋存于寒武系上统―奥陶系下统三山子组二段下部，赋存标高为1199～1403 m。矿体有两个，以羊泉沟为界分为东西两个矿体，分别为Ⅰ号矿体和Ⅱ号矿体，矿体产状比较平缓，总体走向为NW―SE，倾向为SW。矿体上部为灰白色厚层―巨厚层中―粗晶白云岩，即“砂糖状”白云岩，局部夹2～3 m灰褐色粗晶白云岩，出露厚度一般为11.81～22.00 m；下部为深灰色―灰褐色中厚层细晶白云岩，厚度约0～55.48 m。矿体厚度总体较稳定，变异系数为8.23%。矿体平均品位w（Mg O）为21.20%、w（SiO2）为0.67%、w（K 2 O＋Na2 O）为0.076%，属品位变化较均匀的矿床。矿体由22个样坎工程控制，工程控制长度1203.72 m。矿体厚度和品位见表1。

Ⅰ号矿体分布于羊泉沟东部山脊两侧，长约6 km，厚度为52.50～67.89 m，平均厚度58.43 m。由6个样坎工程控制，工程控制长度344.99 m。矿体产状一般倾向200°～260°，倾角4°～7°。厚度变异系数9.11%。

Ⅱ号矿体分布于羊泉沟西部山脊两侧，长约10 km，厚度为47.50～61.99 m，平均厚度53.71 m。由16个样坎工程控制，工程控制长度858.75 m，矿体产状一

般倾向210°～263°，倾角4°～7°。厚度变异系数5.80%。

2.2.1 矿石矿物成分及结构、构造

矿石结构主要有粉晶结构、细晶结构及中粗晶粒状结构。矿石构造为厚层―薄层状构造。

矿石矿物成分有白云石和少量氧化铁质、粘土质、金属矿物。其中白云石为主要有用矿物。白云石呈灰白色，有时可见浅黄、浅褐、浅绿、褐灰和肉红色。晶体呈粒状，透明度较好，粒度一般为0.03～0.5 mm，个别粗大者可达1 mm，彼此之间呈齿状紧密镶嵌，少量晶体明显重结晶。氧化铁质质点小于0.005 mm，主要以浸染状和粉末状分布于白云石晶体中或其间，部分呈条纹状。氧化薄膜呈褐红色。粘土质呈黄绿―黄褐色，粘土质薄膜不均匀分布于白云石晶体之间。金属矿物呈黑色，不透明。粒度一般为0.01～0.05 mm，零星分布，多褐铁矿化。

2.2.2 矿石类型及其矿物特征

按矿石的颜色、结构、构造及矿物成分，将该区矿石分为块状矿石和薄层状矿石两种类型。

（1）块状矿石 矿区内分布广泛，约占80%～90%，主要分布于矿体之中下部，矿石一般呈浅灰色、浅灰褐色、灰白色，细晶－粗晶结构，块状构造，性脆，断面参差状。矿体中部为中―粗晶白云岩，矿石一般呈淡褐灰色，风化呈灰白色，中粗晶结构，厚层状构造。岩石主要由中―粗晶白云石组成，其次为少量氧化铁质、微量粘土矿物、金属矿物。岩石薄片中尚有少量孔隙分布，大小为0.15～0.5 mm，很少量孔隙有粘土质充填，尚可见缝合线构造。其矿物成分主要为：白云石为98%左右，中―粗晶状，粒度较大，一般为0.35～1 mm，呈半自形晶粒，分布不均匀，齿状镶嵌，晶体透明度较好，偶含铁泥质杂质；氧化铁质一般为1%以下，呈小于0.005 mm的点状、宽0.01 mm的条纹状分布，褐红色；粘土质矿物一般为1%以下，呈褐黄色薄膜或不规则集合体沿晶体间隙分布；金属矿物微量，粒状，黑色，

大小为0.02～0.05 mm，主要成分为褐铁矿。矿石化学成分w（MgO）为20.89%～21.41%，w（SiO2）为0～1.98%，w（K 2 O＋Na2 O）为0～0.215%，品位变化较均匀，质量较好，是优质的冶镁白云岩矿石。

（2）薄层状矿石 仅在区内矿体上部分布，矿石一般呈浅灰褐色―浅灰黄色，岩石主要由细晶白云石组成，其次为少量氧化铁质、微量粘土矿物，岩石可见有淡褐色条纹平行分布，宽0.2～0.05 mm。细晶结构，薄层状构造，具脆性，断面参差状。矿物成分主要为：白云石95%～98%，细晶状，晶体以半自形粒状为主，粒度为0.1～0.15 mm，分布不均匀，晶体透明度较差，氧化铁质呈麻点状分布于晶体中，表面污浊；氧化铁质一般1%以上，呈点状，褐色，粒度为0.001～0.005 mm；粘土质矿物一般1%以下，呈褐黄色薄膜或不规则集合体沿晶体间隙分布；金属矿物微量，粒状，黑色，大小为0.02～0.05 mm之间，具褐铁矿化。矿石化学成分w（MgO）为19.97%～21.70%，w（SiO2）为0.00～2.89%，w（K2 O＋Na2

O）为0.015%～0.283%，品位变化较均匀，质量较好。

2.2.3 矿体围岩和夹石

矿体顶、底板岩石为薄层状泥质白云岩，局部为白云质灰岩。顶、底板岩石属坚硬岩石，与矿体接触界线不明显。近矿围岩主要有泥质白云岩、含泥质白云岩。

矿体的夹石主要为泥质白云岩，次为白云质灰岩、泥质条带白云岩。夹石呈薄层状。

本次工作对冶镁白云岩的指标规定见表2。最低开采标高一般不低于矿区附近的地平面标高，考虑矿区开采条件，定为1276 m。剥采比即覆盖层的总量与矿石总量的比不大于0.5∶1。矿石最小可采厚度不小于8 m，夹石最小剔除厚度不小于2

m。矿床开采最终边坡角为60°，最小底盘宽度为60 m。安全距离大于300 m。

选用地质块段法进行资源量估算，经过资源量估算，全区共求得333＋334（？）冶镁用白云岩矿资源量34498.60万吨，其中333资源量15614.40万吨，占总资源量的45.26%。

镁是包括海洋在内地球表面最为丰富的金属元素，在诸多金属趋于枯竭的今天，大力开发金属镁材料是可持续发展的重要保证，金属镁将成为21世纪大有前途的绿色金属能源，前景极为看好。20世纪90年代以来，随着能源价格的上涨，可持续发展要求的提高，以及电子信息产业的发展，镁及镁合金研发及应用进入高速增长期，尤其是在发达国家得到高度关注。近年西方镁合金应用的市场增长率达到了15%以上，全球镁合金的应用年均增长达到了10%左右，而同期西方锡、铜、锌的年均增长率则都在2%～4%左右。我国是镁资源大国、生产大国、出口大国，占全球原镁市场份额的70%以上［7］。山西省金属镁年生产能力达35万吨，占全国总产量的2／3以上，镁及镁合金是山西第三大创汇产品，也是七大优势产业之一。

冶镁用白云岩是生产金属镁不可缺少的原料，按照国家规划，山西将构建以太原为中心，大同和运城为两极，大运线为轴线的全国最大的镁业基地。阳泉市盂县境内白云岩资源蕴藏量比较丰富，白云岩资源的开发利用对当地的经济发展十分重要，同时也是山西省能源重化工基地的一种十分重要的矿产资源。白云石广泛用于建材、陶瓷、焊接、橡胶、造纸、塑料等工业中，另外在农业、环保、节能、药用及保健等领域也得到了应用。

矿区矿体主要赋存于当地侵蚀基准面之上，区内构造不发育，矿体呈单斜缓倾层状产出，适于露天开采。通过对该区石灰岩所做的岩石力学试验结果求得，矿体及其顶、底板岩石的部分力学和物理数据平均值（表3）。总体来看，岩石的抗压强度较大，稳固性较好。

区内地层有波状起伏，但尚未发现明显大的褶皱。构造裂隙、节理及岩溶现象均不发育。露天开采条件下，地下水对矿床无影响，属水文地质条件简单的矿床。区内地质构造简单，矿体围岩强度较高，稳定性好，不宜发生矿山工程地质问题，工程地质条件简单。

白云岩的成因是一个极其复杂的过程，当今沉积地质学领域，白云岩的成因研究也成了一大难题。就形成条件和成因，可将白云岩分为原生白云岩、成岩白云岩和次生白云岩三类。原生白云岩，即原地沉积的白云岩，是在干燥炎热的气候下经蒸发作用而成，形成于高盐度、浅水的咸化瀉湖或海湾中，也可在陆上咸湖中形成，并常伴生有膏盐层。成岩白云岩是在碳酸钙沉淀过程中被白云石交代而成，通常不连续分布于石灰岩层中，呈透镜体或斑块状，偶为层状。但原生白云岩是否广泛存在，以及原白云石直接沉淀的观点已为多数学者所质疑，因为对于具有地层学意义的原生白云岩未见存在一个过硬的且没有争议的实例［8］。绝大多数地质学家都认为自然界从海水中直接沉淀的原生白云岩是非常稀少的，它仅限于一些蒸发作用较强的盐湖和瀉湖内［10］，而地质记录中的多数白云岩均为次生成岩交代成因，均经历了不同程度的海水白云岩化作用［9］。刘探宝等［4］、范海明［2］认为山西省中部及东部一带的冶镁白云岩矿床主要赋存于近大陆的浅海陆棚咸化环境，即理想冶镁白云岩的稳定环境。另外，矿区出露地层中的生物扰动现象也表明其形成于沉积速率不大的湖泊或浅海环境［5］。韩林［3］认为华北地台奥陶系马家沟组四段属于与石灰岩共生的同生白云岩，是在沉积物形成之后，还处于疏松状态未石化时，由白云岩化作用所形成。

依据前人的研究成果，并结合矿体的赋存层位、形态规模、产状、厚度、结构构造、品位及其矿石特征等综合分析，初步认为山西省盂县羊泉白云岩矿是富Mg浅海或咸化瀉湖交代早期碳酸盐矿物而成，属浅海相沉积型矿床，其形成演化大致分三个阶段：①早期富Ca碳酸盐岩沉积阶段；②白云岩化阶段：即富Mg地层流体交代灰岩或富Mg方解石使其发生白云岩化；③白云石发生不同程度的重结晶作用，使白云石晶体趋向于更有序的方向发展。

山西省盂县羊泉白云岩矿为一大型冶镁用白云岩矿床，矿石MgO品位较高，质量较好，层厚且稳定，易露天开采，以及独特的沉积环境，为白云岩的发育提供了良

好条件。另外，该矿区的水文工程地质条件简单，开采条件十分有利，有较高的经济利用价值，矿石已达提炼金属镁用白云石的质量标准，可作为金属镁厂的矿源地，适合进行较大规模的工业化开采，具有较广泛的用途和开发利用前景。

【相关文献】

［1］鲍正襄，万榕江，包觉敏.湘西麻园洞炼镁用白云岩矿及其开发利用［J］.中国非金属矿工业导刊.2001，（4）：29-30.

［2］范海明.山西省优质冶镁白云岩的找矿方向［J］.华北国土资源.2007，（3）：11-17.

［3］韩林.白云岩成因分类的研究现状及相关发展趋势［J］.中国西部油气地质.2006，2（4）：400-406.

［4］刘探宝，林枫.山西最佳冶镁白云岩的地质分布［J］.华北地质矿产杂志，1995，（3）：422-444.

［5］路凤香，桑隆康主编.岩石学［M］.北京：地质出版社，2002.

［6］山西省煤炭地质研究所.山西省盂县西潘镇羊泉冶镁白云岩矿普查报告［R］.2007.

［7］佚名.我国白云岩开发利用现状及发展趋势［J］.陕西地质科技情报，1995，20（2）：41-48.

［8］张景廉，曹正林，于均民.白云岩成因初探［J］.海相油气地质，2003，8（1－2）：109-115.

［9］朱同兴，黄志英.地质记录中的海水白云岩化作用［J］.岩相古地理，1993，13（5）.

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