石灰石和白云石外文翻译资料

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石灰石和白云石*

唐纳德D.卡尔

简介

因为石灰石和白云石的物理与化学性质和广泛的分布，使石灰石和白云石非常有用，在1987年，美国生产了超过764吨(84000万吨)的这些矿物。它们在美国50个州中的46个州生产，在总吨位上仅次于沙子和砾石。

世界上大约75%的陆地是沉积岩，石灰岩和白云岩构成了这一地区的20%。石灰石和白云岩在所有大陆的地表附近都有暴露，从前寒武纪到近代都有。储备如此之大，以致于数字变得毫无意义，但这些储备并不总是在需要它们的地方。对于某些用途，例如骨料，其他材料可以替代石灰石和白云石，但是，由于需要某些化学性质，石灰岩和白云岩就不可能被替代。

石灰石和白云石虽然具有不同的矿物学、化学和物理性质，但它们有许多共同的特征。它们在地质环境中相互联系密切;一些操作员在同一个采石场挖矿。它们以同样的方式开采、加工和运输。它们可以相互替代。在这篇文章中，“石灰石”一词将用于石灰石和白云石，除非有明确的区别。

描述

矿物学

石灰岩是由超过50%的矿物方解石(CaC0₃)组成的沉积岩;白云石由50%以上的矿物白云岩组成(CaMg(C0₃)₂)。霰石与方解石具有相同的化学成分，但其晶体结构不同。只有在像鲕粒或牡蛎壳这样的现代沉积物中，它才重要，因为霰石是亚稳的，并且随着时间的推移，它们也会转化为方解石。杂质由修饰性形容词表示。例如，石灰石具有可感知的粘土，被指定为泥质石灰岩。晶体形态、颜色、比重和其他物理性质在特定碳酸盐物种的矿物鉴定中非常重要(表1)。。

化学性质

虽然化学和物理属性是独立的性质，但是我们很少考虑碳酸盐岩的化学性质。然而，对于大多数指定化学属性的用途来说，纯度是最重要的属性。某些用途的化学需要量不容易被归类和分类。虽然可能确实需要指定最小的组合，但分类对讨论和评价很有用。本文中使用的术语如下:

高钙石灰石:大于95% CaC0₃。

高镁白云石:大于42% MgC0₃。

高纯度碳酸盐:大于95%组合CaC0₃和MgC0₃。

在大于95%的CaC0₃的范围内，精确的化学测定是困难的，应该只委托一个可靠的实验室进行测定。在测试实验室、商业机构(美国测试和材料学会，1987年)的目录中可以找到一份有用的测试公司清单，这些公司能够对碳酸盐岩进行化学和物理测定。

物理性质

尽管碳酸盐岩对工业用途的适用性可能取决于化学成分的细微差别，但基于物理性质的适宜性要求较低。一些物理测试是通过重复实际的使用条件来完成的，但是如果实际的使用条件是不实际的，因为在重复条件的时间和难度上是有限的，那么设计与实际使用条件相关联的测试是预先形成的。前者的一个例子是在煅烧温度下燃烧石头来测量爆裂效应，而后者的一个例子是在延长使用期和在某些天气条件下，用于测量石头的耐久性的物理测试的电池。物理测试由两个主要来源的详细程序描述:美国测试与材料学会(ASTM)和美国国家公路官员协会(ASSHO)。购买骨料的组织通常遵循AASHO给出的规格，而购买尺寸的石材则遵循ASTM。

*部分来自卡尔和鲁尼(1983)。柯蒂斯·h·奥尔特和布莱恩·d·基思，印第安纳地质调查局，和加兰德·r·德弗，Jr“肯塔基地质调查，提供了有用的评论和评论。

表1方解石的物理性质，白云石和霰石。

地表采矿

起源

虽然碳酸盐岩沉积在淡水和海洋环境中，但是淡水碳酸盐的体积可以忽略不计;具有经济重要性的矿床几乎完全在海洋中。在海洋环境中，碳酸盐沉积的范围从深海海底的有孔虫到超细颗粒的微晶藻软垫层。但是，由于它们的丰富性和相对的丰富性，最具经济价值的矿床可能是那些在热带地区浅水岸边形成的矿床，通常被称为碳酸盐工厂。在这些地区，有机活动和生物的外壳构成的最适宜的条件是丰富的。这也是高能量流将细小的不纯颗粒释放出来的地方，这样它们就不会沉积在碳酸盐中。

在简单的条件下，沉积环境和有机群落在很大程度上决定了碳酸盐沉积的几何形状。在一些地方，石灰岩分泌的生物，如珊瑚、钙质藻类和软体动物，能够建造大型的抗海浪结构，被称为珊瑚礁。随着珊瑚礁的生长，珊瑚群会分泌碳酸钙，并将它们的贝壳附着在下面的死珊瑚上。当海浪将珊瑚群分解时，碎片会被带到侧翼，并沉积在更安静的水中，形成相对纯净的碳酸盐颗粒的陡峭倾斜层。许多其他钙质分泌的生物生活在珊瑚礁周围，这增加了大量的碳酸盐。在更高的能量区域中，骨骼部分可以被分解并通过波浪作用移动，直到晶粒大小和电流强度变化之间的微妙平衡允许沉积。一般来说，在这些高能量的区域，碳酸盐相对纯净，而较细的不纯粘土和淤泥被水流移到较安静的区域进行沉积。

沉积环境对经济地质学家具有重要意义，因为它决定了石炭岩矿床的大小、形状、纯度和其他经济显著特征。在高能量区形成的石灰石通常含有少量的非碳酸盐物质，因此这可能是高纯度碳酸盐材料的来源。在低能区积累的微晶，可以用粘土和粉质的非碳酸盐材料来稀释，尽管在附近没有泥土或淤泥污染物的时候，一些微晶上的低能量碳酸盐可以是纯净的。

碳酸盐沉淀物在化学成岩作用下极易发生沉积后蚀变和变质作用。白云岩的起源对经济地质学家尤为重要。几乎所有白云石都是碳酸钙沉积物的改变和再结晶的结果。或者是由含镁的流体形成的岩石，很少的白云石可以直接从海水中析出。白云岩的形成机制尚不清楚，但无论如何，一些镁离子可以替代方解石结构中的钙离子，并将其转化为白云石。好的例子是伊利诺斯州北部，印第安纳州，俄亥俄州和密歇根州南部的最纯净的白云石结构。

分布

适用于大多数建筑用途的碳酸盐岩分布广泛，但高纯度的碳酸盐岩分布较为局限。除了特拉华州、路易斯安那州、新罕布什尔州和罗德岛州(表2)和加拿大所有省份之外，几乎所有州都有潜在的高钙石灰石和高镁白云岩的商业储藏。最近几年，有21个墨西哥国家生产高钙石灰石或高镁白云石。描述位置的文献由Carr和Rooney(1983，表2)给出。

然而，碳酸盐岩沉积物的存在并不一定意味着它们可以被利用。在许多地区对于建筑工地、休闲区和高速公路的潜在矿物用地竞争十分激烈;即使是大自然也有她自己对河流、冰川覆盖和土壤发展的要求。受益于低价格的骨料和建筑石材，在农村地区建造房屋的人们现在对他们后院的采石场表示怀疑。社会对环境的控制，现在已经牢牢地控制在国家和联邦法规中，禁止或限制在可能严重影响环境质量的地区生产矿物。

探索

对北美石灰岩和白云岩的勘探主要是对已知矿床的详细考察。由于石灰岩是一种沉积岩，它在地层中普遍存在，但是在横向和纵向上的化学和物理性质都有很大的差异。一些关于化学成分和物理性质的数据在已公布的国家、省和国家地质调查报告或文件中可以找到。因此，大多数勘探新石灰岩矿床的过程中，首先是寻找这些记录，以便找到满足各种经济因素的矿藏的位置，并从中获得有利的矿藏的抽样方案。如果使用地球物理技术，可以用来确定覆盖层厚度。一般不使用地球化学技术。

勘探的各个方面都很重要，但最可能被忽视的过程是取样。它在决定进一步研究的有效性方面很重要，因为它可能成为数十万乃至数百万美元的发展工作的基础。其目标必须是石灰岩矿床的准确表征。岩心、岩壁和表面(岩架)取样是最常用的方法，其中方法的选择取决于矿床的地质情况、材料的使用情况以及设备的可用性等。

采样风化露头时应特别注意，在湿润地区，碳酸盐岩的表面层可能会浸出方解石和白云石，因此采样时比其他单元要少。另一方面，在干旱和半干旱地区，蒸发超过降水的时间较长，在方解石和白云岩中，表层可能会富集。如果必须在这些条件下进行表面取样，那么地质学家应该意识到潜在的偏差。

在商业上使用的石灰石通常沉积在海洋盆地和广阔的区域，具有良好的横向连续性。在美国中部的宾夕法尼亚含煤岩中，海洋石灰岩和页岩以及煤的相互关系受到了人们的青睐。但是存在于这些广阔的沉积区域的不同的沉积环境，导致了许多不同的石灰岩类型。Cressman(1973)在石灰岩地层中记录了不同类型石灰石的横向变化和相互作用。

认识沉积环境是石灰岩勘探的关键，因为它支配着各种石灰岩类型的几何、分布和组成。一般来说，在特定的环境中，可以预测一些性质的一致性，使地质学家能够规划必要的采样位置。在岩石上，可能只需要几个钻孔，但在结构改变的地区，需要许多钻孔。

勘探和地质技术

表2。美国高钙石灰石和高纯度白云石的主要来源。

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