湖北京山廠河疊層石白云巖基本特征及開發(fā)利用研究

陳 剛，柳藝鑫，吳冬妹

(湖北省地質(zhì)科學(xué)研究所，湖北武漢 430034)

0 引言

京山廠河疊層石是前寒武紀(jì)碳酸鹽沉積中常見的有機(jī)沉積結(jié)構(gòu)。由于藍(lán)藻及菌類的生物作用和無機(jī)沉積作用相互影響而形成的一種生物沉積構(gòu)造體。由富含有機(jī)質(zhì)的暗層和細(xì)粒沉積物組成的亮層構(gòu)成基本層，基本層向上凸起疊覆而成疊覆體。因縱剖面上呈向上凸起的弧形或錐形疊層狀，如扣放的一疊碗而得名。疊層石對生物缺乏的早前寒武紀(jì)的地層劃分對比十分重要，其美麗的天然飾紋，既可作觀賞石，也可雕刻成工藝品。具有很高的觀賞及收藏價(jià)值。

1 礦床地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

1.1.1 地層

區(qū)內(nèi)地層屬揚(yáng)子地臺區(qū)上揚(yáng)子地層分區(qū)，主要出露中元古代—早古生代地層。即由中元古界薊縣系打鼓石群，新元古界青白口系花山群與南華系、震旦系及下古生界沉積蓋層組成。區(qū)內(nèi)所見巖性主要有白云巖、硅質(zhì)巖、含硅質(zhì)白云巖，整體傾向南東，傾角一般20°～50°。疊層石白云巖賦存在薊縣系打鼓石群陳家沖組的中下部。

1.1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)為大洪山復(fù)式背斜的重要組成部分，主要位于復(fù)式背斜核部。復(fù)式背斜軸呈北西向反“S”狀彎曲。大洪山復(fù)背斜軸面走向約320°，背斜核部常見輝綠巖體(脈)侵入，尚見大量的變細(xì)碧巖及玄武巖分布。區(qū)內(nèi)還發(fā)育一系列次級背斜構(gòu)造。其中南部老檔河次級背斜控礦作用明顯。該背斜軸面走向北西，核部地層為薊縣系打鼓石群羅漢嶺組;其北東翼依次出露薊縣系打鼓石群陳家沖組、李家咀組、當(dāng)鋪嶺組及青白口系花山群六房咀組。而南西翼受北西向斷層破壞，地層出露不完整。礦層則主要賦存于該背斜北東翼陳家沖組地層之中。

區(qū)內(nèi)斷層十分發(fā)育，主要分為北西向和北東向兩組。北西向斷層:呈北西向緊密平行排列，其中最具代表性的是北界的襄樊—廣濟(jì)斷裂和南界的青寨子斷裂。此外，規(guī)模較小的北西向斷層十分發(fā)育，斷面傾角多在30°左右，多為逆斷層，形成時(shí)間較早，該組斷層對礦層的完整性造成嚴(yán)重破壞。北東向斷層:該組斷層較為發(fā)育，但規(guī)模較小，走向北東，傾向南東或北西，傾角較陡，多在50°以上，多為正斷層或平移斷層。北東向斷層形成時(shí)間較晚，明顯切割了早期北西向斷層。該組斷裂影響礦層走向上的完整性，但對礦石破壞較小。

1.1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖主要發(fā)育基性侵入巖和基性噴出巖，在大洪山北坡尚發(fā)育中酸性侵入巖，一般規(guī)模不大。

1.2 地質(zhì)特征?? 湖北省地質(zhì)科學(xué)研究所，湖北省京山縣廠河疊層石白云巖觀賞石資源地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2009。

根據(jù)野外地質(zhì)填圖、工程揭露及部分樣品試驗(yàn)結(jié)果，區(qū)內(nèi)初步圈定有一定工業(yè)價(jià)值的疊層石白云石礦體及礦化體共有5個(gè)。從北西至南東依次編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號礦體，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為礦化體，Ⅳ、Ⅴ為礦體。

Ⅰ號礦化體 分布在區(qū)內(nèi)中部陳家沖一帶，僅見礦化體一層，礦化體賦存于打鼓石群陳家沖組第一段(Jx ch1)，巖性為灰白色含疊層石白云巖，巨厚層狀，以白云石為主，局部夾有硅質(zhì)條帶，疊層石含量較低，一般5% ～10%，疊層石個(gè)體較小，一般5 cm×15 cm。

Ⅱ號礦化體 分布于區(qū)內(nèi)中部大堰角西側(cè)，礦化體賦存于打鼓石群陳家沖組第二段(Jx ch2)，僅見礦化體一層。巖性為灰白色疊層石白云巖。疊層石含量10%～30%，疊層石大小為5 cm×15 cm～7 cm×20 cm。

Ⅲ號礦化體 分布于調(diào)查區(qū)中部彭家沖一帶，僅見一層礦化體，礦化體賦存于打鼓石群陳家沖組第二段(Jx ch2)。巖性為含疊層石白云巖。疊層石含量為10% ～30%，下部疊層石含量很低，為5% ～15%，個(gè)體小，多在5 cm×15 cm左右，向上疊層石含量明顯增加，為20% ～30%，個(gè)體也增大，可達(dá)7 cm×20 cm。

Ⅳ號礦體 分布于區(qū)內(nèi)南部劉關(guān)一帶，僅見一層礦，礦體賦存于打鼓石群陳家沖組第二段(Jx ch2)。礦體呈層狀產(chǎn)出，走向北西，傾向北東，傾角較緩為18°～20°，可見長＞300 m，厚7 m左右，巖性為紫紅—淺肉紅色疊層石白云巖，微—細(xì)晶結(jié)構(gòu)，厚—巨厚層狀產(chǎn)出，主要礦物成分為白云石，次為方解石，尚見少量粘土、鐵質(zhì)，疊層石含量很高，一般70% ～80%，疊層石個(gè)體也比較大，一般7 cm×20 cm，部分可達(dá)10 cm×30 cm以上。

Ⅴ號礦體 分布于區(qū)內(nèi)南部劉家灣—王家河一帶，礦體賦存于打鼓石群陳家沖組第一段(Jx ch1)。礦體呈層狀產(chǎn)出，走向北西，傾向北東，傾角20°～49°，可見長＞400 m，可見兩層礦，單層厚2～3 m，巖性為疊層石白云巖，淺肉紅色，微—細(xì)晶結(jié)構(gòu)，厚—巨厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為白云石。疊層石含量較高，一般50%～70%，其個(gè)體也較大，一般為5 cm×15 cm～7 cm×20 cm，少數(shù)個(gè)體可達(dá)10 cm×30 cm。

1.3 礦石特征

1.3.1 礦石分類

區(qū)內(nèi)可分為疊層石白云巖和含疊層石白云巖兩類礦石，其中疊層石白云巖中疊層石含量＞30%，呈肉紅色;含疊層石白云巖疊層石含量＜30%，呈灰白色。現(xiàn)分述如下:

疊層石白云巖 主要分布于區(qū)內(nèi)南部劉關(guān)—王家河一線，走向北西，傾向北東，傾角18°～49°，斷續(xù)長約2 km，厚度變化大，在劉關(guān)西部Ⅳ號礦體處見其發(fā)育一層厚達(dá)7.5 m。而分布于劉家灣至王家河一線的Ⅴ號礦體，則發(fā)育兩層，間距10～35 m，單層厚2～3 m。巖性為疊層石白云巖，呈淺肉紅色，中厚層—巨厚層狀產(chǎn)出，主要礦物成分為白云石(98%以上)，次要礦物為鐵質(zhì)、有機(jī)質(zhì)(2%)，具微—細(xì)晶結(jié)構(gòu)。巖石由大量的藻白云石組成，呈疊層構(gòu)造，表現(xiàn)為泥晶白云巖成環(huán)帶紋層分布，在環(huán)與環(huán)之間，有的是因?yàn)樽陨龛F質(zhì)含量引起的顏色深淺，或彼此間有一線狀亮晶白云巖線條而分開。巖石中疊層石含量較高，一般50% ～70%，局部可達(dá)80%以上。疊層石個(gè)體亦較大，大小一般為5 cm×15 cm～7 cm×20 cm，少數(shù)可達(dá)10 cm×30 cm。

含疊層石白云巖 主要分布于區(qū)內(nèi)北西部陳家沖—大堰角—彭家沖一線，產(chǎn)狀多變，總體走向北西，局部北東，傾向北東，南東，傾角30°～50°，厚度一般2～10 m，局部達(dá)20 m以上。巖性為含疊層石白云巖，呈灰色，微—細(xì)晶結(jié)構(gòu)，厚—巨厚層狀構(gòu)造，質(zhì)地較純，礦物成分多為白云石，層理不發(fā)育，巖石表面廣泛發(fā)育刀砍紋，巖石中疊層石含量較低，一般在10%左右，局部可達(dá)30%左右，疊層石個(gè)體較小，多在5 cm×15 cm～7 cm×20 cm之間。

1.3.2 礦石化學(xué)組分

根據(jù)本次所采送的疊層石白云巖化學(xué)樣分析結(jié)果可知，其化學(xué)成分見表1。

1.3.3 礦石物性

疊層石白云巖新鮮者多呈淺肉紅色、灰白色，質(zhì)地較純，堅(jiān)硬，抗壓、抗剪性能較好，體重為2.84。

1.3.4 礦石裂隙度

區(qū)內(nèi)疊層石白云巖節(jié)理裂隙不發(fā)育，多呈厚—巨厚層狀產(chǎn)出，礦石塊度大小完全可由人工控制。從部分開采面上清晰可見順層理開鑿極為有利，進(jìn)度快，荒料率高(＞80%)。

表1 疊層石白云巖化學(xué)成分表Table 1 Chemical composition of stromatolites dolomite

2 疊層石形成條件與成礦規(guī)律

2.1 疊層石成因分析

2.1.1 疊層石結(jié)構(gòu)

基本層又叫生長層，是構(gòu)成疊層石的基本單元。它通常由暗層和亮層兩部分組成，藻類生活狀況及自然條件周期性變化形成疊層石的原生亮暗層理。疊層石的基本層形態(tài)有兩種主要類型:拱形基本層和錐形基本層。

柱體形態(tài)主要受基本層的形態(tài)控制，同時(shí)受環(huán)境影響。根據(jù)柱體自上而下的直徑變化，柱體可分為圓柱狀或杯狀，前者上下變化不大，后者則基部窄，上部寬。

2.1.2 疊層石基本特點(diǎn)

疊層石具有特殊的層紋狀的生物沉積結(jié)構(gòu)，是生物作用和無機(jī)化學(xué)沉積作用的共同產(chǎn)物，其主要特點(diǎn)有:

(1)疊層石主要由藍(lán)藻、少數(shù)細(xì)菌及其他真核藻類和真菌等共同形成，不是單一物科的群體。

(2)疊層石的層紋由藍(lán)藻層和礦物交互沉積形成。

(3)疊層石的形態(tài)結(jié)構(gòu)既受生物組成的影響，也受生態(tài)因素的控制。

2.1.3 疊層石生長條件

現(xiàn)代疊層石主要生長于濱岸相潮下帶及潮間帶，生活于水下，局部可露出水面。水體可以是正常水，也可以是咸化或淡化瀉湖(圖1)。

(1)藍(lán)藻、藻叢的生長發(fā)育。

(2)有一定數(shù)量的細(xì)小沉積顆粒供藍(lán)藻的膠鞘黏附。

(3)水底的底流不太強(qiáng)烈，水底物質(zhì)的位置相對穩(wěn)定。

(4)疊層石增長速度大于它的剝蝕速度。

圖1 疊層石成因示意圖Fig.1 Cause schematic diagram of stromatolites

(5)疊層石在生長過程中應(yīng)迅速得到固結(jié)，否則就會(huì)垮塌，不能保持形態(tài)學(xué)特征。

(6)疊層石多保存于石灰?guī)r、白云巖中。

3 疊層石白云巖的觀賞價(jià)值評價(jià)及開發(fā)利用前景分析

3.1 觀賞價(jià)值評價(jià)

3.1.1 橫切面觀賞價(jià)值

該面為垂直柱狀疊層石切面，其橫切面可見疊層石呈大小不等的圓形、橢圓形花紋，紋層十分發(fā)育，輪廓清晰，給人以奇特之感，且色澤鮮艷、光滑、圓潤，具有一定的觀賞性。

3.1.2 縱剖面觀賞價(jià)值

該面為柱狀疊層石縱剖面，其縱剖面可見疊層石呈弧形、拱形紋層疊置，紋層清晰，千姿百態(tài)，且色澤鮮艷，表面光滑圓潤，具有一定的觀賞性。

3.1.3 自然形態(tài)觀賞價(jià)值

從整體觀賞價(jià)值來看，疊層石不但形神兼?zhèn)洹⒖蒲袃r(jià)值較高，而且還形成了規(guī)整生動(dòng)的花紋，天然石塊反映出不同切面上的紋飾變化。顯得更加稀有和神秘，仔細(xì)觀賞還會(huì)讓人對已經(jīng)滅絕的史前生命產(chǎn)生無限的好奇和遐想。

3.1.4 工藝美術(shù)價(jià)值

利用疊層石白云巖不同切面上的紋飾花紋，經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)，可以雕塑出千變?nèi)f化的精美藝術(shù)品。因其具有很高的藝術(shù)價(jià)值，黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人曾以疊層石雕件作為饋贈(zèng)國際友人的高級禮品。

3.2 開發(fā)利用前景分析

3.2.1 開發(fā)利用現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)已有多個(gè)采石場對上述巖石進(jìn)行開發(fā)利用，主要是用做飾面石材，但作為觀賞石和工藝石材進(jìn)行開采利用的工作還基本沒有開始，特別可惜的是優(yōu)質(zhì)疊層石白云巖也作為一般石材進(jìn)行開采，造成資源的浪費(fèi)。

國內(nèi)疊層石開發(fā)利用處于起步階段，最大的疊層石加工地在天津薊縣，加工產(chǎn)品主要有建筑裝飾材料和工藝禮品。

目前加工疊層石工藝品當(dāng)屬最佳時(shí)期，也是市場的需要，它可以使有限的礦產(chǎn)資源得到更合理的開發(fā)和利用，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.2.2 開發(fā)利用前景分析

調(diào)查區(qū)疊層石白云巖地質(zhì)特征及成礦時(shí)代與前述天津市薊縣東營房疊層石灰?guī)r礦基本相同，且礦石中疊層石含量高、厚度大、節(jié)理不發(fā)育，礦石整體質(zhì)量好，適宜露天開采，交通方便，且礦石呈肉紅色，色澤美觀。目前雖然開發(fā)利用處于起步階段，但是開發(fā)利用前景可觀。

雖說目前疊層石白云巖作為觀賞石開采還是起步階段，但隨著社會(huì)發(fā)展進(jìn)步，人們物質(zhì)文化水平提高，疊層石白云巖將逐漸得到觀賞石界的認(rèn)可和欣賞，湖北省為中國中部崛起的中心，城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們的生活水平、文化品位也逐漸提高。在做好宣傳工作和市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，尋找進(jìn)入市場的切入點(diǎn)和時(shí)機(jī)，掌握開采技術(shù)和加工工藝，疊層石白云巖作為觀賞石和工藝石材的開發(fā)利用前景是樂觀的。

［1］湖北省鄂東北地質(zhì)大隊(duì).1∶5萬三陽店域地質(zhì)報(bào)告［R］.孝感:湖北省鄂東北地質(zhì)大隊(duì)，1987.

［2］張瑞華，肖飛.天津市薊縣東營房疊層石礦的開發(fā)利用研究［J］.地質(zhì)找礦論叢，2009，24(3):226 －229.