鄂西南地區方解石、重晶石礦成礦地質特征及成因淺析

楊宏偉, 郭 威, 秦元奎, 陳夢杰, 劉 海, 范玖林, 王 騰, 江 濤

(中南冶金地質研究所,湖北 宜昌 443000)

鄂西南地區方解石、重晶石礦成礦地質特征及成因淺析

楊宏偉, 郭 威, 秦元奎, 陳夢杰, 劉 海, 范玖林, 王 騰, 江 濤

(中南冶金地質研究所,湖北 宜昌 443000)

將前人文獻資料與野外地質實際相結合,通過分析區域地質背景、地球物理特征,歸納研究區方解石—重晶石礦成礦地質特征,探討研究區的成礦成因,認為研究區方解石、重晶石礦(床)賦礦地層主要為寒武系、奧陶系碳酸鹽地層。該地層中灰巖和白云巖是Ba和Ca的主要富集層,其中 Ba含量普遍高于地殼平均含量,為重晶石、方解石礦提供物質來源,成礦溫度109～222 ℃,屬低溫成礦;本區方解石、重晶石礦與巖漿活動、構造運動有關,巖漿活動為成礦提供了熱動力條件,多期次的構造運動為成礦提供了導礦—儲礦成礦系統。

成礦;地質特征;方解石;重晶石

中國方解石、重晶石礦產資源豐富,在國際市場上占有重要的地位,其中重晶石儲量和產量均居世界首位,也是世界上最大的重晶石出口國[1],而鄂西南地區方解石、重晶石礦規模較大,分布面積較大,達1萬多平方千米,其市場前景十分可觀,目前已發現的鄂西南地區方解石、重晶石礦床(點)達到100多個,方解石礦、重晶石礦脈已超過100余條,礦脈長度幾—十幾千米不等,表明本區熱液成礦活動非常強烈,方解石、重晶石礦成礦地質條件較優越,成礦與找礦潛力較大[2-5]。

1 區域地質背景

鄂西南地區各時代地層發育齊全,出露上元古代、中元古代、震旦系、古生代、中生代及新生代地層,具多層位賦礦特征。其中寒武—奧陶系地層是重晶石、方解石礦最重要的賦礦層位。鄂西南宜昌、恩施地區寒武—奧陶系分布廣泛,成礦地質條件十分優越。寒武—奧陶系碳酸鹽、白云巖成為相應地區的主導賦礦層位,具有良好的找礦前景。從現有資料來看,鄂西地區揚子準地臺中,燕山中晚期伸展構造與熱液型重晶石、方解石礦具有成因聯系。鄂西南地區的神農架斷穹、黃陵斷穹、長陽臺褶束、恩施臺褶束等四級大地構造單元主要形成于燕山中晚期,與伸展構造密切相關[6],前兩者具有兩大重要滑脫拆離帶,重晶石、螢石、方解石礦分布于兩大滑脫拆離帶及其邊緣;后兩者褶皺為隔槽式褶皺和隔檔式褶皺,咸豐背斜、高羅背斜、走馬坪背斜及其伴生構造控制著咸豐—鶴峰一帶的重晶石、方解石礦(如圖1)。

2 地球物理特征

在地球物理場方面,鄂西南地區位于太行—武陵深層構造變異帶及其兩側。太行—武陵深層構造變異帶近南北向穿過研究區,從鄖縣、房縣、興山、宜昌、五峰、鶴峰經過。上地幔的物質運動,引起莫霍面波狀升降,最終導致地殼運動、沉積作用、巖漿活動、變質作用的發生和不同成礦區域的形成,這些構造成為本區重晶石、方解石礦密集分布區的有利控礦構造。

鄂西南北邊的磁性正異常推斷為中酸性巖體引起,稱之為長陽隱伏巖體,巖體埋深在500～1 000 m左右[3]。這一點從位于長陽磁異常以北的大灣磁異常鉆探驗證結果可以得到支持,即在深600 m左右見到閃長巖體,與大灣磁異常對比,長陽磁異常所反映的巖體深度可能<1 000 m。長陽隱伏巖體的存在,即為成礦提供物質來源,也為礦質遷移充填于構造破碎帶提供熱動力(如圖2)。

圖1 鄂西地區重晶石、方解石礦分布圖[6] Fig.1 Distribution map of barite and calcite in western Hubei1.板塊間斷裂;2.四級大地構造單元分界線;3.重晶石、方解石礦床(點);4.省界線。

圖2 湖北省西部地區航磁ΔT平面圖[7]Fig.2 Plan ofaeromagnetic ΔT in western Hubei

3 成礦地質特征

3.1 賦礦地層

地層控礦明顯,研究區絕大多數方解石、重晶石礦(床)點賦礦地層主要為寒武系、奧陶系地層。其中,寒武系為中—厚層狀微—細晶白云巖;奧陶系為薄層狀、透鏡狀瘤狀泥質灰巖夾薄—厚層狀含砂礫屑生物屑細—中晶灰巖和薄—中層狀生物屑灰巖。

3.2 構造特征

(1) 脈狀方解石、重晶石礦受構造斷裂帶控制。研究區的方解石、重晶石礦脈體,均呈NNW(長陽、宜都、五峰、松滋)或NNE(松滋局部)向分布,切穿地層走向,且近于垂交,經鉆孔揭露,在脈體上、下盤均有碎裂巖及構造角礫巖存在,角礫巖帶的特征與重晶石脈體的分布相近似。

(2) 褶皺構造對成礦的控制。褶皺構造對礦床的控制起主導作用,從該區的大多礦床分布位置來看,它們均集中分布于背斜核部(近翼部)。

(3) 礦體具有垂直分帶性。本次主要研究了劉家場重晶石、方解石礦垂直分帶規律,地表脈體上部充填粘土較多,自上而下明顯減少,板塊狀重晶石礦脈體中重晶石含量占絕對優勢,達95%以上,向下部,隨脈體延深增加,方解石含量增多,直至變為方解石脈,這種垂直分帶性可能是因為含礦熱液沿裂隙、溶隙及其他導礦、容礦構造在上升運移過程中,因溫度和壓力的變化等而產生分異作用所致。

4 成礦流體研究

4.1 成礦物質來源

從巖性上看,寒武系、奧陶系地層以碳酸鹽巖為主,其均可為該地區大規模的方解石—重晶石礦成礦提供足夠的Ca,根據松滋劉家場重晶石礦22個巖石化學分析及光譜分析結果表明[5],劉家場重晶石礦中Ba元素含量普遍較高,其中灰巖、白云巖中Ba含量多在800×10-6～1 000×10-6,相當于地殼平均含量(20×10-6～200×10-6)的5～40倍,最高含量達5 000×10-6～7 000×10-6,相當于35～250倍;頁巖中Ba含量多在700×10-6～800×10-6,相當于平均含量(300×10-6～600×10-6)的1.5～2倍;泥灰巖中Ba含量多在500×10-6～100×10-6。同時在寒武系上統婁山關組頂部白云巖中BaSO4高達2%。推測研究區內圍巖中Ca、Ba元素普遍含量高,為方解石、重晶石礦的形成提供了物質來源(見表1)。

4.2 成礦溫度

巖石或礦床是在一定的溫度范圍內形成的,而且常常經歷了若干形成階段,因此礦物的均一溫度應是一個范圍而不是一個固定的值[8]。鄂西南地區重晶石、方解石研究程度較低,根據原湖北第九地質大隊采集重晶石包體測溫結果[9],重晶石礦石包裹體測得成礦溫度109～222 ℃,屬低溫成礦(見表2)。

表1 松滋劉家場重晶石礦區圍巖中Ba的含量表[9]Table 1 Ba content of wall rock in Liujiachang barite ore area of Songzi

表2 松滋地區重晶石包體測溫結果表[5]Table 2 Results of the barite xenoliths temperature measurement in Songzi

5 成因探討

5.1 成巖作用

鄂西南地區不同時代地層、巖石的含礦(Ba、Ca)性表明:富硫或有機組分的寒武系—奧陶系地層[10],尤其是下奧陶統灰巖和白云巖是Ba的主要富集層(表1)。其中Ba含量相當于地殼平均含量(20×10-6～200×10-6)的35～250倍,并與Ca同步在海盆環境中沉淀、富集。沉積物剛被埋藏以后,處于低溫低壓環境,藻類、海綿等有機質在厭氧細菌作用下,使有機質腐爛分解,產生H2S、CH4、CO2等氣體,將碳酸基礦物溶解成重碳酸鹽,介質由酸性氧化環境漸變為還原環境,沉積物介質重新分配、重新組合,鋇、氟和部分鈣活化,形成新生自生礦物,加上上覆沉積物的不斷堆積壓縮,逐步固結成巖,形成富含Ba、Ca的寒武系—奧陶系地層,為礦體的形成提供物質來源。

5.2 成礦的熱動力作用

巖漿活動、地殼運動為成礦提供了熱動力條件和導礦—儲礦成礦系統。根據鄂西南北邊的磁性正異常分析,本區域很可能存在中酸性巖體,該巖體的存在即為成礦提供物質來源,也為礦質遷移充填于構造破碎帶提供熱動力;本區構造運動特別發育,構造運動多期次活動,礦體大多沿斷裂分布,如穿過研究區的仙女山斷裂、漁洋關斷裂、劉家場斷裂等,它們不同程度地控制了含礦熱液、地表水和地下水的運移,或控制了成礦物質和介質的聚集及運移,為其活動產生的次級構造提供了有利的容礦空間,即斷裂構造形成構造熱液使礦源層中有用組分析出,并沿次級斷裂或節理裂隙密集帶或沿相交斷裂復合部位多期沉淀、疊加富集,且含礦熱液沿裂隙、溶隙及其他導礦、容礦構造在上升運移過程中因溫度和壓力的變化等而產生分異作用,進而控制方解石、重晶石礦體的空間分布。

6 結論

本文通過分析區域地質背景、地球物理特征,歸納研究區方解石—重晶石礦成礦地質特征,在綜合分析研究區的成礦地質特征和成礦物質來源的基礎上,探討研究區的成礦成因,得到如下結論:

(1) 研究區方解石、重晶石礦(床)點賦礦地層主要為寒武系、奧陶系碳酸鹽地層中,且主要分布于背斜轉折端地層中,容礦構造主要為裂隙密集帶或斷裂帶。

(2) 通過對成礦流體特征的分析,本區寒武系—奧陶系地層中灰巖和白云巖是Ba和Ca的主要富集層,其中Ba含量普遍高于地殼平均含量,為重晶石、方解石礦提供物質來源,成礦溫度109～222 ℃,屬低溫成礦。

(3) 根據對本區地球物理特征和成礦特征的分析表明,本區方解石、重晶石礦與巖漿活動、構造運動有關,巖漿活動為成礦提供了熱動力條件,多期次的構造運動為成礦提供了導礦—儲礦成礦系統,含礦熱液沿裂隙、溶隙及其他導礦、容礦構造在上升運移過程中因溫度和壓力的變化等而產生分異作用,控制了方解石、重晶石礦體的空間分布。

[1] 李春陽,田升平,牛桂芝.中國重晶石礦主要礦集區及其資源潛力探討[J].化工礦產地質,2010,32(2):75-86.

[2] 中南冶金地質研究所.湖北省松滋市礦業權設置方案[R].宜昌:中南冶金地質研究所,2014.

[3] 湖北地質科學研究所.湖北省五峰土家族自治縣礦業權設置方案[R].武漢:湖北省地質科學研究所,2013.

[4] 中南冶金地質研究所.湖北省宜昌市宜都縣礦業權設置方案[R].宜昌:中南冶金地質研究所,2014.

[5] 中南冶金地質研究所.湖北省長陽土家自治縣礦業權設置方案[R].宜昌:中南冶金地質研究所,2014.

[6] 湖北省礦產地質局.湖北省區域地質志[M].北京:地質出版社,1990.

[7] 湖北省地質局物探隊.湖北省區域地球物理場地質解釋及成礦預測[R].北京:全國地質資料館,1983.

[8] 盧煥章,范宏瑞,倪培,等.流體包裹體[M].北京:科學出版社,2004:205-209.

[9] 湖北省第九地質大隊.湖北省松滋市劉家場礦區重晶石礦詳細普查[R].武漢:湖北省地質資料館,1981.

[10] 湖北省地質局區域地質測量隊.1∶20萬宜昌—長陽幅地球化學調查[R].武漢:湖北省地質資料館,1970.

(責任編輯：于繼紅)

Metallogenic Geological Characteristics and Genesis ofCalcite and Barite Deposits in Southwestern Hubei

YANG Hongwei, GUO Wei, QIN Yuankui, CHEN Mengjie, LIU Hai, FAN Jiulin, WANG Teng, JIANG Tao
(CentralSouthInstituteofMetallurgicalGeology,Yichang,Hubei443000)

Combining the previous literatures and field geological practice,The anthors sum up the calcite,barite ore mineralization geological features and metallogenic formation in the study area,through the analysis of regional geological background and geophysical characteristics.It shows that the ore-bearing strata of calcite,barite ore(bed)within the study area is mainly in the Cambrian and Ordovician carbonate formation in which the limestone and dolomite is the main enrichment layer with Ba and Ga.And the Ba is generally higher than the average content of the earth crust,thus it can provide the source material for barite and calcite mineral.Owing to the ore-forming temperature at about 109～222 ℃,the genesis of ore belongs to the low temperature mineralization.Calcite,barite ore are related to the magmatism and tectonic movement:the magmatism provides thermodynamic conditions,while the tectonic movements of multiple times provides a mineral transfer,mineral deposition ore-forming system for mineralization.

mineralization; geological characteristics; calcite; barite

2016-07-18;改回日期:2016-11-24

湖北省國土資源廳科技計劃項目“湖北長陽—松滋地區低溫熱液型礦產成礦規律及找礦前景研究”(編號:ETZ2016A11)。

楊宏偉(1965-),男,高級工程師,固體礦產勘查專業,從事地質礦產勘查及研究工作。E-mail:470378929@qq.com

P619.25+1

A

1671-1211(2017)02-0154-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.02.007

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170314.0820.008.html 數字出版日期:2017-03-14 08:20