潘燕俊,崔汝勇,林明坤,陳飛,胡邦琦
(1.海南省海洋地質調查研究院,海南海口570206;2.青島海洋地質研究所,山東青島266071;3.海南省九三四地質大隊,海南海口570206)
海南島周邊淺海砂礦資源潛力淺析
潘燕俊1,崔汝勇2,林明坤3,陳飛1,胡邦琦2
(1.海南省海洋地質調查研究院,海南海口570206;2.青島海洋地質研究所,山東青島266071;3.海南省九三四地質大隊,海南海口570206)
海南島擁有全國最為豐富的濱海鋯鈦砂礦資源,然而,隨著長期大規模礦產的開發,陸域濱海砂礦資源已日漸枯竭。海南島四面環海,海岸線漫長,多為砂質海岸,沙灘寬廣,特別有利于海洋砂礦的形成。本文總結了近年來海南島周邊淺海砂礦資源勘查現狀和勘查成果,分析了區內砂礦的地質特征,從物源、氣候與水動力條件、海岸類型與地貌類型、第四紀沉積作用和海平面變化等5個方面綜合分析砂礦的成礦條件,闡述了淺海砂礦的成礦控制因素。在此基礎上,結合歷史調查資料,從成礦的有利因素進行系統分析,認為萬寧市東澳南后海至田頭港一帶、東方感城至樂東鶯歌海一帶、文昌鋪前灣至景心角一帶和臨高馬裊至東英一帶等4個淺海區具有較好的砂礦資源潛力,它們可作為今后該區砂礦勘查的重要靶區。
海南島;淺海;砂礦;資源潛力
我國東部沿海分布著漫長的海岸線,所屬海域陸架寬廣,蘊藏著較為豐富的海洋砂礦資源。海洋砂礦一般按重礦物成礦環境可分為濱海(岸)砂礦和淺海砂礦(譚啟新,1998)。
濱海砂礦指位于現今海岸低潮線以上分布的砂礦。全國現已探明具工業價值的濱海砂礦礦種有鈦鐵礦、金紅石、鋯英石、磷釔礦、獨居石、磁鐵礦、錫砂礦、鉻鐵礦、鈮鐵礦、鉭鐵礦、砂金、玻璃用石英砂、金剛石、砷鉑礦等,主要分布于海南島、遼寧、山東、廣東、海南、廣西、福建和臺灣等地區(譚啟新等,1985;劉洪樹,1989;孫巖、韓昌甫,1999)。其中海南島濱海砂礦資源尤為豐富,以鋯英石、鈦鐵礦、金紅石、獨居石為主,已探明的鈦鐵礦、鋯英石、獨居石等礦產地65處,主要分布在海南島東部文昌至三亞沿海一帶,已探明的鋯石、鈦鐵礦砂礦資源儲量居全國第一位。
淺海砂礦指現今海面低潮線以下至水深約200 m范圍以內形成的砂礦。我國已調查發現具有遠景的礦種主要有鋯英石、金紅石、鈦鐵礦、白鈦石、獨居石、磷釔礦、磷鋁鈰礦、磁鐵礦、石榴石、砂金等。據20世紀60年代至80年代的一些調查成果,譚啟新(1998)、劉洪濱(1984)、阮汀(1988)、陳忠(2006)等總結了中國淺海砂礦分布異常,在南海圈定鋯英石、鈦鐵礦、金紅石、銳鈦礦、獨居石等I級異常區10個、II級異常區20個。
自20世紀50年代以來,我國地質部門陸續開展了濱海砂礦勘查工作,基本探明砂礦類型和資源儲量,并已得到廣泛開發利用,眾多學者也對各地濱海砂礦分類、成礦規律等進行了總結(許善任,1960;阮汀等,1984;周定成,1985;譚啟新等,1984;劉洪樹,1985;孫巖等,1986;黎廣釗等,1988;楊道斐,1993)。而淺海砂礦資源勘查評價工作相對滯后,有關部門相繼開展了海區綜合調查,對海底表層沉積物進行采樣和重礦物分析,圈定出一些重礦物高含量區和異常區,但缺乏進一步的勘查與深入研究。有關海南島周邊淺海砂礦資源較為深入的勘查評價始于2006年,如在海南省國土環境資源廳的組織下,已有5個淺海區開展了砂礦普查或詳查工作,并取得了較好的勘查成果。但總體而言,海南島周邊淺海砂礦資源調查工作程度仍顯不足,海南島北部、西部和南部還有較大范圍未開展調查工作,以往勘查工作手段和工作方法仍缺乏系統性,對稀土和白鈦石等資源不夠重視,成礦規律也還有待進一步深入研究。為此,本文立足于海南島砂礦地質特征,重點分析該區砂礦成礦的影響因素,初步分析砂礦成礦遠景區,以期為海南島周邊淺海重礦物砂礦資源勘探和開發利用提供科學依據。
海南島淺海砂礦資源系統性的調查評價工作始于1980年代初,廣州海洋地質調查局在海南島周邊30米水深以淺的海區,開展了1∶50萬區域重礦物表層采樣分析。根據此次調查資料,2006年海南省國土環境資源廳委托原海南省地質勘查局九三四質隊,依據樣品中鈦鐵礦、鋯英石、金紅石、獨居石的含量,按表1中分級標準,在海南島周邊近岸淺海劃分出9個重礦物找礦遠景區(圖1),其中I級遠景區5個,Ⅱ級遠景區4個,并設置了22個探礦權。

表1 海南島周邊淺海區砂礦有用礦物含量分級表

圖1 海南島周邊近淺海鋯鈦砂礦遠景區分布圖
在此基礎上,原海南省國土環境資源廳于2007年至2008年在萬寧市保定海(海南省地質勘查局九三四地質隊,2008)、東方市感城港(海南省地質調查院,2008a)和昌江縣昌化港(海南省地質調查院,2008b)淺海區組織開展了鋯鈦砂礦資源勘查(圖2,表2),探明鋯鈦砂礦體大型1處,小型5處。2009年在萬寧市港北港礦區開展了商業性礦產勘查,發現小型礦體1處。此外,海南省地質勘查局(1999)在陵水新村港附近淺海開展勘查工作,發現小型淺海鋯鈦砂礦體2處。以上勘查工作主要在水深-30 m以淺海區開展,重礦物主要賦存于灰白色-灰黃色中、細砂層中,成礦類型為現代海積型,含礦地層為第四系全新統煙敦組(Qh3y),為陸域地層向海延伸部分。其中萬寧市保定海淺海區探明礦物資源量鋯英石52萬多噸、鈦鐵礦223萬多噸,對推動海南島周邊淺海砂礦資源調查起到積極作用。
2010-2014年,青島海洋地質研究所與海南省海洋地質調查研究院合作在海南島周邊-30 m水深以淺海區開展了砂礦資源潛力調查與評價工作,對海南島周邊淺海表層沉積物分布有了新的認識(海南省海洋地質調查研究院,2012,2014a)。同時,海南省國土環境資源廳也組織開展了海南島東部淺海-70 m水深以淺鋯鈦砂礦預查~普查工作,發現大型鋯鈦砂礦體2處。以往海南島發現的濱、淺海砂礦主要賦存在全新統煙敦組中細砂層中,有用重礦物主要是鋯英石和鈦鐵礦,與此不同,本次發現的礦體含礦層位為粉砂-泥質粉砂,有用重礦物則主要是金紅石、鋯英石,伴生白鈦石、鈦鐵礦和少量獨居石、磷釔礦。測年結果顯示,重礦物賦存地層自上而下為煙敦組、瓊山組、萬寧組(海南省海洋地質調查研究院,2014b)。需要注意的是,礦物顆粒總體上偏細,特別是伴生的白鈦石,總品位較高,但接近一半賦存于粘土粒級,且礦砂層位沉積物體含泥量較高,達到9.1~21.4%,這使得重礦物分選難度很大。

圖2 海南島周邊濱淺海砂礦分布概圖
海南島周邊近岸淺海近年已開展地質勘查礦區主要特征如表2中所示。可以看出,目前已發現的砂礦資源前景較好的區域均分布在海南島東部,礦體規模大、連續性好,水深-10 m~-70 m均有分布;重礦物主要賦存在中細砂層中;礦種主要以鋯英石、金紅石、鈦鐵礦為主,并伴生少量獨居石、磷釔礦等稀土礦物。海南島西部已探明的淺海砂礦主要特征與東部相近,但含泥量明顯要高很多,且礦體規模要小得多。
根據譚啟新等(1988)的研究認為,濱、淺海砂礦的形成受物源、氣候與水動力條件、海岸類型與地貌類型、第四紀沉積作用和海平面變化等因素控制。以下從這5個方面探討海南島周邊淺海砂礦資源成礦潛力區域。
從圖3中可以看到,海南島王五-文教斷裂帶以北主要為玄武巖和第四紀松散沉積物,中南部大面積發育巖漿巖、變質巖,其中又以花崗巖為主,而周邊沿海也多分布第四紀松散沉積物。從表3中可以清楚地看到,玄武巖中少量鈦鐵礦、獨居石和金紅石。巖漿巖中鋯英石、鈦鐵礦含量頗高,鈦鐵礦含量在10~3 368.3 g/t之間,鋯英石含量在微量~ 485 g/t之間,且主要富集在石英閃長巖、石英正長巖及花崗巖中。變質巖主要分布于志留系和白堊系地層中,鈦鐵礦含量在微量~200 g/t之間,鋯英石含量在微量~40 g/t之間,并含微量-少量的獨居石和金紅石。海南島第四系松散沉積物分布最廣的就是煙敦組、北海組和八所組砂層,且沿海岸線廣泛分布,已探明的海南島濱海砂礦均分布在上述地層中。因此,從物源來看,海南島沿岸都具備形成砂礦的物源條件。
海南島侵入巖總面積為12 420 km2,約占全島面積的37%,其中99%以上為花崗巖類巖石,主要分布在海南島中南部。海南島花崗巖體中副礦物鋯英石含量在10~920 g/t之間,平均含量374 g/t,鈦鐵礦含量在15~1 528 g/t之間,最高達4 942 g/t,平均含量436 g/t(地質礦產部宜昌地質礦產研究所,1991)。與我國大陸沿海其他地區相比(如下表4),海南島巖漿巖中鋯英石和鈦鐵礦礦物含量明顯偏高,具有顯著的物源優勢。同時,海南島地勢中間高、四周低,礦物更容易向沿海運移和富集。

表2 勘查礦區主要特征表

圖3 海南島地質簡圖
海南島地處熱帶,屬海洋性熱帶季風氣候,全年暖熱,干濕季節明顯,降水受臺風影響明顯。東部及東南部沿海雨量充沛,河流密布,徑流量大,風化剝蝕作用相對強烈,有利于重礦物的分離和濱海砂礦的形成;而西部沿海地區,因受中部山脈阻擋,雨量相對較少,徑流量較低,風化剝蝕作用相對較弱,因此重礦物砂礦資源明顯比東部少。正如圖2中所示,海南島目前探明的濱海砂礦床絕大多數分布在海南島東岸文昌至陵水一帶,大中型鋯鈦砂礦床16處,而島西僅在儋州沿岸探明3個砂礦床,含中型鋯鈦砂礦床2處。
河流是陸源碎屑礦物入海的重要通道。海南島地勢中間高,四周低,全島有大小河流214條,以五指山地區為中心,河流向周圍呈放射狀分布(圖4)。海南島的河流具有短而小,徑流豐期沛但年內分配極不均勻,比降大,平水含沙量小、洪水期含水量大的特點(向旭,1981;白子培等,1990)。河流短,搬運距離短,重礦物易于近距離富集;河床比降大,侵蝕能力強;洪水期,河流流速大,對重礦物在濱海區成礦有利。據此,譚啟新等(1988)經綜合研究認為,河流長度在20~60 km的中小河流,對濱海砂礦的形成最為有利。楊志宏等(2013)研究了海南三大河流南渡江、萬泉河和昌化江近50年入海水沙通量變化,發現三大河年際輸沙量變化與徑流量變化一致,最大輸沙量出現在8-11月水豐期。這表明洪水的輸沙作用對濱淺海砂礦形成非常有利。王策等(2014)對海南島西部和南部昌化江、珠碧江、北黎河、通天河、感恩河、望樓河、寧遠河等7條河流入海口河砂重礦物進行對比研究,發現昌化江、北黎河和感恩河河砂樣品中鋯英石、鈦鐵礦含量相對較高,分別對應了昌化-南羅、八所港和鶯歌海-感城遠景區。而海南島東部萬泉河、太陽河分別對應了港北-博鰲遠景區和港坡港-保定海遠景區。
海浪和海流等海洋水動力條件對砂礦的形成也起到重要作用。海浪對海底沉積物的搬運作用,可以形成較大的海灘、沙堤、沙壩等。南海海浪主要受季風控制,海浪分布具季節性。冬季受東北季風控制,風向和風速都比較穩定,波浪以涌浪為主(陳奇禮,1984;郭佩芳等,1997),南海北部、北部灣有效波高小于2 m(陳紅霞等,2006);當小股強冷空氣南下時,南海北部以風浪為主,風力減弱后,又以涌浪為主。夏季受西南季風控制,在南海北部和中部產生偏南大風,波浪以風浪為主(陳奇禮,1984;郭佩芳等,1997),海南島附近海域、北部灣有效波高小于1.4m。春、秋季為季風轉換季節,以混合浪為主(郭佩芳等,1997),在海南島附近及北部灣有效波高小于1.4 m(陳紅霞等,2006)。此外,南海海浪還受臺風影響。對海南島周邊產生影響的臺風集中在5月-11月,風浪和涌浪同時存在臺風區,臺風中心最大浪高可達7 m以上(張其行,1992),海南島受臺風影響最大的是東部文昌至萬寧一帶沿岸,在瓊州海峽進出口、文昌市東岸、萬寧市烏場港、瓊海博鰲等沿海往往在短時間內形成一定規模的沙壩或沙堤。

表3 海南島東部不同地質體人工重砂分析結果表(據海南有色地質勘查局九三四隊,1993)

表4 中國沿海地區母巖主要副礦物含量對比表(據譚啟新等,1988)43-45

圖4 海南島主要河流分布示意圖
海流對重礦物的遷移和富集起重要作用。沿岸流是沉積物大規模運移的主要動力。海南島位于南海西北部,受季風影響,沿岸流受南海表層環流控制(李立,2002),海南島東部海流在冬季為氣旋式環流,海流流向由北向南;夏季為反氣旋式環流,海流流向由南向北(圖5a-b)。廣東沿岸流經文昌景心角、銅鼓角、萬寧大花角、大洲島等地,受海岸阻擋而流速下降,泥沙及重礦物易在附近海域沉積形成砂礦。而海南島西岸海流主要受北部灣環流控制(侍崇茂,2014),冬夏季海流方向均為由南至北(夏永華等,2001),海流在海南島西南部分成向東、向北兩支,流速減弱,重礦物及砂易在該片海域沉積(圖5c-d)。

圖5 海南島周邊海灣模式(據李立,2002;夏永華等,2001)
港灣砂礫質海岸成礦最為有利,其次為砂礫質平原海岸,可能成礦的有港灣淤泥質海岸、紅樹林海岸及中小型三角洲海岸。海南島周邊沿岸港灣眾多,大部分為砂質海岸,其中烏場一帶條件最為有利,因此,形成了保定海大型砂礦床。其次,文昌至瓊海博鰲一帶、萬寧東澳鎮至陵水新村一帶、文昌鋪前灣至景心角一帶、鶯歌海至昌化港一帶也較為有利。
從地貌類型來看,水下沙壩、水下三角洲和沖積扇、淺灘、海灣、瀉湖、沙脊、古河谷等地貌對成礦有利。據有關資料,瓊州海峽、鶯歌海一帶有較多潮流沙脊,海南島東部文昌至瓊海一帶、三亞崖城一帶淺海發現疑似古河道(海南省海洋地質調查研究院,2014b;2014c)。
海南島周邊淺海重礦物主要賦存于中細砂層中,含泥量一般小于10%,與陸域濱海砂礦相近。但最近的調查發現,在粉細砂和泥質粉砂層中重礦物也較為富集,且含泥量較高9%~24%,細粒級礦物主要是鈦鐵礦、白鈦石、獨居石、磷釔礦等,由于含泥量較高、顆粒極細,難以選礦,在目前國內的選礦條件下不認為是礦,但可作為潛在資源進行評價,在選礦技術進步后或可綜合利用。從圖1可以看到,海南島東部、北部、西南部淺海表層廣泛分布砂、粉砂、泥質粉砂層,具備重礦物賦存的粒度條件。
由海平面變化引起海退或海進,對早期沉積的濱海砂礦進行改造,可形成水下階地砂礦、水下岸坡砂礦、古河流砂礦、古殘坡積砂礦、遠陸砂礦和近陸砂礦等。據陳俊仁(1983)、劉以宣(1993)等人的研究,在南海北部陸架存在-20 m、-50 m古海岸線,14C年代分別為距今8 000a、11 170± 150a,其走勢與現今海岸線一致。在古岸線附近,海南島西南部發育昌化江古三角洲、古潟湖、瓊東古溺谷等,鈦鐵礦、金紅石、鋯英石、獨居石等重礦物比較富集。早全新世以來,南海海平面迅速上升,至中全新世初發生大海侵,至距今約7 000a左右達到最高海平面,比現代海平面高約3~4 m(MA et al,2003;黃德銀等,2005;孫桂華等,2009;趙希濤等,1979),此后南海海平面有多次振蕩升降,并有高海平面遺跡保存,至距今1 500a左右下降至現代海平面水平(劉以宣等,1993)。據陳俊仁等(1985)的研究,南海北部內陸架沉積物主要來源于陸源碎屑、生物堆積和化學沉積,海南島西南部和東南部陸架砂層主要來源于波浪對八所組、北海組巖層的侵蝕。南海海平面變化為古濱海砂礦、古階地砂礦的形成創造了條件,而海南島東部瓊海潭門-文昌銅鼓角淺海區和瓊海博鰲以南淺海區發現的砂礦,被認為是海進型砂礦(海南省海洋地質調查研究院,2014b)。
綜上所述,海南島周邊淺海砂礦成礦受以上5個方面成礦因素控制,結合最新勘查成果,在物源的水動力條件均有利的情況下,通過海岸類型與地貌類型、第四紀沉積作用、海平面變化影響等控礦有利因素進行綜合分析認為,除已發現礦體的海區外,萬寧市東澳南后海至田頭港、東方感城至樂東鶯歌海、文昌鋪前灣至景心角、臨高馬裊至東英等四個淺海區具備較好的砂礦資源潛力(表5)。
(1)萬寧市東澳南后海至田頭港一帶淺海。位于保定海淺海區以南,港灣型砂質海岸,水深-30m以淺,海底表層沉積以砂為主;海流受大洲島阻擋在此分流減弱,重礦物易于在此片海域沉積,成礦地質條件良好。該區處陵水港波港-萬寧保定海I級找礦遠景區中段,鄰近保定海鋯鈦砂礦詳查區,20世紀90年代初期,該海域常有民間采砂活動。各種資料顯示,該海區有良好的砂礦資源潛力。預測潛力區面積約30 km2,平均厚度約8 m,礦物資源量鋯英石約40萬噸,鈦鐵礦180萬噸。
(2)東方感城至樂東鶯歌海一帶淺海。位于海南島西南部鶯歌海區,大部分為港灣砂質海岸,少數岸段為基巖海岸,水深-50 m以淺,海底表層沉積主要為礫石、砂、粉細砂,海底廣泛分布潮流沙脊、淺灘,并發現有疑似古河道;海流在該海域分為向東、向北兩支,流速減弱,近岸存在上升流,有利于重礦物的分選富集,成礦地質條件較好。部分區域處鶯歌海-感城Ⅱ級找礦遠景區,綜合認為,該海區可能有利于海進型砂礦成礦,具有較好的砂礦資源潛力。預測潛力區面積約50 km2,平均厚度約5 m,礦物資源量鋯英石約15萬噸,鈦鐵礦90萬噸。

圖6 海南島周邊淺海底質沉積物類型分布圖(據高利為等2009年及最新調查資料修編)

表5 海南島周邊淺海砂礦資源潛力選區評價表
(3)文昌鋪前灣至景心角一帶淺海。位于海南島北部,港灣型砂質海岸,局部為基巖海岸,水深-30 m以淺,海底表層沉積主要為砂;海底地貌類型主要有淺灘、潮流沙脊等;廣東沿岸流至此減弱并分為兩支,一支向西進入瓊州海峽,一支向南進入海南島東部海域,因此重礦物容易沉積于此,成礦地質條件較好。該區為文昌鋪前-景心角Ⅱ級找礦遠景區,因該片海域主要用于港口開發和旅游,因此未能開展調查工作,但海區仍具有較好的砂礦資源潛力。預測潛力區面積約30 km2,平均厚度約8 m,礦物資源量鋯英石約20萬噸,鈦鐵礦160萬噸。
(4)臨高馬裊至東英一帶淺海。位于海南島北部,港灣砂質海岸為主,部分為基巖海岸,水深-50 m以淺,海底表層沉積主要為砂、粉砂;海底地貌類型有潮流沙脊、淺灘等;廣東沿岸流經瓊州海峽到此擴散,動力減弱,砂及重礦物易在此沉積,成礦地質條件較好。該海區處臨高新盈-馬裊I級找礦遠景區東段,具有較好的砂礦資源潛力。預測潛力區面積約20 km2,平均厚度約5 m,礦物資源量鋯英石約6萬噸,鈦鐵礦50萬噸。
對海南島周邊淺海砂礦勘查現狀進行了總結,結合砂礦控制因素分析,提出了海南島周邊淺海砂礦資源潛力區。
(1)海南島周邊已探明的淺海砂礦床主要分布在島東部海域,與陸域濱海砂礦的分布相似,呈現出東富西貧的特點。
(2)海南島周邊淺海砂礦受物源、氣候與水動力條件、海岸類型與地貌類型、第四紀沉積作用和海平面變化等5個因素控制。
(3)在已探明的砂礦床之外,萬寧市東澳南至田頭港一帶淺海是最具有砂礦資源潛力的海區,東方感城至三亞崖城一帶、文昌鋪前灣至景心角一帶、臨高馬裊至東英一帶淺海具有較好的砂資源潛力。
致謝:本文在寫作過程中,范德江教授、郭志剛教授、余興邦高級工程師和李軍研究員提出了寶貴意見,在此一并表示感謝。
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(本文編輯:袁澤軼)
Preliminary analysis of placer resources potential in Hainan Island offshore area
PAN Yan-jun1,CUI Ru-yong2,LIN Ming-kun3,CHEN Fei1,HU Bang-qi2
(1.MarineGeology Survey Institute of Hainan Province,Haikou 570206 China;2.Qingdao Institute of Marine Geology,Qingdao 266071, China;3.The934Geology Brigade of Hainan Province,Haikou 570206,China)
There exist the most abundant littoral Zr-Ti placer resources of China in Hainan Island.Nevertheless,with largescale exploitation for a long time,the littoral placer resources in land area are dwindling gradually.Surrounded by sea, Hainan Island,has long coastline with broad and sandy coast,which is particularly favorable for the formation of marine placer deposits.This paper summarizes the exploration status and results of neritic placer resources in Hainan Island offshore area in recent years,and analyzes the geological characteristics of placer deposits.From five factors such as provenances, climate and hydrodynamic conditions,coastal type and geomorphic type,the quaternary sedimentation,and fluctuation of sea level,synthetically analysis of the minerogenic conditions was conducted The ore-controlling factors of neritic placer deposits is also expounded.On this base,combining the historical survey data,with systematical analysis of the ore-forming beneficial factors,this text identified four pieces of neritic regions with good potential of placer resources,namely the areas from south Dong′ao Tow of Houhai sea to the Tiantou Harbor in Wanning City,from Gancheng Town in Dongfang City to west Ledong County of Yinggehai Sea,from Puqian Bay to Jingxin Cape in Wenchang City,and from Maniao Harbor to Dongying Harbor in Lin′gao County.These four neritic regions are important prospecting targets for placer deposits exploration in future.
Hainan Island;neritic region;placer deposit;resource potential
P744.2
A
1001-6932(2017)04-0458-10
10.11840/j.issn.1001-6392.2017.04.013
2016-04-13;
2016-07-06
中國地質調查局《海南島淺海砂礦資源潛力調查與評價》(1212011088112);海南省國土資源廳《海南島東部陵水~文昌近淺海(70米水深以淺)鋯鈦砂礦資源預查~普查》。
潘燕俊(1979-),碩士,高級工程師。主要從事海洋地質調查與海洋礦產勘查與研究。電子郵箱:vaccumn@163.com。