吉首市大坪方解石礦地質特征及成因探討

陳迎培，楊錦坤，李家清

（湖南省有色地質勘查局二四五隊，湖南 吉首 416007）

1 區域地質概況

研究區位于揚子準地臺東南緣，湘西弧形構造帶上，構造位于區域性古丈-吉首深大斷裂的南東部[1]（圖1），該構造嚴格控制著區域內巖相古地理和一系列次級斷裂、褶皺構造的展布。區內出露白堊系、震旦系及寒武系地層。

圖1 區域構造綱要圖

區內方解石礦主要分布于中溫熱液礦床的外圍，且有距NNE、NE向深大斷裂構造帶越遠方解石礦脈變小的趨勢。方解石礦主要集中在NE向花垣-張家界深大斷裂、古丈-吉首深大斷裂帶、桑植復式向斜、古丈復式背斜附近及其后期次一級張性斷裂裂隙中，方解石礦脈多填充于較為直立的張性斷裂、斷裂裂隙中，表明構造斷裂帶對方解石的成礦有較大的影響[2]。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區出露地層除沿河谷分布的第四系殘坡積物外，主要為寒武系地層，巖性基本情況如下：①寒武系上統車夫組（∈3c）：由薄層泥質條帶狀灰巖夾厚層角礫狀灰巖、竹葉狀灰巖及白云巖組成，底部有一層厚約30m～40m的白云巖；②寒武系上統比條組（∈3b）：由青灰色厚層，塊狀致密灰巖及細粒結晶灰巖組成，下部灰巖呈瘤狀或條帶狀構造，夾假鮞狀灰巖。上部灰巖常具斜交的泥質紋帶，夾數層中至粗粒結晶白云巖。

2.2 賦礦層位

區內方解石礦主要賦存于斷裂裂隙中，賦礦地層為寒武系上統比條組（∈3b），礦體頂底板地層均為寒武系上統比條組（∈3b）灰色、青灰色中厚層灰巖，在底板見斷層泥、巖粉、泥礫和角礫。

2.3 構造

礦區褶皺構造不發育，斷裂構造較發育,為張性斷裂，主要發育于測區北東部、中部及南西部，以NNE-NE向斷裂為主。

F1張性斷裂大致走向30°，傾向300°左右，傾角42°～58°，破碎帶寬6m～38m，延伸長度約為750m，斷裂面見斷層泥、巖粉、泥礫、角礫和角礫狀方解石，為方解石礦主要控礦斷層（控礦斷裂裂隙）。

F2張性斷裂大致走向35°～80°，傾向305°～350°左右，傾角43°～69°左右，破碎帶寬6m～8m，延伸長度約為800m，斷裂面見斷層泥、巖粉、泥礫、角礫和角礫狀方解石，為方解石礦主要控礦斷層（控礦斷裂裂隙）。

F3張性斷裂大致走向45°，傾向310°左右，傾角46°，破碎帶寬4m～9m，延伸長度約為300m，斷裂面見斷層泥、巖粉、泥礫、角礫和角礫狀方解石，為方解石礦主要控礦斷層（控礦斷裂裂隙）。

F4張性斷裂大致走向30°～74°左右，部分地段近于直立，破碎帶寬4m～12m，延伸長2600m，斷裂面見斷層泥、巖粉、泥礫、角礫和角礫狀方解石，為方解石礦主要控礦斷層（控礦斷裂裂隙）。

3 礦床地質特征

3.1 礦體（層）特征

礦區主要分布4條方解石礦脈，編為V1、V2、V3號和V4號礦脈，礦脈近乎平行展布。礦體（層）呈脈狀產于寒武系上統比條組（∈3b）地層的張性斷裂裂隙中，總體呈“長條”形脈狀展布。據探槽及鉆探工程證實，礦體嚴格受張性斷裂控制，其傾向、傾角與張性斷裂保持一致；礦體（厚）寬深部變化情況與地表基本一致，即地表礦體膨大地段，在深部同樣膨大。礦體（層）走向方向相對穩定，控制的4條礦脈長度在300m～2600m之間，礦體兩端見有尖滅現象，礦體厚度2.0m～38.0m，這與張性斷裂形成時地層被撕裂的寬度有直接聯系，張性斷裂為方解石礦的主要容礦空間；傾向方向礦體下部近圍巖處，通常有灰巖角礫包裹體或角礫狀方解石及圍巖碎屑，方解石礦品質相對較差，中部及頂部方解石相對較純，結晶程度也較好，方解石礦均為透明、半透明狀三方晶系[2]。礦體（層）與圍巖接觸界線分明，圍巖無明顯的蝕變及過渡帶。從探槽及鉆探工程揭露情況統計各礦體（層）特征見表1。

表1 大坪方解石礦各礦體（層）特征一覽表

3.2 礦石質量

礦石結構構造：礦石構造以塊狀、條柱狀構造為主，少量條紋狀構造；礦石結構以自形結構為主，次為半自形結構[3]。

礦物成分：礦石的主要礦物成分為透明至半透明的方解石三方晶系組成。

礦石化學成分：分析樣品CaO、白度、Fe2O3和S，分析結果統計見表2。由表2可知，礦體CaO含量53.03%～55.87%,平均54.75%；白度80.68%～91.50%，平均88.18%；Fe2O3含量0.016%～0.3075%，平均0.097；S含量0.05%～0.096%，平均0.089%。

4 控礦因素

區內方解石礦床呈脈狀產出，其成礦過程主要是：中低溫汽水熱液沿導礦斷裂上升，對兩側的碳酸鹽巖產生溶蝕、林濾和褪色作用；再加上地表水和大氣降水的風化、淋蝕作用，使碳酸鹽巖中的碳酸鈣重溶；形成富碳酸鈣溶液，于半開放式的節理、裂隙、斷裂帶或巖溶洞穴中聚集；在飽和狀態下碳酸鈣產生重結晶而形成方解石；呈脈狀、層狀或巖體狀，集中賦存于碳酸鹽巖中，形成形態各異的方解石礦床。其成礦過程和產出形態受多種因素控制，主要的控礦因素為：地層巖性、構造及賦礦場所。

4.1 地層巖性因素

湘西地區大面積分布碳酸鹽巖，特別是寒武系地層中的灰巖，灰巖厚度較大，灰巖成份主為碳酸鈣（CaCO3），這為方解石礦提供了豐富的物質來源[2]。區內方解石礦體（層）產于寒武系上統比條組（∈3b）灰巖地層中，賦礦圍巖巖性主要為灰色、青灰色中厚層灰巖。圍巖巖性對方解石礦礦石的品質影響較大，即純灰巖內礦石白度及碳酸鈣含量明顯較高。因此，區內廣泛發育的鈣質碳酸鹽巖，特別是純灰巖出露地段對方解石成礦最為有利。

4.2 構造因素

區內發育的NNE-NE向斷裂構造是本區內方解石成礦的重要控礦因素。區域性NE向花垣-張家界深大斷裂、古丈-吉首深大斷裂帶、桑植復式向斜、古丈復式背斜及其后期次一級張性斷裂、裂隙嚴格控制區內方解石礦床成礦，斷裂裂隙中灰巖較為發育，為成礦熱液和淺表飽和碳酸鈣溶液提供了運移通道和儲存空間。

4.3 賦礦場所

碳酸鹽巖發育區域的巖石中，方解石脈、團塊往往隨處可見，但能形成上規模的方解石礦體卻很少，其主要原因就是賦礦聚集場所的制約。不論地下汽水熱液上升重溶圍巖而形成的富碳酸鈣溶液，均有就近于儲藏空間聚集的特性。即儲礦空間的性質、形態、大小決定了飽和碳酸鈣溶液重結晶形成方解石礦的產出形態及規模。因此，碳酸鹽巖區向上開放的張性斷裂、裂隙和復式褶皺的層間滑動往往易形成厚、大的儲藏空間，對形成上規模的方解石成礦有利。

5 礦床成因

在區域性NE向花垣-張家界深大斷裂、古丈-吉首深大斷裂帶、桑植復式向斜、古丈復式背斜形成后，地下熱液活動相對較活躍，在其后的NE-NNE向的張性次一級張性斷裂、裂隙形成時，大量的碳酸鈣熱液通過拉張斷層及斷裂裂隙從礦床下部周邊通過斷裂進入圍巖，當溫度適宜時，結晶形成方解石礦（成因模擬如圖2所示），成因類型為地下“熱液成因”[2]，主要特征如下。

表2 大坪礦區方解石礦化學成分統計

圖2 結晶形成方解石礦模型

①方解石礦呈條柱狀結構，說明方解石在冷卻成礦過程中為有確定流動方向的，物源具流動性；②方解石礦體（層）與圍巖接觸界線分明，圍巖無明顯的蝕變及過渡帶；③在張性斷裂拉張過程中，將產生圍巖角礫及碎屑，角礫及碎屑在熱液入侵時，在重力作用下會下沉，因此，角礫及碎屑會富集于斷裂下盤（即礦層底板），形成角礫狀方解石，近上盤的礦層頂板處方解石礦結晶程度都相對較高，礦石品質也較好；④方解石礦體（層）產狀與圍巖（灰巖）產狀為斜交，與張性斷裂產狀一致,方解石礦產狀較陡（局部地段近于直立），圍巖（灰巖）產狀較緩，證明方解石礦體（層）非圍巖經改造重結晶形成，而是物源通過地下熱液的方式從下部隨斷裂導礦，在適宜的溫度條件下冷卻結晶富集于斷裂裂隙中形成。因此，認為本區方解石礦床成因應屬中低溫熱液裂隙充填型礦床。

6 結論

①大坪方解石礦位于揚子準地臺東南緣，湘西弧形構造帶上，構造位于區域性古丈-吉首深大斷裂的南東部，賦礦地層為寒武系上統比條組（∈3b）灰巖，方解石礦體（層）呈脈狀產于張性斷裂裂隙中；②方解石礦的形成與NE向區域性深大斷裂帶、復式向斜背斜及其后期次一級張性斷裂、裂隙有關；③湘西地區的方解石礦成因類型主要為地下“熱液成因”型；④方解石礦的物質來源主要為下部碳酸鈣熱液，非圍巖蝕變形成；⑤認為本區方解石礦床成因應屬“中低溫熱液裂隙充填型”礦床。希望通過本文的論述和分析，可作為本區或類似地區尋找同類型礦床研究和參考。