重慶城口左嵐毒重石礦床地質(zhì)特征及成礦模式

胡云喜，鐘文麗，趙德虎，葉紹維，李 享

（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；2.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川東南地質(zhì)大隊(duì)，重慶 400038；3.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041）

全球已發(fā)現(xiàn)的鋇礦床大多以硫酸鋇（重晶石）形式存在，而以碳酸鋇（毒重石等）形式存在的鋇礦床極其少見。位于揚(yáng)子地塊北緣南秦嶺一帶下寒武統(tǒng)硅巖建造中的毒重石-重晶石成礦帶，是世界上極其罕見的大型鋇成礦帶，其毒重石成礦亞帶[1]是國內(nèi)唯一的大型毒重石成礦帶。近年在該帶新發(fā)現(xiàn)的左嵐毒重石礦床，對該礦床地質(zhì)特征及成因的研究，不僅對進(jìn)一步認(rèn)識該鋇成礦帶的成礦作用具有十分重要的理論意義，對加快該區(qū)鋇資源勘查和開發(fā)也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 地質(zhì)背景

左嵐毒重石礦床處于北大巴山逆沖推覆帶左嵐復(fù)式背斜兩翼。區(qū)內(nèi)地層出露受構(gòu)造控制，主要呈北西-南東方向線型展布。出露地層主要為震旦系八字坪組（Zb），寒武系下統(tǒng)巴山組（?1b）、魯家坪組（?1l）、箭竹壩組（?1j）、中統(tǒng)毛壩關(guān)組（?2m），八掛廟組（?2b）等海相臺地型碳酸鹽建造、陸棚硅質(zhì)巖-碎屑巖建造序列。構(gòu)造樣式為一系列北西向緊密線形復(fù)式褶皺和逆沖斷層組成的疊瓦狀逆掩推覆構(gòu)造帶，其向斜形態(tài)相對完整，背斜普遍遭受斷層破壞；斷層走向與地層走向基本一致；斷裂總體表現(xiàn)為北東向南西斜沖。

2 礦床地質(zhì)特征

左嵐毒重石礦床賦存于左嵐復(fù)式背斜兩翼（圖1）。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，主要構(gòu)造線走向基本與地層走向一致，呈北西-南東向。自北東向南西發(fā)育7個(gè)褶皺及3條逆沖斷裂組成的疊瓦式褶-斷推覆組合樣式。背斜是主要的控礦構(gòu)造，斷裂對礦體起破壞作用。

2.1 含礦建造

毒重石礦體賦存于寒武系下統(tǒng)巴山組二段（?1b2）中上部，地層厚度19.83m～43m，為黑色薄層硅質(zhì)板巖、炭硅質(zhì)板巖、灰黑色薄-中厚層含重晶石毒重石炭質(zhì)硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖、含鋇解石白云巖透鏡體、含炭質(zhì)含磷結(jié)核硅質(zhì)板巖，總體上屬陸棚斜坡硅巖-碎屑巖建造。毒重石礦體呈透鏡狀-似層狀夾互其間產(chǎn)出。下伏地層為下寒武統(tǒng)巴山組一段（?1b1）灰黑色薄-中厚層硅質(zhì)巖，上覆地層為下寒武統(tǒng)魯家坪組（?1l）下段硅質(zhì)炭質(zhì)板巖。含礦層總厚度介于2.33m~13.97m之間，主要為復(fù)層式，分枝復(fù)合后在局部地段形成單層狀。按照產(chǎn)出、延伸特征可分為上（B3）、中(B2)、下(B1)三個(gè)含礦層，具有工業(yè)意義的礦體主要分布于中(B2)含礦層。中含礦層由B2-3、B2-2、B2-1三個(gè)次級含礦層及夾石構(gòu)成，礦層穩(wěn)定性好，夾石厚度一般在0.13m-0.73m，巖性與圍巖基本一致。

圖1 左嵐毒重石礦床礦體平面分布圖

2.2 礦體特征

原生礦體嚴(yán)格受地層控制，經(jīng)后期構(gòu)造破壞，已發(fā)生變形倒轉(zhuǎn)，或被切割、位移。根據(jù)目前的勘探程度和成果，共圈定出10個(gè)礦體，主要呈層狀、似層狀產(chǎn)出（圖1）。礦體厚度的變化規(guī)律是：沿走向由北西至南東逐漸變厚，傾向上由淺至深逐漸變厚。主要礦體簡要特征見表1。

2.3 礦石特征

2.3.1 礦物組成

礦石中碳酸鹽礦物含量為71.5%，鋇的碳酸鹽礦物含量為65.9%。礦石礦物以鈣鋇解石、毒重石和鋇白云石為主，含少量重晶石、鋁硅鋇石、菱堿土石等。脈石成分為石英、炭質(zhì)物及少量白云石、方解石、云母、天青石、膠磷礦、菱鍶礦、赤鐵礦、黃鐵礦、云母、長石、螢石、金紅石、閃鋅礦，次生風(fēng)化物黏土、褐鐵礦、硅孔雀石、銅藍(lán)等。

表1 主要礦體特征

鈣鋇解石[CaBa(CO3)2]：是本礦床最主要的含鋇礦物，約占礦物總量的40.6%。灰色-深灰色，呈粒狀、斜方板柱狀，粒度0.05 mm～1mm，一般0.1 mm～0.6mm。晶粒密集成塊狀礦石。部分呈條帶狀，夾雜較多自形粒狀鋁硅鋇石。礦石中可見鈣鋇解石與鋇白云石夾少量石英構(gòu)成單脈或多脈，也可見單一鈣鋇解石脈。顯示出含礦流體具有獨(dú)立來源的特點(diǎn)。

毒重石（BaCO3）：也是本礦床的主要含鋇碳酸鹽礦物，約占礦物總量的16.5%。淺灰色-深灰色，按晶體大小和生成世代可分為同生和次生兩種類型。前者為泥晶粒狀集合體，粒度小于0.01mm，重結(jié)晶后可增至0.02 mm～0.05mm，與石英、炭質(zhì)和粒狀重晶石伴生，定向分布，顯示微層理構(gòu)造，為準(zhǔn)同生階段生成。另一種為次生毒重石，粒度介于0.03 mm～2mm不等，為埋藏及成巖后生階段進(jìn)一步重結(jié)晶形成。毒重石在各類型礦石中均有分布，在毒重石型礦石中的含量最高可達(dá)80%～85%，一般40%～60%。

鋇白云石[BaMg(CO3)2]：含量較前兩種少，約占礦物總量的8.8%。無色-淺褐色，半自形粒狀、長條狀，粒度介于0.04 mm～0.3mm之間。鋇白云石和鈣鋇解石晶粒多呈緊密鑲嵌，鏡下很難區(qū)分。反映出兩者共生的特點(diǎn)。

重晶石（BaSO4）：含量約占礦物總量的2%。深灰色，粒狀、短柱狀、板狀，粒度0.01 mm～0.1mm不等，晶體內(nèi)常包含炭質(zhì)微粒。集合體呈束狀、放射狀-菊花狀，或微層狀、條帶狀產(chǎn)出，共存于碳酸鹽型鋇礦石中。一般上部品位高于下部，未見單獨(dú)礦層（脈）。

2.3.2 化學(xué)成分

礦石主要化學(xué)成分為BaO、CaO、SO2、CO2，次為SiO2、MgO和少量Al2O3、Fe2O3、SrO等（表2）。鋇的化學(xué)物相分析表明碳酸鹽中鋇含量為34.67%，占有率92.21%，硫酸鹽中的鋇含量為1.55%，占有率4.12%，硅酸鹽中鋇含量為1.38%，占有率3.67%。結(jié)合前述及化學(xué)成分特征表明：碳酸鹽型鋇礦物是該礦床主要的礦石礦物，同時(shí)也表明了鋇礦形成與沉積盆地發(fā)育和演化的成因關(guān)系。

2.3.3 礦石組構(gòu)特征

礦石結(jié)構(gòu)主要有泥晶、微細(xì)粒、中粗粒、粗粒結(jié)構(gòu)，自形～半自形晶粒狀、短柱狀、長條狀、板狀、菊花狀結(jié)構(gòu)，斑點(diǎn)狀、團(tuán)粒、團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)，花朵狀結(jié)構(gòu)，放射結(jié)核狀結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)等，以細(xì)晶結(jié)構(gòu)為主，粗晶結(jié)構(gòu)次之，局部見次生交代及交代殘余結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要有致密塊狀構(gòu)造，層理狀構(gòu)造，條紋-條帶狀構(gòu)造，脈狀-網(wǎng)脈狀構(gòu)造；浸染狀構(gòu)造等。

2.3.4 礦石類型

礦石類型主要有鋇解石-毒重石混合型、毒重石型、鋇解石型三種。

條紋-條帶狀鋇解石-毒重石混合型鋇礦石：主要由鈣鋇解石和毒重石組成，成分和結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。深色條帶主要由隱晶毒重石、粒狀重晶石和石英等組成，富含炭質(zhì)；淺色條帶礦物結(jié)晶顆粒較大，以鈣鋇解石或板狀重晶石為主，含少量毒重石和炭質(zhì)。礦石BaCO3含量20.12%～81.35%之間。

致密塊狀鋇解石-毒重石混合型鋇礦石：呈深灰色，細(xì)-極粗不等粒結(jié)構(gòu)、中晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等，塊狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、殘余條紋構(gòu)造。礦石礦物主要為鈣鋇解石，次為毒重石，并含有少量菱堿土石和重晶石。礦石BaCO3含量20.88%～68.99%。

致密-微層狀毒重石型礦石：呈淺灰-深灰色，以毒重石和鈣鋇解石為主，常含有重晶石和鋁硅鋇石，伴生有石英、炭質(zhì)、水云母和黃鐵礦等雜質(zhì)。該類型礦石在各類礦石中所占比例較小，呈零星或透鏡狀分布，多尖滅再現(xiàn)，極不穩(wěn)定。

礦石類型的特征顯示總體礦石成分以鋇碳酸鹽、鋇硫酸鹽為主組成，但其含量變化大，暗示含礦流體來源并不是平衡均一的沉積盆地水體；礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的多樣性表明礦石礦物明顯受到局部環(huán)境的制約及后期重結(jié)晶的改造。

表2 鋇礦石平均化學(xué)成分（%）表

圖2 左嵐毒重石礦床成礦模式圖

3 成礦模式

前人研究表明，秦嶺大巴山地區(qū)鋇成礦帶中鋇的來源主要有兩種：①熱液噴發(fā)作用[2，3]，②來自海水[4]。毒重石中CO32-的成因主要有兩種觀點(diǎn)：①細(xì)菌硫酸鹽還原作用[5-10]；②水溶液熱化學(xué)硫酸鹽還原作用[11-14]。

根據(jù)已有的研究結(jié)果，初步認(rèn)為鋇礦床成礦所需的鋇元素初始來源于上地幔上升熱流；毒重石等碳酸鹽礦物中初始碳元素主要為有機(jī)碳（生物作用），同時(shí)富有機(jī)質(zhì)的海水也提供了硫；，并在遲滯流通的深水還原環(huán)境中，促進(jìn)了毒重石、鈣鋇解石等礦物的沉積和沉淀。

左嵐毒重石礦床受地層控制明顯，礦體產(chǎn)狀與圍巖一致，礦體呈透鏡狀-似層狀。表明成礦時(shí)代應(yīng)為早寒武世梅樹村晚期。綜合該礦床地質(zhì)特征和時(shí)空關(guān)系認(rèn)為：毒重石形成于深水陸棚環(huán)境，成礦過程經(jīng)歷了生物富集和沉積作用、鋇的析出和遷移、毒重石富集成礦三個(gè)階段，具有獨(dú)特的“巴山式”毒重石典型礦床成礦模式（圖2）。

生物富集和沉積作用階段：陸棚邊緣及陸坡上端遠(yuǎn)離大陸，陸源沉積作用較弱，上升的富營養(yǎng)洋流造成了浮游生物和藻類大量繁殖，這些生物大量吸收表層海水中的C、Si、P、Ba等元素，死后隨機(jī)體沉入海底沉積并初步富集。

鋇析出和遷移階段：生物體死亡，機(jī)體腐爛、分解釋放出C、Si、P、Ba等元素和H2S、CH4、H2等氣體，在水體下部形成缺氧的還原環(huán)境，硫以HS-和S2-的形式存在。有機(jī)酸降低了環(huán)境的pH值，抑制了H2CO3的二級分解。有機(jī)質(zhì)分解和碳酸鹽沉積物的溶解大量消減沉積物中的碳酸鹽，因而不利于Ba以BaSO4和BaCO3的形式沉淀，而是隨水體向上遷移。

富集成礦階段：強(qiáng)還原地段沉積物界面以上的富Ba海水在上升洋流的帶動下向上運(yùn)移而趨近于氧化-還原界面。隨著pH值的升高和壓力的降低，海水中大量的CO32-和少量SO42-逐漸富集，與上升洋流中的Ba2+結(jié)合成BaCO3和BaSO4等沉淀，在適宜的微地貌地段沉積形成鈣鋇解石、毒重石等礦物的富集，形成初始礦體（層）。

4 結(jié)論

左嵐毒重石礦床地質(zhì)特征表明，礦體受地層和構(gòu)造控制明顯；礦石礦物以鈣鋇解石、毒重石和鋇白云石等碳酸鹽礦物為主；初始成礦過程分為生物富集和沉積作用、鋇的析出和遷移、毒重石等富集成礦三個(gè)階段；礦床類型為碳酸鋇型沉積礦床。