貴州天柱大河邊超大型重晶石礦床地質特征及成礦機制探討

夏瑞，徐東波，陸莎桃，石慶鵬，劉靈

（1.貴州省地礦局101地質大隊，貴州 凱里 556000；2.黔東南州自然資源局，貴州 凱里 556000；3.貴州爐碧經濟開發區自然資源分局，貴州 凱里 556004）

0 引言

大河邊重晶石礦床于1957年發現，1983—1985年由貴州省地礦局103隊普查，提交重晶石礦石資源量1.08億噸。2012—2014年由貴州省地礦局101隊開展整裝勘查，提交重晶石礦石資源量1.66億噸，是貴州唯一超大型重晶石礦礦床（文星橋等，2014①）。

20世紀80年代至今很多學者對礦床地質特征（余洪云，1988；范峻慧和吳湘濱，2012）、礦床地球化學特征（方維萱等，2002；夏菲等，2004，2005；吳衛芳等，2009；孫澤航，2015）、成礦物質來源（侯東壯等，2015）、礦床成因（彭軍等，1999；孫學通和姚慧，2005；夏菲等，2005；楊瑞東等，2007）進行了不同程度的研究，取得豐碩的成果。對于礦床成因各持已見，主要觀點有：（1）生物成因；（2）熱液成因；（3）成巖成因；（4）冷泉成因。礦床成因認識分歧導致對成礦機制及控礦因素研究、成礦規律總結和成礦理論的認識有較大影響。為此，在前人研究基礎上，本文依托“貴州省天柱寨腳重晶石礦大精查”，從礦床地質特征、成礦盆地特征，討論該重晶石礦床形成機制，以深化對重晶石成礦理論的認識。

1 區域地質特征

研究區大地構造位于揚子陸塊（Ⅰ級）的上揚子地塊（Ⅱ級）之江南加里東造山帶（Ⅲ級）南西端（圖1）。區域成礦帶，按照全國成礦區帶的劃分，屬濱太平洋成礦域的揚子成礦?。愗勾ǖ龋?006）；按貴州成礦區帶劃分方案，屬江南加里東造山帶西段重晶石Au-Sb-Pb-Zn-Cu-W-Sn成礦帶（陶平等，2018）；按照全國重晶石礦成礦區帶劃分，屬江南隆起西段成礦帶（田升平等，2014）。

圖1 天柱縣大河邊重晶石礦床區域構造圖（據李文炎和余洪云，1991，修改）

研究區位于貢溪復式向斜的南東翼，具有褶皺構造復雜，斷裂構造發育的特點，主要斷裂有北東、北北東向及東西向三組構造，這些斷裂構造為重晶石成礦期后構造，對重晶石具有破壞作用。區域出露地層主要為新元古界下江群、南華系、震旦系、古生界寒武系，區內重晶石礦主賦存于震旦系—寒武系老堡組。

2 礦床地質特征

2.1 礦區地質

礦區出露地層為南華系、震旦系、寒武系等地層，重晶石主要賦存于震旦—寒武系老堡組中。賦礦地層巖性組合特征及含礦巖系特征如下：

陡山陀組（Pt33d）：頂部為灰黃、灰白色含錳硅質巖和含錳頁巖，厚1.0～1.5 m；頂部為黑色含鐵、錳炭質粘土巖或含黃鐵礦泥晶白云巖、粘土巖。中部至下部為黑色炭質頁巖。底部細晶白云巖，偶見鉛鋅礦呈團塊狀、浸染狀產于白云巖中。并以其作為與下伏分界標志，與下伏地層不整合接觸，厚10～217 m。主要分布于坪地向斜兩翼。

老堡組（Pt33b-?1l）：也稱留茶坡組，為跨系巖石地層單位。巖性以深灰色薄層—中厚層硅質巖為主，其間夾黑色薄層炭質粉砂巖、炭質粘土巖、粉砂質炭質粘土巖，巖層褶皺發育，頂部硅質巖及炭質粘土巖中常磷質結核，結核大小不等，多為球狀、橢球狀，少數為不規則狀，雜亂無序分布，巖石局部顯示水平紋理、具水平層理。該組賦存重晶石礦層稱為“含礦巖系”。含礦巖系厚度0.73～18.17 m。以大河邊剖面為代表，自下而上可細分6層（圖2）。其中，3～5層為重晶石的主礦體；2層和6層分別為直接底板和直接頂板，是圍巖與重晶石礦層之間的沉積過渡帶，BaSO4含量32%～98%。礦體形態多呈層狀。在距上結核層頂界之上1～3 m內常見由方解石、重晶石、細粒黃鐵礦及少量石英礦物組成的白色“斑點”，斑點內部具環帶狀構造，內圈由白色方解石、少量石英及重晶石礦物組成，外圈為細粒黃鐵礦圍繞，平面形態為不規則多邊形，大小2～4 mm，沿層分布，較為穩定。

圖2 天柱大河邊重晶石礦床含礦巖系剖面柱狀圖（余洪云和吳學貴，1986②）

九門沖組（?2jm）：頂部為灰、深灰色薄至中層細晶灰巖，偶夾深灰色含炭質頁巖；中上部為黃灰—灰色粘土質頁巖，粉砂質炭質頁巖；下部為黑色含炭質頁巖、含炭粘土巖夾薄層狀云母細砂巖，風化后呈灰白、灰褐色。厚50～200 m。

區內褶皺、斷裂構造發育。褶皺以貢溪-坪地向斜為主，向斜軸線總體走向NE45°，延伸長50余km。跨度10 km，核部出露上寒武系—中寒武地層。兩翼為震旦系、南華系及青白口系地層。南東翼地層傾角一般為30～40°，北西翼傾角為35°。核部地層傾角較平緩，多在15°以下。兩翼還發育崩龍山背斜、坪能向斜、云洞背斜、高架背斜、卜登寨背斜、腳寨向斜，呈北東向雁列式展布。區內斷裂構造主要為北東—北東東向。計有F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8等斷層，其中規模較大斷層，且對重晶石礦體控制及破壞的斷層有F1、F2、F3和F8等斷層，其余斷層對重晶石礦體影響較?。▓D3）。

圖3 天柱縣大河邊重晶石礦床地質圖（a）及剖面圖（b）（據文星橋等，2014①）

2.2 礦體特征

重晶石礦體產于震旦系—寒武系老堡組上部。礦體長向長1.1 km，傾向延伸寬400～1200 m，為大型規模。最大厚度14.64 m，最小厚度0.53 m，一般厚度3～5 m，平均厚度3.49 m。礦體呈層狀，與圍巖整合接觸，同步褶皺。礦體走向北東45°，傾向北西，傾角25～45°，一般為35°。沿傾斜方向在深部礦體傾角變緩，平均12°。

按礦體沿走向變化特征規律，由西南至東北大致劃分為南段、中段和北段，各礦段特征綜述如下。

南段：位于坪地向斜南東翼的大代白至圭勺一帶。礦體走向長3258.13 m，最大厚度為8.78 m，最小厚度為2.50 m，平均厚度為5.16 m，礦體厚度變化系數35.28%。

中段：位于坪地向斜南東翼的大河邊至上公塘一帶。礦體走向長3654.99 m，最大厚度14.64 m，最小厚度為0.92 m，平均厚度為3.49 m，礦體厚度變化系數為37.20%。北段：位于坪地向斜南東翼山環至高吊一帶。礦體走向長4266.89 m，最大厚度3.54 m，最小厚度為0.53 m，平均厚度1.42 m，礦體厚度變化系數52.47%。區內重晶石礦體與含礦巖系厚度變化如（圖4）所示，即ZK2602（1.36 m）→ZK2001（10.2 m）→ZK1602（10.07 m）→ZK1401（14.64 m）→ZK1203（8.27 m）→ZK1006（2.35 m）→ZK801（1.91 m）→ZK403（5.08 m）→ZK002（3.97 m）。

圖4 天柱大河邊重晶石礦床含礦巖系及礦體厚度變化對比圖

2.3 礦石特征

2.3.1 礦石礦物組分

礦石礦物主要為重晶石，次要礦物為白云石、方解石、炭質有機質，少量自生石英、斜長石、粘土礦物、黃鐵礦等，其含量因礦石類型不同各異（表1）。

表1 天柱大河邊重晶石礦床礦物含量特征表

2.3.2 礦石化學組分

（1）有益組分：BaSO4是礦石中的主要有益組分，單工程品位為32.06%～98.06%，平均品位為85.58%；工程平均品位為48.53%～96.55%，平均品位85.56%；塊段平均品位78.64%～87.17%，平均品位84.97%。

（2）有害組分：礦石中含SiO2：0.46%～11.22%，Al2O3：0.15%～3.18%，Fe2O3：0.41%～3.69%，CaO：0.39%～2.94%，MgO：0.20%～2.20%，水溶鹽：0.46%～0.75%。其中SiO2、Al2O3、Fe2O3近地表含量分別為1.49%、0.89%、0.76%，往深部含量分別為1.01%、0.38%、0.35%，地表比深部高；CaO、MgO地表含量分別為0.05%、0.09%，深部含量分別為0.88%、0.47%，地表比深部低。

（3）伴生組分：礦石伴生元素有Sr（1.0×10-6）、B（0.0185×10-6）、Y（0.03×10-6）、Yb（0.001×10-6），Mn（0.002×10-6）、Cu（0.002×10-6）、Pb（0.001×10-6）。

2.3.3 礦石類型

礦石自然類型按礦石結構構造劃分，分為塊狀礦石、條帶狀礦石、花斑狀礦石、溶孔狀礦石、結核狀礦石等（圖5）。工業類型按有用礦物含量及伴生雜質成分劃分為優質型、鈣質型、硅質型和泥炭質型。礦石成因類型為海相沉積型礦石。

圖5 主要礦石類型照片

區內礦石結構構造在垂向上的分布呈現一定規律：條紋構造主要出現于礦層下部和上部，一般為粉—細晶結構；塊狀、花斑狀構造位于礦層中部，一般為碎裂狀、溶蝕結構、砂屑結構；結核狀構造分布于礦層頂板或底板，一般為他形—半自形粒狀結構和條柱狀結構等。

2.3.4 礦石結構與構造

（1）礦石構造

礦石構造主要為條紋狀、塊狀、花斑狀和結核狀等構造（圖6）。

圖6 礦石典型構造照片

（2）礦石結構

礦石結構主要為他形—半自形粒狀結構和粉—細晶結構，其次為交代熔蝕結構、泥晶藻砂屑結構、碎裂結構（圖7）。

圖7 礦石典型結構照片

2.3.5 后期蝕變

重晶石礦層產于老堡組中上部硅質巖層系內，形成層紋狀、塊狀及“花斑狀”構造。其中的“花斑狀”構造為礦層（巖石）中包含一定的方解石團塊及條件等而致。因此，礦化蝕變特征，主要發生于重晶石礦層。硅質巖及炭質泥巖等圍巖未見明顯的方解石化蝕變。

含礦巖系硅質巖及炭質泥巖等普見的黃鐵礦細粒及團塊，系賦礦地層沉積建造時所還原環境伴生沉積作用形成。重晶石礦層中的少量黃鐵礦，部分應為伴隨重晶石礦形成過程的礦化蝕變。

此外，在震旦系陡山沱組白云巖中偶見閃鋅礦化、方鉛礦化、白云石化及硅化。

3 成礦盆地特征

3.1 含礦巖系分布變化規律

含礦巖系主要分布圭勺—大河邊—高吊一帶。其厚度由南西至北東由厚變薄，即在圭勺—大代白一帶最厚10～16.37 m；在相公塘—蝦麻塘—大河邊一帶厚度為5～8 m；在高吊—山環一帶厚度2～5m。

3.2 礦體厚度、品位變化規律

區內重晶石礦體厚度變化與含礦巖系厚度變化規律一致，即南西往北東方向由厚變薄變厚的變化規律；在盆地中心如圭勺—大代白—圭綠山—大河邊—蝦麻塘一帶不僅礦體厚度，礦石質量也好，品位較高，如ZK1604礦體厚度14.64 m，平均品位85.56%，礦石類型主要為塊狀礦石，而往盆地邊部，礦體厚度變薄、品位降低。在盆在中心礦體厚度大、品位富。因此區內礦體厚度與含礦巖系厚度變化規律，正好反映成礦盆地的中心部位置。

3.3 成礦盆地沉積相特征

新晃貢溪—天柱大河邊沉積成礦盆地位于雪峰基底隆起帶上，通過對大河邊重晶石礦床研究，認為該大河邊成礦盆地屬地墊式盆地，盆地總體呈北東向展布，大河邊重晶石礦床位于沉積成礦盆地南西段，沉積成礦盆地具中心相、過渡相和邊緣相分帶特點（圖8），各相帶特征如下。

圖8 天柱大河邊重晶石成礦盆地模式圖

（1）中心相特征：①鉆孔揭露礦體最厚度為14.64 m，一般厚度5～10 m；②礦石為細—中晶結構，礦石以塊狀、柱狀、流紋狀構造為主；③礦體內部很少有夾石，礦層底板主要為炭質頁巖及重晶石結核，厚度0.1～0.72 m；④礦體底板直接與陡山沱組“蓋冒白云巖”接觸，沒有泥炭質巖作為過渡層；⑤礦石品位最高達92%，一般 80%～90%。

（2）過渡相特征：①鉆孔揭露礦體最大厚度為4.5 m，一般1～3 m；②礦石結構為粉—細晶，以紋層狀、水平狀構造為主，有時出現花斑狀構造；③礦體內部常見泥炭質硅質夾層；④礦層頂底板巖性為硅質巖夾炭質頁巖，厚度2.1～5.0 m；⑤礦石品位最高達78%，一般 60%～70%。

（3）邊緣相特征：①礦體厚度＜0.5 m；②礦石為泥晶結構，構造以結核狀為主，少量紋層狀構造；③礦體內部成分含大量陸源碎屑組分，常與硅質巖和炭質巖互層；④礦層頂底板巖性浙變過渡，界線不清；⑤礦石品位為50%左右。

4 成礦機制探討

4.1 成礦背景

大河邊重晶石礦床位于揚子陸塊與華夏陸塊之過渡帶，即江南造山帶西南段。雪峰運動之后揚子陸塊發生裂解形成雪峰裂谷盆地，在埃迪卡拉紀至寒武紀沉積了一套黑色含磷、炭頁巖及硅質巖組合。在該盆地北西側發育一條東西向古斷裂構造，總體呈北東東—南西西展布，長達1100 km，屬揚子陸塊邊緣深大斷裂，該斷裂從雪峰期—加里東期—燕山期仍在活動，產于巖漿活動、地震作用頻繁，為區內重晶石成礦提供熱源。處于揚子陸被動大陸斜坡帶常發生同生斷裂，在玉屏—新晃—天柱一帶形成一系列次級斷陷盆地，沉積成礦盆地控制玉屏丙溪、天柱大河邊、新晃貢溪等重晶石礦床形成。

4.2 成礦物質來源

（1）鋇來源

關于鋇來源觀點眾多，第一種觀點是陸源補給；第二種觀點認為是巖漿氣-液作用（吳朝東等，1999）；第三種觀點認為與鉀鎂煌斑巖有關（方維萱等，2002）；第四種觀點認為是熱水噴流沉積作用形成，具殼源和幔源的混合來源（夏菲等，2005，侯東壯等，2015）。

通過區內重晶石礦床含礦巖系剖面特征觀察，含礦層中均見到重晶石結核、磷結核、硅質結核和鈣質結核，其結核體緊隨重晶石共生，通過結核狀重晶切片觀察，具放射狀結構和環帶構造，34S同位素在30‰～40‰，與塊狀重晶石接近，均高于同期海水值，認為結核狀重晶石屬原生重晶石產物。從區內礦石和圍巖微量稀土元素特征顯示，表明重晶石和圍巖的成礦物質來源相同，均為熱水沉積產物（侯東壯等，2015）。

（2）硫來源

根據侯東壯等（2015）對大河邊礦床研究，重晶石礦床中硫同位素δ34SV-CDT變化范圍為3.64%～4.14%，平均值為3.89%，具有明顯的富34S特征；熱液體系硫同位素分餾和還原細菌分餾是造成重晶石礦床具有較高34S特征值的原因，硫的物質來源為海水硫酸鹽和熱液中硫酸鹽，且海洋生物參與成礦。

（3）氧來源

根據侯東壯等（2015）對大河邊礦床研究，重晶石礦床礦石中δ18OSMOW變化范圍為1.70%～2.18%，使用硫酸鹽-氧同位素地熱溫標法測得熱液和海水混合后的沉積溫度為61.8～97.6 ℃，溫度集中在75～83 ℃，表明熱液參與成礦。氧同位素和硫同位素呈正比關系，表明氧元素和硫元素具有同源性，推測以SO42-的形式參與成礦。

綜上，從區內鋇、硫和氧等成礦物質的來源分析來看，大河邊超大型重晶石礦床為熱水噴流沉積礦床，是深部來源的鋇和海水中硫酸根混合沉積形成（侯東壯等，2015）。

4.3 鋇礦物形成途徑

研究表明，區內重晶石結構與構造具有明顯熱水噴流特征如脈狀構造、沖刷構造、餅狀構造、柱狀構造、塊狀構造、斑狀構造、紋層狀構造和結殼狀構造（楊瑞東等，2007）。夏菲（2012）對華南下寒武統重晶石礦床成礦機制研究表明，該區重晶石成礦具有熱水沉積與生物演化作用成礦的特征。

通過本區沉積成礦盆地沉積相及含礦巖系特征分析，成礦盆地的沉積物分帶明顯，具有中心相、過渡相和邊緣相特征，處于中心相帶重晶石礦體厚度大，品位富，礦石結構構造復雜，垂向分帶明顯；過渡相礦體厚度一般不大，垂向分帶不明顯；邊緣相礦體厚度薄，無分帶性。含巖系巖性變化具有分布性，即中心相硅質巖含量少，以炭質有機質為主，過渡相至邊緣相硅質巖逐漸增多，常出現硅質巖與炭質頁巖互層。表明重晶石沉積受當時沉積環境的古地形影響較大。

4.4 成礦因素的相互制約

根據涂光熾（1987）對大河邊重晶石及圍巖的形成時代研究，其成礦年齡大約在566～475 Ma。與埃迪卡拉紀頂界時限（541 Ma）相當，與全球成礦時間基本一致。研究表明，華南晚震旦世—早寒武世熱水沉積成礦建造主要包括硅質巖建造、硫化物建造、重晶石建造等。熱水沉積成礦建造廣泛發育在震旦系頂部，如貴州甕安磷礦等（郭慶軍等，2003）；熱水沉積重晶石建造則廣泛分布在揚子地塊南緣湘、黔、皖、贛、浙下寒武統，如貴州天柱大河邊—新晃貢溪重晶石礦床、玉屏丙溪重晶石礦床、安徽績溪重晶石礦床等。眾多學者研究認為，天柱大河邊重晶石礦床屬海底熱水噴流沉積成礦，屬低溫熱液礦床，礦床受古地理、地層、巖相及成礦盆地等因素控制。

4.5 成礦機制分析

天柱大河邊及其周邊的湖南新晃、玉屏丙溪的重晶石礦是雪峰運動之后揚子大陸發生裂解作用形成埃迪卡拉至寒武紀的次級裂谷盆地，該裂谷盆地形成于武陵裂谷盆之后。據南華裂谷盆地成錳理論研究（周琦等，2016，2017），將華南裂谷盆地劃分為武陵期和雪峰期兩個成礦盆地。在武陵運動時期，揚子陸塊發生裂解形成武陵期谷裂盆地，形成黔東銅仁松桃大塘坡式錳礦。雪峰運動之后，揚子陸塊再次發生裂解形成雪峰期裂谷盆地，在裂谷盆地邊緣常發生同生斷裂，形成一系列近東西向次級斷陷盆地如天柱大河邊—新晃斷陷盆地和玉屏斷陷盆地等，分別控制著天柱大河邊重晶石礦床、湖南新晃重晶石礦床和玉屏丙溪重晶石礦床的形成。

5 結論

通過對天柱大河邊重晶石礦床的地質特征、礦石特征、礦物組分、礦物的形成途徑、成礦古地理和成礦盆地沉積特征的研究分析，本文認為區內重晶石礦床形成于雪峰運動后，揚子陸塊發生裂解形成雪峰期裂谷盆地，在裂谷盆地邊緣常發生同生斷裂，形成東西向次級斷陷盆地，成礦盆地類型屬地墊式盆地，成礦盆地可能形成于埃迪卡拉紀—寒武紀時期。區內重晶石礦床的分布、規模、形態及礦床特征嚴格受成礦盆地的制約，根據成礦盆地的礦體厚度、品位、結構構造特征劃分為中心相、過渡相和邊緣相。預測天柱貢溪向斜深部仍有較大找礦潛力，下步找礦應圍繞古沉積盆地開展。

注 釋

①文星橋,劉靈,石慶鵬,舒永寬,黃應均,熊廷沙,王文杰,周太明.2014.貴州省天柱縣貢溪向斜重晶石礦整裝勘查報告[R].貴州省地質礦產勘查開發局一0一地質大隊.

② 余洪云,吳學貴.1986.貴州省天柱縣大河邊重晶石礦區詳細普查地質報告[R].貴州省地質礦產勘查開發局一0三地質大隊.