貴州赫章方解石礦地質特征與成因

蘇永虎 ，袁睿，郭東杭，鞏鑫，杜藺，宋小軍，李光春，羅勇軍，曾凡祥

（1.貴州省有色金屬和核工業地質勘查局地質礦產勘查院，貴州 貴陽 550005；2.貴州省有色金屬和核工業地質勘查局地質資料信息中心，貴州 貴陽 550005）

0 引言

近年來，貴州省礦產資源總體規劃以集中連片特困地區廣大群眾的脫貧為核心，需要依托礦產資源的優勢及多元化開發，勘查方向從重化工礦產向戰略性非金屬礦產轉變，加強新型建材等礦產地質調查評價與勘查。因此，加大方解石礦的勘查力度，加強方解石礦的綜合開發利用研究，將為鄉村振興添力。方解石，尤其是重質碳酸鈣，已成為用途廣泛的重要無機化工原料（張良旭等，1986；范紹明和牛為民，1998）。隨著我國社會經濟的發展，醫藥、化工、環保型生活方便盒（袋）等領域，利用方解石作為原料的重要性日益凸顯，市場對方解石的需求也在不斷增加（寧支祥和陳波，2017）。在化學工業上，重質碳酸鈣主要用于石油制品、橡膠、塑料、造紙、油漆、涂料、醫藥、化妝品、日用品如牙膏等行業中作高級填料，以增加產品的拉張強度、白度、光滑度和耐磨性（廖喜林，1999）。赫章方解石礦位于畢節地區赫章縣，距離貴陽290 km。通過對赫章縣15個方解石礦體的調查，發現資源量（333）+（334？）有3000多萬t，具有重要的經濟價值，礦體多呈脈狀、透鏡狀產出，多數礦體規模較小，且分布不集中，礦石結晶程度高，質地良好，皆有利于露采。長期以來，赫章地區方解石礦的研究程度較低，部分學者僅對“雙坪Ⅰ號礦體”進行過研究（寧支祥和陳波，2017）。為此，本文在詳細的野外地質調查，結合山地工程揭露礦體的情況和采樣分析等成果的基礎之上，對赫章方解石礦體的空間形態特征、礦石主量成分及控礦因素進行了研究，進而建立了成礦模型及給出了良好的成礦遠景區，為今后的找礦工作提供線索。

1 地質概況

赫章方解石礦位于畢節弧形褶皺帶、織金穹盆構造變形區、六盤水裂陷槽相接地帶（圖1）。研究區屬以前震旦系為基底的江南地塊，地層劃分屬于威寧—興義小區，從震旦紀到晚三疊世中期，大部分地區都處于陸表海臺地的穩定構造環境。

圖1 貴州赫章方解石地區地質構造綱要圖（據金中國，2006修改）

研究區在早古生代時，接受了部分寒武系、奧陶系和志留系沉積，早古生代晚期，由于地殼拉張，沿埡都-蟒硐-紫云發生斷裂，致其北東側隆升，大部分地區缺失或很少接受志留系、泥盆系和石巖系的沉積，形成遵義斷拱；而南西側則斷裂下陷，志留系、泥盆系和石炭系地層很發育，沉積巨厚，形成六盤水斷陷。區域內出露地層以石炭系、二疊系和三疊系出露全、分布廣為特征，侏羅系在外圍零星分布（金中國和黃智龍，2009）。地層由老至新依次為早古生界寒武系、奧陶系、志留系，晚古生界泥盆系、石炭系、二疊系，中生界三疊系、侏羅系。寒武系為婁山關群，巖性為白云巖夾泥質白云巖；奧陶系為湄潭組，巖性為泥質砂巖、粉砂巖；志留系為龍馬群，巖性為頁巖夾砂巖；泥盆系為邦寨組、獨山組至泥盆系上統，巖性分別為石英砂巖、灰巖夾白云巖；石炭系為舊司組、上司組、擺佐組、黃龍組、馬平組，巖性分別為泥質灰巖夾頁巖、灰巖夾白云巖、塊狀灰巖夾白云巖和白云質灰巖、灰巖和白云質灰巖夾燧石灰巖、灰巖夾瘤狀灰巖和頁巖；二疊系為梁山組、棲霞至茅口組、宣威組或龍潭組，巖性分別為石英砂巖夾頁巖和煤線、灰巖夾白云質灰巖、頁巖夾砂巖及煤層；三疊系為飛仙關組、永寧鎮組、關嶺組、三疊系上統，巖性分別為砂巖夾泥巖、灰巖夾泥灰巖及頁巖、白云巖夾泥質白云巖和砂巖、泥巖夾砂巖；侏羅系為龍頭山群，巖性為泥巖夾砂巖，局部夾泥質灰巖。

研究區在經歷了東吳運動、印支運動、燕山運動后形成今日構造輪廓。構造的形成、發展受康滇古陸東緣的小江深大斷裂、江南古陸西緣的紫云-埡都深大斷裂控制（金中國和黃智龍，2008）。區域構造發育，主要以NE、NW向斷層和褶皺分布，性質以高角度和低角度的逆斷層為主。NE、NW向的壓性斷裂切割基巖，為含礦熱液運移提供了通道，斷層破碎帶及斷層傾角由陡變緩部位是方解石礦體的良好容礦位置。主斷裂及次級斷裂與方解石礦床的成生關系密切相關，礦體的形態、產狀、規模嚴格受斷裂控制，表明礦體不僅產于大斷裂中，還產于次級斷裂之中（曹正端等，2016）。研究區出露的巖漿巖有峨眉山玄武巖、輝綠巖（圖2），峨眉山玄武巖分布廣泛，除東部少數地段缺失外，其余地區均有出露，分布面積約占全區面積10%，巖性有斑狀玄武巖、拉斑玄武巖、杏仁狀玄武巖、玄武質集塊巖、火山角礫巖和凝灰巖等；輝綠巖體出露有9個，主要分布在東部，按其侵入時代可分為兩期，即海西期、燕山期。

2 礦床地質特征

本次對研究區方解石礦調查共7個區塊，分別為媽姑鎮桃園和板底、水塘堡鄉大沖、興發鄉木沖、雉街鄉發都戛、威奢鄉大營及雙坪鄉。根據礦體在空間及規模上的產出特征，分為15個大小不一的礦體（圖2）。礦體展布不定，礦體分布較廣，除媽姑桃園9個礦體分布相對集中外，其余礦體分散產出。研究區內地層巖性及斷裂構造控制礦體的空間分布，除木沖調查區方解石礦體產于石炭系黃龍組地層外，其余6個調查區方解石礦體均產于二疊系棲霞至茅口組地層中。礦體受NE、NW向次級斷裂的控制，含礦熱液順著斷裂破碎帶中運移，運移至碳酸鹽巖地層中，在斷裂的有利部位結晶、沉淀、成礦。在小裂隙中形成規模較小礦體，且延伸不穩定，往往延伸幾米至十幾米尖滅；而產于較大次級斷裂的礦體規模較大，在延伸上穩定，走向上延伸較遠，有幾百至上千米。礦體多呈脈狀，少數透鏡狀產出。礦體中的夾石呈團塊狀、透鏡狀及碎塊狀不連續分布。礦石屬于全晶質型，結晶程度好，同一礦體中，中部結晶程度高，往兩邊逐漸減弱。圍巖蝕變較弱，主要為方解石化，次為重晶石化、螢石化。

圖2 赫章方解石研區地質簡圖（據1∶20萬威寧幅地質圖①修改）

2.1 礦體特征

研究區15個礦體，產于NE向次級斷裂的礦體有11個，分別為雙坪I號礦體、大沖I號礦體、發都戛I號礦體、木沖I號礦體、桃園I號礦體、桃園Ⅱ號礦體、桃園Ⅳ號礦體、桃園Ⅵ號及Ⅶ號礦體、板底I號礦體、大營I號礦體，傾向NW—SE，傾角59°～90°；產于NW向次級斷裂的礦體有4個，傾向NE—SW，傾角58°～78°，分別為桃園Ⅲ號礦體、桃園Ⅴ號礦體、板底Ⅱ號礦體、大營Ⅱ號礦體，礦體產狀與斷裂產狀一致，以上緩下陡為主，呈脈狀、透鏡狀（圖3～4）。據地表工程揭露情況顯示，礦體在走向上穩定，延伸長度為100～1300 m，多數礦體長度在500～850 m，平均長度為810 m，推測在傾向上延伸長度為50～100 m，礦體埋深較淺，適合露天開采。礦體厚度在2.58～20.48 m，平均厚度為7.38 m，桃園7個礦體厚度相對較小。礦體與圍巖接觸關系以突變接觸為主（圖3），與圍巖界限清晰，僅少數礦體與圍巖呈漸變接觸。

圖3 赫章方解石礦礦體產出狀態

2.2 礦石特征

礦石呈純白色、乳白色，含雜質較多者呈煙灰色、淡黃色，在地表受氧化后呈褐黃色。礦物成分單一，主要為方解石，含量85%～95%以上，其他礦物有螢石、菱鐵礦，次生礦物為褐鐵礦。礦石結構以自形－半自形結構為主，重結晶結構次之。礦石構造有塊狀、晶簇狀、脈狀、放射狀構造，少數礦體中見有環帶狀、皮殼狀構造。方解石晶體為三方晶系，一般呈六方柱、菱面體、復三方偏三角面體和各晶形之粒狀集合體，晶體長軸長度在0.3～30 cm之間，性脆，硬度為3，比重 2.71，平行菱面體晶面，有三組完全解理，呈玻璃光澤，半透明至透明狀。

2.3 化學成分分析

在研究區的15個方解石礦體中采集樣品105件，將樣品清潔、晾干后送至貴州省有色金屬和核工業地質勘查局二總隊數據測試中心，主要對CaO、SiO2、Fe2O3、白度進行化學分析，采用絡合滴點法、火焰原子吸收光譜法、藍光白度法測試，測試結果見表1。

表1 赫章15個方解石礦體主要成分分析結果

圖4 赫章方解石礦NE—SW向礦體剖面圖

據表1顯示，CaO含量為52.46%～54.52%，平均值為53.63%；SiO2含量為0.09%～0.30%，平均值為0.18%；Fe2O3含量為0.011%～0.260%，平均值為0.068%；白度為76%～88%，平均值為83%。SiO2、Fe2O3含量均小于1%，CaO含量均大于52%。CaO含量已達到重鈣用工業指標要求。部分礦體白度小于85%，結合野外地質調查和室內綜合分析，造成白度低的原因主要是淺表礦石受地表水淋濾作用，菱鐵礦氧化成褐鐵礦，導致礦石呈淡黃、褐黃色，白度降低。前人對云南保山栗柴壩組碳酸鹽巖主量元素組成進行研究發現（潘明等，2015），CaO 與TiO2、Al2O3、K2O、SiO2具有負相關性，說明 TiO2、Al2O3、K2O、SiO2會抑制方解石礦物沉淀。但因本次對研究區方解石礦體采集樣品數量及測試方法的局限性，方解石礦中CaO與TiO2、Al2O3、K2O、SiO2相關性不甚顯著。從數據顯示，研究區方解石礦體具有CaO含量高，SiO2、Fe2O3含量低，個別礦體白度低等特點。

3 成因分析

從印支運動到燕山運動期間，前期形成的埡都-紫云深大斷裂受到多期次活動后，導致NE、NW向的斷裂極其發育，以及在同方向上派生出次級斷裂。在主斷裂和次級斷裂構造交錯復雜的構造背景之下，大氣水順著裂隙及孔洞等通道下滲，途中對碳酸鹽巖物質進行溶蝕、淋慮，隨著地溫的不斷增高，下滲的液體得到加熱，以致CaCO3得到更大的溶解，形成富含及碳離子的熱流體,并帶入一定 CO2（張杰等，1999），隨著新斷裂形成或前期斷裂再次活動的情況下，原有的地質平衡被打破，熱流體壓力得到釋放，促使熱流體順著斷裂運移，途中熱流體也不斷對碳酸鹽巖進行溶蝕、萃取。當熱流體沿著構造運移至上覆地層及賦礦地層夾層含有玄武巖、泥巖、頁巖時，由于玄武巖、泥巖、頁巖具有較低的滲透性，對流體運移起阻礙作用，當下伏地層也為滲透性較差巖層時，形成一個封閉的空間，熱流體隨著成礦環境的改變發生結晶，方解石沉淀成礦（曹正端等，2017），最終形成低溫熱液充填型方解石礦床（圖5）。

圖5 赫章方解石礦成礦模式圖

前人研究認為，方解石屬于低溫生長的晶體，其裂隙在一定條件下可以逐步“愈合”，甚至發生包裹體的遷移，包裹體由一個地方移到另一個地方，以至移出晶體之外（張克從和張樂德，1981），晶體內產生了較大應力梯度的情況下，在長期水淋濾作用下，使裂隙愈合和包裹體移出而逐步透明化轉變為冰洲石（朱成明等，1996）。但研究區方解石礦體暴露淺地表時間短，缺乏長期水淋濾作用，礦石中的雜質未完全遷出，裂隙愈合也不足，致使冰洲石的形成條件不充分。這就說明了研究區內冰洲石少見，僅在礦體淺部或邊緣產出的現象。

4 控礦地質特征

（1）地層控礦。目前，發現研究區方解石礦體的形成主要受二疊系棲霞至茅口組（薄層至厚層狀泥晶至細晶灰巖）、石炭系黃龍組（中層至厚層狀細晶灰巖）的控制。在研究區15個礦體中，有14個礦體賦存于二疊系棲霞至茅口組地層中，僅1個礦體賦存于石炭系黃龍組地層中，說明在地層控礦方面，棲霞至茅口組更有利于石炭系黃龍組，而在其他含碳酸巖鹽地層很難發現成規模的方解石礦體。研究區方解石礦體頂板為一套隔水巖石，如黃龍組上覆為馬平組和梁上組地層，棲霞至茅口組上覆為峨眉山玄武巖或龍潭組地層，均為相對隔水層。相對隔水層在空間上阻止了含礦流體的進一步運移，同時保證了流體在有利層位中的賦存。每個礦體的頂底板各異，但不同地區方解石礦體上覆地層及含礦地層均含有泥巖、頁巖，頂板巖層泥巖、頁巖為隔水巖層，不利于含礦流體的進一步運移，他們對含礦流體的保存、元素富集成礦均具有重要的促進作用，說明地層及其巖性對區內方解石成礦具有明顯的控制作用（曹正端等，2016）。玄武巖的隔水能力強于馬平組的泥灰巖夾泥巖，這也說明了，多數方解石礦體賦存于棲霞至茅口組地層的現象。

（2）構造控礦。研究區NE、NW向斷裂較發育，以埡都-紫云深大斷裂構造帶為主斷裂。埡都-紫云深大斷裂是一條深切基底的斷層，由一系列高角度逆沖斷層組成，走向NW310°，傾角70°～85°（金中國，2006）。斷裂帶從NW端的云南進入于威寧云爐河-井云貴橋-羊角廠-埡都-蟒硐-筲箕灣-白馬廠，SE轉向近EW向延伸至納雍鏡內，長約60 km，寬約15～30 km（曾道國等，2018）。而NE、NW向次級斷裂大多在埡都-紫云深大斷裂多期次活動后形成。研究區方解石礦體受NE、NW向次級斷裂控制，礦體在空間上與斷裂產狀一致。斷裂為含礦熱液提供導礦通道和容礦空間，尤其張性斷裂更有利于導礦，在斷裂傾角由陡變緩部位，對礦體的賦存更為有利，有時在斷裂附近的層間空隙及裂隙發育部位也有利于礦體的賦存。通常在背斜轉折端，張性次級斷裂發育，為礦液的運移提供良好通道，在背斜虛脫部位也為方解石礦體的賦存提供良好空間。

5 成礦遠景分析

研究區屬于穩定的臺地相帶，碳酸鹽巖沉積廣泛，尤其從石炭紀至二疊紀主要以碳酸鹽巖沉積為主。研究區構造發育，紫云-埡都斷裂帶多期次活動后，派生多方向的次生斷裂，為含礦熱液的運移、賦存提供了良好的通道、空間。研究區在具有良好的地質前提之下，為方解石礦體的形成提供了良好的背景。

在研究區的15個礦體中，以雙坪I號礦體規模最大，其次為雉街發都戛礦I號礦體，以桃園7個礦體分布最為集中，礦體產出穩定，雙坪I號礦體和發都戛礦I號礦體寬度在15～22 m，長度在800～1200 m。15個礦體的資源量（333）+（334？）為 3000多萬t，說明在研究區尋找方解石礦的遠景極為可觀。

通過相同的地質條件類比，松林坡、興發、白果、威奢一帶，碳酸鹽巖發育，多為二疊系棲霞至茅口組地層，是良好的成礦區域；同時這一帶處于紫云-埡都斷裂帶的北東部，多方向的逆斷裂發育。因此在松林坡、興發、白果、威奢一帶的碳酸鹽巖與斷裂構造的交切之處具有較好的成礦遠景，應加大這一帶的地質調查，有望能找到大、中型礦床。

6 結論

（1）在赫章的7個調查區塊中，發現有15個方解石礦體，礦體規模大小不一，呈分散狀分布。礦石成分單一，結構以自形－半自形結構為主，重結晶結構次之，構造有塊狀、晶簇狀、脈狀、放射狀構造，少數環帶狀和皮殼狀，晶體主要呈粒狀、板狀、放射狀。淺表礦石受地表水淋濾作用影響，白度值較低，平均值為83%，SiO2、Fe2O3含量均小于1%，CaO含量均大于52%，整體礦石質量良好。

（2）方解石礦體的賦存受地層巖性和斷裂構造的控制，有利的地層以二疊系棲霞至茅口組灰巖為主，其次為石炭系黃龍組灰巖、白云質灰巖。斷裂為熱流體的運移提供通道，為礦體的賦存提供空間，有利的斷裂主要以NE、NW向的逆斷層為主。

（3）在新斷裂形成或前期斷裂再次活動的情況下，原有的地質平衡被打破，熱流體壓力得到釋放，熱流體順著斷裂運移至有利的封閉空間及有利的儲存位置結晶、沉淀、成礦，形成典型的低溫熱液充填型方解石礦床。

（4）在松林坡、興發、白果、威奢一帶，碳酸鹽巖分布廣泛，斷裂呈多方向發育，是有利的成礦區域，特別在碳酸鹽巖地層與斷裂構造的交切之處具有較好的成礦遠景。

注 釋

①貴州省地礦局108地質隊.1972.1∶20萬威寧幅[R].