湖南漣源后溪方解石礦床地質特征及控礦因素分析

劉 偉，朱遠忠，姜 魁，張順新

(湖南省地質礦產勘查開發局四一八隊，湖南 婁底 417000)

方解石廣泛用于塑料、造紙、涂料、橡膠、化學建材、日用化工、油墨、牙膏、粘合劑、密封材料等行業[1-3]，是湖南省優勢非金屬礦產[4]。近年來湖南省礦產資源勘查方向從重化工礦產向非金屬礦產轉變，非金屬礦產的調查評價與勘查是目前全省地質找礦工作的主要趨勢。漣源市后溪方解石礦床通過一系列勘查，礦床規模近大型，具有重要的經濟意義，通過對礦床地質特征及控礦因素進行分析總結，可為該地區尋找同類型礦床提供參考地質資料。

1 區域地質背景

礦床位于桂湘早古生代陸源沉積帶(Ⅳ-4-8)中的邵陽坳褶帶(Ⅳ-4-8-1)[5]內、蔡家邊背斜中部偏北部位(圖1)。

圖1 區域地質簡圖

區域出露石炭系、二疊系及三疊系地層，為一套濱—淺海交替動蕩環境下形成的碳酸鹽巖、陸源碎屑巖及粘土巖[6-7]組合，方解石礦床(點)多分布于石炭—二疊系層位中。

區域構造總體呈北東向。褶皺主要有車田江向斜及蔡家邊背斜，其中蔡家邊背斜軸向20°～30°，兩翼受斷層破壞嚴重。區域斷裂主要表現為滑脫構造和飛來峰，其中滑脫構造多形成于褶皺兩翼的測水組(Cc)—梓門橋組(Cz)地層[8]，規模大小不一，與區域方解石礦床的形成關系密切。

2 礦床地質特征

2.1 地層

區內由老至新依次出露石炭系測水組(Cc)、梓門橋組(Cz)、黃龍組(Ch)、船山組(C-Pc)以及二疊系黔陽組(Pq)、棲霞組(Pqx)地層。

黃龍組及船山組為區內主要賦礦層位。黃龍組巖性以灰白色、淺灰色厚層狀細晶白云巖為主，夾少量泥晶灰巖，厚300～360m。船山組巖性以灰色、淺灰色厚層狀泥晶灰巖為主，夾少量細晶白云質灰巖、白云巖，灰巖中見少量蜓類、珊瑚等化石，厚280 ～ 450m[5]。

2.2 構造

區內褶皺欠發育，總體為一單斜構造(圖2)，地層走向北東，傾向北西、傾角10°～30°。區內斷裂較發育，成規模的為三條走向北東—北北東的斷層，其中F1、F2為礦床主要容礦構造，控制區內方解石脈的產出形態。

F1位于礦區南東部，走向北北東，走向長約1 900m，傾向南東東，傾角63°～81°，厚4.00～20.00m，平均厚9.31m。發育于黃龍組及船山組地層內，由方解石脈及構造角礫巖組成。頂底板界線較清晰，局部見水平擦痕，為一右行張扭性斷裂。

F2位于礦區中部，與F1近平行分布，走向北北東，控制走向長約4 200m，總體傾向南東東、局部反傾，傾角67°～84°，平均厚17.83m。發育于船山組內，由方解石脈及構造角礫巖組成。頂底板界線較清晰，整體為一張扭性斷裂。

2.3 巖漿巖

區內巖漿巖不發育。

3 礦體特征

3.1 礦脈 (體 )特征

區內已控制方解石礦脈兩條，分布于黃龍組和船山組地層中的破碎帶內(圖2、圖3)，各礦脈(體)特征如下。

圖2 后溪方解石礦床地質簡圖

圖3 后溪方解石礦床Ⅰ-1線剖面圖

Ⅰ號礦脈位于礦區中部，走向北北東，走向控制長約1 900m；傾向南東東，傾角63°～81°。控制最大斜深 102.0m，厚 0.27～ 13.70m，平均厚3.36m，厚度變化系數87.0%，具膨脹收縮和分支復合現象；由地表往深部，礦脈具變薄趨勢。CaO 含量 52.23% ～ 55.84%，平均 55.37%；白度86.9 ～ 96.9，平均 93.0。

Ⅱ號礦脈位于礦區中部，走向北北東，走向控制長約4 200m，傾向南東東，傾角67°～84°。控制最大斜深124m，厚0.61～22.44m，平均厚7.54m，厚度變化系數80%，沿走向及傾向，礦脈膨脹收縮現象明顯；由地表往深部礦脈厚度變薄。CaO 含 量 53.32% ～ 56.0%， 平 均 55.15%； 白 度85.7 ～ 94.8，平均 91.7。

區內圈定方解石礦體16個(Ⅰ號礦脈6個，II號礦脈10個)，其中主要礦體8個(表1)。I3、II1號為代表性礦體。

表1 Ⅰ、Ⅱ號礦脈主要礦體特征一覽表

I3號礦體為Ⅰ號礦脈的主要礦體。控制走向長約850m，控制最大斜深102.0m；厚0.92～13.70m，平均厚4.17m，礦體呈脈狀，厚度變化系數85.2%，為不穩定型。CaO含量52.23%～55.81%，平均55.62%；白度 87.4 ～ 96.9，平均 94.8。

Ⅱ1號礦體為Ⅱ號礦脈的主要礦體。控制走向長約3 700m，控制最大斜深124m；厚0.61～22.53m，平均厚9.49m，厚度變化系數66.3%，礦體呈大脈狀，由地表往深部厚度變薄。CaO含量53.46%～55.68%，平均55.20%；白度86.2 ～ 94.8，平均92.5。

3.2 礦石特征

(1)礦物成分。

礦石肉眼下為白色，局部呈肉紅色。經鏡下鑒定、X射線衍射分析、掃描電鏡分析和MLA(礦物參數自動分析系統)測定，礦石的礦物組成較為簡單，主要礦物為方解石，含少量白云石，微量石英、褐鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、金紅石。

方解石為礦石中的主要礦物，單偏光鏡下無色透明，正交偏光下高級白。方解石晶體鏡下粒度一般1.0～5.0mm，最小0.02mm，最大25mm，肉眼粒度最大達100mm，常緊密鑲嵌構成團塊狀集合體。根據礦物的晶體形態可將其大致分為三類：①呈自形—半自形粒狀(約60%)，結晶程度較好，菱形解理極為發育，常緊密鑲嵌構成團塊狀集合體，晶體粒度一般 0.02 ～ 1.0mm，粗者可至 2.0mm(圖 4a)；②呈結晶程度較差的混濁狀(約35%)，微晶質集合體，晶體粒度一般在0.01mm以下，由于此類方解石粒度極為細小，在光學顯微鏡下無法確定其晶粒之間的接觸界限(圖4b)；③呈晚期細脈狀集合體穿插在礦石中(約5%)，脈寬一般在0.02～0.1mm。

白云石呈不規則粒狀、團塊狀、浸染狀與方解石交生，二者接觸界線多為不平直的鋸齒狀或港灣狀，團塊狀集合體內部常見細粒方解石充填分布，晶體粒度一般0.01～0.5mm(圖4d)。白云石的存在就是肉眼下礦石局部呈肉紅色的主要原因。

石英呈自形、半自形粒狀，主要以浸染狀的形式沿方解石和白云石粒間或孔洞充填，晶體粒度一般通常在0.02mm以下(圖4e)。

含鐵礦物為褐鐵礦和黃鐵礦，其中褐鐵礦主要呈細脈狀或網脈狀沿方解石的表面或裂隙充填(圖4c)。黃鐵礦呈微粒狀，零星混雜于方解石粒間或裂隙中(圖4f)。

圖4 后溪方解石礦床礦物鏡下特征

(2)化學成分。

化學樣分析顯示，礦石中CaO 含量52.23% ～ 55.81%，白度 85.7 ～ 96.9。

通過對礦石進行化學全分析(表2)顯示，其 化 學 成 分 主 要 為 CaO(54.88% ～ 55.82%)、CO2(43.60% ～ 43.80%)， 次 為 MgO(0.24% ～1.21%)、Al2O3(0.007% ～ 0.020)、SiO2(0.022% ～0.029%)、Fe2O3(0.0034% ～ 0.0051%)。

表2 礦石化學全分析結果表 (單位：%)

(3)礦石結構、構造。

礦石主要為自形、半自形粒狀結構，部分呈他形粒狀結構、交代結構。方解石多呈自形、半自形粒狀結構，集合體多為不規則的團塊狀。少部分方解石為交代結構，表現為與白云石相互穿插、充填、包裹。

4.4.2 個體化鎮痛：結合文獻學習及我院臨床工作經驗，對于健康初產婦推薦使用椎管內嗎啡與非甾體類藥物和/或對乙酰氨基酚。對于全麻剖宮產，擴大皮膚切口，已知有慢性疼痛病史的產婦，需改變常規鎮痛方案，或者加大用藥劑量，可采用持續傷口浸潤阻滯鎮痛，持續腹橫肌平面阻滯鎮痛。對于二次剖宮產經產婦推薦使用椎管內嗎啡，圍術期低劑量舒芬太尼復合特耐(帕瑞昔布鈉)及地塞米松。對于爆發痛患者建議口服或者靜脈應用阿片類藥物，也可以給予“拯救性”腹橫肌平面阻滯。口服阿片類藥物推薦：羥考酮、氫可酮、曲馬多。對于更嚴重的爆發痛或者不耐受口服時，可使用靜脈阿片類藥物。

礦石主要為塊狀構造和浸染狀構造。塊狀構造表現為方解石緊密鑲嵌構成致密團塊狀集合體。浸染狀構造表現為石英、褐鐵礦、黃鐵礦等雜質礦物呈星散浸染狀、細脈狀集合體沿方解石邊緣、粒間、表面或裂隙充填分布。

(4)礦石工業利用性能評價。

方解石品級劃分在不同領域有所差異，但CaO含量和白度值等參數是最基礎的工藝礦物學參數[9]，其中白度集中且直觀反映了礦石中Fe、Mn等致色有害雜質含量的高低[10]。后溪方解石礦床礦石中CaO 含量 52.23% ～ 55.81%，白度 85.7 ～ 96.9，礦石質量好。通過對礦石有益有害組分進行組合分析，礦石主要有害組分含量均低于一般工業指標，對礦石品級影響不大。

通過對礦石進行鹽酸不溶物和比表面積等質量分析測試(表3)，對照中華人民共和國化工行業標準[11]的要求，各細度產品均達到了造紙工業用重質碳酸鈣Ⅰ型(1000目)～Ⅳ型(400目)一等品的要求，加工利用性能優秀。

表3 方解石各細度產品性能測試結果

4 礦床成因初探及控礦因素分析

4.1 礦床成因

礦床位于漣源凹陷內部的邵陽坳褶帶上，石炭—二疊紀在區內沉積了巨厚的碳酸鹽巖夾碎屑巖，為方解石礦成礦提供了充足的物源。印支—燕山運動期間，區內形成以北北東向斷裂為主的構造格架，為熱液流體運移提供良好的通道。在此條件下，大氣水沿斷裂下滲，受地溫梯度的影響形成中低溫汽水熱液，并對四周碳酸鹽巖進行溶蝕、淋濾，形成含礦熱流體。燕山運動期間，漣源凹陷內流體向凹陷周緣臺地或孤立臺地大規模遷移，形成揚子板塊西南緣大面積的“低溫成礦域”[12-13]，熱力差加劇熱液運移及圍巖萃取速度；隨著斷裂的形成，熱流體因壓力得到釋放，向上運移形成完整的對流體系[14-15]。熱液向上運移過程中，受上覆頁巖層的屏蔽作用，大部分含礦熱液被限制在頁巖層之下。隨著成礦物理化學條件變化，成礦元素在破碎帶內卸載、富集成礦。成因類型為低溫熱液充填型方解石礦床。

4.2 控礦因素分析

礦床主要受地層巖性和構造聯合控制。

(1)地層巖性因素。

船山組灰巖上覆地層為黔陽組頁巖，由于頁巖具有較低的滲透性，對流體運移起阻礙作用，限制流體在頁巖下部富集成礦。

(2)構造因素。

礦床位于蔡家邊背斜翼部，在區域構造應力的作用下，褶皺兩翼易形成層間滑動面，可為含礦熱液提供運移通道。北北東向的F1和F2斷裂切割了褶皺的翼部，破壞了熱液正常的運移通道，阻礙了含礦熱流體的運輸，致使含礦流體在褶皺翼部斷裂中成礦。

礦床范圍內Ⅰ、Ⅱ號礦脈的形態和規模嚴格受F1和F2控制，沿斷裂分布，受其空間制約(圖5、圖6)，礦體產狀與斷裂產狀一致。北北東向張性、張扭性斷裂為方解石成礦提供了導礦和賦礦空間。

圖5 F1與Ⅰ號礦脈厚度關系圖

圖6 F2與Ⅱ號礦脈厚度關系圖

5 結論

(1)后溪方解石礦床已發現方解石礦脈2條，圈定礦體16個；主要礦體呈脈狀，往深部厚度具變薄趨勢。礦石組分簡單，主要礦物為方解石，礦物結晶較好。礦石中CaO含量52.23%～55.81%，白度85.7～96.9，礦石質量好、加工利用性能優秀。

(2)礦體位于蔡家邊背斜翼部的北北東向斷裂內。斷裂為成礦提供礦液運移通道及容礦場所，嚴格控制礦體的產出形態和規模。

(3)成礦與地層關系密切，石炭—二疊紀沉積的碳酸鹽巖為成礦提供物源；黔陽組頁巖起屏蔽作用，控制含礦熱液于下伏黃龍組及船山組的斷裂內富集、結晶成礦。

(4)礦床位于漣源凹陷內部的邵陽坳褶帶上，受印支—燕山期構造影響明顯，屬低溫熱液充填型方解石礦床；燕山運動期間在區域上形成的大面積“低溫成礦域”，可能對方解石成礦起積極作用。