湖北竹溪徐家灣綠松石礦成礦地質條件及找礦方向探討

李江力，劉文文，周曉寧，妙 超，冷雙梁，魏四華

(1.湖北省地質調查院(湖北省地質勘查工程技術研究中心)，湖北 武漢 430034；2.中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003)

我國綠松石礦資源量最為集中的地帶是東秦嶺，主要分布在陜西與湖北交界的武當山隆起西南緣[1]。湖北十堰地區綠松石礦最為有名，綠松石礦床具有數量多、品質好、資源量大等特點。綠松石礦床(點)達60余處，總體具有點多規模小，成礦地質條件復雜的特征，其中開展過地質勘查工作的僅不到20處，僅少量達到普查工作程度。前人對十堰地區綠松石礦床地質特征、地球化學特征及礦床成因等進行了不同層次的研究，但缺乏對綠松石礦找礦思路與找礦方向的思考。

通過對湖北省竹溪縣徐家灣地區開展民采老硐調查、大比例地質填圖、槽探等工作，圈定了3條綠松石礦化帶。本文對區域成礦地質條件、礦床地質特征、礦床成因等進行綜合分析，結合礦區勘查工作方法及經驗，提出了就礦找礦—水文地質環境—巖性組合、構造、礦化帶圈定—坑探為主的綜合找礦思路，探討了找礦方向，以期指導下一步找礦工作。

1 區域地質概況

兩竹地區位于南秦嶺—大別造山帶(II)武當—隨州陸內裂谷(II1)之北大巴山推覆構造帶、蒼狼山—柳林推覆構造帶(圖1)。區域北西向商丹斷裂、白河—石花街斷裂、安康—竹溪斷裂及襄廣斷裂構造與近東、北東向脆性斷裂相互交切形成的條塊狀網格結構[2-5]。區域地層主要為元古界至志留系中—淺變質地層，兩竹地區廣泛發育一套寒武系—奧陶系的陸棚—半深海盆地相硅質巖、含炭硅質板巖、炭質泥巖為主的巖石組合[6]。

綠松石礦床主要分布在白河—石花街斷裂、安康—竹山斷裂附近寒武系莊子溝組中，莊子溝組為一套以炭硅質板巖、含炭硅質巖為主的黑色巖系，這套巖性組合富含銅、磷等成礦元素，既為成礦提供了物質來源，又是賦礦載體[6]。莊子溝組地層展布特征與區域構造線基本一致，主要分布在區域性斷裂夾持區域，地層內部普遍發育北西向、北東向斷裂及褶皺構造，并疊加層間破碎帶、節理、裂隙，這些構造形成了有利的導礦、容礦構造[6-10]。

根據十堰地區成礦地質條件及礦床(點)分布特征，大體可分為兩大綠松石成礦帶：一是分布于觀音寨—云蓋寺—小溝呈北西向展布的兩鄖綠松石成礦帶；二是分布在文峰—喇叭山—德勝—江家灣一帶呈北西向展布的竹山綠松石成礦帶。竹溪縣徐家灣綠松石礦床位于竹山綠松石成礦帶的南緣(圖1)。

圖1 區域地質簡圖

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區地層由老到新為新元古界南華系耀嶺河組、震旦系江西溝組和霍河組；早古生界寒武系楊家堡組、莊子溝組、竹山組、志留系梅子埡組(圖2、表1)。莊子溝組主要分為上、下兩段，上段厚度≥57.4m，巖性為灰黑色、深灰色薄—中層狀炭質板巖、炭硅質板巖夾灰黑色中—厚層狀硅質板巖，局部夾少量的含炭質泥質粉砂質板巖、灰巖透鏡體等；下段厚度21～52m，巖性為灰黃色、灰黑色含炭粉砂質板巖、炭質板巖，灰黑色、深灰色薄—中層狀硅質巖、炭硅質板巖夾中—厚層狀硅質巖夾粉砂質板巖、千枚巖及灰巖透鏡體。莊子溝組呈北西向展布，長度約為4km，總體傾向北東，傾角變化較大。上、下段巖性較為相似，分布不均勻，順層變形較強，發育順層剪切褶皺，厚度變化較大。與下伏楊家堡組為整合接觸關系，局部以滑脫型剪切帶為界。

表1 綠松石物理性質一覽表

圖2 礦區地質礦產簡圖

2.2 構造

礦區以北西向斷裂構造為主，規模較大的斷裂為F1、F3、F6、F7，其中F3、F6斷裂控制了莊子溝組地層、礦化帶的展布，與成礦關系較為密切。莊子溝組地層受北西向、北東向斷裂構造的疊加作用，切層節理、裂隙普遍發育，形成網格狀破碎，尤其在中—厚層狀硅質巖與薄—中層狀炭質板巖、硅質板巖接觸帶附近，形成較為封閉的層間構造，這些構造發育地段為成礦提供了運移通道和容礦空間。

護駕山—靳家寨斷裂(F1)貫穿整個礦區，地貌上呈現出北西向負地形及北東向對頭溝，地形反差較大，沿斷裂發育有寬10～30m的擠壓破碎帶，主要由碎裂巖等組成，北東盤中次級斷裂和牽引褶皺普遍發育。該斷裂早期具右行走滑性質，晚期北東盤向南西逆沖，并經歷了脆性改造，為一多期次、多層次活動斷裂。斷裂面傾向北東，傾角40°～65°，斷層面舒緩波伏，總體顯示北東向南西逆沖的逆斷層性質。

F3、F2為同一斷層，受平移斷層F7錯動，將礦區一分為二，形成“北東陡坡、南西平緩”的地形標志，地層缺失，志留系地層與南華系地層直接接觸，斷裂帶附近普遍發育碎裂巖化、片理化、石英脈、碳化及擠壓褶皺構造，局部可見少量的角礫，斷裂面呈北西—南東向波狀起伏，傾向呈現出北東向—南西向—北東向轉變，傾角約為38°～60°。該斷裂為壓性斷裂，后期又具有張性活動。

F6呈北西—南東向展布，斷層破碎帶寬1～20m，斷層造成南華系、震旦系、寒武系地層之間錯動接觸，斷裂帶內發育碎裂巖、構造磨礫巖(擠壓透鏡體)等，局部見牽引褶皺和不對稱褶皺，斷層面傾向北東，傾角40°～60°，局部可見少量擦痕及階步，表現出由北向南西的逆沖特征。

F7斷層走向為北北東向，斷層切割南華系、震旦系、寒武系、志留系地層及北西向斷裂構造，并發生明顯錯動，造成寒武系地層北西向延伸的斷失，斷層沿線巖石碎裂巖化極為發育，巖層脆性變形彎曲，局部可見發育少量的石英脈和小型褶皺，該斷層為平移斷層。

3 綠松石礦化帶特征

3.1 綠松石礦化帶

含礦巖系主要位于莊子溝組下段中下部，為深灰色、灰黑色薄—中層狀炭硅質板巖、含炭硅質巖及中—厚層狀硅質巖，相對穩定，但含礦極不均勻，總體呈北西向展布。

礦區內圈定了3條綠松石礦化帶。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦化帶均分布在莊子溝組下段中—下部，礦化帶中綠松石礦呈單體或以松軟的炭質、泥砂質、巖屑、鐵質等包裹的集合體賦存在含礦巖系中或含礦巖系形成的層間破碎帶、節理、裂隙內，普遍發育褐鐵礦、黃鐵礦、石英、高嶺土、黃鉀鐵釩、水鋁英石及炭泥質等次生風化淋慮型表生礦物。

(1)Ⅰ礦化帶。

Ⅰ礦化帶位于徐家灣一帶，呈北西向似層狀、透鏡狀產出，傾向為10°～60°，傾角平均為36°，長約358m，厚度為1.81～8.64m，平均厚度為4.76m。

礦化帶由下往上分為4層：底部為灰黃色、紫紅色、灰黑色含炭粉砂質板巖， 厚度約為0～1m，可見少量的高嶺土、鐵質及炭泥質。下部為層間破碎帶，主要由灰黑色、灰黃色含炭質粉砂質板巖、硅質巖角礫、砂質、泥質、鐵質、鈣質、粘土等組成，局部含炭粉砂質板巖板理發育(圖3a)，呈透鏡狀、似層狀產出，厚度為0.7～1.4m，該層為主要的綠松石賦礦層位，綠松石多以結核狀包裹在炭泥質的集合體中產出，可見少量的脈狀綠松石(圖3b)。破碎帶內褐鐵礦化、黃鐵礦化極為發育。中部為深灰色、灰黑色中—厚層狀硅質巖，呈層狀、似層狀產出，厚度為0～5m。綠松石呈脈狀、薄膜狀，少量結核狀、豆狀(圖3c)。節理、裂隙內發育黃鐵礦化、褐鐵礦化、高嶺土化，張性節理、裂隙內充填高嶺土、鈣質、炭質及鐵質等集合體，亦可見綠松石。上部為深灰色、灰黑色薄-中層狀炭硅質巖組成層間破碎帶，呈似層狀，厚度為0～1m。碎裂巖化發育，風化面顏色混雜，層間夾粉砂質、泥質、鈣質、高嶺土及鐵質夾層，綠松石以脈狀、結核狀產出(圖3d)。

圖3 Ⅰ礦化帶特征

(2)Ⅱ礦化帶。

Ⅱ礦化帶位于楠木寨，呈北西向展布，似層狀、透鏡狀產出，傾向北東，傾角平均約為27°，長約220m，厚度為1.60～6.61m。礦化帶主要為深灰色、灰黑色薄-中層狀硅質巖、碎裂巖化硅質巖形成的層間破碎帶中(圖4a、b)，普遍發育黃鐵礦化、褐鐵礦化、硅化、高嶺土化等(圖4c)，綠松石礦以結核狀、脈狀為主(圖4d)。

圖4 Ⅱ礦化帶特征

(3)Ⅲ礦化帶。

Ⅲ礦化帶位于白云寺一帶，呈北西向展布，似層狀、透鏡狀產出，傾向北東東，傾角約為30°～45°，長約300m，厚度為2.12～12.46m，平均厚度為6.18m。礦化帶為碎裂巖化含炭硅質巖、硅質板巖形成的層間破碎帶，破碎帶顏色較為雜亂，主要為灰黑色、灰褐色、灰白色、紅褐色(圖5a、c)，綠松石以結核狀、囊狀產出(圖5b、d)。礦化蝕變極為發育，主要為高嶺土化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、硅化等，碎裂巖化硅質巖中可見少量的玉髓。

圖5 Ⅲ礦化帶特征

3.2 礦石質量

根據綠松礦賦存狀態、形態特征，綠松石分為結核狀、鮞狀、囊狀、脈狀、薄膜狀，其中結核狀、囊狀為主要的礦石類型，少量的鮞狀、脈狀綠松石也可利用。礦石主要成分為綠松石，伴生礦物為褐鐵礦、黃鐵礦、石英、高嶺土、黃鉀鐵釩、水鋁英石等，一般為致密、隱晶質結構，風化后呈微粒狀、纖維狀結構，呈塊狀、結核狀、囊狀構造、姜狀、葡萄狀構造。鮞狀呈豆狀密集無規律排列，充填在裂隙、孔隙及破碎的巖石中，為高嶺土、水鋁英石及褐鐵礦等膠結，結構致密。

根據綠松石物理性質特征，結核狀、鮞狀綠松石質量較好，脈狀、薄膜狀質量較差。

結核狀、囊狀綠松石：呈翠綠色、綠色，主要形態為半圓狀、橢圓狀、姜狀、豆狀，直徑約為1～8cm，致密、隱晶質結構，雜質相對較少，純凈—較純凈，具有玻璃狀、蠟狀、油脂狀、瓷狀光澤，硬度變化較大，大于5.5以上具有較好的利用價值。

鮞狀綠松石：呈翠綠色、綠色，少量藍色，以鮞粒狀密集分布，直徑約為0.1～1cm，結構致密，隱晶質結構，局部可見少量的鐵線，雜質極少，純凈，具有瓷狀、玻璃狀光澤，硬度大于5.5。

4 控礦因素與找礦標志

4.1 控礦因素

徐家灣綠松石礦床為竹山綠松石成礦帶典型的次生風化淋濾型礦床[4，7-15]。綠松石礦床的形成主要受控于地層及其巖性組合、層間破碎帶、水文環境等因素控制(圖6)。

圖6 綠松石礦分布規律

(1)地層及巖性組合控礦：綠松石礦主要賦存在莊子溝組地層中，莊子溝組炭硅質板巖、硅質巖既是礦源層又是含礦載體，尤其薄層狀炭硅質板巖與中—厚層狀硅質巖接觸帶附近，有利于成礦場所的形成。綠松石礦是一種含水銅鋁磷酸鹽的隱晶質礦物集合體，主要成礦元素Cu、P在空間上具有明顯的富集分布規律，與寒武系黑色巖系、綠松石礦床(點)分布基本一致(圖7)。兩竹地區寒武系地層Cu平均值為80.72ppm，P平均值為1 260.42ppm，礦區Cu、P平均值分別為98.1ppm、2 713ppm，高值頂分別為2 944ppm、5 100ppm，表明礦區炭硅質板巖、硅質巖等巖石Cu、P元素富集程度高。

圖7 竹山綠松石成礦帶南緣Cu、P含量異常區

(2)構造控礦：兩竹地區綠松石礦床展布特征與區域斷裂構造展布一致，明顯受控于區域斷裂構造，派生次級層間破碎帶或層間破碎帶、節理、裂隙內的擠壓透鏡體內形成了一個低溫低壓的封閉空間，有利于成礦溶液遷移和富集。

(3)水文地質環境控礦：礦區山脊線呈北西向，坡向主要為北東向、北西向，莊子溝組地層主要分布在海拔600m以上至山頂地段，地勢相對較高，地表水流向以北東向、北西向為主，潛水面標高隨地勢起伏、構造作用影響，基本位于550～700m之間，總體呈現出由北西至南東逐漸降低的趨勢，由徐家灣—白云寺—楠木寨一帶已見地表礦化帶標高一般在800～850m、740～800m、600～680m，且均多分布在地勢凹洼處。潛水面之上的包氣帶地表水以垂直運動為主，以氧化—淋濾作用為主；潛水面之下飽水帶，水以水平運動為主，含氧少、以鹽類為主，呈弱酸性—弱堿性，以還原—沉淀為主。因此綠松石礦形成在潛水面之上，受枯水期與豐水期影響，潛水面位置高低變化，對礦化帶的高低分布也造成一定的影響。

(4)成礦環境；兩竹地區地表水PH值約為7～8.3，為中—堿性，地表水NO3-、NO2-超標，黑色巖系在受到表生風化作用下，黃鐵礦、含磷結核等物質形成富含Cu、Al、Fe、P、S等元素的風化帶，在受到大氣降水、地表水淋濾作用，發生氧化反應水環境由中性向弱酸性變化，形成PO33-、Al3+、Cu2+等含礦溶液，含礦溶液在沿斷裂構成派生的節理、裂隙下滲過程中，不斷溶解基巖中的Cu、Al、P，在一定的溫度、壓力條件下，PO33-、Al3+、Cu2+等含礦溶液在潛水面之上有利的封閉構造環境中達到飽和，進一步發生氧化反應通過沉淀而富集成礦。

4.2 找礦標志

(1)地層及巖性組合標志：綠松石礦主要賦存在寒武系莊子溝組下段中—下部，含礦巖系為深灰色、灰黑色薄—中層狀炭質板巖、炭硅質板巖，呈北西向展布，產狀穩定，厚度變化較小。

(2)構造標志：莊子溝組下段中—下部形成的層間破碎帶，破碎帶內巖系多以炭硅質板巖為主，及破碎帶上覆硅質巖的節理、裂隙亦可成為綠松石礦富集成礦的有利場所。

(3)礦物與礦化標志：在層間破碎帶及硅質巖節理、裂隙內形成的零星綠松石礦，與綠松石礦伴生的表生礦物主要為褐鐵礦、黃鐵礦、石英、高嶺土、黃鉀鐵釩、水鋁英石及炭泥質等，這些表生礦物充填在節理、裂隙內形成“黑引”、“黃引”、“白引”、“花引”等。

(4)風化殼標志：在炭硅質板巖、硅質巖節理、裂隙發育的淺地表，易形成風化殼，呈黑色、灰黃色、褐色、白色，由炭硅質板巖、泥巖、粉砂質、鐵質、石英及少量的高嶺土組成，一般順層發育，少量的切層，深部為層間破碎帶或碎裂巖化薄—中層狀硅質巖為主。

(5)水文與地形標志：綠松石礦多形成于潛水面之上的包氣帶中，尤其包氣帶中低溫低壓的潮濕地帶更有利于成礦，因此綠松石礦多形成于地形凹洼處。

5 找礦思路與找礦方向

5.1 找礦思路

綠松石礦賦存地質條件特殊，分布極不均勻，無規律性，常用的地質找礦方法效果不佳。在生產勘查過程中地表探礦工程見礦率低，工程間距布置不合理，易忽略重要礦化帶及構造帶，從而不能有效圈定礦化帶，出現礦化帶多圈或漏圈等問題，從而影響資源遠景評價工作。

在徐家灣地區通過老硐調查、大比例尺地質測量、水文地質調查等工作，初步掌握礦區內民采老硐分布、含礦巖系、礦化帶、頂、底板巖性組合及構造特征，編制區域潛水面等水位線圖，對潛水面以上含礦巖系進行重點劃分；對重點地段以路線追索、地表工程揭露，以找巖性、構造、礦化蝕變為線索，優選具有可見綠松石礦或礦化蝕變的地段開展坑探工程，由近及遠，邊采變探的找礦思路。

5.2 找礦方向

徐家灣—白云寺—朝陽寨一帶潛水面標高在680～780m，楠木寨一帶潛水面標高在600～680m，根據潛水面標高圈定莊子溝組地層、含礦巖系沿走向出露地段，并控制傾向延深最低標高，3條礦化帶附近及沿走向外圍延伸地段，具有較好的找礦前景。