黔東南老文溪重晶石礦床地質特征及成因分析

摘要：黔東南老文溪重晶石礦床位于江南復合造山帶銅仁褶皺變形區與榕江加里東褶皺區榕江開闊復式褶皺變形區過渡地帶，地質條件簡單，成礦條件優越，礦床主要賦存于上震旦統—寒武系紐芬蘭統老堡組上部，礦體形態簡單，呈層狀—似層狀單一礦體，產狀與圍巖基本一致，嚴格受地層、巖性和巖相控制，可細分為塊狀重晶石礦、紋層狀—條帶狀重晶石礦、透鏡狀—結核狀重晶石礦三大類，為典型的海底熱水噴流沉積成因的重晶石礦床。

關鍵詞：重晶石礦床；海底熱水噴流沉積；地質特征；黔東南

重晶石的主要成分是BaSO4，具有密度大、難溶于水和酸、無毒且化學性質和熱力學性質穩定等特征，常作為石油和天然氣鉆井泥漿的加重劑和制成各種含鋇化工產品。中國重晶石資源豐富，儲量和產量均居世界第一，主要分布于貴州、湖南、廣西、甘肅和陜西等5省，其中以沉積型礦床占總儲量的60%以上。老文溪重晶石礦床位于黔東南鎮遠縣北東部與玉屏縣交界處北部，比鄰天柱縣為“全國重晶石之鄉”，震旦系—寒武系地層出露廣泛，具有廣闊的找礦潛力。

本文主要對老文溪重晶石礦地質背景、礦區地質和礦床地質特征進行分析，結合前人成果闡述了礦床成因和找礦標志，以期為黔東南沉積型重晶石礦集區深邊部找礦突破提供理論參考。

1.區域地質背景

研究區位于揚子陸塊江南復合造山帶黔南坳陷區銅仁褶皺變形區與榕江加里東褶皺區榕江開闊復式褶皺變形區過渡地帶。主要出露地層為南華系富祿組、大唐坡組、南沱組，震旦系陡山沱組，上震旦統—寒武系紐芬蘭統老堡組、寒武系渣拉溝組、杷榔組、烏訓組、都柳江組和第四系。構造復雜程度中等，主要發育北東向三穗向斜、崇梭溪背斜與三穗向斜和南北向施洞口逆斷層與北東向高馬山斷層，前者受后者破壞，形成規模不等、形態各異的斷夾塊。區內已發現礦產主要有重晶石礦、鉛鋅礦、釩礦、錳礦、硫鐵礦等，周邊有天柱貢溪重晶石礦整裝勘查區、丙溪重晶石礦和高馬山重晶石礦，且區內有小規模的重晶石礦開采歷史。

2.礦區地質特征

2.1地層

礦區出露地層由老至新依次有：南華系南沱組礫巖和含礫砂巖、震旦系陡山沱組白云巖和粉細砂巖，震旦—寒武系老堡組碳質泥巖、硅質巖夾重晶石礦、寒武系渣拉溝組碳質泥巖和泥質粉砂巖、杷榔組粉砂質泥頁巖和粉砂巖、烏訓組灰巖和泥質灰巖、都柳江組白云巖及第四系松散沉積物。

2.2構造

礦區構造相對較為簡單，位于老文溪向斜東翼，并受到高馬山逆斷層（F1）的破壞，地層的連續性受其影響，但對重晶石礦影響不大。

老文溪向斜總體從西向東呈北東南西向逐漸變成近南北向；平面上軸跡呈向北東突出的弧狀，呈南東翼陡北西翼緩的不對稱向斜，向斜北西翼傾向為南東，∠13°～26°；向斜南東翼傾向為北西，∠30°～45°。

高馬山逆斷層長約1.5km，走向北東，斷層面傾向南東，∠45°～65°，破碎帶寬約15m，由斷層角礫巖、碎裂巖及斷層泥充填，角礫巖及碎裂巖成分以硅質巖、白云巖、砂巖及碳質粘土巖為主，鈣泥質膠結，沿碎裂巖裂隙偶見方解石脈、重晶石、石英充填及黃鐵礦化、褐鐵礦化，局部鉛鋅礦化。

2.3含礦巖系

礦區內重晶石主要賦存于上震旦統—寒武系紐芬蘭統老堡組，分布于礦區南部張家院至礦區東側老屋一帶，區內延伸長度約9.4km，重晶石礦體分布地段未有出露。主要巖性下部為灰黑色薄層硅質巖夾泥質條帶，見重晶石結核或透鏡體；中部為淺灰、灰色塊狀重晶石，條紋狀重晶石，偶夾灰色薄層硅質巖、碳質泥巖；上部為灰黑色碳質泥巖夾灰黑色薄層硅質巖、深灰色中厚層含炭泥質粉砂巖夾碳質泥巖，局部見厚度不等的淺灰色中厚層石英細砂巖。常見黃鐵礦呈星點狀、團塊狀產出，見方解石、石英細脈。厚48.44m～67.62m，平均厚58.03m。與下伏下震旦統陡山沱組呈整合接觸。

3.礦床地質特征

區內重晶石礦分布于礦區北部地段，賦存于上震旦統—寒武系紐芬蘭統老堡組上部，為單一礦體。

3.1礦體特征

礦體主要以單層礦產出，礦體連續，產狀與圍巖基本一致，整體傾向北西（290°～320°），∠22°～33°，平均∠29°，礦體為單斜構造。走向延長2770m，傾向寬50m～1400m，展布面積2.02km2，礦體形態簡單，呈層狀、似層狀產出，厚0.90m～2.29m，平均1.68m，變化系數31.45%；BaSO4含量53.53%～68.74%，平均65.03%，變化系數7.99%；比重3.87t/m3。（332）+（333）資源量為1515.4×10⁴t，屬大型礦床。

3.2礦石質量

3.2.1礦物組分

礦石中主要礦物為重晶石。脈石礦物主要有石英、黃鐵礦、磷灰石、方解石、碳質及少量的粘土礦物。

重晶石：自形—半自形粒柱狀結構構成礦石主體，粒度0.1mm～2.0mm不等。呈深灰色，層狀、似層狀分布，或呈結核狀、餅狀、透鏡狀沿層密集排布。一般占整個礦物組分的85%以上，局部地段礦石具碳酸鹽化現象，含量減至20%～25%。

3.2.2礦石結構與構造

礦石結構主要有細晶結構、中—粗晶結構、不等晶結構、粉砂質結構及交代結構等。其中，細晶結構主要產于紋層狀重晶石礦石中，主要由重晶石組成，重晶石呈半自形粒柱狀，粒度0.1mm左右，構成巖石主體；中—粗晶結構主要產于塊狀重晶石礦石中，主要由重晶石組成，重晶石呈自形—半自形粒柱狀，粒度0.3mm～2mm不等，構成巖石主體；不等晶結構主要產于塊狀碳酸鹽化重晶石礦石中，主要由重晶石和碳質組成，重晶石呈自形—半自形粒柱狀，粒度0.02mm左右的多聚集成細小團塊狀、條帶狀分布，0.1mm～0.2mm多聚集為放射球粒狀分布或不均勻分布；粉砂狀結構主要產于含重晶石結核碳質粉砂質粘土巖中，由粉砂、重晶石層和鈣質組成，重晶石呈自形—半自形粒柱狀，粒度1mm～3mm不等呈條帶狀或不均勻分布于巖石中；交代結構指硫酸鹽礦物與碳酸鹽礦物之間相互穿插、相互交代，形成嵌布關系復雜的穿插結構、殘留結構，導致重晶石結構破碎和泥化。

礦石構造主要有塊狀構造、紋層狀構造、條帶狀構造和結核狀—透鏡狀構造等。其中，塊狀構造主要由重晶石晶粒富集形成，斷口具粉晶—細晶結構，質純、品位高，似石灰巖，淺灰、深灰色，多分布于角礫狀和紋層狀的過渡部位，可能是高密度成礦流體在熱水主噴流期，在適宜的環境下快速堆積而成；紋層狀構造主要以水平紋層為主，重晶石顯微鏡下呈層狀或細脈狀與硅泥質粘土互層產出，重晶石主要呈細小的碎片狀密集分布；條帶狀構造與紋層狀構造類似，與紋層狀呈漸變關系，條帶寬1mm～2mm，條帶狀重晶石礦層厚度較大，中間分布有少量硅質、碳泥質透鏡體，透鏡體直徑大小不一，一般為30cm～50cm；結核狀—透鏡狀構造透鏡體大小一般為3cm×5cm×1cm～5cm×5cm×2cm，呈橢球狀、餅狀、透鏡狀夾于碳質頁巖、碳質粘土巖中，并伴有球形磷結核、硅質結核。

3.3礦石類型

根據礦石結構構造、礦石自然類型可劃分為塊狀重晶石礦、紋層狀—條帶狀重晶石礦、透鏡狀—結核狀重晶石礦3大類。

3.3.1塊狀重晶石礦：灰、深灰色，塊狀構造，BaSO4含量一般70%左右。其中灰色塊狀重晶石礦密度較大，BaSO4含量75%以上。

3.3.2條帶狀—紋層狀重晶石礦：深灰、灰黑色，品位較高，一般80%左右，最高達93.43%，密度較大。常位于礦體下部，灰—深灰色，具清晰的條紋構造，條紋平直，有時呈波狀彎曲。碳質、有機質呈層帶狀富集和不同粒度的重晶石顆粒偏集形成顏色分帶、粒度粗細相異的條紋狀構造。

3.3.3結核—透鏡狀重晶石：重晶石一般以透鏡狀、結核狀產于硅質巖、碳質粘土巖中，顏色較深，體重輕，但硬度較大，品位較低，主要分布于主礦體上下兩個部位，分布不均勻。

3.4礦石品位及化學組分

區內重晶石礦BaSO4平均品位較低，且條帶狀、紋層狀礦石中含有一定量夾石。區內參與礦體資源量估算的18個鉆孔，單工程BaSO4含量：50.20%～75.93%，單工程平均64.53%，變化系數11.85%，礦體品位變化系數小，比較均勻。

礦石主要化學組分為BaSO4含量31.65%～93.43%，均值65.74%；SiO2含量3.66%～25.81%，均值9.20%；Ca2CO3含量1.10%～17.90%，均值8.53%；CaF2含量0.41%～2.85%，均值1.35%；Fe2O3含量0.26%～1.24%，均值0.70%。次要化學成分有K2O、NaO、V2O5、P2O53、CO2等，微量元素有Zn、Sr、Pb、Cu、Li、Ga、Ge、Ba、Nb、Ta、Zr、Cr、Mn、RE2O3、和Au等。BaSO4含量與其他組分無明顯相關性。

此外，依據單工程BaSO4含量分類發現：含量30%～40%者占9.26%，含量40%～50%者占5.56%，含量50%～60%者占24.07%，含量60%～70%者占14.81%，含量70%～80%者占22.22%，含量80%～90%者占22.22%，含量大于90%者占1.85%。BaSO4含量主要分布在50%～90%，占樣品總數的83.33%。

3.5礦體圍巖和夾石

礦體直接頂板為厚度不等的老堡組上部黑色碳質粘土巖、硅質巖偶夾重晶石條帶或結核或灰色、淺灰色中厚層狀石英細砂巖，砂巖透鏡產出，不連續。之上為中厚—厚層塊狀碳質粉砂質粘土巖夾硅質巖。礦體直接底板為老堡組中部黑色薄層碳質粘土巖、硅質巖互層夾重晶石條帶或結核，之下為黑色薄層硅質巖夾極薄層碳質粘土巖。礦體與上下直接頂板產狀一致，呈整合接觸關系。

夾石含量相對較少，18個鉆孔僅2個鉆孔見0.16m和0.26m的不穩定夾石（硅質巖），呈插花狀分布，走向、傾向厚度變化上無明顯的變化規律。

4.礦床成因及找礦標志

4.1礦床成因

重晶石礦體賦存于上震旦統—寒武系紐芬蘭統老堡組上部，為一套重晶石礦層與暗色硅質巖、碳質粘土巖、碳質頁巖交互的沉積組合，水平層理發育，黃鐵礦較為發育；礦體呈層狀、條帶狀、結核狀、餅狀、透鏡狀構造。

楊瑞東等（2007）對大河邊—上公塘一帶寒武系重晶石礦沉積構造的研究發現：垂直或斜交底板頁巖層面的重晶石脈狀體構造、沖刷構造、餅狀體構造、柱狀體構造、碳質膜殼構造、透鏡狀構造、結核構造、斑狀構造、水平紋層構造等構成了典型的熱水（液）噴流沉積構造系列，代表海底噴流作用開始—強烈—衰退的過程，為典型的海底噴流成因。夏菲等（2004、2005）利用鍶同位素和電子探針對天柱大河邊、玉屏和新晃重晶石礦床研究顯示：礦床的形成過程中有海底火山或海底熱液活動提供的低87Sr/86Sr比值的鍶加入；新發現指示礦物鋇冰長石為典型的熱水沉積成因，為下寒武統重晶石礦床形成于熱水沉積作用提供了新的證據。

總之，老文溪重晶石礦床與天柱縣大河邊重晶石礦床和玉屏縣丙溪重晶石礦床賦存于同一層位，其礦床地質特征與目前國內外已知的熱水噴流沉積型礦床地質特征基本一致，為海底熱水噴流沉積成因的重晶石礦床。

4.2找礦標志

礦區早寒武世為盆地—深水陸棚相沉積，沉積了細粒沉積物碳質泥巖、硅質巖，具有高有機質含量，較多的黃鐵礦，水平層理發育的特征，屬于滯留—靜水盆地—深水陸棚環境。老文溪重晶石礦體呈層狀產于上震旦統—下寒武統老堡坡組上部黑色碳質泥巖與硅質巖建造之間，受地層、巖性和巖相控制明顯。

4.2.1地層標志：礦體賦存于老堡組及區域相當地層的上部，具有固定的產出時代和層位，可作為直接找礦標志。

4.2.2巖性標志：礦體位于灰黑色碳質粘土巖與黑色硅質巖建造之間。

4.2.3地貌標志：野外調查發現，重晶石礦體質地致密，不易風化，在地貌上常形成正地形或陡坎，可作為找礦標志。

5.結論

5.1老文溪重晶石礦賦存于上震旦統—寒武系紐芬蘭統老堡組上部，礦體形態簡單，為層狀—似層狀單一礦體，礦體連續，產狀與圍巖基本一致，厚0.90m～2.29m，平均1.68m，BaSO4含量53.53%～68.74%，平均65.03%，品位變化系數小，較為均勻，（332）+（333）資源量為1515.4×104t，屬大型重晶石礦床。

5.2重晶石BaSO4以自形—半自形粒柱狀結構構成礦石主體，發育有細晶結構、中—粗晶結構、不等晶結構、粉砂質結構及交代結構等礦石結構和塊狀構造、紋層狀構造、條帶狀構造和結核狀—透鏡狀構造等礦石構造，可細分為塊狀重晶石礦、紋層狀—條帶狀重晶石礦、透鏡狀—結核狀重晶石礦3類，礦床嚴格受地層、巖性和巖相控制，為典型的海底熱水噴流沉積成因的重晶石礦床。

參考文獻：

[1]夏菲，馬東升，潘家永，等；貴州天柱大河邊和玉屏重晶石礦床熱水沉積成因的鍶同位素證據[J].科學通報， 2004（24）： 2592-2595.

[2]夏菲，馬東升，潘家永，等；天柱大河邊—新晃重晶石礦床礦物組成特征的電子探針研究[J].礦物學報， 2005（03）： 289-294.

[3]楊瑞東，魏懷瑞，鮑淼，等；貴州天柱上公塘—大河邊寒武紀重晶石礦床海底熱水噴流沉積結構、構造特征[J].地質論評， 2007（05）： 675-680+725-726.