瀏陽市永和菊花石與古港菊花石礦床地質特征對比分析

摘要：菊花石是瀏陽市的特色資源，永和鎮與古港鎮均有分布。本文對比分析永和菊花石礦床和古港菊花石礦床地質特征，以指導今后菊花石礦床勘查工作。研究表明，永和菊花石礦床和古港菊花石礦床在賦礦層位、礦石類型、控礦因素等方面存在大量的相似特征；二疊系下統棲霞組上段（P1q3）是尋找菊花石礦的重要層位，含花層巖性主體為生物碎屑灰巖，水體SiO2過飽和、Sr2+濃度和鹽度高的陸棚沉積環境是菊花石成礦的有利環境。

關鍵詞：菊花石；礦床地質特征；控礦因素；找礦遠景

中圖分類號：P619.2 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）05-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.05.025

Abstract： Chrysanthemum stone is a unique resource in Liuyang City， distributed in both Yonghe Town and Gugang Town. This paper compares and analyzes the geological characteristics of the Yonghe chrysanthemum stone deposit and the Gugang chrysanthemum stone deposit， in order to guide future exploration work of the chrysanthemum stone deposits. Research has shown that there are significant similarities between the Yonghe chrysanthemum stone deposit and the Gugang chrysanthemum stone deposit in terms of ore hosting horizons， ore types， and ore control factors; the upper section （P1q3） of the Qixia Formation in the Lower Permian is an important layer for searching for chrysanthemum stone deposits， with the main lithology of the flower bearing layer being bioclastic limestone， and the continental shelf sedimentary environment with supersaturation of water SiO2， high concentration of Sr2+， and high salinity is a favorable environment for the mineralization of chrysanthemum stones.

Keywords： chrysanthemum stone; geological characteristics of the deposit; ore control factors; prospecting prospect

作為瀏陽市的特色資源，菊花石在永和鎮與古港鎮均有分布。永和菊花石礦床和古港菊花石礦床均位于揚子陸塊雪峰構造帶的湘東北斷隆帶南緣，兩礦區相隔10 km。兩礦區位于江南古陸南緣瀏陽-醴陵拗陷帶的東北端。整個拗陷帶呈北北東向展布，長達上百千米，加里東運動后，拗陷帶開始接受上古生代至晚三疊世的沉積，總厚度超過2 000 m，按照時間先后順序，沉積建造從泥盆紀磨拉石建造開始，到早二疊世泥質碳酸鹽建造，再到硅質巖建造、含煤建造和硅質頁巖建造，至中晚三疊世泥質碳酸鹽建造結束[1]。兩個菊花石礦均與早二疊世泥質碳酸鹽建造有關。

1 區域地質背景

1.1 地層

兩個礦區出露的主要地層均為第四系（Q）、二疊系下統棲霞組（P1q3）和中上石炭統壺天群（C2+3ht）。

1.1.1 第四系

第四系主要為雜色黏土夾板巖、砂質板巖、變質砂巖、脈石英碎塊及含礫黏土等，厚度為15～25 m。

1.1.2 二疊系下統棲霞組

該組地層按巖性、礦化特征和古生物化石分布，可分為3個巖性段。棲霞組上段（P1q3）為菊花石礦富集層位，也是海泡石礦賦存層位[2]。本段由含菊花石和海泡石的深灰色-灰色生物碎屑灰巖和深灰-灰黑色鈣鎂質頁巖（夾褐灰色中厚層狀灰巖）及團塊狀、透鏡狀燧石巖等組成，地表均風化為黏土夾燧石巖或硅質巖碎塊、碎屑。古生物碎屑很豐富，主要門類有蜓類、腕足類、腹足類等，該段厚度為50.01～118.24 m。因其產狀平緩，地表及淺部均不同程度地遭受剝蝕，一般保留厚度為40～60 m，最薄為33.65 m。棲霞組中段（P1q2）為淺灰色-灰褐色微帶肉紅色厚層狀灰巖，層間夾有少量薄層泥灰巖，裂隙內見方解石細脈或炭泥質物，下部偶夾黑色及棕紅色燧石團塊，產海百合莖及腕足類化石碎片，該段厚度為47.31～64.75 m。棲霞組下段（P1q1）由深灰色含炭質灰巖、雜色厚層狀灰巖、硅質灰巖以及灰黑色炭質頁巖等組成，產紡錘蟲目等化石，該段厚度為114.34～151.93 m。

1.1.3 中上石炭統壺天群

上部主要為灰色、灰白色微帶淺紅色厚層狀致密灰巖和灰色、灰白色厚層至塊狀白云巖、白云質灰巖，總厚為356.7 m；下部以灰色與淺灰色厚至巨厚層狀白云巖、灰質白云巖為主，夾少量灰色厚層狀灰巖及角礫狀灰巖團塊，總厚為337.2 m。

1.2 構造

永和菊花石礦位于永和向斜的北翼，礦區內部的地質構造較簡單。區內含礦段地層在走向和傾向上均有輕微或舒緩的波狀起伏。礦區內斷裂構造不發育。古港菊花石礦位于瀏陽向斜北段近軸部，屬古港-瀏陽-楓林鋪弧形構造北部。弧形構造帶在古港一帶呈北東向延伸，在瀏陽-楓林鋪一帶表現為北西向，楓林鋪以南呈北北東向，因此構成S形彎曲，而瀏陽向斜是其最主要的構造形跡。礦區內斷裂構造不發育。

1.3 巖漿巖

永和菊花石礦區內巖漿巖不甚發育，僅在東段地表見一寬度50 m左右、長約100 m的石英斑巖脈，礦物成分以石英、長石為主，次為黑云母，裂隙中見少量綠簾石，圍巖蝕變不明顯[1]。古港菊花石礦區內巖漿巖不發育，巖石未見蝕變現象。

2 礦體地質特征

2.1 含花層特征

根據地層內菊花石出現的連續性情況進行含花層劃定和厚度統計，永和菊花石礦發育2層含花層，Ⅰ含花層的平均含花率為1.04%，平均厚度為34.70 m，Ⅱ含花層的平均含花率為10.59%，平均厚度為34.44 m；古港菊花石礦揭露1層含花層，平均含花率為0.98%，平均揭露厚度為40 m。可見，永和菊花石含花率要明顯高于古港菊花石。

2.2 礦體的產狀形態

根據菊花石發育特點和開采加工情況，含花層應全部圈定為礦體。永和菊花石礦體嚴格受層位控制，賦存于二疊系下統棲霞組上段，礦體呈面狀分布，在剖面上呈層狀、似層狀產出，礦體揭露產狀與地層產狀一致，總體傾向北，傾角平緩，一般為5°～10°，礦體南高北低。礦體均有輕微或舒緩的波狀起伏，但幅度較小。古港菊花石礦體同樣受層位控制，賦存于二疊系下統棲霞組上段，礦體呈面狀分布，在剖面上呈層狀、似層狀產出，礦體揭露產狀與地層產狀一致，總體傾向北東，傾角為37°～43°。

2.3 礦石類型及特征

按含花載體巖石劃分，永和菊花石只有一種礦石類型，即生物碎屑灰巖型。菊花石由花芯和花瓣組成，礦物成分由方解石和天青石組成，花瓣為灰褐色-白色，呈放射狀分布，半透明，有玻璃光澤，性脆。花瓣中心由似圓形的黑色燧石或玉髓組成，外形呈膠狀，如圖1（a）所示。菊花石載體巖石主要為生物碎屑灰巖或鈣鎂質頁巖，顏色為灰白色，呈微晶結構、塊狀構造，主要礦物成分為微晶方解石，含大量蜓類、腕足類、腹足類化石，如圖1（b）所示。另外，載體巖石也含鈣鎂質頁巖，其礦物成分以海泡石和方解石為主[3]。菊花石按花徑的大小和花朵的形態分為5種礦石類型：繡球花，花徑在20 cm以上；蝴蝶花，花徑在4～20 cm；銅錢花，花徑在4 cm以下；蟹爪花，相鄰花瓣長短不一；雞爪花，花瓣數量極少。

按含花載體巖石劃分，古港菊花石亦只有一種礦石類型，即生物碎屑灰巖型。采坑所見絕大部分菊花石礦物成分為玉髓，呈現多種顏色，有白色、乳白色、粉紅色、淺黃色，異彩紛呈，是寶玉石中的瑰寶，如圖1（c）所示。其花體為纖維狀隱晶質結構，是玉髓集合體，為致密塊狀構造。玉髓集合體以花蕊為中心，花瓣呈放射狀分布。菊花石載體巖石為生物碎屑灰巖，顏色呈淺灰白色、乳白色，呈粒狀細晶結構或泥晶結構，為致密塊狀構造，其主要礦物成分為方解石。按花徑的大小和花朵的形態劃分，本礦菊花石以繡球花、蝴蝶花為主，最大花徑達87 cm，如圖1（d）所示。

兩個礦區菊花石載體巖石均為生物碎屑灰巖，按菊花石礦物成分劃分，有天青石型、方解石型和玉髓型三種，永和菊花石主要為天青石型、方解石型，古港主要為玉髓型。兩個礦區菊花石大小和花朵形態也存在不同。

2.4 礦石化學成分

永和菊花石花瓣的主要成分為SrO（55.94%）和SO3（42.14%），其他成分有SiO2、CaO、MgO和BaO。花瓣間生物碎屑灰巖或鈣鎂質頁巖（載體巖石）的主要成分為SiO2（29.56%）、CaO（26.19%）、MgO（12.15%）和CO2（20.59%），其他成分有Al2O3、K2O、Na2O、FeO、Fe2O3、TiO2、MnO2、P2O5、H2O和有機質[3]。古港菊花石玉髓質花瓣的主要成分為SiO2（60.80%）和CaO（22.25%），其他成分有MgO、Al2O3、K2O、Na2O、FeO、Fe2O3、TiO2、MnO2、P2O5和Sr。生物碎屑灰巖（載體巖石）的主要成分為SiO2（6.24%）和CaO（51.40%），其他成分有MgO、Al2O3、K2O、Na2O、FeO、Fe2O3、TiO2、MnO2、P2O5和Sr。從分析結果不難看出，永和菊花石花瓣由天青石礦物組成，主要成分為SrO。古港菊花石花瓣因玉髓化，其主要成分為SiO2。

3 菊花石成因分析

對比分析發現，兩個礦區在各項地質特征上都十分相似，故兩者屬于同一類型的菊花石礦床，其在成因上是一致的。

3.1 沉積地質背景

兩個礦區菊花石均屬于淺海沉積礦床，賦存于二疊系下統棲霞組上段的碳酸鹽巖中，其他層位及巖石中還未發現菊花石。整個棲霞組形成于一種低能缺氧的陸棚沉積環境，其生物化石組合及生物群落主要為藻類及窄鹽度淺水生物群[4]。菊花石的花蕊為燧石或玉髓，表明當時水體中SiO2過飽和，凝聚成燧石或玉髓；菊花石的花瓣為天青石（SrSO4），表明當時水體鹽度較高，同時大量生命體的存在可使海相沉積物中Sr2+濃度完全可能高出SrSO4析出濃度。所以，菊花石化學成分說明當時水體為SiO2過飽和、Sr2+濃度較高和鹽度較高的沉積環境[3]。

3.2 菊花石狀天青石成因

首先沉淀的碳酸鹽灰泥中，殘存海水的Sr2+/Ca2+比值增大，Sr2+逐漸趨于富集，當鍶離子濃度達到海水中鍶離子豐度的2～3倍時，即可達到天青石的飽和度，使沉積物孔隙水中的SO42-結合形成天青石雛晶。隨后逐漸發育成花瓣，形成菊花石[3]。

3.3 菊花石狀天青石的后期交代

當天青石形成后，天青石的溶解度隨著環境溫度的升高而變大，逐漸分解成Sr2+與SO42-。SrSO4的溶解度遠大于CaCO3和SrCO3的溶解度，因而可發生式（1）反應，隨著（Sr，Ca）CO3生成，大部分SrSO4溶解后流失，圍巖中的Ca2+和CO32-重新結合沉淀形成方解石，與此同時，Ca2+可被Sr2+類質同象代替，當Sr2+完全類質同象代替Ca2+時，則形成菱鍶礦。由于組分的不斷變化，早期形成的礦物被后期礦物交代，發生菱鍶礦交代天青石，玉髓（石英）、方解石交代天青石、菱鍶礦等，交代強烈甚至完全取代，僅保留菱面體假象。綜合鏡下觀察結果，菊花石假象內礦物的交代順序為：天青石→細粒暗色方解石→正延性玉髓→細粒明亮方解石→自形方解石晶體（玉髓內）→粗大明亮方解石。在主要由天青石組成的菊花石中，有玉髓直接交代天青石[4-6]。按礦物成分劃分，永和菊花石主要為天青石型、方解石型，古港主要為玉髓型。

CaCO3+SrSO4→SO42-+（Sr，Ca）CO3↓（1）

4 控礦因素

二疊系下統棲霞組是菊花石的主要控礦層位，其主要賦存于棲霞組上段，具有明顯的層控特征，二疊系下統棲霞組上段是尋找菊花石礦的重要層位。含花層巖性主體為生物碎屑灰巖，菊花石載體巖石中含有大量生物化石，是天青石形成的重要標志[3]。低能缺氧的陸棚沉積環境中，水體SiO2過飽和、Sr2+濃度和鹽度均較高，是菊花石成礦的有利環境，也是海泡石成礦的有利環境。

5 結論

本文通過對比分析瀏陽市永和菊花石與古港菊花石的礦床地質特征，明確邊深部找礦遠景。一是永和菊花石礦床邊部找礦遠景區。永和菊花石礦受層位嚴格控制，賦存于二疊系下統棲霞組上段，且礦區周邊大面積出露二疊系下統棲霞組上段地層，其邊部具備尋找菊花石礦的地層條件。礦體產狀總體傾向北，傾角平緩，一般為5°～10°，含花層均有輕微或舒緩的波狀起伏，但幅度較小，表現為整個礦區和周邊礦體埋深淺，開發利用條件較好。礦區外圍鉆孔揭露含花層厚度大，含花率高，平均超過10%，均顯示礦區邊部具有非常大的潛在菊花石礦產資源。二是古港菊花石礦床邊深部找礦遠景區。古港菊花石礦同樣受二疊系下統棲霞組嚴格控制，礦區周邊沿礦體走向仍可見二疊系下統棲霞組上段地層出露，具備尋找菊花石礦的地層條件。礦體產狀總體傾向北東，傾角為37°～43°，礦體沿傾向埋深變化較大，顯示含花層沿走向的邊部和沿傾向的深部區域為菊花石找礦遠景區。另外，古港菊花石以彩色菊花石為主，是寶玉石中的瑰寶，其邊深部也是尋找彩色菊花石礦的有利地段。

參考文獻

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