湖北來鳳縣鳳坡嶺重晶石-螢石礦床地質(zhì)特征及成因探討
發(fā)布時(shí)間:2025-08-05 11:46:02 編輯:石材網(wǎng)
湖北來鳳縣鳳坡嶺重晶石-螢石礦床地質(zhì)特征及成因探討
方少文
(湖北煤炭地質(zhì)勘查院,湖北 武漢 432300)
摘要?來鳳縣鳳坡嶺重晶石-螢石礦床位于上揚(yáng)子陸塊南部被動(dòng)邊緣褶沖帶,恩施—黔江臺(tái)褶束南西段,重晶石與螢石礦脈產(chǎn)于奧陶紀(jì)地層中,由紅花園組的巖層孕育而成,這些礦脈的產(chǎn)出,嚴(yán)格遵循著區(qū)內(nèi)的斷裂和裂縫構(gòu)造,其形態(tài)與這些構(gòu)造的走向相吻合。礦脈填充在斷層帶破裂的地方,而豐富的重晶石和螢石則主要集中在斷裂帶的上層部分,深部為碳酸巖化、重晶石-螢石化角礫灰?guī)r。礦床成因類型屬中低溫?zé)嵋盒兔}狀礦床。
關(guān)鍵詞鳳坡嶺;重晶石-螢石礦床;地質(zhì)特征;礦床成因;鄂西
中圖分類號(hào):P612
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1674-7801(2024)s2-0027-07
0 引言
隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅猛增長,工業(yè)對(duì)非金屬礦物的渴求日益旺盛,非金屬礦物的潛在價(jià)值和開發(fā)潛力變得空前巨大。鄂西地區(qū),作為中國非金屬礦物資源的重要寶庫,孕育著眾多的大型和中型磷礦、螢石礦資源(吳穎慧,2012)。來鳳縣鳳坡嶺重晶石-螢石礦床即舊司背斜“棋盤格子”狀斷裂中一典型礦床。2023年3月—2024年5月,湖北煤炭地質(zhì)勘查院在本區(qū)開展來鳳縣舊司地區(qū)礦產(chǎn)勘查工作,施工探槽7條,鉆孔11個(gè),取樣化驗(yàn)210件(組),區(qū)內(nèi)重晶石、方解石、螢石礦的分布是受斷裂構(gòu)造而控制,斷裂構(gòu)造亦是主要控礦構(gòu)造。此礦床研究尚處于初級(jí)階段,相關(guān)文獻(xiàn)資料匱乏,其地質(zhì)成礦特性缺乏系統(tǒng)性的梳理,成因尚不明確。筆者在深入進(jìn)行野外地質(zhì)勘查的前提下,依托勘探工程所揭示的地質(zhì)資料,對(duì)礦區(qū)地質(zhì)狀況及礦化特點(diǎn)進(jìn)行了梳理和總結(jié),進(jìn)而對(duì)礦床的形成機(jī)理進(jìn)行了分析。本研究旨在為舊司背斜區(qū)域“棋盤格子”式斷裂帶中的重晶石、螢石等資源的勘查提供新的思路和理論支撐,同時(shí)為該地區(qū)其他相似礦藏的研究工作提供借鑒。
1 區(qū)域地質(zhì)背景
區(qū)域內(nèi)為沉積巖分布區(qū),出露地層主要為奧陶系、寒武系,巖石以碳酸鹽巖為主,碎屑巖次之。在溝谷洼地有第四系覆蓋。
礦區(qū)區(qū)域?qū)贀P(yáng)子地層區(qū)上揚(yáng)子地層分區(qū)八面山小區(qū),地層出露面積廣泛,根據(jù)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)資料,區(qū)域地層上寒武統(tǒng)-下奧陶統(tǒng)婁山關(guān)組三段-中-下志留統(tǒng)紗帽組均有分布,此外在溝谷、河流兩岸及槽谷、緩坡地帶,零星分布第四系松散堆積、殘坡積物。巖性以碳酸鹽巖為主,碎屑巖次之。區(qū)域地層劃分及巖性特征(表1)。
2 礦區(qū)地質(zhì)
2.1地層
區(qū)內(nèi)出露地層自老至新為下奧陶統(tǒng)紅花園組(O1h)、大灣組(O1d)及第四系(Q)。紅花園組巖性為生物碎屑灰?guī)r,系一套開闊臺(tái)地環(huán)境沉積。大灣組巖性為含泥質(zhì)條帶灰?guī)r及瘤狀灰?guī)r,總體為淺海陸棚環(huán)境沉積。第四系巖性為風(fēng)化層和殘坡積層,零星分布于山間凹谷及洼地(圖1)。
區(qū)內(nèi)北部官田壩礦段地層總體傾向290°~ 295°,傾角5°~ 14°;中部達(dá)子坨礦段地層傾向58°~ 67°,傾角 5°~ 12°;南部厚坡灣礦段地層傾向 53°~ 78°,傾角 4°~ 17°。受斷層切割影響而使地層分布不連續(xù)。礦區(qū)內(nèi)重晶石礦、方解石礦主要賦存于下奧陶統(tǒng)紅花園組(O1h)灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖中,充填于裂隙內(nèi),受裂隙構(gòu)造控制明顯,與巖性有密切關(guān)系。賦礦地層沉積特征如下:
(1)下奧陶統(tǒng)紅花園組(O1h),厚79~104m。
下部:灰色巨厚層-厚層生物碎屑灰?guī)r,粗晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,中間夾薄層含泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖。與下伏南津關(guān)組呈整合接觸。
上部:灰色-深灰色厚層含生物碎屑灰?guī)r,粉-粗晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,層理清晰,中間夾薄至中層灰?guī)r,局部見硅質(zhì)條帶發(fā)育。頂部見灰綠色薄層鈣質(zhì)、粉砂質(zhì)頁巖。
(2)下奧陶統(tǒng)大灣組(O1d),厚大于90m。
下部及上部為灰綠、紫紅色瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r、含泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾頁巖,風(fēng)化后層理發(fā)育;中部為紫紅色薄―中層瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖。與下伏紅花園組呈整合接觸。
(3)第四系(Q),厚大于5m。
灰黃色亞黏土及礫石。與下伏下奧陶統(tǒng)大灣組呈角度不整合接觸。
2.2構(gòu)造
礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造位于揚(yáng)子陸塊的范圍內(nèi)(II),具體屬于上揚(yáng)子古老地塊(II2),南部邊緣的被動(dòng)大陸邊緣褶皺帶(II2-3),八面山地塊的褶皺區(qū)(II2-3-1 級(jí)),以及恩施至黔江地塊的褶皺束(II2-3-1-1)的西南部分,為北東向、北北西向,褶皺少,斷裂多,褶皺以舊司背斜為主體,斷裂在平面上組成“棋盤格子”狀構(gòu)造。礦區(qū)位于北東向舊司背斜近中段之北西翼。區(qū)域褶皺主要為舊司背斜。
舊司背斜軸向46°,背斜軸部及兩翼地層主要由∈3O1l、O1n、O1組成,僅紅沙田地段山頂殘留少量O1d、O1g 地層,俗稱“戴帽”。由于受黃土壩及紅花嶺斷裂影響,在剖面上為一斜歪箱形背斜,北西翼地層產(chǎn)狀正常,一般傾角 10°左右,南東翼受斷裂影響,紅花嶺斷裂兩盤地層發(fā)生倒轉(zhuǎn),巖層傾向由正常的 140°左右轉(zhuǎn)入 325°~327°,巖層傾角 45°~70°。背斜軸部地層產(chǎn)狀則呈水平狀,地層界線一般沿等高線延伸或圈閉。巖層傾角少數(shù)在 7°左右,大多地段僅 2°~3°,軸部最寬達(dá) 8 km,往北東受紅花嶺斷層制約,軸寬僅4 km。
區(qū)域斷層主要以北西向華夏系構(gòu)造組與北東向早期新華夏系構(gòu)造組為主,從兩組構(gòu)造組以空間展布及其相互關(guān)系來看,其構(gòu)造形態(tài)及其特征受舊司背斜控制,從北西向斷層被北東向斷層所截情況來看,說明北東向構(gòu)造組晚于北西向構(gòu)造組。北西向構(gòu)造組主要有大梅子埡斷層、林家坪斷層、扯巴洞斷層、冷子堡斷層、茶園溝斷層、楓木山斷層。北東向構(gòu)造組主要有馬家壩斷層、達(dá)子坨斷層、核桃灣斷層、紅沙田斷層、黃土壩斷層、紅花嶺斷層。
礦區(qū)位于咸豐背斜的東南段,靠近南西端的位置,而舊司背斜的東北部也在此區(qū)域內(nèi)。冷子堡斷層(F1)是礦區(qū)內(nèi)的主要斷層,同時(shí)也是關(guān)鍵的成礦構(gòu)造。關(guān)田壩-田鳳溝一線的冷子堡斷裂帶,全長12km,其中在工作區(qū)域內(nèi)的長度約為2.3km。斷裂帶寬度介于3m至7m之間,是本地區(qū)礦產(chǎn)資源分布的關(guān)鍵構(gòu)造裂隙。斷裂走向北北西-南南東向,傾向北東,傾角 70°~ 80°,為正斷層。米谷坡斷層(F2)(處礦區(qū)南部外達(dá)子坨采礦廠南側(cè))位于米谷坡-達(dá)子坨一帶,走向延伸長約1.45km,走向北東東-南西西向,地表第四系覆蓋嚴(yán)重,斷層性質(zhì)不清。
在斷裂帶內(nèi)廣泛分布著角礫巖和糜棱巖化的角礫巖。這些角礫巖主要由方解石、重晶石和螢石膠結(jié)而成,形成了由角礫構(gòu)成的透鏡體,周圍環(huán)繞著葉理。此外,還可見到碳化物質(zhì)、斷層泥以及平滑的裂面,上面有水平擦痕等特征。礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單—中等復(fù)雜類型。
3 礦床地質(zhì)特征
3.1礦體地質(zhì)特征
區(qū)內(nèi)的重晶石與螢石礦位于下奧陶統(tǒng)紅花園層中,其生成明顯受制于當(dāng)?shù)氐臄嗔褞Ш土严督Y(jié)構(gòu),礦床的分布形態(tài)與這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)的走向完全吻合。這些重晶石和螢石礦床主要填充在斷層破壞帶里,而在破壞帶的表層區(qū)域,重晶石和螢石的含量較高,而在深層則主要由硅化作用形成的角礫狀灰?guī)r以及含有重晶石和螢石的石化角礫灰?guī)r構(gòu)成。斷層的上下盤主要由紅花園組至大灣組的白云質(zhì)灰?guī)r、普通灰?guī)r以及富含生物化石的灰?guī)r組成,并且在這些巖石中局部區(qū)域可以觀察到硅化、方解石化、螢石化和重晶石化的地質(zhì)現(xiàn)象。
在區(qū)內(nèi)成功發(fā)現(xiàn)一條熱液活動(dòng)形成的重晶石與螢石共生的礦脈,該礦脈位于F1號(hào)冷子堡斷裂帶內(nèi)。主要由半自形和自形晶粒組成的重晶石與螢石,以條帶或條紋形態(tài)填充在斷裂帶中,形成了獨(dú)特的重晶石—螢石礦脈結(jié)構(gòu)。這些礦脈主要分布在斷裂帶的上部區(qū)域,而其下部則以構(gòu)造角礫巖、碎裂巖為主,伴有零星的螢石和重晶石浸染。礦脈在地表的延伸長度與斷層走向保持一致。該礦體的主要含量集中在南部破碎帶,其延伸方向與F1號(hào)斷裂帶平行,地表最低點(diǎn)海拔為+650m,最高點(diǎn)海拔為+695m。地表部分由7個(gè)探槽進(jìn)行控制,而深部則有11個(gè)鉆孔進(jìn)行監(jiān)測。礦體呈現(xiàn)脈狀分布,兩端及深部逐漸變窄直至消失,其走向?yàn)楸蔽飨颍瑑A向角度為28°~144°,傾角為 70°~88°,接近垂直(圖2)。
該礦體地表延伸超過1491m,垂直深度超過100m,礦層厚度為1.36~8.48m,厚度波動(dòng)幅度高達(dá)72.36%。重晶石與螢石礦物主要集中分布在斷裂帶的上層區(qū)域,而在深層則是碳酸鹽化及螢石重晶石化的角礫狀灰?guī)r,與周圍巖石的界限十分明顯。硫酸鋇(BaSO4)的含量為50.2%~96.5%,平均含量為 78.5%,品質(zhì)波動(dòng)系數(shù)為32.33%;氟化鈣(CaF2)的含量在12.9%~82.2%,平均含量為55.6%,品質(zhì)波動(dòng)系數(shù)為55.6%(表2)。
3.2礦石質(zhì)量特征
3.2.1礦石礦物組成
礦石礦物主要為重晶石,組分單一。脈石礦物主要為方解石,次為石英、高嶺石、綠泥石、褐鐵礦等。按相對(duì)含量,礦石礦物占85%~95%,脈石礦物占5%~15%。
(1)礦石礦物特征。
重晶石:主要成分為BaSO4,但其中常含有Si、Ca、泥質(zhì)、赤鐵礦等雜質(zhì)。純正的重晶石無色透明,由于所含雜質(zhì)不同,其顏色有白色、黃色、灰色、淡綠色、天藍(lán)色等雜色。常呈板狀集合體,少數(shù)呈致密塊狀、鐘乳狀、結(jié)核狀。
(2)主要脈石礦物特征。
方解石:呈他形粒狀,粒徑0.01~0.50mm,集合體呈團(tuán)塊、網(wǎng)脈狀,分布于重晶石和角礫巖角礫、碎塊之間,含量3%~11%。
3.2.2礦石化學(xué)成分
礦石中化學(xué)元素主要有Ba、Si、F、Ca、Al、Mg、Fe、Zn、Pb、Sn等。礦石中化學(xué)成分主要為BaSO4、CaF2、Al2O3、SiO2、CaO、MnO 等,其中有用化學(xué)成分主要為 BaSO4,且其相對(duì)含量值最高,占比50.2%~96.5%(表3)。
3.2.3礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造
根據(jù)鏡下鑒定,重晶石礦石的結(jié)構(gòu)主要為板狀、柱狀、中粗粒他形、半自形粒狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為致密塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造。
3.2.4礦石類型
根據(jù)礦石的礦物構(gòu)成、組織結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征,可以將重晶石礦石劃分為3大自然類別。首先是純凈塊狀重晶石類別:呈純白色,具有中等至粗顆粒的結(jié)構(gòu),展現(xiàn)出塊狀的外觀。其主要成分為重晶石,含有少量的褐鐵礦和石英雜質(zhì)。此類礦石占據(jù)了總量的70%,在眾多礦床中均有廣泛分布。其次是石英質(zhì)塊狀重晶石類別:顏色介于白色與灰白色之間,結(jié)構(gòu)為粗至中等顆粒,保持塊狀構(gòu)造。其成分主要包括重晶石、石英,并伴有微量的玉髓、絹云母、高嶺石和褐鐵礦。這類礦石約占總量的25%,在不同礦床中均有分布,但含量不一。最后是角礫狀石英重晶石類別:顏色為灰白至灰褐色,呈角礫狀。礦物組成以重晶石和石英為主,同時(shí)含有母巖的角礫以及微量的硅化物、綠泥石和褐鐵礦。這類礦石占總量的5%。
3.3圍巖蝕變
近礦圍巖蝕變?cè)跀嗔褬?gòu)造帶內(nèi)或其旁側(cè)圍巖中最為發(fā)育,常見的蝕變種類包括碳酸鹽化、絹云母化、綠泥石化以及硅質(zhì)化等,在接近地表的斷裂破碎區(qū),亦能看到褐鐵礦的沉積現(xiàn)象。其中碳酸鹽化、硅化和綠泥石化與成礦關(guān)系密切。
碳酸鹽化:是區(qū)內(nèi)主要蝕變類型。大體可分為 后兩個(gè)階段,前期乳白細(xì)膩的方解石以片狀廣泛分布,形似糖粒。后期則顯現(xiàn)為碳酸鹽的細(xì)小脈狀,主要在張扭性至脆性剪切過程中形成,同時(shí)伴生顯著的重晶石礦物,這一時(shí)期是重晶石變化的主要時(shí)期。至于硅化作用,它遍及礦石本體及蝕變巖石之中,主要體現(xiàn)為方解石和鐵白云石等碳酸鹽礦物及其集合體。
綠泥石化:礦體頂部和底部的圍巖中普遍存在綠泥巖,這主要是由于熱液與中基性巖石中的黑云母、角閃石、斜長石等礦物發(fā)生交代反應(yīng),導(dǎo)致蝕變形成的。絹云母化:絹云母的分布相對(duì)廣泛,主要 是由于熱液的作用,斜長石等礦物的蝕變所致。
4 找礦標(biāo)志及礦床成因
4.1找礦標(biāo)志
斷裂構(gòu)造標(biāo)志:鳳坡嶺重晶石礦(化)體受近南北向(F1)斷裂破碎帶嚴(yán)格控制,說明斷裂構(gòu)造是重要的找礦標(biāo)志。圍巖蝕變標(biāo)志:碳酸鹽化、硅化和綠泥石化與成礦關(guān)系密切。因表生作用,含礦地質(zhì)體上部易形成褐鐵礦化等,亦可作為直接的找礦標(biāo)志。研究區(qū)外圍發(fā)現(xiàn)北西向斷裂破碎帶,可見重晶石化、綠泥石化、方解石化及硅化,說明該區(qū)未來找礦前景較大。
4.2礦床成因
4.2.1成因類型
根據(jù)礦床的形成機(jī)制,可以將重晶石礦床分為沉積型、熱液型、層控型、火山-沉積成因以及風(fēng)化成因等(殘積)5個(gè)類型(蔡雄威和劉林,2010)。研究區(qū)屬于鄂西地區(qū),黨智財(cái)?shù)龋?021)指出熱液型重 晶石礦約占鄂西地區(qū)重晶石礦資源總量的95%以上,而內(nèi)生層控型重晶石礦床主要分布在山西省。內(nèi)生層控型重晶石礦床嚴(yán)格受地層層位控制,具有層位穩(wěn)定、界線清楚、礦層與頂?shù)?a target="blank" href="http://naokeng.cn/trade/supplylist-ca4.html" title="板巖">板巖層產(chǎn)狀一致的特點(diǎn)(陳春景等,2022),這顯然與鳳坡嶺重晶石-螢石礦床地質(zhì)特征不符。從區(qū)域范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的重晶石礦床來看,厚坡灣重晶石礦體沿近南北、北東向斷裂呈薄脈狀、透鏡狀展布,達(dá)子坨重晶石礦體沿北北東向斷裂破碎帶呈薄脈狀展布,且均受斷裂構(gòu)造、地層巖性和巖漿活動(dòng)“三位一體”聯(lián)合控礦,為熱液充填型礦床(王登紅,2019)。筆者認(rèn)為鳳坡嶺重晶石-螢石礦床亦為熱液充填型礦床。斷裂構(gòu)造可為成礦流體提供運(yùn)移通道和存儲(chǔ)空間(張世洋等,2014),而區(qū)內(nèi)重晶石-螢石礦(化)體賦存于近南北向斷裂破碎帶中,既說明鳳坡嶺重晶石-螢石礦床明顯受斷裂構(gòu)造控制,又說明成礦作用對(duì)不同方向的斷裂構(gòu)造無明顯的選擇作用。
4.2.2成礦機(jī)理
區(qū)域上的巖漿活動(dòng)為鳳坡嶺重晶石-螢石礦床的形成提供熱源(驅(qū)動(dòng)力)和(含礦)熱液,向上運(yùn)移過程中不斷萃取火山巖和砂巖中的成礦物質(zhì),區(qū)域斷層主要以北西向華夏系構(gòu)造組與北東向早期新華夏系構(gòu)造組為主,并在適宜的容礦空間(斷裂破碎帶)中,隨著溫度、壓力的改變,成礦物質(zhì)沉淀、富集形成重晶石-螢石礦體(圖3)。同時(shí)含礦熱液不斷與圍巖發(fā)生蝕變作用,使方解石、重晶石、螢石和石英等礦物析出,形成了重晶石-螢石化、硅化、碳酸鹽化和綠泥石化等礦化或蝕變現(xiàn)象。
5 ? 結(jié)論
(1)鳳坡嶺重晶石-螢石礦脈賦存于下奧陶統(tǒng)紅花園組地層中,且明顯受斷裂構(gòu)造控制。
(2)礦石礦物主要為重晶石,脈石礦物主要為方解石。礦石中化學(xué)成分BaSO4含量值最高,次為CaF2、CaO。
(3)碳酸鹽化、硅化和綠泥石化與成礦關(guān)系密切。
(4)區(qū)內(nèi)找礦標(biāo)志有斷裂構(gòu)造標(biāo)志及圍巖蝕變標(biāo)志,其中斷裂構(gòu)造標(biāo)志主要為張—壓扭性斷裂,圍巖蝕變標(biāo)志包括碳酸鹽化、硅化、綠泥石化和褐鐵礦化。
(5)鳳坡嶺重晶石-螢石礦床受斷裂構(gòu)造、地層巖性和巖漿活動(dòng)等因素聯(lián)合控制,為中低溫?zé)嵋盒兔}狀礦床。
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來源:螢石資源
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