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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