鄂西南地区方解石、重晶石矿成矿地质特征及成因浅析

杨宏伟, 郭 威, 秦元奎, 陈梦杰, 刘 海, 范玖林, 王 腾, 江 涛

(中南冶金地质研究所,湖北 宜昌 443000)

鄂西南地区方解石、重晶石矿成矿地质特征及成因浅析

杨宏伟, 郭 威, 秦元奎, 陈梦杰, 刘 海, 范玖林, 王 腾, 江 涛

(中南冶金地质研究所,湖北 宜昌 443000)

将前人文献资料与野外地质实际相结合,通过分析区域地质背景、地球物理特征,归纳研究区方解石—重晶石矿成矿地质特征,探讨研究区的成矿成因,认为研究区方解石、重晶石矿(床)赋矿地层主要为寒武系、奥陶系碳酸盐地层。该地层中灰岩和白云岩是Ba和Ca的主要富集层,其中 Ba含量普遍高于地壳平均含量,为重晶石、方解石矿提供物质来源,成矿温度109～222 ℃,属低温成矿;本区方解石、重晶石矿与岩浆活动、构造运动有关,岩浆活动为成矿提供了热动力条件,多期次的构造运动为成矿提供了导矿—储矿成矿系统。

成矿;地质特征;方解石;重晶石

中国方解石、重晶石矿产资源丰富,在国际市场上占有重要的地位,其中重晶石储量和产量均居世界首位,也是世界上最大的重晶石出口国[1],而鄂西南地区方解石、重晶石矿规模较大,分布面积较大,达1万多平方千米,其市场前景十分可观,目前已发现的鄂西南地区方解石、重晶石矿床(点)达到100多个,方解石矿、重晶石矿脉已超过100余条,矿脉长度几—十几千米不等,表明本区热液成矿活动非常强烈,方解石、重晶石矿成矿地质条件较优越,成矿与找矿潜力较大[2-5]。

1 区域地质背景

鄂西南地区各时代地层发育齐全,出露上元古代、中元古代、震旦系、古生代、中生代及新生代地层,具多层位赋矿特征。其中寒武—奥陶系地层是重晶石、方解石矿最重要的赋矿层位。鄂西南宜昌、恩施地区寒武—奥陶系分布广泛,成矿地质条件十分优越。寒武—奥陶系碳酸盐、白云岩成为相应地区的主导赋矿层位,具有良好的找矿前景。从现有资料来看,鄂西地区扬子准地台中,燕山中晚期伸展构造与热液型重晶石、方解石矿具有成因联系。鄂西南地区的神农架断穹、黄陵断穹、长阳台褶束、恩施台褶束等四级大地构造单元主要形成于燕山中晚期,与伸展构造密切相关[6],前两者具有两大重要滑脱拆离带,重晶石、萤石、方解石矿分布于两大滑脱拆离带及其边缘;后两者褶皱为隔槽式褶皱和隔档式褶皱,咸丰背斜、高罗背斜、走马坪背斜及其伴生构造控制着咸丰—鹤峰一带的重晶石、方解石矿(如图1)。

2 地球物理特征

在地球物理场方面,鄂西南地区位于太行—武陵深层构造变异带及其两侧。太行—武陵深层构造变异带近南北向穿过研究区,从郧县、房县、兴山、宜昌、五峰、鹤峰经过。上地幔的物质运动,引起莫霍面波状升降,最终导致地壳运动、沉积作用、岩浆活动、变质作用的发生和不同成矿区域的形成,这些构造成为本区重晶石、方解石矿密集分布区的有利控矿构造。

鄂西南北边的磁性正异常推断为中酸性岩体引起,称之为长阳隐伏岩体,岩体埋深在500～1 000 m左右[3]。这一点从位于长阳磁异常以北的大湾磁异常钻探验证结果可以得到支持,即在深600 m左右见到闪长岩体,与大湾磁异常对比,长阳磁异常所反映的岩体深度可能<1 000 m。长阳隐伏岩体的存在,即为成矿提供物质来源,也为矿质迁移充填于构造破碎带提供热动力(如图2)。

图1 鄂西地区重晶石、方解石矿分布图[6] Fig.1 Distribution map of barite and calcite in western Hubei1.板块间断裂;2.四级大地构造单元分界线;3.重晶石、方解石矿床(点);4.省界线。

图2 湖北省西部地区航磁ΔT平面图[7]Fig.2 Plan ofaeromagnetic ΔT in western Hubei

3 成矿地质特征

3.1 赋矿地层

地层控矿明显,研究区绝大多数方解石、重晶石矿(床)点赋矿地层主要为寒武系、奥陶系地层。其中,寒武系为中—厚层状微—细晶白云岩;奥陶系为薄层状、透镜状瘤状泥质灰岩夹薄—厚层状含砂砾屑生物屑细—中晶灰岩和薄—中层状生物屑灰岩。

3.2 构造特征

(1) 脉状方解石、重晶石矿受构造断裂带控制。研究区的方解石、重晶石矿脉体,均呈NNW(长阳、宜都、五峰、松滋)或NNE(松滋局部)向分布,切穿地层走向,且近于垂交,经钻孔揭露,在脉体上、下盘均有碎裂岩及构造角砾岩存在,角砾岩带的特征与重晶石脉体的分布相近似。

(2) 褶皱构造对成矿的控制。褶皱构造对矿床的控制起主导作用,从该区的大多矿床分布位置来看,它们均集中分布于背斜核部(近翼部)。

(3) 矿体具有垂直分带性。本次主要研究了刘家场重晶石、方解石矿垂直分带规律,地表脉体上部充填粘土较多,自上而下明显减少,板块状重晶石矿脉体中重晶石含量占绝对优势,达95%以上,向下部,随脉体延深增加,方解石含量增多,直至变为方解石脉,这种垂直分带性可能是因为含矿热液沿裂隙、溶隙及其他导矿、容矿构造在上升运移过程中,因温度和压力的变化等而产生分异作用所致。

4 成矿流体研究

4.1 成矿物质来源

从岩性上看,寒武系、奥陶系地层以碳酸盐岩为主,其均可为该地区大规模的方解石—重晶石矿成矿提供足够的Ca,根据松滋刘家场重晶石矿22个岩石化学分析及光谱分析结果表明[5],刘家场重晶石矿中Ba元素含量普遍较高,其中灰岩、白云岩中Ba含量多在800×10-6～1 000×10-6,相当于地壳平均含量(20×10-6～200×10-6)的5～40倍,最高含量达5 000×10-6～7 000×10-6,相当于35～250倍;页岩中Ba含量多在700×10-6～800×10-6,相当于平均含量(300×10-6～600×10-6)的1.5～2倍;泥灰岩中Ba含量多在500×10-6～100×10-6。同时在寒武系上统娄山关组顶部白云岩中BaSO4高达2%。推测研究区内围岩中Ca、Ba元素普遍含量高,为方解石、重晶石矿的形成提供了物质来源(见表1)。

4.2 成矿温度

岩石或矿床是在一定的温度范围内形成的,而且常常经历了若干形成阶段,因此矿物的均一温度应是一个范围而不是一个固定的值[8]。鄂西南地区重晶石、方解石研究程度较低,根据原湖北第九地质大队采集重晶石包体测温结果[9],重晶石矿石包裹体测得成矿温度109～222 ℃,属低温成矿(见表2)。

表1 松滋刘家场重晶石矿区围岩中Ba的含量表[9]Table 1 Ba content of wall rock in Liujiachang barite ore area of Songzi

表2 松滋地区重晶石包体测温结果表[5]Table 2 Results of the barite xenoliths temperature measurement in Songzi

5 成因探讨

5.1 成岩作用

鄂西南地区不同时代地层、岩石的含矿(Ba、Ca)性表明:富硫或有机组分的寒武系—奥陶系地层[10],尤其是下奥陶统灰岩和白云岩是Ba的主要富集层(表1)。其中Ba含量相当于地壳平均含量(20×10-6～200×10-6)的35～250倍,并与Ca同步在海盆环境中沉淀、富集。沉积物刚被埋藏以后,处于低温低压环境,藻类、海绵等有机质在厌氧细菌作用下,使有机质腐烂分解,产生H2S、CH4、CO2等气体,将碳酸基矿物溶解成重碳酸盐,介质由酸性氧化环境渐变为还原环境,沉积物介质重新分配、重新组合,钡、氟和部分钙活化,形成新生自生矿物,加上上覆沉积物的不断堆积压缩,逐步固结成岩,形成富含Ba、Ca的寒武系—奥陶系地层,为矿体的形成提供物质来源。

5.2 成矿的热动力作用

岩浆活动、地壳运动为成矿提供了热动力条件和导矿—储矿成矿系统。根据鄂西南北边的磁性正异常分析,本区域很可能存在中酸性岩体,该岩体的存在即为成矿提供物质来源,也为矿质迁移充填于构造破碎带提供热动力;本区构造运动特别发育,构造运动多期次活动,矿体大多沿断裂分布,如穿过研究区的仙女山断裂、渔洋关断裂、刘家场断裂等,它们不同程度地控制了含矿热液、地表水和地下水的运移,或控制了成矿物质和介质的聚集及运移,为其活动产生的次级构造提供了有利的容矿空间,即断裂构造形成构造热液使矿源层中有用组分析出,并沿次级断裂或节理裂隙密集带或沿相交断裂复合部位多期沉淀、叠加富集,且含矿热液沿裂隙、溶隙及其他导矿、容矿构造在上升运移过程中因温度和压力的变化等而产生分异作用,进而控制方解石、重晶石矿体的空间分布。

6 结论

本文通过分析区域地质背景、地球物理特征,归纳研究区方解石—重晶石矿成矿地质特征,在综合分析研究区的成矿地质特征和成矿物质来源的基础上,探讨研究区的成矿成因,得到如下结论:

(1) 研究区方解石、重晶石矿(床)点赋矿地层主要为寒武系、奥陶系碳酸盐地层中,且主要分布于背斜转折端地层中,容矿构造主要为裂隙密集带或断裂带。

(2) 通过对成矿流体特征的分析,本区寒武系—奥陶系地层中灰岩和白云岩是Ba和Ca的主要富集层,其中Ba含量普遍高于地壳平均含量,为重晶石、方解石矿提供物质来源,成矿温度109～222 ℃,属低温成矿。

(3) 根据对本区地球物理特征和成矿特征的分析表明,本区方解石、重晶石矿与岩浆活动、构造运动有关,岩浆活动为成矿提供了热动力条件,多期次的构造运动为成矿提供了导矿—储矿成矿系统,含矿热液沿裂隙、溶隙及其他导矿、容矿构造在上升运移过程中因温度和压力的变化等而产生分异作用,控制了方解石、重晶石矿体的空间分布。

[1] 李春阳,田升平,牛桂芝.中国重晶石矿主要矿集区及其资源潜力探讨[J].化工矿产地质,2010,32(2):75-86.

[2] 中南冶金地质研究所.湖北省松滋市矿业权设置方案[R].宜昌:中南冶金地质研究所,2014.

[3] 湖北地质科学研究所.湖北省五峰土家族自治县矿业权设置方案[R].武汉:湖北省地质科学研究所,2013.

[4] 中南冶金地质研究所.湖北省宜昌市宜都县矿业权设置方案[R].宜昌:中南冶金地质研究所,2014.

[5] 中南冶金地质研究所.湖北省长阳土家自治县矿业权设置方案[R].宜昌:中南冶金地质研究所,2014.

[6] 湖北省矿产地质局.湖北省区域地质志[M].北京:地质出版社,1990.

[7] 湖北省地质局物探队.湖北省区域地球物理场地质解释及成矿预测[R].北京:全国地质资料馆,1983.

[8] 卢焕章,范宏瑞,倪培,等.流体包裹体[M].北京:科学出版社,2004:205-209.

[9] 湖北省第九地质大队.湖北省松滋市刘家场矿区重晶石矿详细普查[R].武汉:湖北省地质资料馆,1981.

[10] 湖北省地质局区域地质测量队.1∶20万宜昌—长阳幅地球化学调查[R].武汉:湖北省地质资料馆,1970.

(责任编辑：于继红)

Metallogenic Geological Characteristics and Genesis ofCalcite and Barite Deposits in Southwestern Hubei

YANG Hongwei, GUO Wei, QIN Yuankui, CHEN Mengjie, LIU Hai, FAN Jiulin, WANG Teng, JIANG Tao
(CentralSouthInstituteofMetallurgicalGeology,Yichang,Hubei443000)

Combining the previous literatures and field geological practice,The anthors sum up the calcite,barite ore mineralization geological features and metallogenic formation in the study area,through the analysis of regional geological background and geophysical characteristics.It shows that the ore-bearing strata of calcite,barite ore(bed)within the study area is mainly in the Cambrian and Ordovician carbonate formation in which the limestone and dolomite is the main enrichment layer with Ba and Ga.And the Ba is generally higher than the average content of the earth crust,thus it can provide the source material for barite and calcite mineral.Owing to the ore-forming temperature at about 109～222 ℃,the genesis of ore belongs to the low temperature mineralization.Calcite,barite ore are related to the magmatism and tectonic movement:the magmatism provides thermodynamic conditions,while the tectonic movements of multiple times provides a mineral transfer,mineral deposition ore-forming system for mineralization.

mineralization; geological characteristics; calcite; barite

2016-07-18;改回日期:2016-11-24

湖北省国土资源厅科技计划项目“湖北长阳—松滋地区低温热液型矿产成矿规律及找矿前景研究”(编号:ETZ2016A11)。

杨宏伟(1965-),男,高级工程师,固体矿产勘查专业,从事地质矿产勘查及研究工作。E-mail:470378929@qq.com

P619.25+1

A

1671-1211(2017)02-0154-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.02.007

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170314.0820.008.html 数字出版日期:2017-03-14 08:20