鄂西新塘—红土地区孤峰组岩石硒的富集规律研究

孙 腾， 周 豹， 石先滨， 岳永强， 李明龙

(1.湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034； 2.湖北省地质局 第二地质大队，湖北 恩施 445000)

湖北恩施被称为“世界硒都”，是中国著名的富硒地区，区内有全球唯一探明的独立硒矿床——渔塘坝硒矿床。近年来，恩施地区富硒产业蓬勃发展，获得巨大的经济效益和社会效益。为保障富硒产业稳定发展，查明硒资源的富集规律、分布情况及潜力显得尤为重要。

富硒地层的分布控制硒资源的分布，而在所有富硒地层中，中二叠世孤峰组(P2g)的硒含矿性最好[1]。恩施东部新塘—红土地区广泛分布孤峰组黑色岩系，形成较高的硒地球化学背景，并伴生钒、钼等有用元素，是重要的硒、钒、钼成矿远景区[2-3]。湖北省地质调查院在该区实施了《湖北省恩施市红土溪硒钒钼矿预查》项目，在孤峰组中圈定了数条富硒矿化体(Se≥100 μg/g)和钒矿体(V2O5≥0.70%)，大致查明了该区硒、钒、钼矿资源远景。总结项目探槽及剖面资料，分析新塘—红土地区孤峰组岩石中硒的富集规律，指出硒资源远景区，以期为该区硒资源的合理开发利用提供基础资料。

1 研究区地质概况

研究区地处湖北省恩施市东部新塘乡和红土乡一带。大地构造位置位于扬子陆块区上扬子南部被动边缘褶冲带之八面山台褶带西部。

区内地层除上志留统、下泥盆统缺失外，自早古生代志留系—中生代三叠系均有出露(图1)。志留系—石炭系主要分布于研究区中部的马尾沟峡谷，岩性以泥岩、粉砂岩、石英砂岩及白云岩、白云质灰岩为主。二叠系在区内分布最为广泛，面积约占全区的67%，岩性由下到上主要为石英砂岩—泥岩(梁山组)→生物屑灰岩(栖霞组、茅口组)→含碳硅质岩夹炭质页岩(孤峰组)→泥质粉砂岩夹煤线(龙潭组)→白云质灰岩夹泥岩(下窑组)→含碳硅质岩夹页岩(大隆组)。在二叠纪晚期，研究区处于鄂川滇浅海北东部的近东西向半封闭建松浅海盆地碳硅质岩相古地理环境[4]，沉积形成了孤峰组富含硒、钒、钼的炭质页岩—含碳硅质岩建造。下三叠统主要分布于新塘中部和红土溪南东部，仅发育大冶组灰岩夹泥岩建造和嘉陵江组灰岩—白云质灰岩建造。

受区域上前坪背斜和花坪向斜两条北东向褶皱影响，区内地层产状变化较复杂，但总体上呈向北西方向缓波状起伏的单斜构造，发育上房向斜、天落水背斜等规模较小的北东向宽缓褶皱，断裂不甚发育。

前人以Se=10 μg/g为下限在研究区圈定了6处Se异常[5]，主要分布于新塘乡、灯草池、红土溪—乌鸦坝和老村等处(图1)，Se异常范围广，与孤峰组分布范围套合较好，为本区硒矿潜力评价提供了有利的化探异常信息。

图2 研究区孤峰组厚度等值线图Fig.2 Thickness column map of Gufeng Formation in study area1.探槽位置及孤峰组厚度；2.剖面位置及孤峰组厚度；3.厚度等值线。

图1 研究区地质及硒矿分布图Fig.1 Geology and selenium ore distribution map in study area1.下三叠统；2.上二叠统；3.中二叠统牯牛潭组；4.中二叠统梁山组—茅口组；5.中石炭统；6.中—上泥盆统；7.下志留统；8.整合地质界线；9.平行不整合地质界线；10.断层；11.岩层产状；12.富硒矿化体(Se≥100 μg/g)；13.探槽位置及编号；14.剖面位置及编号；15.硒水系沉积物异常(Se≥10 μg/g)。

2 孤峰组岩性特征

孤峰组为研究区硒含矿岩系，为一套形成于半封闭浅海盆地环境的黑色炭质页岩—含碳硅质岩建造，与上覆上二叠统龙潭组灰白色粘土岩平行不整合接触，与下伏中二叠统茅口组含燧石结核灰岩整合过渡。综合探槽对孤峰组的揭露情况，区内孤峰组为碳硅质页岩—碳硅质岩基本层序型，按岩性组合特征可划分为3个岩性层，由下到上描述如下：

(1) 含碳硅质岩夹灰岩层(SQ1)。灰黑色薄—中层状含碳硅质岩偶夹灰色中层状灰岩、灰岩透镜体。含碳硅质岩具水平层理，单层厚度为5～25 cm，层间偶夹灰岩，以中层状为主，厚度10～30 cm。在红土乡东南部，可见灰岩夹层呈透镜体状断续分布。该岩性层厚0～5.62 m，仅见于红土地区，在新塘片区不发育。

(2) 含碳硅质岩夹炭质页岩层(SQ2)。灰黑色薄层状含碳硅质岩夹炭质页岩。含碳硅质岩与炭质页岩呈不等厚互层状产出，形成韵律层。含碳硅质岩具隐晶质结构，薄层状构造，单层厚度2～8 cm，发育水平层理。炭质页岩层厚度一般为0.5～4 cm，在中上部局部可达8 cm，具纹层状构造及水平层理。在红土乡西南一带，含碳硅质岩中发育1～2层厚2～4 cm的半暗腐泥煤。该岩性层常发育菊石化石，厚6.05～16.29 m。

(3) 炭质页岩层(SQ3)。灰黑色炭质页岩、碳硅质页岩、薄层状炭质泥岩，水平层理发育，含星点状、纹层状和少量结核状黄铁矿，偶含深灰色硅质结核。红土地区普遍见该岩性层中下部夹白云质灰岩或泥晶灰岩，一般呈透镜体状、中层状产出，单层厚20～40 cm。该岩性层厚0.50～22.83 m。

3 孤峰组空间分布特征

孤峰组出露良好，在新塘地区主要沿马尾沟沿岸、清江沿岸和新塘—老林坪呈环状出露，在红土地区主要沿三岔溪—红土乡—乌鸦坝和漂水岩—阮家坪—上鱼塘呈哑铃状出露。根据现有探槽及剖面资料，恢复和绘制孤峰组厚度等值线图(图2)，显示孤峰组厚度为7.46～37.69 m，总体上具西薄东厚的分布特征。由探槽XTC1→XTC6→HTC2→HTC5，揭露孤峰组厚度为10.49 m→15.37 m→26.23 m→33.04 m，由西往东逐渐增厚(图3)。孤峰组在老林坪、大坪、红土乡西南一带最薄，为7.46～8.33 m，构成三个相对隆起区；在东部水田坝—阮家坪一带最厚，为30.08～37.69 m，构成北西向展布的相对凹陷区。

孤峰组厚度差异主要体现在SQ3岩性层厚度上。SQ3岩性层厚度差别较大，在新塘地区为0.65～6.65 m，在红土地区主要为7.20～22.83 m，在红土乡西南由HTC7、HTC10揭露的SQ3岩性层厚度仅0.5 m左右。SQ2岩性层厚度较稳定，在新塘地区为5.46～14.01 m，在红土地区为7.94～16.29 m，差别不大。而SQ1岩性层仅在红土地区发育，在水田坝—阮家坪一带可见其厚度为0～5.62 m，表明在红土东部地区孤峰组下部逐渐出现含碳硅质岩夹碳酸盐岩岩性，反映出沉积环境由半封闭局限海盆硅质岩夹炭质页岩亚相向局限潮下硅质岩夹碳酸盐岩亚相的过渡。

图3 孤峰组岩性及Se含量对比图Fig.3 Comparison diagram of lithology and Se content of Gufeng Formation1.粘土岩；2.炭质页岩；3.含碳硅质岩；4.白云质灰岩；5.生物屑灰岩；6.含硅质团块灰岩；7.岩性层厚度。

4 孤峰组岩石硒的富集规律

4.1 硒的含矿性

Se含量数据来源于探槽刻槽样分析结果，统计表明，研究区孤峰组岩石Se含量为0.8～789.8 μg/g，平均为49.0 μg/g，是地壳平均含量(0.05 μg/g)的近1 000倍[6]。其中新塘地区孤峰组岩石Se含量为2.0～494.6 μg/g，平均为72.8 μg/g；红土地区孤峰组岩石Se含量为0.8～789.8 μg/g，平均为35.2 μg/g，总体上新塘地区的Se含矿性好于红土地区。Se含量最高值为789.8 μg/g，出现在红土乡西南一带，调查发现该区居民有出现指甲脱落等硒中毒症状，反映出该地段孤峰组岩石具有极高的硒含量。孤峰组岩石的高硒背景也是造成研究区表层土壤硒含量均值高达1.49 μg/g，是全国均值7.2倍的主要因素[7]。

孤峰组SQ3岩性层Se含量为0.8～155.0 μg/g，平均13.3 μg/g；伴生V2O50.013%～0.287%，平均0.123%；Mo 0.000 1%～0.006%，平均0.000 8%。为SQ2岩性层Se含量1.7～789.8 μg/g，平均65.7 μg/g；伴生V2O50.021%～0.905%，平均0.364%；Mo 0.000 6%～0.077 4%，平均0.007 6%。SQ1岩性层Se含量为5.8～73.0 μg/g，平均为25.5 μg/g；伴生V2O5、Mo含量低。硒的富集受地层层位的控制，三个岩性层的矿化不均匀，以SQ2岩性层含矿性最好，硒、钒矿化均在SQ2岩性层富集。

孤峰组岩石Se含量垂向变化曲线显示，Se主要在SQ2岩性层中部—上部富集，少量跨入SQ3岩性层底部(图3)。对于SQ2岩性层中的炭质页岩和含碳硅质岩，研究将同一刻槽样的两种岩性分别取样分析，发现炭质页岩中Se、V、Mo含量分别是含碳硅质岩的0.6～4.1倍、1.1～10.4倍、0.6～8.2倍，平均为2.5、4.2、3.8倍，说明硒的富集也受岩性的控制，炭质页岩相对于含碳硅质岩，Se更加富集。

4.2 富硒矿化体特征

本次研究将品位在硒克拉克值2 000倍以上、工业指标以下即100 μg/g≤Se≤800 μg/g的硒矿化体称为富硒矿化体。通过探槽工程控制，在研究区圈定了7个富硒矿化体，主要分布于新塘、山花嘴和红土溪一带，构成三个主要的硒矿找矿远景区。

富硒矿化体主要赋存于孤峰组含碳硅质岩夹炭质页岩岩性层(SQ2)中—上部，但在红土溪一带的炭质页岩层(SQ3)底部也可圈出。富硒矿化体呈似层状、透镜体状，产状与地层一致，顶板为炭质页岩或含碳硅质岩夹炭质页岩，底板为含碳硅质岩夹炭质页岩，需以品位来区分。富硒矿化体地表出露长度0.9～9 km，厚度2.73～8.46 m，Se品位133.7～340.5 μg/g，伴生V2O50.164%～0.839%、Mo 0.002 1%～0.023 3%。矿石的矿物成分以非金属矿物为主，主要由玉髓(石英)、炭质、水云母组成；金属矿物含量不到1%，主要为黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿、黄铁钾矾以及含硒黄铁矿、硒铁铜矿等。

通过圈定富硒矿化体，初步查明了研究区岩石硒资源的分布特征及其潜力，将为硒资源的合理开发利用提供地质依据[8]。此外，在研究区孤峰组含碳硅质岩夹炭质页岩岩性层(SQ2)中部中圈定了4个钒矿体，分布范围与富硒矿化体相似但出露更长，产出层位一般略高于富硒矿化体或部分重合。钒矿体呈似层状，露头长度>2 km，厚度1.04～3.65 m，V2O5品位0.702%～0.905%，具中型钒矿床规模的资源潜力，可综合利用。

4.3 硒的富集机制

综合前人对恩施地区硒矿矿物学、岩石地球化学等研究成果及本次获得的新证据，简单探讨区内孤峰组岩石硒的富集机制。

统计区内孤峰组岩石V/(V+Ni)的比值在0.71～0.99之间，指示孤峰期沉积水体环境总体为极度缺氧至硫化的还原环境[9-10]。石先滨通过富硒层位上下火山事件层锆石U-Pb年龄限定区域硒矿的成矿时限为265.1—260.0 Ma[11]。在此期间，由火山事件引起的热水沉积作用与生物沉积作用的共同影响[12-17]，来自古陆的陆源碎屑物、来自生物遗体的有机物等逐渐结合，在半封闭的建松浅海滞留盆地中沉积形成了孤峰组富含有机碳的含碳硅质岩—炭质页岩建造，而此时主要来自深源的Se则以有机结合态被炭质吸附，或形成少量硒硫化物，甚至形成自然硒而逐渐富集[18]。

层序地层研究表明，孤峰组沉积时相对海平面高度与岩石Se含量、Ni/Co比值具有相关性[19]，Ni/Co比值越大，对应沉积时海水的深度越大。以研究区HPM4为例，孤峰组岩石的Se、S含量与Ni/Co比值变化相协调(图4)，且SQ2岩性层中—上部Ni/Co比值高达65～180，V/(V+Ni)比值为0.93～0.96，说明孤峰组SQ2岩性层中—上部形成时期水体更加趋于硫化还原环境，这可能是造成Se在SQ2岩性层中—上部更加富集并形成富硒矿化体的原因。

图4 孤峰组岩石Se、S含量与Ni/Co比值关系图Fig.4 Comparison diagram of Se content,S content andNi/Co ratio in rocks of Gufeng Formation1.粘土岩；2.炭质页岩；3.含碳硅质岩4.生物屑灰岩；5.含硅质结核灰岩。

5 总结

(1) 孤峰组由上向下分炭质页岩层、含碳硅质岩夹炭质页岩层、含碳硅质岩夹灰岩层3个岩性层。硒的富集受地层层位、岩性和沉积水体还原环境的控制。区内孤峰组岩石的Se含量为0.8～789.8 μg/g，以含碳硅质岩夹炭质页岩层含矿性最好。Se主要富集于该岩性层的中—上部，可能与其沉积时处于更加还原的硫化水体环境有关。

(2) 以Se≥100 μg/g为指标，在孤峰组含碳硅质岩夹炭质页岩层中圈定了7个富硒矿化体，指明研究区新塘、山花嘴、红土溪三个地段具有良好的岩石硒资源潜力。