吉首市大坪方解石矿地质特征及成因探讨

陈迎培，杨锦坤，李家清

（湖南省有色地质勘查局二四五队，湖南 吉首 416007）

1 区域地质概况

研究区位于扬子准地台东南缘，湘西弧形构造带上，构造位于区域性古丈-吉首深大断裂的南东部[1]（图1），该构造严格控制着区域内岩相古地理和一系列次级断裂、褶皱构造的展布。区内出露白垩系、震旦系及寒武系地层。

图1 区域构造纲要图

区内方解石矿主要分布于中温热液矿床的外围，且有距NNE、NE向深大断裂构造带越远方解石矿脉变小的趋势。方解石矿主要集中在NE向花垣-张家界深大断裂、古丈-吉首深大断裂带、桑植复式向斜、古丈复式背斜附近及其后期次一级张性断裂裂隙中，方解石矿脉多填充于较为直立的张性断裂、断裂裂隙中，表明构造断裂带对方解石的成矿有较大的影响[2]。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层除沿河谷分布的第四系残坡积物外，主要为寒武系地层，岩性基本情况如下：①寒武系上统车夫组（∈3c）：由薄层泥质条带状灰岩夹厚层角砾状灰岩、竹叶状灰岩及白云岩组成，底部有一层厚约30m～40m的白云岩；②寒武系上统比条组（∈3b）：由青灰色厚层，块状致密灰岩及细粒结晶灰岩组成，下部灰岩呈瘤状或条带状构造，夹假鲕状灰岩。上部灰岩常具斜交的泥质纹带，夹数层中至粗粒结晶白云岩。

2.2 赋矿层位

区内方解石矿主要赋存于断裂裂隙中，赋矿地层为寒武系上统比条组（∈3b），矿体顶底板地层均为寒武系上统比条组（∈3b）灰色、青灰色中厚层灰岩，在底板见断层泥、岩粉、泥砾和角砾。

2.3 构造

矿区褶皱构造不发育，断裂构造较发育,为张性断裂，主要发育于测区北东部、中部及南西部，以NNE-NE向断裂为主。

F1张性断裂大致走向30°，倾向300°左右，倾角42°～58°，破碎带宽6m～38m，延伸长度约为750m，断裂面见断层泥、岩粉、泥砾、角砾和角砾状方解石，为方解石矿主要控矿断层（控矿断裂裂隙）。

F2张性断裂大致走向35°～80°，倾向305°～350°左右，倾角43°～69°左右，破碎带宽6m～8m，延伸长度约为800m，断裂面见断层泥、岩粉、泥砾、角砾和角砾状方解石，为方解石矿主要控矿断层（控矿断裂裂隙）。

F3张性断裂大致走向45°，倾向310°左右，倾角46°，破碎带宽4m～9m，延伸长度约为300m，断裂面见断层泥、岩粉、泥砾、角砾和角砾状方解石，为方解石矿主要控矿断层（控矿断裂裂隙）。

F4张性断裂大致走向30°～74°左右，部分地段近于直立，破碎带宽4m～12m，延伸长2600m，断裂面见断层泥、岩粉、泥砾、角砾和角砾状方解石，为方解石矿主要控矿断层（控矿断裂裂隙）。

3 矿床地质特征

3.1 矿体（层）特征

矿区主要分布4条方解石矿脉，编为V1、V2、V3号和V4号矿脉，矿脉近乎平行展布。矿体（层）呈脉状产于寒武系上统比条组（∈3b）地层的张性断裂裂隙中，总体呈“长条”形脉状展布。据探槽及钻探工程证实，矿体严格受张性断裂控制，其倾向、倾角与张性断裂保持一致；矿体（厚）宽深部变化情况与地表基本一致，即地表矿体膨大地段，在深部同样膨大。矿体（层）走向方向相对稳定，控制的4条矿脉长度在300m～2600m之间，矿体两端见有尖灭现象，矿体厚度2.0m～38.0m，这与张性断裂形成时地层被撕裂的宽度有直接联系，张性断裂为方解石矿的主要容矿空间；倾向方向矿体下部近围岩处，通常有灰岩角砾包裹体或角砾状方解石及围岩碎屑，方解石矿品质相对较差，中部及顶部方解石相对较纯，结晶程度也较好，方解石矿均为透明、半透明状三方晶系[2]。矿体（层）与围岩接触界线分明，围岩无明显的蚀变及过渡带。从探槽及钻探工程揭露情况统计各矿体（层）特征见表1。

表1 大坪方解石矿各矿体（层）特征一览表

3.2 矿石质量

矿石结构构造：矿石构造以块状、条柱状构造为主，少量条纹状构造；矿石结构以自形结构为主，次为半自形结构[3]。

矿物成分：矿石的主要矿物成分为透明至半透明的方解石三方晶系组成。

矿石化学成分：分析样品CaO、白度、Fe2O3和S，分析结果统计见表2。由表2可知，矿体CaO含量53.03%～55.87%,平均54.75%；白度80.68%～91.50%，平均88.18%；Fe2O3含量0.016%～0.3075%，平均0.097；S含量0.05%～0.096%，平均0.089%。

4 控矿因素

区内方解石矿床呈脉状产出，其成矿过程主要是：中低温汽水热液沿导矿断裂上升，对两侧的碳酸盐岩产生溶蚀、林滤和褪色作用；再加上地表水和大气降水的风化、淋蚀作用，使碳酸盐岩中的碳酸钙重溶；形成富碳酸钙溶液，于半开放式的节理、裂隙、断裂带或岩溶洞穴中聚集；在饱和状态下碳酸钙产生重结晶而形成方解石；呈脉状、层状或岩体状，集中赋存于碳酸盐岩中，形成形态各异的方解石矿床。其成矿过程和产出形态受多种因素控制，主要的控矿因素为：地层岩性、构造及赋矿场所。

4.1 地层岩性因素

湘西地区大面积分布碳酸盐岩，特别是寒武系地层中的灰岩，灰岩厚度较大，灰岩成份主为碳酸钙（CaCO3），这为方解石矿提供了丰富的物质来源[2]。区内方解石矿体（层）产于寒武系上统比条组（∈3b）灰岩地层中，赋矿围岩岩性主要为灰色、青灰色中厚层灰岩。围岩岩性对方解石矿矿石的品质影响较大，即纯灰岩内矿石白度及碳酸钙含量明显较高。因此，区内广泛发育的钙质碳酸盐岩，特别是纯灰岩出露地段对方解石成矿最为有利。

4.2 构造因素

区内发育的NNE-NE向断裂构造是本区内方解石成矿的重要控矿因素。区域性NE向花垣-张家界深大断裂、古丈-吉首深大断裂带、桑植复式向斜、古丈复式背斜及其后期次一级张性断裂、裂隙严格控制区内方解石矿床成矿，断裂裂隙中灰岩较为发育，为成矿热液和浅表饱和碳酸钙溶液提供了运移通道和储存空间。

4.3 赋矿场所

碳酸盐岩发育区域的岩石中，方解石脉、团块往往随处可见，但能形成上规模的方解石矿体却很少，其主要原因就是赋矿聚集场所的制约。不论地下汽水热液上升重溶围岩而形成的富碳酸钙溶液，均有就近于储藏空间聚集的特性。即储矿空间的性质、形态、大小决定了饱和碳酸钙溶液重结晶形成方解石矿的产出形态及规模。因此，碳酸盐岩区向上开放的张性断裂、裂隙和复式褶皱的层间滑动往往易形成厚、大的储藏空间，对形成上规模的方解石成矿有利。

5 矿床成因

在区域性NE向花垣-张家界深大断裂、古丈-吉首深大断裂带、桑植复式向斜、古丈复式背斜形成后，地下热液活动相对较活跃，在其后的NE-NNE向的张性次一级张性断裂、裂隙形成时，大量的碳酸钙热液通过拉张断层及断裂裂隙从矿床下部周边通过断裂进入围岩，当温度适宜时，结晶形成方解石矿（成因模拟如图2所示），成因类型为地下“热液成因”[2]，主要特征如下。

表2 大坪矿区方解石矿化学成分统计

图2 结晶形成方解石矿模型

①方解石矿呈条柱状结构，说明方解石在冷却成矿过程中为有确定流动方向的，物源具流动性；②方解石矿体（层）与围岩接触界线分明，围岩无明显的蚀变及过渡带；③在张性断裂拉张过程中，将产生围岩角砾及碎屑，角砾及碎屑在热液入侵时，在重力作用下会下沉，因此，角砾及碎屑会富集于断裂下盘（即矿层底板），形成角砾状方解石，近上盘的矿层顶板处方解石矿结晶程度都相对较高，矿石品质也较好；④方解石矿体（层）产状与围岩（灰岩）产状为斜交，与张性断裂产状一致,方解石矿产状较陡（局部地段近于直立），围岩（灰岩）产状较缓，证明方解石矿体（层）非围岩经改造重结晶形成，而是物源通过地下热液的方式从下部随断裂导矿，在适宜的温度条件下冷却结晶富集于断裂裂隙中形成。因此，认为本区方解石矿床成因应属中低温热液裂隙充填型矿床。

6 结论

①大坪方解石矿位于扬子准地台东南缘，湘西弧形构造带上，构造位于区域性古丈-吉首深大断裂的南东部，赋矿地层为寒武系上统比条组（∈3b）灰岩，方解石矿体（层）呈脉状产于张性断裂裂隙中；②方解石矿的形成与NE向区域性深大断裂带、复式向斜背斜及其后期次一级张性断裂、裂隙有关；③湘西地区的方解石矿成因类型主要为地下“热液成因”型；④方解石矿的物质来源主要为下部碳酸钙热液，非围岩蚀变形成；⑤认为本区方解石矿床成因应属“中低温热液裂隙充填型”矿床。希望通过本文的论述和分析，可作为本区或类似地区寻找同类型矿床研究和参考。