郴州市碳酸钙类矿产分布规律及找矿方向浅析

2020-05-30文一卓田军委孟雨红许以明

资源环境与工程 2020年1期

文一卓，田军委，孟雨红，许以明

(湖南省湘南地质勘察院，湖南郴州 423000)

钙在自然界中分布很广，在地壳中含量为3%，仅次于氧、硅、铝、铁，居第五位。钙元素化学性质比较活泼，多以离子或化合物形式存在，自然界中钙多以碳酸钙的形式赋存于各类岩石中。碳酸钙是重要的无机多用途矿物原料，由于其特有的物理化学性质，以及价格低、原料广、无毒性等特点而被广泛地用于造纸、塑料、橡胶、油漆涂料、胶粘剂和密封剂以及建材等领域，特别是在倡导环保与低碳经济的今天，碳酸钙的应用领域更加宽广，需求量也不断增长。如近几年，造纸行业碳酸钙消费量年增长率就在8%左右，增长势头明显。近年来，由于科学技术的不断发展及市场需求的多样化，在生产技术方面也对碳酸钙提出了更高的要求，相继出现了微细、超微细、活性、高纯和纳米碳酸钙等[1]。

郴州市地处南岭成矿带中段，有色金属、特色非金属、稀有金属、贵金属等矿产资源丰富。近年来，为适应社会经济发展，挖掘碳酸钙类非金属矿产的利用潜力，提振郴州经济，助力郴州产业经济转型，将资源、区位、生态优势转化为产业优势，本文通过对郴州碳酸钙类矿产资源进行研究与探讨，为本区寻找更丰富、更优质的碳酸钙矿产资源提供找矿方向。

1 碳酸钙矿产的分类

根据碳酸钙生产方法的不同，可将碳酸钙分为轻质碳酸钙、重质碳酸钙和活性碳酸钙、纳米碳酸钙、药用碳酸钙及食用碳酸钙等。

本文中碳酸钙类矿产主要是指重质碳酸钙中的方解石、大理石矿床。

2 郴州碳酸钙类矿产分布特征

郴州市碳酸钙类矿产广泛分布于北湖区、苏仙区、桂阳县、临武县、宜章县等地。矿床主要产于加里东—燕山期大义山岩体南体、骑田岭岩体、大东山岩体外接触带的泥盆系—石炭系—二叠系碳酸盐岩地层中，具有分布面积广、规模大、品质好、易采选等特点(图1)。矿种主要为方解石和大理石矿。根据碳酸钙类矿产的分布特征，可在郴州市范围内划分出大义山岩体(南体)矿集区、骑田岭岩体矿集区、大东山岩体矿集区等三个矿集区，其中大义山岩体(南体)矿集区目前已发现大小矿床5处(方解石矿床1处，大理石矿床4处),均分布于大义山复式岩体边缘，赋矿地层以泥盆系及石炭系碳酸盐岩沉积为主。骑田岭岩体矿集区已发现大小矿床17处(方解石矿床5处，大理石矿床12处)，资源储量大且分布集中，矿体均产于骑田岭岩体边缘，赋矿地层以石炭系及二叠系碳酸盐岩沉积为主。在郴州市境内大东山岩体矿集区目前已发现大小矿床4处(方解石矿床3处，大理石矿床1处)，均分布于大东山岩体边缘，赋矿地层以泥盆系碳酸盐岩沉积为主。

截至2018年底，全市累计查明各类型碳酸钙类矿产资源储量2.07亿t，其中方解石矿资源储量0.54亿t，大理石矿资源储量1.53亿t。

图1 郴州主要碳酸钙资源分布略图
Fig.1 Sketch map of the distribution of major calcium carbonate resources in Chenzhou
1.碳酸钙类矿山；2.泥盆系；3.石炭系；4.二叠系；5.三叠系；6.晚侏罗世花岗斑岩；7.晚侏罗世花岗岩；8.中侏罗世花岗岩；9.早侏罗世花岗岩；10.晚三叠世花岗岩；11.晚二叠世花岗岩；12.深坑里矿区范围。

3 典型矿床特征

3.1 矿区地质概况

湖南省临武县深坑里矿区大理岩矿[2]位于临武县北东方向，距县城直线距离约27 km，面积6.39 km2。区内出露地层有石炭系中上统壶天群，二叠系下统当冲组、栖霞组，二叠系上统龙潭组及第四系，褶皱断裂较发育，岩浆岩主要是北部的骑田岭岩体及中北部的一条花岗斑岩脉，矿区内蚀变与骑田岭花岗岩体密切相关，蚀变类型主要有大理岩化、绿泥石化和绢云母化，其中大理岩化是区内最普遍,亦是与大理岩矿关系最密切的蚀变类型。

3.2 矿床特征

深坑里矿区位于骑田岭岩体南西部外接触带(图1)，赋矿围岩主要为石炭系壶天群碳酸盐岩，往往壶天群碳酸盐岩就是大理岩矿(化)体。该类型大理岩矿在湘南地区印支期—燕山期的花岗岩体与上古生代地层的接触部位几乎都有分布，矿(化)体平面形状多不规则，常因接触关系的不同而变化，随着与接触带距离的增大，可见到在大理岩—大理岩化灰岩—灰岩，彼此之间呈过渡关系：离花岗岩体近而至纯的灰岩，经热变质重结晶后，多形成质高色纯的方解石矿；距离岩体稍远或岩石中有泥质等杂质的碳酸盐岩，则形成云雾状图案和深浅不一的条纹、条带，如云雾、宁白玉、金灰玉等品种；靠近岩体边部接触带，则由于交代作用的影响产生矽卡岩化而形成芝麻白等品种。湘南地区大理岩体一般分布在接触带附近或距岩体300～500 m范围内，由于矿区内岩体往南倾角仅20°，在岩体外接触带2 km处仍有大理岩出露地表。

该区大理岩矿系由壶天群灰岩和白云岩热变质而成，其分布特征主要受地层及与岩体分布距离控制，厚>310 m，其形态、产状与地层基本一致，呈层状、似层状产出。其中方解石大理岩矿体只分布在壶天群(C2+3ht)地层上部，矿体形态以似层状、层状为主，次为透镜状、不规则状。矿体内夹数层白云石大理岩，绝大部分界线明显，少数呈渐变关系。矿层走向北北东，倾角一般为45°～65°。

3.3 资源量估算

资源储量估算采用的工业指标为：CaO≥52%，白度≥85%，可采厚度≥2 m，夹石剔除厚度≥1 m。

经估算探获了332+333方解石大理岩矿石资源储量1 272.7万t，其中332资源储量562.0万t，占比44.2%；332+333白云石大理岩矿石资源储量3 819.4万t，其中332资源储量1 188.8万t，占比31.1%。提交了一处大型的方解石大理岩矿床。

4 控矿因素

区内碳酸钙类矿产受地层岩性与岩浆岩联合控制，为热接触变质型矿床。

(1) 地层：区内地层出露较齐全，与成矿关系密切的主要有泥盆系中统棋梓桥组、上统佘田桥组与锡矿山组、石炭系下统石磴子组与梓门桥组、中上统壶天群、二叠系下统栖霞组等浅海相碳酸盐岩地层。碳酸钙类矿产主要分布在上述碳酸盐类沉积岩与花岗岩体的外接触带中。

(2) 岩浆岩：区内岩浆岩甚为发育，岩石类型复杂，产状以岩基或岩株为主，其次为岩枝、岩脉、岩墙，出露面积约3 713 km2。其中，大义山、骑田岭、大东山等中酸性岩体均呈岩基或岩株状产出，规模大，岩浆的侵入释放了大量的热能，为本区碳酸钙类矿产的形成提供了丰富的热力条件。①印支期岩浆岩。区内出露为印支期第二阶段岩浆岩，主要分布于桂阳北部和北湖、苏仙、宜章的交界处等，主要呈岩基或岩株产出，如大义山、骑田岭。大多数岩体侵入于加里东隆起核心部位，部分侵入于加里东隆起带与印支褶皱坳陷带的接壤部位。岩性主要为黑云母二长花岗岩，次为黑云母花岗岩。矿物成分以石英、钾长石、斜长石为主，次为黑云母。总体为偏酸、偏钙碱性或钙碱性岩体。本期岩体与区内碳酸钙类矿产有成因上的联系。②燕山早期岩浆岩。主要分布于本区南部，较大的有骑田岭、大东山、大义山等岩体。呈岩基、岩株、岩枝产出。岩体与围岩呈侵入接触关系。由于燕山运动的多阶段性，使得燕山早期岩体矿物成分复杂，岩石种类多样性明显，主要有黑云母二长花岗岩、黑云母钾长花岗岩、黑云母花岗岩、黄玉霏细斑岩(香花石)等，属钙碱性岩体。

燕山早期区内岩浆活动最为频繁，规模巨大，区内重要的碳酸钙类矿产的形成，在时间和空间上都与本期岩浆活动密切相关。如石盖塘大理石矿及深坑里方解石矿就与区内燕山期骑田岭岩体关系密切。

5 找矿方向

根据区内碳酸钙类矿产资源的矿床成因及分布特征大致可在研究区内划分出三个找矿靶区：骑田岭岩体找矿靶区、大义山岩体找矿靶区及大东山岩体找矿靶区。

5.1 骑田岭岩体找矿靶区

靶区内出露地层比较简单，以石炭系、二叠系为主，主要赋矿层位为石炭系壶天群、梓门桥组(C1z)、石磴子组(C1s)，二叠系栖霞组(P2q)。石炭系地层往往分布于褶皱构造的轴部，二叠系地层分布于两翼，石炭系中上统壶天群碳酸盐岩地层分布广、厚度大，并有利于热力烘烤，经热接触变质作用后岩石中的方解石、白云石发生褪色和重结晶形成规模不等的方解石、大理石矿床，是区内重要的赋矿层位。

区内构造总体为北东走向的褶断带，褶皱构造以北东向复式背斜为主，其总体向南倾伏；断裂构造以北东向和北西向为主，又以北东向规模较大，以逆断层和逆掩断层为主，倾向南东，倾角40°～80°，区内骑田岭岩体及部分岩脉(岩墙)均沿该组断裂侵入，为区内碳酸钙类矿产的形成提供了大量的热能，同时也为部分脉状方解石矿产的形成提供了良好的储矿空间，对区内非金属矿产的空间分布起着重要的控制作用。

骑田岭岩体为中酸性复式花岗岩体，沿北东向—近南北向构造侵位于石炭系—二叠系地层中，呈岩基产状。该岩体具有多期次、多阶段侵入的特点，从中三叠世至晚侏罗世都有活动，但以晚侏罗世为主。岩体与围岩接触界线大都呈港湾状，接触面产状较平缓，倾角一般在30°～50°之间，局部呈岩脉、岩枝、岩舌状沿地层层面或裂面贯入地层中。沿岩体与围岩接触面及附近往往见有规模不等的大理岩化、矽卡岩化、硅化等蚀变现象，其中大理岩化与区内碳酸钙类矿产的形成关系密切[3]。

综上所述，骑田岭岩体外接触带的石炭系与二叠系碳酸盐岩分布区为该区找矿有利区段。

5.2 大义山岩体找矿靶区

靶区内出露地层比较简单，以泥盆系、石炭系地层为主，其中泥盆系上统锡矿山组(D3x)、佘田桥组(D3s)、中统棋梓桥组(D2q)，石炭系上统马坪组(C3m)、大埔组(C2d)、下统梓门桥组、石磴子组等为区内碳酸钙类矿产的赋矿层位。

区内大义山花岗岩体呈岩基产出，为燕山早期第一次侵入体，岩性主要为灰白—浅肉红色黑云母二长花岗岩。岩浆岩的侵入为碳酸盐岩变质成矿作用提供了丰富的热能[4]。

受大义山岩体的影响，区内泥盆系、石炭系地层内的碳酸盐岩普遍见有程度不等的大理岩化及矽卡岩化等蚀变现象，在花岗岩体外接触带的泥盆系碳酸盐岩中，大理岩化蚀变带往往宽300～800 m不等，当蚀变较为强烈、岩石内方解石重结晶和褪色完全时，往往形成方解石矿体[5]。

因此大义山岩体外接触带的泥盆系与石炭系碳酸盐岩发育区，为找矿有利地区。

5.3 大东山岩体找矿靶区

靶区位于南岭纬向构造带中段北缘，耒阳—临武南北向构造带南段。区内出露地层比较简单，以泥盆系、石炭系地层为主，泥盆系锡矿山组、佘田桥组、中统棋梓桥组，石炭系壶天群、梓门桥组、石磴子组等为区内碳酸钙类矿产的赋矿层位。

区内构造活动强烈，从加里东期—印支、燕山期都有活动，并且具明显的阶段性和继承性。加里东期形成北西向或近东西向基底构造格架，基底由寒武系组成，大都被后期构造破坏；区内褶皱主要有宜章—梅田复式向斜，向斜核部地层为石炭系下统岩关阶孟公坳组，向两边分别为泥盆系中统东岗岭组、上统佘田桥组。褶皱轴线整体呈北北西向展布，受东西向应力的影响，部分地段形成弧顶向西的弧形展布。区内断裂不甚发育，仅见有少量北北西向断层[6]。

本区出露的大东山岩体，呈岩基产出，该岩体以燕山早期侵入为主，岩性为细粒斑状黑云母花岗岩和中粒斑状黑云母花岗岩。岩浆岩的侵入为碳酸盐岩变质成矿作用提供了热能。

区内碳酸盐岩受大东山岩体影响，蚀变程度较高，往往见有大理岩化、矽卡岩化、硅化等,其中大理岩化多分布于花岗岩体接触带外侧泥盆系碳酸盐岩中，因受热变质普遍具重结晶，环接触带及断裂发育地段部分岩石发生褪色变化。该类型蚀变与成矿关系密切，在褪色作用和重结晶强烈地段往往形成矿体[7]。

大东山岩体外接触带的泥盆系与石炭系碳酸盐岩发育区，为找矿有利地区。