湘北地区奥陶系含钾岩石成矿模式及找矿标志

摘 要 含钾岩石是指含有不同程度的钾元素、且均属含硅酸盐矿物的非水溶性钾的岩石，可用于制造钾肥（硫酸钾、碳酸钾、钾钙肥）、钙镁磷钾肥、钙镁钾肥等复合肥料以及土壤调理剂（或土壤活化剂）等。随着科学技术飞速发展，现在国内在开发利用含钾岩石试制钾肥的综合利用研究工作方面硕果累累，生产技术日趋成熟。湘北地区含钾岩石分布广泛，加强综合开发利用以补充钾肥资源的不足变得很重要。本文简述了湘北地区奥陶系含钾岩石的成矿模式及找矿标志。

关键词 湘北;含钾岩石;成矿模式;找矿标志

中图分类号：P624.6 文献标识码：A

Ordovician Potassium-Bearing Rocks in Northern Hunan  Metallogenic Models and Prospecting Markers

Wei Yibin

（Team 403， Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Hunan Province， Changde Hunan 415000）

Abstract： Potassium bearing rock refers to the rock containing different degrees of potassium element and are not water-soluble potassium containing silicate minerals. It can be used to manufacture potash fertilizer （potassium sulfate， potassium carbonate， potassium calcium fertilizer）， calcium magnesium phosphate potassium fertilizer， calcium magnesium potassium fertilizer and other compound fertilizer， as well as soil conditioning agent （or soil activator）. With the rapid development of science and technology， in the aspect of development and utilization of potassium-bearing rock trial-made comprehensive utilization of potassium-bearing rock， research achievements are got， production technology is increasingly mature. Potassium-bearing rocks are widely distributed in the northwest of Hunan， so it is important to strengthen their comprehensive exploitation and utilization to supplement the deficiency of potassium fertilizer resources.A brief account of the metallogenic model and prospecting criteria of the ordovician potassium-bearing rocks in the northwest area of Hunan， is shown in this paper.

Keywords： northwest Hunan; potassium-bearing rocks; metallogenic models; prospecting marker

我国土壤普遍缺钾，特别是可溶性钾盐资源严重不足。我国也加强了钾矿勘探，特别是国外资源的勘探及收购，同时加强了不溶性钾矿综合利用的研究。现在国内科研部门在开发利用非水溶性钾岩试制钾肥的综合利用研究工作方面硕果累累。湘北地区奥陶系非水溶性含钾岩石资源丰富， 对其巨大的资源进行勘探、开发和利用，将有效缓解钾肥供应的紧张局面，为我国战略性资源储备寻求可靠的保障。

1 成矿地质背景

湘北地区（慈利、石门、澧县）位于羌塘-扬子-华南板块（Ⅳ、一级构造单元）、扬子陆块（Ⅳ-4、二级构造单元）、湘北断褶带（Ⅳ-4-5、三级构造单元）、石门-桑植复向斜（Ⅳ-4-5-1、四级构造单元），见图1。

区域主要出露地层有冷家溪群、板溪群、南华系、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及第四系，总厚度大于7 895.4 m。其中，新元古界冷家溪群为一套次深海—深海浊流沉积;板溪群为地槽型复理石、类复理石建造和沉积火山碎屑岩建造;南华系主要是冰川—冰海相碎屑岩建造;震旦系—下古生界为浅海相泥质、泥砂质及碳酸盐岩沉积;上古生界—中生代早期为滨海—滨海沼泽洋相碎屑岩及煤层、浅海相碳酸鹽岩;中生代中晚期—新生代则为陆相碎屑岩沉积。

在漫长的地质发展历史中，区内主要经历了武陵运动、雪峰运动、加里东运动、印支运动、燕山运动及喜山运动等多期次构造运动，不同时期的构造运动均在区内留下强度各异的构造形迹，形成了本区域以元古代冷家溪群为褶皱基底、板溪群至中三叠统为盖层、中生代侏罗系及白垩系为代表壳断陷盆地，层次清晰的构造格局。

根据区域地层沉积角度不整合接触关系，结合不同时代沉积建造、构造变形、变质作用特点等，区内地层可划分为武陵构造层（冷家溪群）、雪峰构造层（板溪群）、加里东构造层（南华系—志留系）、海西—印支构造层（泥盆系—中三叠统）、燕山构造层（白垩系）、喜山构造层（第四系）。

区域构造表现为一系列的近东西向褶皱和断裂，形成了东山峰复背斜、石门—桑植复向斜及清官渡断裂带、耳华山—子良坪、金家山—大同山断裂等。这些大断裂是区内的主要导矿构造，其旁侧的次级断裂为矿液的运移提供了有益的通道和有利的储集空间，是区内的主要容矿构造。

2 钾元素地化特征

2.1 钾元素在主要地层单元中的地化特征

根据1∶20万石门幅和桑植幅水系沉积物测量成果，钾元素在湘北地区各组地层中的平均含量为：第四系为1.94%，古近系—侏罗系为1.79%，三叠系—二叠系为2.08%，石炭系—泥盆系为1.08%，志留系为2.88%，奥陶系—寒武系为2.47%，前寒武系为1.82%。

奥陶系地层也属钾元素含量较高的地层（仅次于志留系），可能主要与奥陶系含钾岩石有关，间接反映出奥陶系含钾页岩地球化学背景对成矿有利。

区内奥陶系地层出露较全，主要出露于东山峰背斜南翼、大同山背斜及黄厂背斜两翼，总厚度大于3 808.1 m。含钾岩石赋存于下奥陶统南津关组（O1n）、分乡组（O1f）中（即相当于桐子组O1t），含钾岩石自然矿石类型为灰绿色页岩，在上述地层中见有6～10层不等，单层厚度为0.30～5.00 m，一般为1.00～4.00 m，K2O含量一般为7.61%～10.26%，少数已达11.27%～11.31%。

2.2 钾元素地化异常区

区内钾元素异常（或高背景区）分布较明显，主要分两处：一是黄厂钾元素异常区，二是水南渡—大同山—东山峰背斜东段钾元素高背斜区及异常区。

2.2.1   黄厂钾元素异常区

该钾元素异常形态呈近东西向条带状，异常面积17.90 km2，钾元素含量平均值为3.32%，最高值为3.57%，异常下限为3.16%，衬度为1.05，面金属量为（NAP值）18.81。该异常涉及的主要地层为奥陶系，次为志留系及寒武系。该钾元素异常与As，Hg，Fe2O3，Li，La，Be，Cs，Sr，Pb，Th和Sb元素共同组成综合异常（HS31），其元素组合反映了本区域低温热液卤水渗滤交代充填型雄黄矿的典型地化特征。而K2O元素异常，则可能更多反映了奥陶系含钾岩石有利的沉积环境和相对较丰富的成矿物质来源，见图2。

2.2.2水南渡—大同山—东山峰背斜东段钾元素异常（高背景）区

该异常区分布范围较大，南起大同山背斜、东至东山峰背斜东段。钾元素异常区（K2O含量超过3.16%）主要位于所市向斜核部大片出露的志留系地层区，K2O含量最高值为3.32%。而钾元素高背景区（K2O2.51%～3.16%）则主要分布于奥陶系至寒武系露头区。异常的延伸方向与地层走向基本一致，总体呈北东东向展布。区内奥陶系地层中K2O的高背景可指示作为含钾岩石找矿的有利地层之一，见图2。

3 典型矿点特征

3.1 黄厂矿点特征

该点位于黄厂钾元素异常区内，1973年403队在石门县黄厂矿区雄黄矿生产坑道及地表下奥陶统地层中所夹的页岩进行了逐层取样，对含钾岩石层位及品位进行了概略了解。

3.1.1  含钾岩石矿层特征

该矿区含钾岩石赋存于下奥陶统桐梓组第二段（O1t2）、第四段（O1t4）中。区内含钾岩石大致可分为3个矿层，从下而上各矿层特征如下。

（1）Ⅰ矿层（Ⅰ）：赋存于含矿岩系桐梓组第二段（O1t2）第③分层的下部，大致由4层眼球状页岩与3层泥质条带状石灰岩互层组成。眼球状页岩单层最厚为1.30～1.50 m，累厚大于3.00 m，在原雄黄矿生产坑道中取样分析结果为K2O含量为7.32%～8.10%（地表K2O含量为5.5%），属次要含钾矿层。该矿层顶板为灰—深灰色中厚层状细粒泥质波纹状石灰岩;底板为浅灰色厚层状细—中晶含生物屑石灰岩。

（2）Ⅱ矿层（Ⅱ）：赋存于含矿岩系桐梓组第二段（O1t2）第⑤分层的底部。含钾页岩厚度为2～3 m，K2O平均含量为9.20%，层位厚度均较稳定，是区内的主要含钾矿层。该矿层顶板为灰色薄层—中厚层状泥质波纹状石灰岩;底板为泥质条带状石灰岩、泥质波纹状石灰岩。

（3）Ⅲ矿化层（Ⅲ）：为赋存于桐梓组第四段（O1t4）中的灰绿色页岩，夹透镜状灰岩，顶部夹有少量硅质页岩。该组厚度超过10.70 m，厚度变化较大，K2O含量为5%～6%（平均5.54%），为区内次要含钾矿层。该矿层顶板为红花园组（O1h）灰—深灰色厚层状中粗晶含燧石灰岩;底板为桐梓组第三段（O1t3）浅灰—灰色中厚层状含云质条带灰岩。

3.1.2   含钾岩石矿石质量

该矿点含钾岩石自然矿石类型为灰绿色页岩，局部夹硅质页岩。矿石为泥质结构，页状构造。矿物成分主要为黏土矿物。主要有用组分K2O含量一般为7.32%～9.22%（Ⅲ矿层为5%～6%），其他化学组分主要为SiO2，Al2O3，CaO，MgO和Fe2O3。

3.2 曾家垭矿点特征

该矿点位于大同山—东山峰背斜东段钾元素异常（高背景）区，主要含钾岩系为桐子组第二段（O1t2），含钾岩性为夹于中厚层石灰岩之间的灰绿色页岩，K2O含量相对较高;次要含钾岩系为桐子组第四段（O1t4），其灰绿色页岩中K2O含量相对较低。

主要含钾岩系中含钾页岩3～5层，单层厚度0.30～5.00 m不等，K2O含量为6.91%～11.31%。次要含钾岩系中页岩3层，单層厚为0.30～3.30m，K2O含量为1.11%～5.45%。详见图3。

3.3 金山寺矿点特征

该矿点位于大同山—东山峰背斜东段钾元素异常（高背景）区内，含矿层位为桐子组第二段（O1t2）和第四段（O1t4），沿东山峰背斜南翼呈北东东向展布。灰绿色页岩夹层相对较发育，已知有8～11层，单层厚度0.30～5.00 m不等，呈层状延伸较稳定。其中主要含钾岩系位于桐子组第二段（O1t2），含钾页岩4～8层，单层一般厚0.80～4.00 m，在金山寺剖面K2O含量为7.88%～11.27%;次要含钾岩系位于桐子组第四段（O1t4），灰绿色页岩3～4层，单层厚0.30～5.00 m，K2O含量4.07%～4.23%。详见图4。

4 含钾岩石成矿模式

晚寒武世末期，中国东部普遍受到地壳上升运动的影响。主要表现雪峰山地区在震旦纪—寒武纪经受长期海侵以后，推测于中、晚寒武纪已经存在的洞庭古陆与黔阳古陆，当时中间被雪峰海峽隔开;至早奥陶世开始，雪峰海峡也隆起为陆，使原来两块不相邻的古陆合并为一体而形成雪峰古陆，海水局限于湘西北海、湘东南海及雪峰山以东地区，并在安化邻近地区形成“安化海湾”（见图5）。

早奥陶世，本区属于雪峰古陆北西的湘西北海，这个海区属于所谓“扬子海”的一部分。从晚寒武世末，虽亦有海退现象，但从早奥陶世开始，湘西北海逐渐向外开放，改变了晚寒武世咸化海环境，形成正常的浅海环境。且由于本区东南雪峰古陆隆起地形并不很高，碎屑物质供给不多，加上地壳间歇性振荡，因而沉积了结晶石灰岩、生物碎屑石灰岩、泥质灰岩并夹有数层含钾页岩的浅滩相—台缘斜坡相碳酸盐岩。其中数层含钾页岩处于弱还原至弱氧化的近滨—浅滩、潮坪—泻湖相沉积环境，高盐度、气候潮湿、炎热导致B，Ba，F，K2O，MgO和CaO等相对富集，尤其是K2O含量高（1.38%），含量为3.16%的等值线范围基本可圈定在页岩的分布范围。页岩中的K2O应主要来源于雪峰古陆岩浆岩中的长石、长石砂岩等风化产物。由于含钾页岩成矿的早奥陶世地壳只是间歇性振荡，并无明显的升降，海侵变化不大，所以含钾页岩赋存层位及发育程度在本区域大范围内较稳定。与之伴生的生物群属于介壳灰岩相，盛产笔石、腕足类、头足类等。

5 找矿标志

5.1 岩相古地理标志

具备靠近古陆、地壳有间歇性振荡的浅海沉积古地理环境。沉积岩相应属于浅滩相—台缘斜坡相碳酸盐岩，并发育笔石、腕足类、头足类生物群。

5.2 含矿层位标志

下奥陶统桐子组（O1t）是本区含钾岩石已知赋矿层位，该地层分布区域应为含钾岩石找矿区域。

5.3 岩性特征标志

下奥陶统桐子组中的灰绿色页岩是本区K2O含量相对较高的岩石，也是有可能形成含钾岩石矿层的重要岩石。特别是当页岩中夹有少量薄层硅质岩时，可能更有利于K2O的富积。

6 结语

湘北地区分布有2处钾元素异常区，异常区指示奥陶系地层钾元素含量较高，经过收集多个矿点资料证实奥陶系下统桐子组（O1t）中的灰绿色页岩是本区K2O含量相对较高的赋矿层位。页岩中的K2O含量主要来源于雪峰古陆岩浆岩中的长石、长石砂岩等风化产物，含钾页岩赋存层位及发育程度在本区域大范围内较稳定，因此奥陶统桐子组（O1t）中灰绿色页岩是本区含钾岩石的找矿标志。

参考文献/References

[1]湖南省地质矿产局区调队.湖南省地层[M].1986年.

[2]湖南省地质矿产勘查开发局四0三队.1∶20万石门幅区域化探报告[M].1992年.

[3]湖南省地质矿产勘查开发局四0三队.1∶20万桑植幅区域化探报告[M].1992年.

[4]湖南省地质矿产勘查开发局四0三队.黄厂矿区含钾岩石踏勘简报[M].1973年.

[5]黄镜友.含钾岩石的综合开发利用及其潜在经济价值[J].湖南地质，1993，12（2）：134-136.

[6]魏义斌，陈伦浩.黄厂、曾家垭、金山寺含钾岩石踏勘资料[E]，2018年4月.