贵州天柱寨脚重晶石成矿地质特征及成矿模式

罗邦良，刘 灵，石庆鹏，夏 瑞，周宗赞，杨贵龙，林泽渊

(贵州省地矿局101地质大队，贵州 凯里 556000)

1 引言

天柱寨脚重晶石矿位于大河边重超大型晶石矿床北缘，为其矿床的延伸部分。对于天柱大河边重晶石矿床受地学界广泛关注，长期以来研究主要是对矿床成因、成矿物质来源、地球化学特征及成矿背景等进行较多研究，研究者有：涂光炽，1987；余洪云，1988；李文炎 等，1990；彭军 等，1999；吴朝东 等，1999；方维萱 等，2002；吴卫芳 等，2009；夏菲 等，2004，2005；孙学通 等，2005；杨瑞东 等，2007；魏怀瑞 等，2009；杨义录，2010；陈建书 等，2011；侯东壮 等，2014，2015；韩善楚 等，2014；刘灵 等，2015，2017；孙泽航 等，2015；王富良 等，2020。尽管前人研究成果较多，但是对矿床地质特征、成矿作用与矿床模式的认识不够。

本文在前人研究的基础上，以贵州省天柱县寨脚重晶石矿大精查为依托，通过收集天柱寨脚重晶石矿床的含矿岩系特征、沉积学特征，进行含矿岩系厚度和矿体厚度统计，分析控矿因素，建立矿床模式。

2 矿床地质特征

矿床位于扬子陆块东南缘，江南造山带西侧。区域构造位于坪地-贡溪复式向斜南东翼，受其影向发育冲坑向斜和麻栗背斜两条次级褶皱，以及北东向、北北东向和断裂构造。区内出露地层主要为南华系南沱组、震旦系陡山沱组和老堡组、寒武系九门冲组、变马冲组、杷榔组、乌训组、敖溪组和车夫组(图1)。

2.1 赋矿地层及含矿岩系

图1 天柱寨脚重晶石矿床地质略图

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⑤灰色、深灰色纹层状重晶石矿夹块状重晶石矿，为区内主要重晶石矿

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下伏地层：震旦系陡山沱组(Z1ds)灰色中厚层泥质白云岩。

2.2 矿体规模、形态及产状

图2 天柱寨脚重晶石矿床勘查15′15′号勘探线剖面图

2.3 矿石特征

矿石结构有粒状结构、粉-细晶结构、藻砂屑结构、碎裂结构及交代熔蚀结构等。粒状结构主要由不同粒度重晶石呈层偏集分布(图3b) ；粉-细晶结构由重晶石、方解石矿物均匀分布，具重结晶现象(图3c)；藻砂屑结构由内碎屑和填隙物两部分组成(图3d；碎裂结构由碎块及填隙物两部分组成。

图3 天柱寨脚重晶石矿床矿石典型结、构造特征

a—两期结晶的重晶石；b—藻砂屑结构；c—花斑状结构；d—半自形粒状结构；e—纹层(条纹)层理构造；f—滑塌褶皱变形层理

矿石类型主要有条纹状、块状、花斑状和结核状。条纹矿石一般出现在矿层下部和上部，以它形-半自形粒状结构为主，具层纹、条纹构造；块状矿石主要赋存于矿层中部，以碎裂状、砂屑结构为主，局部见于矿层下部；花斑状矿石位于矿层中部，以交代溶蚀结构为主，具孔隙、溶隙构造；结核状矿石主要位于矿层顶板或底板，以它形-半自形粒状结构和条柱状结构。

后期围岩蚀变主要见碳酸盐化、重结晶及泥炭化等。碳酸盐化：主要表现为方解石和白云石，在矿石中常见方解石、白云石呈细脉、网脉充填。矿石以花斑状矿石为主，氧化呈溶孔状及斑状构造。重结晶：矿石重结晶表现为重晶石晶粒变大，主要呈板状及放射状晶体。泥炭化：在矿石中常见黑色有机质、炭质包裹体和泥质条带，矿石以条带状矿石为主，导致矿石品位普遍偏低。

3 沉积盆地特征

3.1 含矿岩系厚度变化规律

根据寨脚矿区及其临近矿区含矿岩系分布情况。区内含矿岩系厚度最厚11.76 m，最薄1.6 m，形成一个近东西向瘤状块体(图4)，中间厚边缘薄，可能在含矿岩系沉积成岩阶段该区域有一个东西向的盆地，盆地中心位于寨脚-高吊之间。

图4 寨脚重晶石矿床含矿岩系厚度等值线图

1—逆断层；2—含矿岩系厚度等值线；3—见矿钻孔及编号；4—含矿岩系厚度(m)；5—矿体路头线

3.2 矿体厚度变化规律

图5 寨脚重晶石矿床矿体厚度等值线图

3.3 矿石类型及品位变化规律

根据矿石结构构造，矿石自然类型可划分为条带(纹)状、块状、花斑状、结核状重晶石矿等。其中矿区主要为条带(纹)状重晶石，钻孔中大部分均有分布；次为花斑状，分布相对较少；再次为块状，结核状最少。

根据各类型重晶石中BaSO4含量分析，条带状及块状重晶石品位较好且稳定，花斑状重晶石因混合有CaCO3而品位不稳定，结核状重晶石因混合有SiO2以及其他粘土矿物而品位低。

4 矿床成因分析

目前，越来越多的研究资料认为，天柱大河边重晶石矿床属海底喷流成因(杨瑞东 等，2007)。

2020年在新晃县贡溪镇上田村甲木冲一带的老堡组含矿岩系上部发现喷流成因的灰岩沉积，灰岩呈透镜状、结核状产于层状硅质岩中(图6)。岩屑灰岩透镜由碎屑、填隙物和少量石英、铁质组成，碎屑成分复杂，以凝灰质为主(含量20%)，岩屑灰岩角砾具硅化、碳酸盐化，呈棱角、次棱角状，填隙物为方解石(含量77%)，岩石具羽状喷流构造和硅质岩碎块(图7a)、碎屑结构和角砾状构造(图7b)，可能为海底火山喷流形成的产物。与邻区贡溪碧林一带老堡组发现火山凝灰岩层特征(彭军 等，1999)相似，反映了区内重晶石形成与海底喷发作用有关，从而为重晶石喷发(液)成矿提供新证据。

5 成矿模式

在震旦-寒武世时期，天柱县寨脚地区处于斜坡环境，同时海水中存在大量微生物作用形成的SO4-2(硫主要来源于海水或海底硫化物烟囱)，此时在斜坡带上发生同沉积断裂，深部含钡流体(热液)沿着同生断裂喷发至盆地，与盆地中的大量SO4-2结合形成重晶石颗粒(成矿环境为封闭半封闭系统，钡在氧化还原界面附近与丰富的硫酸根化合形成硫酸钡)。在重力作用下重晶石颗粒在喷流口附近沉积形成厚矿体，并且在远端低凹处仍然形成较厚的矿体(图7)。

图6 贡溪镇甲木冲露头地质及灰岩喷流沉积特征

图7 喷流成因灰岩的宏观与微观特征Fig.7 The Macroscopic and Microscopic Characteristics of Limestone of Jet Formation a—羽状构造；b—碎屑结构和角砾状构造

图8 寨脚重晶石矿床成矿模式Fig.8 Metallogenic model of barite deposits in Zhaijiao 1—白云岩；2—硅质岩；3—含Ba2+颗粒；4—重晶石矿体

6 结论

(1)通过天柱大河边重晶石矿床调查研究，在天柱大河边重晶石矿床北段寨脚-甲木冲一带老堡组顶部发现顺层产出的火山凝灰岩夹岩屑灰岩透镜的沉积组合，凝灰岩具火山结构，岩屑灰岩透镜具碎屑结构和角砾状构造，可能为海底火山喷发(气)形成的产物，为重晶石矿床的喷流成因提供新证据。

(2)在重晶石矿床中见到丰富的滑塌构造、碎屑流构造和浊流构造，表明重晶石在喷流口初步堆积后，受某种同沉积地质营力如地震作用形成震积岩，沿着斜坡向沉积盆地中心迁移并最终堆积定位，形成超大规模的重晶石矿床。重晶石矿的成因类型属于海底喷流沉积矿床，区内重晶石形成可能经历过水下重力流的改造、运移和二次堆积的成矿作用过程。

(3)天柱重晶石矿同赋存于震旦-寒武系老堡组中上部，含矿岩系由黑色硅质岩、炭质页岩及重晶石组成。矿石类型有块状、花斑状、层纹状和结核状等。通过调查发现重晶石矿层中的韵律层理、冲刷构造、变形层理、、滑塌褶皱、书斜构造和震裂角砾岩等沉积构造非常发育。初步分析认为重晶石成矿地质环境属于斜坡环境。钡颗粒原始沉积层的移动-堆积作用过程与当时水下重力流扇相有关。

(4)寨脚地区含矿岩系及矿体厚度等值线表明，震旦-寒武系时期区内存在一东西向盆地，其与加里东期断层呈60度夹角。