湖北竹溪徐家湾绿松石矿成矿地质条件及找矿方向探讨

2022-07-13李江力刘文文周晓宁冷双梁魏四华

中国非金属矿工业导刊 2022年3期

李江力，刘文文，周晓宁，妙超，冷双梁，魏四华

(1.湖北省地质调查院(湖北省地质勘查工程技术研究中心)，湖北武汉 430034；2.中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西西安 710003)

我国绿松石矿资源量最为集中的地带是东秦岭，主要分布在陕西与湖北交界的武当山隆起西南缘[1]。湖北十堰地区绿松石矿最为有名，绿松石矿床具有数量多、品质好、资源量大等特点。绿松石矿床(点)达60余处，总体具有点多规模小，成矿地质条件复杂的特征，其中开展过地质勘查工作的仅不到20处，仅少量达到普查工作程度。前人对十堰地区绿松石矿床地质特征、地球化学特征及矿床成因等进行了不同层次的研究，但缺乏对绿松石矿找矿思路与找矿方向的思考。

通过对湖北省竹溪县徐家湾地区开展民采老硐调查、大比例地质填图、槽探等工作，圈定了3条绿松石矿化带。本文对区域成矿地质条件、矿床地质特征、矿床成因等进行综合分析，结合矿区勘查工作方法及经验，提出了就矿找矿—水文地质环境—岩性组合、构造、矿化带圈定—坑探为主的综合找矿思路，探讨了找矿方向，以期指导下一步找矿工作。

1 区域地质概况

两竹地区位于南秦岭—大别造山带(II)武当—随州陆内裂谷(II1)之北大巴山推覆构造带、苍狼山—柳林推覆构造带(图1)。区域北西向商丹断裂、白河—石花街断裂、安康—竹溪断裂及襄广断裂构造与近东、北东向脆性断裂相互交切形成的条块状网格结构[2-5]。区域地层主要为元古界至志留系中—浅变质地层，两竹地区广泛发育一套寒武系—奥陶系的陆棚—半深海盆地相硅质岩、含炭硅质板岩、炭质泥岩为主的岩石组合[6]。

绿松石矿床主要分布在白河—石花街断裂、安康—竹山断裂附近寒武系庄子沟组中，庄子沟组为一套以炭硅质板岩、含炭硅质岩为主的黑色岩系，这套岩性组合富含铜、磷等成矿元素，既为成矿提供了物质来源，又是赋矿载体[6]。庄子沟组地层展布特征与区域构造线基本一致，主要分布在区域性断裂夹持区域，地层内部普遍发育北西向、北东向断裂及褶皱构造，并叠加层间破碎带、节理、裂隙，这些构造形成了有利的导矿、容矿构造[6-10]。

根据十堰地区成矿地质条件及矿床(点)分布特征，大体可分为两大绿松石成矿带：一是分布于观音寨—云盖寺—小沟呈北西向展布的两郧绿松石成矿带；二是分布在文峰—喇叭山—德胜—江家湾一带呈北西向展布的竹山绿松石成矿带。竹溪县徐家湾绿松石矿床位于竹山绿松石成矿带的南缘(图1)。

图1 区域地质简图

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区地层由老到新为新元古界南华系耀岭河组、震旦系江西沟组和霍河组；早古生界寒武系杨家堡组、庄子沟组、竹山组、志留系梅子垭组(图2、表1)。庄子沟组主要分为上、下两段，上段厚度≥57.4m，岩性为灰黑色、深灰色薄—中层状炭质板岩、炭硅质板岩夹灰黑色中—厚层状硅质板岩，局部夹少量的含炭质泥质粉砂质板岩、灰岩透镜体等；下段厚度21～52m，岩性为灰黄色、灰黑色含炭粉砂质板岩、炭质板岩，灰黑色、深灰色薄—中层状硅质岩、炭硅质板岩夹中—厚层状硅质岩夹粉砂质板岩、千枚岩及灰岩透镜体。庄子沟组呈北西向展布，长度约为4km，总体倾向北东，倾角变化较大。上、下段岩性较为相似，分布不均匀，顺层变形较强，发育顺层剪切褶皱，厚度变化较大。与下伏杨家堡组为整合接触关系，局部以滑脱型剪切带为界。

表1 绿松石物理性质一览表

图2 矿区地质矿产简图

2.2 构造

矿区以北西向断裂构造为主，规模较大的断裂为F1、F3、F6、F7，其中F3、F6断裂控制了庄子沟组地层、矿化带的展布，与成矿关系较为密切。庄子沟组地层受北西向、北东向断裂构造的叠加作用，切层节理、裂隙普遍发育，形成网格状破碎，尤其在中—厚层状硅质岩与薄—中层状炭质板岩、硅质板岩接触带附近，形成较为封闭的层间构造，这些构造发育地段为成矿提供了运移通道和容矿空间。

护驾山—靳家寨断裂(F1)贯穿整个矿区，地貌上呈现出北西向负地形及北东向对头沟，地形反差较大，沿断裂发育有宽10～30m的挤压破碎带，主要由碎裂岩等组成，北东盘中次级断裂和牵引褶皱普遍发育。该断裂早期具右行走滑性质，晚期北东盘向南西逆冲，并经历了脆性改造，为一多期次、多层次活动断裂。断裂面倾向北东，倾角40°～65°，断层面舒缓波伏，总体显示北东向南西逆冲的逆断层性质。

F3、F2为同一断层，受平移断层F7错动，将矿区一分为二，形成“北东陡坡、南西平缓”的地形标志，地层缺失，志留系地层与南华系地层直接接触，断裂带附近普遍发育碎裂岩化、片理化、石英脉、碳化及挤压褶皱构造，局部可见少量的角砾，断裂面呈北西—南东向波状起伏，倾向呈现出北东向—南西向—北东向转变，倾角约为38°～60°。该断裂为压性断裂，后期又具有张性活动。

F6呈北西—南东向展布，断层破碎带宽1～20m，断层造成南华系、震旦系、寒武系地层之间错动接触，断裂带内发育碎裂岩、构造磨砾岩(挤压透镜体)等，局部见牵引褶皱和不对称褶皱，断层面倾向北东，倾角40°～60°，局部可见少量擦痕及阶步，表现出由北向南西的逆冲特征。

F7断层走向为北北东向，断层切割南华系、震旦系、寒武系、志留系地层及北西向断裂构造，并发生明显错动，造成寒武系地层北西向延伸的断失，断层沿线岩石碎裂岩化极为发育，岩层脆性变形弯曲，局部可见发育少量的石英脉和小型褶皱，该断层为平移断层。

3 绿松石矿化带特征

3.1 绿松石矿化带

含矿岩系主要位于庄子沟组下段中下部，为深灰色、灰黑色薄—中层状炭硅质板岩、含炭硅质岩及中—厚层状硅质岩，相对稳定，但含矿极不均匀，总体呈北西向展布。

矿区内圈定了3条绿松石矿化带。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿化带均分布在庄子沟组下段中—下部，矿化带中绿松石矿呈单体或以松软的炭质、泥砂质、岩屑、铁质等包裹的集合体赋存在含矿岩系中或含矿岩系形成的层间破碎带、节理、裂隙内，普遍发育褐铁矿、黄铁矿、石英、高岭土、黄钾铁钒、水铝英石及炭泥质等次生风化淋虑型表生矿物。

(1)Ⅰ矿化带。

Ⅰ矿化带位于徐家湾一带，呈北西向似层状、透镜状产出，倾向为10°～60°，倾角平均为36°，长约358m，厚度为1.81～8.64m，平均厚度为4.76m。

矿化带由下往上分为4层：底部为灰黄色、紫红色、灰黑色含炭粉砂质板岩，厚度约为0～1m，可见少量的高岭土、铁质及炭泥质。下部为层间破碎带，主要由灰黑色、灰黄色含炭质粉砂质板岩、硅质岩角砾、砂质、泥质、铁质、钙质、粘土等组成，局部含炭粉砂质板岩板理发育(图3a)，呈透镜状、似层状产出，厚度为0.7～1.4m，该层为主要的绿松石赋矿层位，绿松石多以结核状包裹在炭泥质的集合体中产出，可见少量的脉状绿松石(图3b)。破碎带内褐铁矿化、黄铁矿化极为发育。中部为深灰色、灰黑色中—厚层状硅质岩，呈层状、似层状产出，厚度为0～5m。绿松石呈脉状、薄膜状，少量结核状、豆状(图3c)。节理、裂隙内发育黄铁矿化、褐铁矿化、高岭土化，张性节理、裂隙内充填高岭土、钙质、炭质及铁质等集合体，亦可见绿松石。上部为深灰色、灰黑色薄-中层状炭硅质岩组成层间破碎带，呈似层状，厚度为0～1m。碎裂岩化发育，风化面颜色混杂，层间夹粉砂质、泥质、钙质、高岭土及铁质夹层，绿松石以脉状、结核状产出(图3d)。

图3 Ⅰ矿化带特征

(2)Ⅱ矿化带。

Ⅱ矿化带位于楠木寨，呈北西向展布，似层状、透镜状产出，倾向北东，倾角平均约为27°，长约220m，厚度为1.60～6.61m。矿化带主要为深灰色、灰黑色薄-中层状硅质岩、碎裂岩化硅质岩形成的层间破碎带中(图4a、b)，普遍发育黄铁矿化、褐铁矿化、硅化、高岭土化等(图4c)，绿松石矿以结核状、脉状为主(图4d)。

图4 Ⅱ矿化带特征

(3)Ⅲ矿化带。

Ⅲ矿化带位于白云寺一带，呈北西向展布，似层状、透镜状产出，倾向北东东，倾角约为30°～45°，长约300m，厚度为2.12～12.46m，平均厚度为6.18m。矿化带为碎裂岩化含炭硅质岩、硅质板岩形成的层间破碎带，破碎带颜色较为杂乱，主要为灰黑色、灰褐色、灰白色、红褐色(图5a、c)，绿松石以结核状、囊状产出(图5b、d)。矿化蚀变极为发育，主要为高岭土化、黄铁矿化、褐铁矿化、硅化等，碎裂岩化硅质岩中可见少量的玉髓。

图5 Ⅲ矿化带特征

3.2 矿石质量

根据绿松矿赋存状态、形态特征，绿松石分为结核状、鲕状、囊状、脉状、薄膜状，其中结核状、囊状为主要的矿石类型，少量的鲕状、脉状绿松石也可利用。矿石主要成分为绿松石，伴生矿物为褐铁矿、黄铁矿、石英、高岭土、黄钾铁钒、水铝英石等，一般为致密、隐晶质结构，风化后呈微粒状、纤维状结构，呈块状、结核状、囊状构造、姜状、葡萄状构造。鲕状呈豆状密集无规律排列，充填在裂隙、孔隙及破碎的岩石中，为高岭土、水铝英石及褐铁矿等胶结，结构致密。

根据绿松石物理性质特征，结核状、鲕状绿松石质量较好，脉状、薄膜状质量较差。

结核状、囊状绿松石：呈翠绿色、绿色，主要形态为半圆状、椭圆状、姜状、豆状，直径约为1～8cm，致密、隐晶质结构，杂质相对较少，纯净—较纯净，具有玻璃状、蜡状、油脂状、瓷状光泽，硬度变化较大，大于5.5以上具有较好的利用价值。

鲕状绿松石：呈翠绿色、绿色，少量蓝色，以鲕粒状密集分布，直径约为0.1～1cm，结构致密，隐晶质结构，局部可见少量的铁线，杂质极少，纯净，具有瓷状、玻璃状光泽，硬度大于5.5。

4 控矿因素与找矿标志

4.1 控矿因素

徐家湾绿松石矿床为竹山绿松石成矿带典型的次生风化淋滤型矿床[4，7-15]。绿松石矿床的形成主要受控于地层及其岩性组合、层间破碎带、水文环境等因素控制(图6)。

图6 绿松石矿分布规律

(1)地层及岩性组合控矿：绿松石矿主要赋存在庄子沟组地层中，庄子沟组炭硅质板岩、硅质岩既是矿源层又是含矿载体，尤其薄层状炭硅质板岩与中—厚层状硅质岩接触带附近，有利于成矿场所的形成。绿松石矿是一种含水铜铝磷酸盐的隐晶质矿物集合体，主要成矿元素Cu、P在空间上具有明显的富集分布规律，与寒武系黑色岩系、绿松石矿床(点)分布基本一致(图7)。两竹地区寒武系地层Cu平均值为80.72ppm，P平均值为1 260.42ppm，矿区Cu、P平均值分别为98.1ppm、2 713ppm，高值顶分别为2 944ppm、5 100ppm，表明矿区炭硅质板岩、硅质岩等岩石Cu、P元素富集程度高。

图7 竹山绿松石成矿带南缘Cu、P含量异常区

(2)构造控矿：两竹地区绿松石矿床展布特征与区域断裂构造展布一致，明显受控于区域断裂构造，派生次级层间破碎带或层间破碎带、节理、裂隙内的挤压透镜体内形成了一个低温低压的封闭空间，有利于成矿溶液迁移和富集。

(3)水文地质环境控矿：矿区山脊线呈北西向，坡向主要为北东向、北西向，庄子沟组地层主要分布在海拔600m以上至山顶地段，地势相对较高，地表水流向以北东向、北西向为主，潜水面标高随地势起伏、构造作用影响，基本位于550～700m之间，总体呈现出由北西至南东逐渐降低的趋势，由徐家湾—白云寺—楠木寨一带已见地表矿化带标高一般在800～850m、740～800m、600～680m，且均多分布在地势凹洼处。潜水面之上的包气带地表水以垂直运动为主，以氧化—淋滤作用为主；潜水面之下饱水带，水以水平运动为主，含氧少、以盐类为主，呈弱酸性—弱碱性，以还原—沉淀为主。因此绿松石矿形成在潜水面之上，受枯水期与丰水期影响，潜水面位置高低变化，对矿化带的高低分布也造成一定的影响。

(4)成矿环境；两竹地区地表水PH值约为7～8.3，为中—碱性，地表水NO3-、NO2-超标，黑色岩系在受到表生风化作用下，黄铁矿、含磷结核等物质形成富含Cu、Al、Fe、P、S等元素的风化带，在受到大气降水、地表水淋滤作用，发生氧化反应水环境由中性向弱酸性变化，形成PO33-、Al3+、Cu2+等含矿溶液，含矿溶液在沿断裂构成派生的节理、裂隙下渗过程中，不断溶解基岩中的Cu、Al、P，在一定的温度、压力条件下，PO33-、Al3+、Cu2+等含矿溶液在潜水面之上有利的封闭构造环境中达到饱和，进一步发生氧化反应通过沉淀而富集成矿。

4.2 找矿标志

(1)地层及岩性组合标志：绿松石矿主要赋存在寒武系庄子沟组下段中—下部，含矿岩系为深灰色、灰黑色薄—中层状炭质板岩、炭硅质板岩，呈北西向展布，产状稳定，厚度变化较小。

(2)构造标志：庄子沟组下段中—下部形成的层间破碎带，破碎带内岩系多以炭硅质板岩为主，及破碎带上覆硅质岩的节理、裂隙亦可成为绿松石矿富集成矿的有利场所。

(3)矿物与矿化标志：在层间破碎带及硅质岩节理、裂隙内形成的零星绿松石矿，与绿松石矿伴生的表生矿物主要为褐铁矿、黄铁矿、石英、高岭土、黄钾铁钒、水铝英石及炭泥质等，这些表生矿物充填在节理、裂隙内形成“黑引”、“黄引”、“白引”、“花引”等。

(4)风化壳标志：在炭硅质板岩、硅质岩节理、裂隙发育的浅地表，易形成风化壳，呈黑色、灰黄色、褐色、白色，由炭硅质板岩、泥岩、粉砂质、铁质、石英及少量的高岭土组成，一般顺层发育，少量的切层，深部为层间破碎带或碎裂岩化薄—中层状硅质岩为主。

(5)水文与地形标志：绿松石矿多形成于潜水面之上的包气带中，尤其包气带中低温低压的潮湿地带更有利于成矿，因此绿松石矿多形成于地形凹洼处。

5 找矿思路与找矿方向

5.1 找矿思路

绿松石矿赋存地质条件特殊，分布极不均匀，无规律性，常用的地质找矿方法效果不佳。在生产勘查过程中地表探矿工程见矿率低，工程间距布置不合理，易忽略重要矿化带及构造带，从而不能有效圈定矿化带，出现矿化带多圈或漏圈等问题，从而影响资源远景评价工作。

在徐家湾地区通过老硐调查、大比例尺地质测量、水文地质调查等工作，初步掌握矿区内民采老硐分布、含矿岩系、矿化带、顶、底板岩性组合及构造特征，编制区域潜水面等水位线图，对潜水面以上含矿岩系进行重点划分；对重点地段以路线追索、地表工程揭露，以找岩性、构造、矿化蚀变为线索，优选具有可见绿松石矿或矿化蚀变的地段开展坑探工程，由近及远，边采变探的找矿思路。