浙江与黄龙组有关矿床地质特征及资源利用建议

2023-01-05江廷石刘道荣

化工矿产地质 2022年4期

江廷石刘道荣

中化地质矿山总局浙江地质勘查院，浙江杭州 310002

上石炭统黄龙组（C2h）石灰岩在浙西北地区分布广泛，其石灰岩质纯，CaO含量高（平均品位＞52%），MgO、SiO2、S、P等组分含量低；矿床规模大，工业上主要用作水泥原料、黑色冶金熔剂、制电石等。受热变质作用影响，黄龙组石灰岩变质形成硅灰石矿床、重钙用大理岩矿床。在湖州黑龙洞矿区受花岗闪长岩侵位影响，黄龙组燧石灰岩、硅质灰岩及白云质大理岩中形成块状黄铁矿床[1]；在建德市岭后一带受花岗闪长斑岩体侵位影响，还形成铜矿床[2]。前人对黄龙组岩性特征及矿产资源开展过勘查及研究工作[3-12]，积累了丰富的地质资料，但对黄龙组中赋存的矿床类型缺乏系统总结。本文在黄龙组岩性特征分析基础上，选择了两种类型的3个典型矿床，对其中赋存的矿床地质特征进行总结，并探讨其成矿控制因素，以期为黄龙组矿产资源进一步勘查、开发提供有益思路。

1 黄龙组岩性及区域变化特征

1.1 黄龙组岩性特征

浙江黄龙组主要岩性为浅灰、灰白色中层-块状泥晶生物屑灰岩夹亮晶灰岩、微晶灰岩、硅质灰岩、钙质泥岩[6]，厚28～272m，与下伏地层老虎洞组、上覆地层船山组均呈整合接触。本组底界为灰白色粗晶-巨晶灰岩，顶部为灰白色泥晶灰岩，被船山组深灰色微晶灰岩或砾状灰岩整合覆盖[7]。化石丰富，含䗴类、珊瑚、海百合、腕足等化石。据颜铁增等[7]测制的桐庐县瑶琳镇杨家剖面，黄龙组岩性特征如下：

1.2 区域变化特征

从北往南，黄龙组在长兴、杭州、建德、衢州、常山等地都有出露（图1），多呈北东走向分布，其中建德市分布最广。黄龙组岩性稳定，差异不大，受褶皱及断裂构造影响，厚度变化较大。

图1 黄龙组地层及矿产分布简图[13] Fig.1 Stratigraphic and mineral distribution schematic map of Huanglong Formation in Zhejiang Province

浙北长兴地区以灰白微带红色厚层泥晶生物屑灰岩为主，偶夹硅质灰岩，厚73～212m；杭州龙井一带为浅灰色、灰白色厚层-块状生物屑灰岩夹白云质灰岩，局部含燧石团块，厚62～127.8m[2]；建德地区以深灰色中厚层状泥晶生物屑灰岩为主，另有生物屑泥晶灰岩，偶尔夹白云质灰岩或白云岩、硅质灰岩夹层，厚67～272m；浙西江山地区泥晶灰岩中燧石团块增多，夹有砾屑灰岩和钙质泥岩，厚51～58.5m[2]。

2 黄龙组赋存主要矿床地质特征

浙江黄龙组地层中赋存的矿产资源主要有石灰岩矿（熔剂、水泥用）、大理岩矿、方解石矿、硅灰石矿、硫铁矿及铜矿等。石灰岩（熔剂、水泥、电石用）矿床分布最广，在浙西长兴、桐庐、建德、衢州等地皆有分布，大型矿床有数十处；硅灰石矿床（点）较少，集中分布在长兴李家巷一带，规模较大的为李家巷硅灰石矿；铜矿床（点）主要分布在建德岭后一带，规模最大的为建德岭后中型铜矿床；大理岩矿床集中分布在建德钦堂等地，矿床规模可达大、中型；方解石矿在建德李家、衢州上方等地皆有产出，规模以中小型为主。

2.1 沉积矿床特征

浙江黄龙组中最主要的沉积矿床为熔剂用、水泥用石灰岩矿床，集中分布在长兴、富阳、建德、衢江等地。以浙江长兴鹰洞山熔剂用石灰岩矿床为例，介绍黄龙组沉积矿床特征。矿床位于长兴县煤山向斜南东翼，出露下石炭统叶家塘组（C1y）泥岩、泥质粉砂岩，上石炭统老虎洞组（C2l）白云岩、灰质白云岩及黄龙组（C2h）灰岩，下二叠统孤峰组（P1g）硅质岩及第四系（Q）冲洪积物。

受F1逆断层影响，黄龙组地层重复出现，分北西及南东两个条带（图2）。地层走向NE，倾向NW，倾角30°～55°，南东带倾角稍陡，北西带倾角较缓（图3）。底部为粗晶灰岩层，层厚9.2～35.4m，方解石晶径0.4～10mm，自形程度高，解理较发育，呈紧密镶嵌分布；下部为含硅质条带泥晶生物碎屑灰岩层，厚24.7～35.3m，以含硅质条带泥晶生物碎屑灰岩为主，次为泥晶生物碎屑灰岩，少量硅质灰岩；中部为泥晶生物碎屑灰岩层，厚29.6～60.7m，以泥晶生物碎屑灰岩为主，间夹少量微晶灰岩，局部见少量硅质灰岩夹层；上部为泥晶生物灰岩层，厚35.7～81.3m，出露不全，主要为泥晶生物灰岩、生物屑泥晶灰岩、生物屑微晶灰岩，内含大量的生物化石。

图2 长兴鹰洞山熔剂用石灰岩矿床地质图 Fig.2 Geological map of limestone deposit for flux in Yingdongshan, Changxing County

图3 长兴鹰洞山熔剂用石灰岩矿床1线剖面图Fig.3 No.1 profile of limestone deposit for flux in Yingdongshan, Changxing County

熔剂用石灰岩矿体赋存在黄龙组中，除少数硅质、白云质夹层，其余皆为矿体。北西侧矿体长810m，厚48.8～175.5m，南东侧矿体长1120m，厚70.8～191.8m。矿石矿物为方解石，含量大于98%。矿石结构有泥晶、粉晶和粗晶结构，以泥晶为主；矿石构造主要为块状构造。矿石化学组分平均含量：CaO 55.32%；MgO 0.26%；SiO20.59%；P 0.001%；S 0.011%。分析结果表明TFe2O3、Al2O3、MnO、K2O、Na2O等含量均较低（表1）。

表1 熔剂用石灰岩矿石分析结果 Table 1 Analysis results of limestone ores for flux

矿床形成主要受古地理环境制约。晚石炭世威宁期，海侵自北东向南西持续扩大，扬子和华夏陆地面积大幅缩减，碳酸盐岩台地空前发育，形成统一的碳酸盐岩台地海[14]。矿床远离陆源区，海水浅而海面开阔，生物繁盛，沉积形成含大量生物碎屑的石灰岩，为海进体系域的沉积。

2.2 燕山期与黄龙组石灰岩有关的热液改造矿床

主要有两个亚类：一是热接触变质矿床，如建德钦堂大理岩矿床、长兴李家巷硅灰石矿床、建德后洞山方解石矿床等，岩浆活动只起到热源作用[13,15]，主要发生热变质重结晶作用，接触交代作用十分微弱；二是接触交代型矿床，如建德岭后铜矿床、石耳山铜矿床、湖州黑龙洞硫铁矿矿床，此外还有西铜官、铁山坞铜矿点等共计近10处矿床（点），均分布在燕山期中酸性小岩体与黄龙组的外接触带附近，矽卡岩化、绿泥石化等围岩蚀变与成矿关系密切。

2.2.1 热接触变质矿床

钦堂大理岩矿床位于桐庐火山-构造洼地南部，建德大岩山背斜两翼。区内出露上奥陶统长坞组二段（O3c2）泥岩、长石石英砂岩；上泥盆统西湖组（D3x）石英砂岩、石英砾岩，间夹砂质泥岩；上石炭统黄龙组（C2h）灰岩（受热接触变质作用，形成大理岩）；第四系（Q）残坡积物（图4）。

图4 建德钦堂大岩山矿段大理岩矿床地质图 Fig.4 Geological map of marble deposit in Dayanshan ore section of Qintang mine area, Jiande County

黄龙组下部为灰白色、浅白色硅化、硅灰石化白云质大理岩，偶见星点状黄铁矿化白云质大理岩，厚10.2～10.5m，局部见钙质砂岩夹石层；中部为灰白色、白色块状大理岩矿，局部夹有硅化大理岩和硅灰石化大理岩团块或条带，厚约105m；上部为浅灰白色夹浅灰色大理岩，厚百米以上。由于热变质作用，岩石大部分层理已消失，且未见顶底，总厚度大于200m。

燕山晚期火山侵入活动较强烈，发育碎斑熔岩、安山玢岩及细粒花岗岩。碎斑熔岩沿NE向断裂构造侵入地层中，呈不规则团块或细脉状，长数百米至上千米，宽数米至数百米，具中细粒斑状-碎斑结构，基质具霏细结构。斑晶约占30%～50%，成份为钾长石、斜长石、石英、黑云母等；基质成份为石英、碱性长石，斑晶粒径0.2～2.5mm，呈碎裂状。按岩石类型归属，为花岗闪长斑岩类。

矿体整体呈似层状产出，具分支复合现象，走向NE，倾向SE 118°～160°，倾角34°～60°（图5），受碎斑熔岩体侵位影响，倾角变化较大。矿体长约1000m，厚60.8～150.2m，平均厚约100m，倾向延深大于400m，矿体规模达大型。总体走向约NE50°，倾向SE，倾角34°～60°。矿体内部含多个不连续夹石，岩性为白云质大理岩、硅灰石大理岩、石英质大理岩，局部见碎斑熔岩侵入，矿体内部结构较复杂。矿体顶底板岩性与夹石岩性相似，少数为钙质砂岩。

图5 建德钦堂大岩山矿段大理岩矿床1线剖面图Fig.5 No.1 profile of marble deposit in Dayanshan ore section of Qintang mine area, Jiande County

矿石呈浅灰色-白色，变晶结构，块状构造。可分为巨晶大理岩、粗晶大理岩、中晶大理岩、细晶大理岩等自然类型，其中中晶大理岩为矿床主要矿石类型，方解石晶径约2～3mm，彼此紧密镶嵌，呈糖粒状。

矿石矿物主要为方解石，一般大于96%，常呈半自形粒状。脉石矿物为白云石、石英、硅灰石、透闪石等。矿石有用成分为CaO，平均含量54.8%，有害组分盐酸不溶物平均含量0.76%，矿石白度平均为90.6%（表2）。

表2 大理岩矿石分析结果（单位：%）[13] Table 2 Analysis results of marble ores

原岩成分是影响大理岩矿石质量的决定因素，原岩方解石含量高、成分均一有利于形成优质大理岩矿石。碎斑熔岩侵出过程中形成的冷凝壳起到保温作用，不断上涌的岩浆为方解石重结晶提供了持续热源，二者是形成矿床的必要条件[13]。矿床是依靠黄龙组原岩组分，借助燕山期碎斑熔岩岩浆活动提供的热能而形成的。

2.2.2 接触交代型矿床

建德岭后铜矿床位于松坑坞向斜核部及两翼，区内出露上泥盆统西湖组（D3x）含砾粗粒石英砂岩，上泥盆统珠藏坞组（D3z）砂质页岩和细砂岩互层，上石炭统黄龙组（C2h）质纯灰岩、灰质白云岩，分上下二段（图6）。黄龙组下段（C2ha）岩性较简单，为灰质白云岩，是主要赋矿层位，厚30～35m；黄龙组上段（C2hb）底部为角砾状灰岩，常见灰黑色燧石团块，厚0.5～2m，中上部为灰黑色泥状灰岩和灰白色细晶灰岩互层，层厚2～5m，见铁质、钙质砂岩夹层，上部为纯灰岩夹泥灰岩或硅质灰岩，见有燧石和硅质小团块，含海百合茎、䗴类、珊瑚、腕足类化石，厚约150m。

图6 建德铜矿矿床地质简图[16] Fig.6 Geological sketch map of Jiande copper deposit

区内出露的晚古生代地层强烈褶皱，形成NE向紧密排列、互相平行的倾伏复向斜构造，主要为松坑坞向斜、铜山背斜等；发育NE向、近NW向断裂外，还有多条平行的EW向断裂，切割矿体及脉岩，断裂性质以压性、压扭性为主，次为张性，具多期次活动特征。

岩浆岩主要为中酸性岩脉（体），岩性主要分三种：①花岗闪长斑岩（成岩年龄169.9±1.4Ma），岩体中常见灰岩、大理岩和砂岩等捕虏体，与铜矿体空间关系密切[16]；②细晶花岗闪长斑岩；③嵌晶花岗闪长斑岩。此外还有呈脉状产出的安山玢岩。

围岩蚀变较发育，主要有矽卡岩化、绿泥石化、绢云母化、绿帘石化、硅化、大理岩化及磁铁矿化等。其中矽卡岩化、绿泥石化-绿帘石化、大理岩化等蚀变与矿化密切相关。

共发现大小矿体30个，其中主要矿体有2个，即岭后矿段I号单铜矿体、Ⅱ号铜锌硫矿体（松坑坞矿段I、Ⅱ矿体为岭后矿段对应矿体向北延伸部分[17]）。I号单铜矿体赋存于黄龙组下段灰质白云岩层位的下部，总体呈似层状产出，沿走向和倾向方向，皆有膨大和收缩现象（图7）。矿体总体走向NE16°，倾向NW，倾角57°～72°；矿体走向长350m，沿倾最大延深136m，一般厚5.35～31.2m；矿石铜品位一般0.80%～3.0%，平均品位1.80%，变化系数为73.26%，组分分布属较均匀型；矿体内部无夹石。矿体下盘为珠藏坞组细砂岩，界线清晰，矿体产状严格受层位控制。

图7 建德铜矿矿床剖面图[18] Fig.7 Section of Jiande copper deposit

Ⅱ号铜锌硫矿体赋存于黄龙组下段灰质白云岩地层的上部，底板受断层控制。矿体形态较复杂，呈上小下大的不规则透镜状，向斜核部厚度最大。矿体走向NE15°～40°，倾向NW，在向斜轴部处倾角最缓，近乎水平，最陡达73°，一般顶板缓、底板陡；矿体走向长466m，沿倾向最大延深154m，一般厚6.0～30m；铜平均品位3.71%，品位变化系数115.1%，锌平均品位3.58%，硫平均品位26.10%。典型矿石化学成分见表3。

表3 大理岩矿石分析结果[18] Table 3 Analysis results of marble ores

矿石矿物复杂，主要金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿，次为方铅矿，少量黝铜矿、斑铜矿及辉铜矿等。脉石矿物主要有白云石、方解石，次为石英，少量绢云母、高岭石等。

矿床成因尚无定论，主要有中低温热液接触交代型[19]、海底热水沉积-热液叠加改造型[20]等观点。接触交代观点认为，灰质白云岩岩性易裂、易碎，为矿液运移及交代作用提供了通道和空间；岩石含较多炭、泥质，化学活动性较强，易发生交代、蚀变和沉淀成矿。热水沉积-热液叠加改造的观点认为，成矿物质受海水热循环而活化，形成高盐度的含矿热流体并发生喷气作用，遇到温度较低的海水后迅速冷却，形成结晶较差、粒度极细的硫化物，燕山期中酸性岩浆活动使早期形成矿（化）体叠加富化，沿断裂充填形成硫化物矿脉。无论哪种观点，黄龙组灰质白云岩都与成矿密切相关。

由此可见，黄龙组中赋存矿床类型主要可分为沉积矿床与热液改造矿床两大类。沉积矿床形成主要受古地理环境制约，热液改造矿床受黄龙组地层及燕山期中酸性岩浆活动控制。

3 勘查、开发利用建议

3.1 加强勘查研究工作

相对水泥（或熔剂）用石灰岩矿床，黄龙组方解石（大理岩）矿床勘查研究程度较低。如钦堂大理岩矿床虽开展过详查工作，但查明资源储量主要集中在大岩山矿段，凉坑矿段仅达到普查程度，资源储量不清，碎斑熔岩控制程度较低，对矿体的破坏程度不明。低温热液充填的脉状方解石矿床，规模较小，变化较大，部分矿床控制程度明显不足，对后续开发利用影响较大。应加强该类型矿床的勘查研究工作，以满足不断增长的原料需求。

与黄龙组有关的铜多金属矿床仅在建德岭后一带规模较大，勘查研究程度较高，其外围仍有较好的找矿前景，但一直未有重要突破。应进一步加强岭后铜矿控矿要素研究，掌握花岗闪长斑岩体、黄龙组下段灰质白云岩的三维空间分布特征，继续开展勘查找矿工作，力争实现找矿突破。

3.2 优化产业结构，合理利用资源

石灰岩除了可用做水泥、熔剂、电石等生产原料，其深加工的方解石矿产品工业用途更广泛，重质碳酸钙[21]可用于食品添加剂、造纸、涂料、塑料、橡胶及牙膏等；轻质碳酸钙（普通工业沉淀碳酸钙）[22]可用于橡胶和塑料、涂料、造纸、医药等；纳米碳酸钙粉体用途更广泛，可用于注塑、管材、汽车涂料、密封胶、粘结剂涂料、油墨等。当前，黄龙组优质石灰岩资源主要用于水泥、熔剂等生产，少数用于重质、轻质碳酸钙加工。应根据全省石灰岩加工产业发展需要，做好开发利用规划，指导上下游产业协调发展；加强方解石应用矿物学研究，分析不同用途对方解石结晶度及含量高低的要求，进一步加强优质石灰岩资源加工、应用研究，确保优质优用。

此外，热接触变质矿床中往往伴生有其他矿产资源。如长兴李家巷硅灰石矿床中伴生优质大理岩，以往将大部分大理岩作为废石剔除，硅灰石矿回采率低[23]；又如方解石（大理岩）矿床中的夹石，一般能达到水泥用石灰岩指标要求，但一直未利用或用作普通建筑石料。应加强伴生矿产勘查研究，查明其规模和矿石质量特征，提高资源综合利用率。