北海市海洋石英砂矿资源分布特征及找矿潜力分析

2023-04-25刘枝刚陆妍慧韦明盟

南方自然资源 2023年10期

◎ 刘枝刚，朝鲁，杨敏，陆妍慧，韦明盟

我国沿海赋存着广泛的滨海砂矿，其中包括锆英石、钛铁矿、独居石、金红石、磷钇矿、铬铁矿、锡石、褐铁矿、铌钽矿、磁铁矿、重晶石和石英砂等。近年还发现金刚石、金以及砷铂矿，它们大多分布在广东和海南岛沿岸，其次是台湾、福建以及山东半岛和辽东半岛，具有规模大、矿种多、易于开采的特点。目前国内外海底矿产资源勘探主要依靠深海拖曳式调查、海底原位测量、海底底质沉积物取样、深潜和海底摄像等技术手段，直接或间接获取海底地质结构，矿产资源在海底的分布范围、规模及赋存状态等信息。

为了促进区域经济发展，摸清北海市海域矿产资源家底，研究小组对北海市海域调查进行分析，大致了解调查区矿产资源类型、石英砂矿的分布及矿床地质特征等，初步估算海洋矿产资源潜在资源，圈定海洋矿产成矿远景区，提出可进一步勘查的靶区，为海洋矿产资源开发利用、海洋国土空间总体规划提供必需的地质资料，为向海经济发展提供矿产资源支撑服务。调查区位于北海市近岸海域，地理位置为北纬21°37′41.45″～20°50′00.10″，东经108°49′59.95″～109°47′01.98″，调查区面积约5 315.34 平方千米。

一、区域地质背景

（一）地层

北海市及周围所处的构造单元发育云开群、古生界、中生界、新生界和第四纪的地层，以第四纪松散堆积的砂、黏土最为发育，早古生界的志留系主要分布于北部星岛湖及东北部曲樟一带，晚古生界的泥盆系和石炭系分布于合浦草花岭、闸口、曲樟、公馆一带，零星的分布在市区地角、冠头岭，中生界白垩系主要分布在乌家、白沙、铁山港湾顶东侧海岸。

（二）岩浆岩

1.侵入岩。北海市海岸没有侵入岩出露，而在流入北海市海域的河流流域分布有奥陶纪、志留纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪和白垩纪等时代的侵入岩，近海岸的岩体主要是志留纪、三叠纪侵入岩。

2.喷出岩。北海市海岸带出露的喷出岩主要有上白垩统西垌组（K2x）、中更新统喷出岩石峁岭组（Qp2s）和上更新统湖光岩组（Qp3h）。

（三）构造

在大地构造位置上，调查区位于华夏陆块南端的北海市海域内，即北部湾凹陷的北部，断裂构造较发育，经过多期次的构造运动，造就现今的断裂构造分布格局。区域性断裂主要有合浦—博白断裂带、钦州湾—涠洲岛断裂带、犀牛脚—北海断裂带。

（四）矿产

北海市现已发现47 种矿种（不含河砂），占广西已发现矿种的33%。矿产资源以非金属矿为主，主要有钛铁矿、砂金、石膏、建筑石料用灰岩、水泥用灰岩、建筑用砂岩、天然石英砂、建筑用砂、砖瓦用页岩、高岭土、陶瓷土、膨润土、泥炭、矿泉水、地热（热水）、油页岩及稀土等。现查明有大型矿床22 处，中型矿床10 处，小型矿床、矿点、矿化点60 处。

北海市资源分布集中，优势矿产明显。截至2020 年，高岭土合计查明资源量为9.65 亿吨，石英砂矿合计查明天然石英砂资源量共19.37亿吨（陆域），二者资源量均位居广西首位。

然而北海市海域矿产资源调查、勘查工作程度较低。以往仅开展局部地段的海砂勘探工作，对海域矿产资源家底不清，只完成了1∶50 万的海底表层固体矿产调查；在邻近海域开展的华南海岸带（广西东兴地区近岸海域）矿产资源综合调查评价（1∶10 万）为此次调查提供了较为详细的海洋矿产调查工作技术方法、工程间距部署等方面的参考；近几年开展的石英砂矿和筑填用砂矿勘查也为此次调查提供了较为丰富的海洋矿产勘查经验。

二、北海市海域石英砂矿分布特征

调查区的矿产类型主要有石英砂矿、筑填用砂矿和黏土矿。其中石英砂矿体主要赋存于第四系下更新统湛江组（Qp1z）、新近系中新统—上新统南康组上段（Nn2）中，以第四系全新统海积层（Qhm）为顶板，以新近系中新统—上新统南康组下段（Nn1）的青灰色黏土为底板，含矿层岩性以灰白色、灰黄色砾砂为主，局部为灰白色中细砂。其间夹2～3 层的黏土矿。

北海市石英砂矿由Ⅰ-1和Ⅰ-2矿体组成，矿体总体上呈层状，南北控制宽大于10 千米，东西控制长大于10 千米，展布面积超过1 300平方千米，是潜在的大型玻璃硅质原材料矿床，矿层顶部出露标高为﹣4.98～﹣39.86米，底面分布标高为﹣28.97～﹣70.37米，矿体厚度为3.28～56.52 米，厚度稳定程度属较稳定；含砂率（不低于0.1 毫米）为70.83%～86.40%，二氧化硅含量为 95.66%～99.05%，三氧化二铁含量为0.06%～0.28%，三氧化二铝含量为0.27%～1.31%，矿石质量稳定程度均属稳定。

三、矿床地质特征

根据区域地质资料、毗邻同类矿区勘查资料以及此次调查区的钻孔资料，研究小组认为矿区的矿床为滨海型石英砂矿，由单一石英砂矿组成。砂矿矿床可划分为2 个矿体，即玻璃石英砂矿体Ⅰ和筑填用砂矿体Ⅱ。

矿体呈层状，产状近水平，规模大，矿体在平面上分布于调查区北部廉州湾海域以及调查区中部向西南方向延伸至调查区南部。矿体位于水下，大致呈现由北部向南部逐渐变低的趋势。

（一）矿体地质特征

1.玻璃石英砂矿体Ⅰ以第四系全新统海积层（Qhm）为顶板，以新近系中新统—上新统南康组下段（Nn1）的青灰色粉砂、粉质黏土为底板，含矿层的岩性以灰白色、灰黄色砾砂为主，局部为灰白色中细砂。

矿体分布于调查区北西的廉州湾海域和调查区中部延伸至西南的2 个部位。其中廉州湾海域的玻璃石英砂矿体Ⅰ-1平面上呈面状展布、无天窗，形态简单，总体产状近似水平，剖面上呈层状产出。

调查区中部延伸至西南海域的玻璃石英砂矿体Ⅰ-2 平面上由北东—西南向呈不规则的凹凸形状展布、无天窗，总体产状近水平，剖面上呈层状产出。

2.筑填用砂矿体Ⅱ以海底表面为顶板，以第四系下更新统湛江组（Qp1z）为底板，含矿层的岩性以灰黄色、灰褐色含砾中细砂为主，局部为灰褐色含砾中粗砂。

筑填用砂矿体Ⅱ分布于调查区中部延伸至调查区西南海域，平面上由北东—西南向呈不规则的凹凸形状展布、无天窗，总体产状近似水平，剖面上呈层状产出。

（二）矿石类型和品级特征

根据矿石产出层位、主要矿物成分、疏松程度、颗粒组成等地质特征，调查区矿石按自然类型划分为含砾砂、砾质泥质砂、含砾泥质砂、含泥砾质砂等，以含砾砂及含砾泥质砂为主。矿石呈灰白色、灰色、土黄色、灰色为主，其矿物成分以石英砂为主，石英含量为84%～98%、黏土类矿物含量为1.0%～15.0%，云母类少量，重矿物主要是钛铁矿、黄铁矿、金红石、锆石、电气石等。石英砂呈疏松状，形态呈他形粒状或粒状集合体，矿物成熟度高。

调查区玻璃石英砂矿Ⅰ号矿层矿石含砂率为82.87%，平均含泥量为17.13%，原矿平均含泥量达到小于20%的产品要求；筑填用砂矿Ⅱ号矿层矿石含砂率为70.05%，平均含泥量为29.95%，原矿平均含泥量达到小于30%的产品要求。

（三）碎屑矿物

研究小组对调查区内地质取20 件样品进行岩矿鉴定，共检出13 种碎屑矿物，分为主要矿物和次要矿物。

样品颜色主要为土黄色、灰白色，砾状结构、泥质结构、粉砂结构、细砂结构、中—粗砂结构，松散堆积构造、土状构造。大部分样品中石英占主导地位，含量在84%～98%之间。

四、矿床地球物理特征

为了获得浅部地层的完整剖面，研究小组同时使用目前浅层地球物理探测常用的2 种方法，即单波束测深和单道地震探测（电火花），通过这些手段获得勘探剖面的地球物理特征，可以研究海底浅部地层的沉积、地质构造特征和泥沙层位厚度。

（一）层序特征关系

根据物探资料分析和已有钻孔揭露的地层岩性、成因、岩土体物理力学性质、结构构造等，研究小组将勘探深度范围内岩土体自上而下划分为第四系全新统海积层（Qhm）淤泥层、第四系全新统海积层（Qhm）粉细砂层、第四系全新统海积层（Qhm）黏土层、第四系下更新统湛江组（Qp1z）粉细砂层、第四系下更新统湛江组（Qp1z）砾砂层、新近系南康组（Nn）粉细砂层等。

（二）地震反射界面

结合钻孔资料和相邻调查区的资料，研究小组依据地震剖面有效波反射同相轴的振幅、频率、连续性以及反射波组的上、下接触关系，反射波终止所形成的削截、顶超、上超、下超所反映的地层接触关系来划分地震反射界面，并在调查区内确认了R0、R1、R2、R3、R4、R5等6 个反射界面。

1.R0界面。海底反射波，强振幅，连续性较好，反射能量强，是水面与海底之间的反射界面，形态上反映了海底的起伏。海底反射界面往返时间为11.7～43.0 毫秒，反射深度为8.9～33.0 米。

2.R1界面。侵蚀界面，较平缓，局部下切，界面以上为中强振幅，基本上为水平连续反射波组；界面以下是较杂乱的反射波组。反射界面连续，界面上有明显的埋藏古河道、沟谷或其他凹凸不平的侵蚀痕迹，反射界面往返时间为16.8～54.3 毫秒，反射深度为13.5～43.4 米。

3.R2界面。反射能量中等，中强振幅反射，连续性一般，反射较强的粗条带，起伏较大。反射界面往返时间为21.0～66.7 毫秒，反射深度为11.4～43.3 米。

4.R3界面。反射能量中等，中强振幅反射，连续性好。反射界面往返时间为36.0～43.0毫秒，反射深度为28.8～34.4 米。

5.R4界面。反射能量中等，中振幅反射，连续性差。反射界面往返时间为27.3～69.5毫秒，反射深度为21.9～55.6 米。

6.R5界面。反射能量弱，弱振幅反射，连续性极差。反射界面往返时间为20.52～82.25毫秒，反射深度为16.42～65.8 米。

（三）地震层序划分

据上述反射界面，研究小组把调查区划分为A（A1、A2、A3）、B（B1、B2）、C 3 套反射层组。

1.A 组地层。该组地层是一套高含水量、低能量、易侵蚀和易流动交换的表层沉积层，为平行整一的披盖式反射结构，局部发育层理，层内可分出3 个亚层（A1、A2、A3）。A1组地层是R0—R1之间的反射层序，主要分布在涠洲岛南部和东部，层状反射，反射能量弱，为平行整一的披盖式反射结构。该地层经钻探揭露为淤泥，较厚区域厚度等值线呈条带状，推测是古河道沉积。古河道从涠洲岛下方斜穿至涠洲岛东北面，在涠洲岛东面分叉，推测古河道向铁山港方向延伸。A2组地层中—强振幅、连续性一般—中等，平行、亚平行结构，反射能量中等—强，底界面起伏变化较大，反映地层分布连续，岩性主要为粉细砂质沉积物，致密，硬度较大，地层厚度为0～14.0 米。A3组地层是R2—R3之间的反射层序，反射能量中等，平行、亚平行结构，调查区局部发育，层厚较薄，最大厚度为2.8 米，主要为黏土层。

2.B 组地层。该组地层在调查区广泛分布，呈弱—中振幅，反射能量弱—中等，层内按反射特征可分出2 个亚层（B1、B2），钻探揭露该套地层为第四系下更新统湛江组（Qp1z）。B1组地层呈弱振幅，反射能量弱，局部呈层状反射，反射能量平行、亚平行结构，主要分布在涠洲岛东面和南面，钻孔揭露地层岩性为粉细砂质沉积物，致密，硬度较大，地层厚度为0～18.6 米。B2组地层中振幅，反射能量中等—强，反射结构杂乱，局部发育大型交错层理和大型波状层理，钻孔揭露地层岩性为颗粒较粗的砾砂沉积物，地层厚度为0～38.5 米。

3.C 组地层。该组地层在地震剖面上未能揭穿其底界面，根据其弱振幅、反射能量弱、反射结构杂乱、局部层状弱反射等特征，再结合钻孔资料，推测该地层是颗粒较细的砂层，且局部为黏土层或含黏土质砂层，钻孔揭露其上部岩性为新近系南康组（Nn）粉细砂质沉积物。

五、找矿靶区及潜力分析

（一）找矿靶区

根据矿体厚度大、厚度稳定、形态简单、矿石质量高、质量稳定，以及避开生态红线管控区的原则，研究小组在调查区玻璃石英砂矿和筑填用砂矿的内部圈定出可进一步勘查的靶区。根据调查结果，提交进一步勘查靶区石英砂矿4 个，分别为SY-1、SY-2、SY-3、SY-4，筑填用砂矿2 个。其中SY-2 的石英砂矿达到了平板玻璃硅质原料质量一级品的要求，SY-1、SY-3、SY-4 的石英砂矿达到了平板玻璃硅质原料质量二级品的要求。上述靶区石英砂矿的潜在资源远大于1 000 万吨，是潜在的大型平板玻璃硅质原材料矿产地。

（二）找矿潜力分析

1.石英砂矿体赋存层位及厚度。石英砂矿体主要赋存于廉州湾海域以及调查区中部延伸至西南的第四系下更新统湛江组（Qp1z）和新近系中新统—上新统南康组上段（Nn2）中，分布层位广。其中廉州湾海域玻璃石英砂矿体Ⅰ-1 矿体厚度变化在45.86～56.52 米之间，矿体平均厚度为50.43 米，变化系数为9.11%，厚度变化稳定程度属稳定。矿体含砂率（不低于0.1 毫米）为78.57%～84.54%，平均为81.95%，变化系数为 2.63%，含砂率变化稳定程度属稳定。调查区中部延伸至西南海域的玻璃石英砂矿体Ⅰ-2 矿体厚度为3.28～35.02 米，矿体平均厚度为15.01 米，变化系数为65.52%，厚度变化稳定程度属较稳定。矿体含砂率（不低于0.1 毫米）为70.83%～86.40%，平均为80.01%，变化系数为 5.53%，含砂率变化稳定程度属稳定。

2.海域地层沉积相稳定。北海市海域矿石自然类型主要为含砾砂、砾质泥质砂、含砾泥质砂、含泥砾质砂等，以含砾砂及含砾泥质砂为主。矿石呈灰白色、灰色、土黄色、灰色，其矿物成分以石英砂为主，石英含量为84%～98%、黏土类矿物含量为1.0%～15.0%，云母类少量，重矿物主要是钛铁矿、黄铁矿、金红石、锆石、电气石等。石英砂呈疏松状，形态为他形粒状或粒状集合体为主，矿物成熟度高。

3.石英砂含量较高。在调查区样品岩矿鉴定结果中显示，大部分样品中石英占主导地位，含量在84%～98%之间，呈次棱角、次圆状，米黄色、烟灰色、灰白色、半透明均有出现，油脂光泽，粒径在0.001～11 毫米之间，0.06～2 毫米者居多，小于0.06 毫米的次之。

综上所述，北海市海域石英砂含矿层位分布广，且连续稳定，厚度大，矿体厚度变化稳定程度属较稳定，含砂率变化稳定程度属稳定，石英砂含量较高，找矿前景良好。