海南保由重晶石礦床地質(zhì)特征及找礦方向

李元志， 李滿根， 胡寶群， 許德如， 楊昌松， 高海東， 任國剛

(1.東華理工大學(xué)，江西 撫州 344000;2.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640;3.海南省地質(zhì)調(diào)查院，海南 ?？?570206;4.江西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，江西 南昌 330038)

重晶石作為一種重要的非金屬礦產(chǎn)，主要成分為BaSO4，具有密度大，硬度低，性脆等特點(diǎn)和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無磁性和無毒性，能夠吸收X，γ射線等性能，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。張培元(1987)、褚有龍(1989)、湯繼新等(1989)、李文炎等(1991)、李文光(1994)、宣之強(qiáng)(1999)、李占遠(yuǎn)(2004)、吳衛(wèi)芳等(2009)已對國內(nèi)重晶石礦床的地理分布、地質(zhì)特征、礦床類型、成礦條件以及礦床成因做了比較深入的研究。而海南島作為我國環(huán)太平洋構(gòu)造—巖漿—成礦帶的重要區(qū)段(廖香俊等，2005)，由于地理位置及歷史等原因，國內(nèi)外對海南重晶石礦的研究還很少。

保由重晶石礦位于海南島昌江縣石碌鎮(zhèn)南面，屬昌江縣七差區(qū)管轄，是海南省正在開采的重晶石礦床之一，屬于典型的中、低溫層間破碎帶型礦床，該礦床賦存在二疊系峨查組(P1e)與鵝頂組(P2ed)過渡地段的斷裂破碎帶中(圖1)，受斷裂構(gòu)造控制明顯。其礦床特點(diǎn)是開采簡單且品位高，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。筆者通過野外地質(zhì)勘查工作，結(jié)合物探、化探及遙感的異常信息，綜合分析得出該區(qū)具有較大的成礦潛力，對海南島重晶石礦的研究具有一定的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

保由重晶石礦區(qū)位于海南島中西部王下逆沖構(gòu)造帶內(nèi)，構(gòu)造上屬于武夷-云開-臺灣造山系(Ⅰ級構(gòu)造單元)所屬五指山巖漿弧(Ⅱ級構(gòu)造單元)五指山褶皺帶(Ⅲ級構(gòu)造單元)瓊西巖漿弧(Ⅳ級構(gòu)造單元)。區(qū)域內(nèi)地層發(fā)育相對較全，由老到新依次為泥盆-石炭系、下石炭統(tǒng)巖關(guān)階和二疊系。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷多期次的成礦和構(gòu)造運(yùn)動影響，構(gòu)造形跡穿插交錯，其中斷裂構(gòu)造最為發(fā)育，次為褶皺構(gòu)造。斷裂構(gòu)造主要有北西向、北東東向、北東向、南北向斷裂，其中北西向斷裂與本區(qū)礦化有密切關(guān)系。區(qū)內(nèi)有印支期侵入巖，中、基型巖脈穿插在各時(shí)代地層或侵入巖中。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

圖1 昌江縣保由重晶石礦區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 The regional geological map of Baoyou barite-deposit of Changjiang county

礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要是下二疊統(tǒng)的峨查組(P1e)與鵝頂組(P2ed)。峨查組巖性主要為含碳粉砂質(zhì)千枚巖、變質(zhì)石英砂巖和硅化石英巖;鵝頂組按巖性分為上下兩個(gè)亞組，下亞組(P2ed1)由含碳粉砂質(zhì)千枚巖與結(jié)晶灰?guī)r組成，上亞組(P2ed2)巖性主要為含燧石或泥質(zhì)結(jié)核的結(jié)晶灰?guī)r。西部與泥盆—石炭系地層和石炭系巖關(guān)階地層呈斷層或微角度不整合接觸，東部則與印支期中—細(xì)粒似斑狀黑云母花崗巖(rP2)接壤①中國有色金屬工業(yè)總公司廣東九三四地質(zhì)隊(duì).1985.廣東省昌江縣保由鉛鋅礦區(qū)段找礦評價(jià)報(bào)告.。

2.2 構(gòu)造

由于本區(qū)承受過多期次的構(gòu)造運(yùn)動的影響，使區(qū)域內(nèi)的褶皺構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)的非常復(fù)雜，斷裂構(gòu)造表現(xiàn)的非常發(fā)育。沿昌化江本身就是一條大的斷裂構(gòu)造，以懸崖絕壁為其表現(xiàn)形跡。除此之外，主要斷裂還有南北、北西、北東和北北東四組。

南北向斷裂。為區(qū)域性的大斷裂，出露于區(qū)段東面印支期中—細(xì)粒似斑狀黑云母花崗巖與下二疊地層的侵入接觸帶上，沿?cái)嗔褞С涮罱淮纬墒⒐杌瘞?，寬?～25 m，上、下盤巖石有擠壓破碎和糜棱巖化及牽引現(xiàn)象，產(chǎn)狀為224°～245°∠51°～71°。屬張扭性斷裂。

北西向斷裂。本區(qū)最重要的一組控礦斷裂構(gòu)造，與區(qū)段礦化密切相關(guān)。區(qū)段礦化破碎帶與F18斷裂帶相吻合，含鉛重晶石石英脈沿?cái)嗔褞С涮畛傻V。局部并見有石英閃長玢巖脈充填。經(jīng)鉆孔控制延深較大，且在該斷裂帶的上、下盤發(fā)育著次一級多層次的層間斷裂，部分有較強(qiáng)的礦化。斷裂平均走向?yàn)?25°，傾向南西平均傾角53°。屬壓扭走向斷層。

北東及北北東向斷裂。該組斷裂的水平斷距較大，形成時(shí)間可能較晚些，除使二疊系地層發(fā)生位移外，并且破壞了礦化帶的連續(xù)與完整。其性質(zhì)可能屬于壓扭性平移斷層。

2.3 巖漿活動

區(qū)域內(nèi)所見的侵入巖主要有印支期中-細(xì)粒似斑狀黑云母花崗巖(rP2)，屬儋縣雜巖體的一部分，呈巖基狀大面積分布在本區(qū)的東部，與泥盆—石炭系及下二疊系地層呈侵入接觸。巖石為灰白—淺肉紅色，塊狀構(gòu)造，部分可見片麻狀構(gòu)造，具中—細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)。巖石的主要特征是含有結(jié)晶比較粗大的斜長石斑晶，基質(zhì)成分為石英、斜長石、鉀長石等。在接觸帶附近，巖石普遍受到蝕變，熱液蝕變表現(xiàn)為硅化、絹云母化、綠泥石化等。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

3.1.1 礦體賦存的地質(zhì)條件及圍巖蝕變

該礦區(qū)重晶石礦體產(chǎn)在下二疊統(tǒng)峨查組碎屑巖與鵝頂組灰?guī)r過渡帶上的斷裂破碎帶中，礦體受NW向斷裂構(gòu)造控制，以充填、交代形式為主。區(qū)段內(nèi)近礦圍巖蝕變類型主要有硅化、重晶石化、黃鐵礦化、碳酸鹽化、其次是石墨化、綠泥石化等。

3.1.2 礦體空間分布、形態(tài)及產(chǎn)狀

本礦區(qū)重晶石礦床工圈出4個(gè)礦體(圖2)。Ⅰ號礦體分布于20線與28線間，在22線分為兩支，往深部合為一體，寬度最大15.57 m，最小0.90 m，平均真厚度7.04 m，沿傾斜控制深度15～40 m;Ⅱ號礦體位于22線與28線間，長度120 m，平均真厚度2.22 m，沿傾斜控制深度10～20 m;Ⅲ號礦體見于28線ZK6、ZK18、ZK47空間及26線ZK49孔。長度40 m，平均真厚度3.69 m，往南東側(cè)伏，側(cè)伏控制深度40～130 m。Ⅳ號礦體:是區(qū)段最小規(guī)模的重晶石礦體，僅見于32線ZK10孔中。長度55 m，真厚度0.56 m，側(cè)伏控制深度30 m①。除Ⅰ號礦體在地表呈現(xiàn)比較清楚的脈狀，其余三個(gè)礦體則呈透鏡狀分布。礦體產(chǎn)狀與礦化帶產(chǎn)狀也是基本一致(表1)。

表1 保由礦區(qū)重晶石礦礦體特征一覽表Table1 Features of orebody of barite deposit in Baoyou ore district

圖2 昌江縣保由重晶石礦區(qū)重晶石傾斜縱投影圖Fig.2 Inclined longitudinal projection map of Baoyou barite ore district of Changjiang county

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石礦物成分、類型及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石的礦物成分比較簡單，除主要礦物重晶石外，其次有方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、螢石、石英等。其中重晶石分為早、晚兩個(gè)晶出世代，并以早期晶出的重晶石為主，早期結(jié)晶的重晶石顆粒粗大，呈自形板狀，晶體達(dá)5 mm以上。晚期結(jié)晶的重晶石顆粒細(xì)小，粒度只在0.5 mm以下，呈半自形板狀或不規(guī)則狀穿插于早期結(jié)晶的重晶石和石英，與方鉛礦共生。

礦石類型比較單一，主要是重晶石-石英-方鉛礦礦石，以富含重晶石為特征，重晶石高達(dá)80% ～90%以上，石英5% ～10%。

礦石結(jié)構(gòu)有板柱狀中-細(xì)粒晶粒結(jié)構(gòu)、具碎裂狀的板狀粗-巨粒晶粒結(jié)構(gòu)，碎裂結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造等。

3.2.2 礦石化學(xué)成分

礦石中主要有用元素為Ba，主要伴生金屬元素有Pb，Zn，Cu等，對主要伴生金屬元素進(jìn)行光譜半定量分析(表2)，可以看出，整體上當(dāng)Ba含量高時(shí)，Pb，Zn，Cu 含量也較高，說明 Pb，Zn，Cu 等元素與Ba礦化有密切關(guān)系。

4 成礦地質(zhì)條件及成因淺析

4.1 成礦作用與構(gòu)造的關(guān)系

區(qū)段成礦作用主要是與斷裂構(gòu)造發(fā)育有關(guān)，尤以北西向斷裂構(gòu)造最為重要，在區(qū)段成礦作用過程中起著主導(dǎo)控制作用，礦化嚴(yán)格受斷裂破碎帶制約，方鉛重晶石-石英脈沿?cái)嗔哑扑閹С涮罱淮傻V。

4.2 成礦作用與地層的關(guān)系

區(qū)段含礦破碎帶是出露于二疊系下統(tǒng)峨查組碎屑巖與鵝頂組灰?guī)r的過渡帶上，由于過渡帶上巖性變化的復(fù)雜性，加之巖石本身的物理、化學(xué)等性質(zhì)的差異，在承受多期次的構(gòu)造運(yùn)動作用下，為斷裂構(gòu)造的發(fā)育無疑創(chuàng)造了良好的空間，有利于斷裂構(gòu)造的產(chǎn)生和發(fā)育。區(qū)段含礦破碎帶出露的這種特殊性，正是說明成礦作用與地層層位關(guān)系密切。

表2 保由礦區(qū)主要金屬元素光譜半定量分析結(jié)果表Table2 Semiquantitative spectrographic analysis of the main matalic elements in Baoyou ore district %

4.3 成礦作用與火成作用關(guān)系

區(qū)段火成作用是受區(qū)域巖漿活動所制約的。大面積出露于區(qū)段東部的印支期中—細(xì)粒似斑狀黑云母花崗巖(rP2)，，用鉀氬法測得的同位素年令值在196～224 Ma①，應(yīng)屬于晚三疊世侵入的，在侵入巖體中有石英閃長玢巖穿插其中，可見石英閃長玢巖脈要比印支期侵入巖體的侵入時(shí)間還要晚些。區(qū)段內(nèi)礦化破碎帶出露是在外接觸帶，一般距巖體30～350 m，據(jù)現(xiàn)有資料，看不出侵入巖體與礦化有直接關(guān)系，又如礦化破碎帶切割了石英閃長玢巖脈，并使靠近破碎帶的石英閃長玢巖發(fā)生變化，說明礦化時(shí)間要比石英閃長玢巖脈的侵入時(shí)間要晚，所以區(qū)域礦床成因應(yīng)屬于含礦熱液沿后期斷裂構(gòu)造充填交代形成，火成作用與礦化作用關(guān)系不明顯。

本礦床的形成是在其特有的地質(zhì)條件下形成的。區(qū)段含礦破碎帶是出露于下二疊統(tǒng)峨查組碎屑巖與鵝頂組灰?guī)r過渡帶上，有利于斷裂構(gòu)造的形成和發(fā)育。而成礦作用主要與斷裂構(gòu)造發(fā)育有關(guān)，尤以北西向斷裂構(gòu)造最為重要，在區(qū)段成礦作用過程中起著主導(dǎo)的控制作用，礦化嚴(yán)格受斷裂破碎帶的制約，方鉛重晶石—石英脈沿?cái)嗔哑扑閹С涮罱淮傻V。

4.4 礦床成因

通過測量區(qū)段內(nèi)圍巖中不同巖石種類的微量元素，發(fā)現(xiàn)灰?guī)r、千枚巖和砂巖中Ba元素的含量普遍較高，平均含量為512.98×10－6，為地殼豐度的1.09倍(地殼豐度為 470 ×10－6)(趙倫山等，1988)，說明圍巖提供了一部分Ba源。

在下二疊統(tǒng)的峨查組碎屑巖與鵝頂組灰?guī)r的過渡帶上，由于其巖性變化的復(fù)雜性，加之巖石本身物理、化學(xué)等性質(zhì)的差異，在承受多期次的構(gòu)造活動作用下，為斷裂構(gòu)造的發(fā)育創(chuàng)造了良好的空間，這些斷裂成為礦液向上遷移的主要通道，也為重晶石礦體(脈)的形成和賦存提供了良好的儲礦空間;后來由于印支期巖漿活動的影響，使成礦熱液離開母巖后，沿著圍巖中的斷裂破碎帶遷移，在遷移過程中，由于它本身具有較高的溫度和酸度，當(dāng)通過含Ba的圍巖時(shí)又吸收圍巖中Ba使礦液中的Ba的含量逐漸增高，并對巖石進(jìn)行交代，使圍巖具有硅化、黃鐵礦化、碳酸鹽化等蝕變特征，隨著環(huán)境的變化和溫度、壓力的降低，重晶石在中、低溫階段，由弱酸性向弱堿性過度的氧化環(huán)境中形成(何偉民等，2010)，在有利的構(gòu)造部位Ba元素富集形成礦床。

5 物化探和遙感異常特征及靶區(qū)優(yōu)選

5.1 化探異常

通過對野外采集回的樣品的分析處理，得出Ba與Cu，Pb，Zn呈正相關(guān)關(guān)系。以礦區(qū)范圍內(nèi)早二疊世峨查組、鵝頂組變質(zhì)巖樣品網(wǎng)格化的累頻的85%，95.5%和98%作為三級異常下限，劃分出外帶、中帶和內(nèi)帶三級濃度分帶(表3)，然后在MAPGIS中進(jìn)行離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化后進(jìn)行平面等值線圖繪制，得出Ba，Cu，Pb和Zn的元素異常圖，圖3是以賦礦地層早二疊世鵝頂組、峨查組變質(zhì)巖為背景圈定的元素組合異常圖。

表3 保由重晶石礦部分地球化學(xué)元素異常特征Table3 Anomaly characteristics of some geochemical elements of Baoyou barite deposit

由圖3可以看出，在成礦賦礦地質(zhì)體范圍內(nèi)有4處(組合)異常。西北部異常具有Pb，Zn一級濃度分帶及Ba二級濃度分帶;東北部異常具Ba，Cu，Pb三級濃度分帶及Zn二級濃度分帶，異常濃集中心套合較好，異常覆蓋已知重晶石礦體，構(gòu)造發(fā)育;西南角異常具Ba的一級濃度分帶和Zn三級濃度分帶，并有向斜構(gòu)造軸部貫穿;東南角異常僅具Cu三級濃度分帶，構(gòu)造較發(fā)育。從該典型礦床已知元素異常地球化學(xué)特征參數(shù)來看(表3)，該典型礦床已知礦體Pb的異常強(qiáng)度及規(guī)模相對Ba，Cu，Zn三元素更大，并且Pb具有三級濃度分帶，說明該區(qū)除重晶石礦外還具有較大的方鉛礦找礦潛力。

5.2 物探及遙感異常

在區(qū)域重力圖上，本礦區(qū)位于雅加大嶺重力低的西南部，布格重力異常值為(－14～－16)×10－5m/s2之間，在剩余重力異常、垂向二階導(dǎo)數(shù)處理圖上，保由重晶石礦處于花崗巖體引起局部重力負(fù)異常與元古代或古生代地層引起重力正異常的過渡帶中。故在下一步的找礦工作中，應(yīng)重視由花崗巖體引起的剩余重力負(fù)異常與元古代或古生代地層引起重力正異常的過渡帶。

該礦區(qū)遙感影像以美國陸地衛(wèi)星(Landsat-7)1999年～2001年的ETM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)信息源，將其30 m分辯率的多光譜波段與全色波段融合，得到分辯率為15 m的影像，紋理清晰且光譜信息也得以保留，通過室內(nèi)的圖像地質(zhì)解譯，對遙感異常進(jìn)行分級處理，采取異常閾值進(jìn)行分隔，分為三個(gè)等級，利用ETM數(shù)據(jù)的B1，B4，B5，B7四個(gè)波段進(jìn)行主成份分析，提取鐵染及羥基異常，但植被和水系非常發(fā)育，異常信息不明顯，且已知礦點(diǎn)與鐵染羥基異常套和度不高，故指示意義不大。

5.3 找礦靶區(qū)的優(yōu)選

根據(jù)元素組合異常和賦礦地質(zhì)背景，疊加控礦構(gòu)造，以已發(fā)現(xiàn)礦體為主，兼顧物探及遙感異常，以最小濃集中心為原則，利用MARS軟件，根據(jù)證據(jù)權(quán)法和聚類分析法，圈定找礦靶區(qū)(圖3)。

(1)靶區(qū)1。靶區(qū)內(nèi)主要出露地層為下二疊統(tǒng)峨查組碎屑巖和鵝頂組灰?guī)r及第四系土壤，靶區(qū)內(nèi)Ba，Cu，Pb，Zn 存在高異常且套合很好，北西向斷裂構(gòu)造切穿該區(qū)。本靶區(qū)內(nèi)某些地段蝕變強(qiáng)烈，且覆蓋已知重晶石礦體和鉛鋅礦礦體。在重力圖上，該區(qū)處于重力正負(fù)異常的過渡帶上。可在礦化較好地段布置淺鉆，以尋找重晶石和方鉛礦為主。

圖3 保由重晶石礦區(qū)元素組合異常及找礦靶區(qū)圖Fig.3 Element association anomalies and Prospecting targets of Bayou barite ore district

(2)靶區(qū)2。靶區(qū)位于下二疊統(tǒng)峨查組與鵝頂組的過渡帶上，靶區(qū)內(nèi)有Ba，Pb，Zn的異常，其中Ba的異常顯著，有北西向斷裂構(gòu)造和向斜構(gòu)造穿過靶區(qū)。在重力圖上，該區(qū)處于重力正負(fù)異常的過渡帶上。本礦區(qū)找礦為尋找重晶石礦為主。

(3)靶區(qū)3。靶區(qū)出露地層為下二疊統(tǒng)峨查組碎屑巖和鵝頂組灰?guī)r及第四系土壤，靶區(qū)內(nèi)有Ba，Zn異常，且Zn異常顯著，構(gòu)造發(fā)育一般，某些地段原巖蝕變較強(qiáng)，具有一定的鉛鋅礦找礦潛力。

6 結(jié)論

(1)海南省昌江保由重晶石礦與二疊紀(jì)峨查組及鵝頂組地層關(guān)系密切，斷裂構(gòu)造是該區(qū)重晶石成礦的主導(dǎo)控制因素，特別是北西向斷裂破碎帶的發(fā)育最為重要，硅化、重晶石化、黃鐵礦化、碳酸鹽化沿礦化帶普遍出現(xiàn)。

(2)礦區(qū)內(nèi) Ba，Cu，Pb，Zn 的地球化學(xué)異常分布相對集中，濃集中心明顯且套合較好，且處于花崗巖體引起局部重力負(fù)異常與元古代或古生代地層引起重力正異常的過渡帶中。

(3)三個(gè)找礦靶區(qū)都有顯著異常，且都位于位于下二疊統(tǒng)峨查組與鵝頂組的過渡帶上，具有一定的找礦的潛力，特別是1號靶區(qū)，異常組合濃集且套合較好，并有已知重晶石礦體位于區(qū)內(nèi)，構(gòu)造發(fā)育良好，是下一步找礦工作的重點(diǎn)區(qū)域。

致謝:本文是筆者參與海南省礦產(chǎn)資源潛力評價(jià)項(xiàng)目時(shí)所做，在此期間得到了海南省地質(zhì)調(diào)查院和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所吳傳軍、周岳強(qiáng)等同志的大力支持，在此表示深深的感謝。

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