湖南省鮑溪大型重晶石礦成礦規(guī)律

黃寬心，邵擁軍，孫毅強(qiáng)，朱 帆

（1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四一四隊(duì)，湖南 益陽(yáng) 413000）

鮑溪重晶石礦是我國(guó)南方最新發(fā)現(xiàn)的大型礦床，該礦屬淺海盆地相沉積型礦床，該礦床順層產(chǎn)于寒武系牛蹄塘組下段的底部淺變質(zhì)巖中。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，傾向北西，傾角 34°～51°，礦體走向長(zhǎng)7893m，最大控制斜深911m，厚0.88～6.15m，平均厚2.24m。重晶石礦332+333資源量為3424.9×104t，礦床BaSO4平均品位62.77%，其中332礦石量1212.2×104t，占35.4%。

鮑溪礦區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)江南地軸的西南緣，雪峰山華夏系構(gòu)造隆起帶呈北東—南西方向斜貫全區(qū)，為區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造形跡。在區(qū)域東部展現(xiàn)一組新華夏系構(gòu)造帶。在區(qū)域南部有一東西向斷裂切華夏系構(gòu)造帶，此外還有規(guī)模不大的北西西向的構(gòu)造形跡。研究區(qū)處于貢溪復(fù)式向斜南東翼北東段，區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺構(gòu)造發(fā)育，其中北東向構(gòu)造為區(qū)內(nèi)的主體構(gòu)造（圖1）。鮑溪礦區(qū)及鄰區(qū)的巖漿活動(dòng)主要在前震旦紀(jì)和震旦紀(jì)早期，表現(xiàn)為火山凝灰?guī)r的沉積。在本區(qū)以西鎮(zhèn)遠(yuǎn)（貴州省）一帶有基性超基性巖脈及云斜煌斑巖巖脈產(chǎn)出；北東芷江縣艾頭坪—大洪山一帶有基性巖脈出露，此外，巖漿活動(dòng)僅表現(xiàn)在寒武系底界的含磷炭質(zhì)板巖之上局部見(jiàn)有火山凝灰?guī)r沉積，沉積厚度約50cm。區(qū)域上留茶坡組硅質(zhì)巖中常見(jiàn)火山玻屑物質(zhì)，火山玻屑的定向排列及微層理構(gòu)造表明其為海底火山噴發(fā)物在當(dāng)時(shí)的洋流作用下沉積而成的；牛蹄塘組下部黑色炭質(zhì)板巖中的多元素礦產(chǎn)可能物質(zhì)來(lái)源于該期火山噴發(fā)物。

1 礦床地質(zhì)特征

1.1 含礦巖系特征

重晶石礦與釩礦為異體共生礦床，其含礦巖系賦存于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組下段的底部，從下至上由硅質(zhì)巖、含磷炭質(zhì)板巖、重晶石礦層、含釩炭質(zhì)板巖組成，含礦巖系厚8.29～14.60m。釩礦層位于含礦巖系頂部，重晶石礦層位于含礦巖系中上部。含礦巖系底界清楚，底板為震旦系上統(tǒng)硅質(zhì)巖，頂界與破碎的炭質(zhì)板巖呈過(guò)渡關(guān)系。

（1）硅質(zhì)巖：厚度0～3.82m，灰黑色、深灰色。細(xì)微粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。成分主要為硅質(zhì)，約占90%，鐵質(zhì)、泥質(zhì)、粘土礦物約占5%。局部見(jiàn)方解石脈，裂隙內(nèi)見(jiàn)脈狀、團(tuán)塊狀黃鐵礦。

（2）含磷炭質(zhì)板巖：厚度0～1.62m，平均厚度0.45m，黑色,碎屑結(jié)構(gòu)，巖礦芯破碎，呈粉末狀、片狀。炭質(zhì)含量高，極易污手。主要成分為重晶石約占20%、炭質(zhì)約占20%、膠磷礦約占30%。見(jiàn)橢球狀結(jié)核，結(jié)核直徑0.5～2cm，滴含鉬酸銨的硝酸溶液見(jiàn)姜黃色沉淀，片狀碎塊炭質(zhì)板巖光滑如鏡面，偶見(jiàn)重晶石結(jié)核。取樣P2O5含量為0%～21.79%。

（3）重晶石礦層：厚度0.88～6.15m，礦石呈深灰色、黑色、灰色，風(fēng)化后呈淺灰色或黃灰色，主要由重晶石、方解石和炭泥質(zhì)組成，中下部含鈣質(zhì)較高，夾硅質(zhì)及鈣質(zhì)結(jié)核或透鏡體；隱晶—細(xì)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，主要成分為BaSO4（含量多在50%～80%），鈣質(zhì)主要表現(xiàn)為方解石細(xì)脈和方解石團(tuán)塊（含量約占15%），其余為硅質(zhì)、鐵質(zhì)等組成。重晶石礦較圍巖比重大，頂部受炭質(zhì)浸染而呈黑色，中部及下部則為灰色、深灰色。

（4）含釩炭質(zhì)板巖：此層區(qū)內(nèi)普遍存在，為劃分重晶石礦層頂界的標(biāo)志。厚度3.0～8.88m，灰黑色，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，主要成分為泥質(zhì)，含量大于95%，炭質(zhì)約占10%，新鮮巖石粉末極易污手。巖芯較破碎，由泥質(zhì)、炭質(zhì)等組成，局部夾少量放射狀重晶石結(jié)核，BaSO4品位1%～5%，P2O5平均小于5%，V2O5品位0.1%～0.79%，該層炭質(zhì)含量明顯高于其余部分，發(fā)熱量在（2.56～4.73）×103J/g。

1.2 礦體特征

鮑溪礦體呈北東—南西向出露于礦區(qū)南東，形態(tài)上總體簡(jiǎn)單，順層分布于牛蹄塘組炭質(zhì)板巖中，為似層狀的板狀礦體，礦區(qū)內(nèi)走向長(zhǎng)7893m，地表槽探采樣控制 厚 度 1.10～3.20m，探 槽 BaSO4品 位 72.01% ～94.57%，比重3.51～4.24；鉆孔控制厚度0.88～6.15m，BaSO4品位30%～94.33%、比重3.0～4.27；老窿BaSO4品位72.30%～94.66%，比重3.53～4.26。單工程揭露礦體厚度0.88～6.15m，平均厚度2.24m，厚度變化系數(shù)41.09%，控制最大傾向延伸911m。礦體傾向北西275°～325°，傾角 33°～51°，平均 44°，品位(BaSO4)39.29%～95.69%，礦床平均品位（BaSO4）62.77%，品位變化系數(shù)14.94%。礦體特征參數(shù)見(jiàn)表1。

1.3 礦石特征

（1）礦物成分。礦石的有用礦物為重晶石，脈石礦物主要有方解石、炭泥質(zhì)、硅質(zhì)，其次有黃鐵礦、膠磷礦和高嶺石，微量及偶見(jiàn)礦物有絹云母、白云母、斜長(zhǎng)石、磷灰石、綠泥石、黃銅礦等。

①重晶石。深灰—灰黑色，地表風(fēng)化后呈褐黃—土黃色，BaSO4含量30%～94.66%，一般60%～80%，單體一般呈半自形的板狀、柱狀。集合體呈粒狀、結(jié)核狀、土狀等。根據(jù)觀察，重晶石的粒徑從0.01～0.30mm，其中主要粒徑集中于0.03～0.10mm，次為0.10～0.30mm。重晶石在單偏光鏡下見(jiàn)有2組正交的解理。無(wú)色透明，正中突起，干涉色為一級(jí)黃，有時(shí)分布不均勻，呈斑雜狀。平行消光，正延性。晶體內(nèi)部含有一定量的炭質(zhì)包裹體。極少量的重晶石有被方解石交代的現(xiàn)象。

②方解石?；野咨?，含量1%～60%，一般10%～40%，半自形晶，粒徑0.03～0.10mm，其產(chǎn)出形式有2種：一是原始沉積的泥晶方解石，部分為內(nèi)碎屑方解石，普遍具重結(jié)晶現(xiàn)象；二是后生的脈狀方解石，量微并充填在節(jié)理中，脈寬0.1～30mm，疏密不等，地表多風(fēng)化流失呈空洞或土狀物。

③炭泥質(zhì)物。灰黑色，含量1%～40%，在該礦區(qū)的各類(lèi)巖石中均有分布，形態(tài)上可以分為脈狀和塵土狀2種。其中脈狀分布的炭質(zhì)占主要部分，可以進(jìn)一步劃分為脈狀、縫合線(xiàn)狀、網(wǎng)脈狀等次級(jí)類(lèi)型。

④硅質(zhì)。含量3%～7%，在巖石中以單晶石英和隱晶質(zhì)集合體2種形式出現(xiàn)。石英呈粒狀，粒徑基本相近，中心部位往往包裹了一定量的泥質(zhì)，呈現(xiàn)為朦朧的塵土狀，而邊緣部分往往較為潔凈透明，這種現(xiàn)象是由于后期重結(jié)晶作用所致。以單晶石英為主體的泥質(zhì)硅質(zhì)巖、硅質(zhì)巖中，重晶石的含量較少，且粒徑較石英細(xì)小，粒徑僅約0.01～0.03mm，一般產(chǎn)出于石英顆粒的間隙中。

（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)造。以鑲嵌粒狀變晶結(jié)構(gòu)為主，花崗變晶結(jié)構(gòu)、糜棱結(jié)構(gòu)、放射狀結(jié)構(gòu)次之，還有櫛殼狀結(jié)構(gòu)、針狀變晶結(jié)構(gòu)、柱狀變晶結(jié)構(gòu)、麥粒狀結(jié)構(gòu)、篩狀變晶結(jié)構(gòu)和殘余內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、交代殘留結(jié)構(gòu)、葵花狀結(jié)構(gòu)、豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)等。

礦石構(gòu)造主要有塊狀和條紋狀構(gòu)造，其次為條帶狀、層紋狀構(gòu)造、定向塑性流動(dòng)構(gòu)造，還有少量的結(jié)核狀構(gòu)造、晶洞構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、透鏡紋理狀構(gòu)造、片狀構(gòu)造、梳狀構(gòu)造、縫合線(xiàn)構(gòu)造和蠕蟲(chóng)狀構(gòu)造等。

（3）礦石質(zhì)量及類(lèi)型。重晶石礦石中有益組份為BaSO4，礦石中含少量Mo、Ni、V、Y、U、TR、Au、Ag 、Pt等有色金屬、貴重和稀土等元素，此外，還含有SrSO4、SrCO3、Pb、BaCO3、P2O5。有害雜質(zhì)含量：SiO2、AL2O3、Fe2O3、CaO、MgO（表2、表3）。

表1 鮑溪礦區(qū)重晶石礦體特征一覽表

表2 鮑溪礦區(qū)重晶石礦石全分析表

研究區(qū)礦石呈細(xì)晶質(zhì)致密塊狀，沒(méi)有或極少有石英、方解石、氧化鐵和毒重石等礦物，礦物化學(xué)成分為BaSO4：74%～83%，SiO2：2.51%～6.82%，CaO：1.2%～10.05% ， Fe2O3：0.2% ～0.91% ，礦 物 粒 徑 0.02～0.10mm，因此劃為單礦物重晶石（細(xì)晶）礦石類(lèi)型。

2 礦床成因及成礦規(guī)律

2.1 礦床成因

古生界早期，隨著湘北龍山—臨湘一帶的隆起和衡陽(yáng)—瀏陽(yáng)古陸的形成，區(qū)域內(nèi)局部褶皺抬升，該區(qū)進(jìn)入了半封閉海盆沉積環(huán)境，隨后由于龍山—臨湘隆起的沉沒(méi)，閉塞狀態(tài)逐漸解除，海水逐漸加深，沉積了整個(gè)寒武系海侵地層序列。解閉初期的火山噴發(fā)，為牛蹄塘組下部層位穩(wěn)定的重晶石、磷、鎳、釩、鉬、鈾、稀土等多元素礦床的沉積提供物質(zhì)來(lái)源。據(jù)現(xiàn)有資料，該區(qū)重晶石礦的形成與同沉積期海底熱水噴流作用有關(guān)，為海底殼幔混合熱液噴流成因，依據(jù)如下：

（1）重晶石礦稀土微量元素資料，δEu為1.84，對(duì)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值δEu為1.22，δEu具正異常，證明礦床在形成過(guò)成中疊加了部分幔源成分[1]；

（2）重晶石礦層中往往含有閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦、菱鐵礦等熱水（液）成因礦物[2]，還在重晶石礦層中發(fā)現(xiàn)有熱水沉積的指示礦物—鋇冰長(zhǎng)石的的產(chǎn)出[3]；

（3）鍶 同 位 素 [n(87Sr)/n(86Sr)]值 0.708310～0.7089671，鉛同位素研究證明重晶石具有熱水(地幔物質(zhì)加入)成因的鍶、鉛同位素特征[4];

（4）重晶石礦層中Th/U比值很低，一般小于0.2，表明有深部物質(zhì)的加入（通過(guò)熱水或熱液）。另外，礦層上、下頁(yè)巖中微量元素V、Co、Ni、Cu、Sr、U、Mo富集表明，它們可能與偏堿性、超基性巖漿的噴氣熱液密切有關(guān)[5]。稀土配分顯示重晶石具有Ce負(fù)異常，Eu正異常，表明重晶石形成受到了較強(qiáng)的熱水物質(zhì)的影響；

（5）重晶石礦的硫同位素S為+41.65，如此富集的S可能是生物分餾的結(jié)果(吳朝東等，1999)。現(xiàn)代海底熱泉溶液的化學(xué)組分中Ba的濃度為17.2～42.6mol/L，而海水中Ba濃度為0.145mol/L[6]，Ba富集系數(shù)近百倍。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代海底熱泉附近重晶石富集，熱水生物群(低等細(xì)藻類(lèi)生物)繁盛，熱液微生物成礦作用強(qiáng)烈；

（6）據(jù)1∶5萬(wàn)貢溪幅區(qū)調(diào)成果，在貢溪一帶震旦系上覆下寒武統(tǒng)九門(mén)沖組中產(chǎn)出的重結(jié)晶灰?guī)r透鏡體，巖礦鑒定該灰?guī)r中的方解石為非正常沉積方解石，另?yè)?jù)稀土微量資料，其σEu值為0.76～2.469，δEu平均值為1.6145，呈現(xiàn)較高的正異常。反映該時(shí)期亦有地幔噴流物參與沉積，即該區(qū)海底地幔熱水噴流活動(dòng)在該時(shí)期仍在活動(dòng)，同時(shí)在寒武系下統(tǒng)“黑層”中存在Ni、Mo、V等多金屬異常及成礦亦與該背景下的海底地幔熱水噴流活動(dòng)有關(guān)。

表3 鮑溪礦區(qū)原礦化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果表（%）

2.2 成礦過(guò)程及規(guī)律

礦區(qū)重晶石通過(guò)同生斷裂、沉積物間隙、巖石的孔隙和裂隙下滲的海水、地表水和淺層地下水，在滲透過(guò)程中，受地?zé)崽荻群蜆?gòu)造作用影響而變熱，在溶解所滲透的基底巖石中易溶組分的同時(shí)，使受熱海水酸度和鹽度增高，形成具一定溫度的熱鹵水。熱鹵水通過(guò)在礦源層中的流動(dòng)，能夠大量溶解巖石中的Ba2+和SO42—及其他可溶組分，并與其中的原生流體、間隙流體混合使得熱鹵水的濃度增加。由于同生斷裂的持續(xù)活動(dòng)，熱鹵水不斷升溫，從而形成高溫高壓富含Ba2+和SO42—的含礦熱鹵水。Ba2+主要呈氯絡(luò)合物的形式被搬運(yùn)，并且由于BaSO4的退化可溶性，高溫?zé)崴芤褐械腂a2+不能形成重晶石沉淀。當(dāng)熱鹵水達(dá)到一定深度后，受上覆承壓作用的影響便回返上升，沿著同生斷裂和其他裂隙系統(tǒng)向海底運(yùn)移，噴溢到非補(bǔ)償性的棚緣盆地之中，與冷的海水混合。由于溫度和壓力的釋放，鹵水中的鋇離子便與硫酸根離子作用形成硫酸鋇，在有利的環(huán)境下形成層狀重晶石。

重晶石礦層嚴(yán)格受地層、巖性和沉積建造的控制。研究區(qū)鋇的物質(zhì)來(lái)源與路源和海底火山噴發(fā)有關(guān)，且以后者為主。從礦層及圍巖、自生礦物的特征推斷，礦床形成于淺海滯流盆地相，干燥炎熱的氣候條件，Eh值小于1，pH值近似8，水介質(zhì)為堿性的還原條件下。因此，重晶石礦床為淺?；瘜W(xué)沉積礦床。

3 找礦標(biāo)志

研究區(qū)重晶石找礦標(biāo)志包括：時(shí)代層位標(biāo)志、巖性標(biāo)志、巖相標(biāo)志、地形地貌標(biāo)志和重砂異常。本區(qū)重晶石礦層有2個(gè)層位：寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組底部、震旦系上統(tǒng)陡山沱頂部，以前者為主（時(shí)代層位標(biāo)志）。本區(qū)重晶石礦頂?shù)装鍘r性有3種類(lèi)型：頂板為破碎的結(jié)核狀重晶石炭質(zhì)板巖，底部為鈣質(zhì)含磷炭質(zhì)板巖；底板均為硅質(zhì)巖；硅質(zhì)巖下部為白云巖。礦層均產(chǎn)于過(guò)渡界面上，與炭質(zhì)板巖、含磷炭質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖關(guān)系密切，在巖性上注意交替部位（巖性標(biāo)志）。研究區(qū)重晶石礦形成于半封閉淺海盆地相（巖相標(biāo)志）。重晶石本身是較難風(fēng)化的，在地貌上多形成小陡坎或小山脊，地表重晶石礦體多氧化成土黃色、黃褐色，當(dāng)?shù)乩习傩斩喾Q(chēng)之為“黃礦”（地形地貌標(biāo)志）。因重晶石難風(fēng)化和難溶于水，所以重晶石顆粒往往富集于河谷或河流中，可以通過(guò)重砂異常來(lái)發(fā)現(xiàn)和找到重晶石礦床（重砂異常）。

4 結(jié)論

（1）鮑溪大型重晶石礦床為淺海沉積型礦床，礦石具有品位高、分布廣、儲(chǔ)量大的特點(diǎn)。

（2）該區(qū)重晶石礦的形成與同沉積期海底熱水噴流作用有關(guān)，為海底殼?；旌蠠嵋簢娏鞒梢?。

（3）該區(qū)重晶石礦找礦標(biāo)志包括時(shí)代層位標(biāo)志、巖性標(biāo)志、巖相標(biāo)志、地形地貌標(biāo)志和重砂異常。

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