湖南湘西北地區(qū)東山峰滑石礦床地質(zhì)特征及成因概述

陳倫浩，曹承清，劉禮輝

(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四○三隊(duì)，湖南 常德 415000)

0 前言

我國滑石礦主要分布于遼寧、青海、山東、廣西、江西等省份，基礎(chǔ)儲(chǔ)量占全國90%。滑石礦是一種重要的非金屬黏土礦物材料，被廣泛應(yīng)用于陶瓷、造紙、涂料、塑料、橡膠、醫(yī)療、化妝品等制造行業(yè)[1]?；V因其用途非常廣泛，屬優(yōu)質(zhì)非金屬礦產(chǎn)，所以其市場需求一直旺盛，具有良好的發(fā)展前景。湖南湘西北地區(qū)東山峰滑石礦賦存于震旦系上統(tǒng)燈影組下部假鮞狀白云巖段的底部，由上往下可分為白滑石礦和黑滑石礦兩個(gè)礦層。滑石礦體呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，其空間形態(tài)嚴(yán)格受礦區(qū)地層及構(gòu)造所控制。該大型滑石礦床的發(fā)現(xiàn)是“358找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)”的又一顯著成果。

1 巖相古地理環(huán)境

湘西北震旦紀(jì)燈影期上揚(yáng)子古陸進(jìn)一步海侵，古陸的西、北、東三面分別形成面積廣大的開闊海盆,上揚(yáng)子古陸已演變?yōu)橐粋€(gè)向北東延伸的半孤立臺(tái)地，經(jīng)過長期剝蝕，到燈影早期臺(tái)地上古陸或古島大多被夷平，或進(jìn)一步縮小，上揚(yáng)子古陸已演變成一個(gè)淺水碳酸鹽巖臺(tái)地，湘西北地區(qū)為臺(tái)緣斜坡沉積環(huán)境。燈影期上揚(yáng)子臺(tái)地廣泛發(fā)育巨厚的白云巖沉積，由于古陸或古島已經(jīng)消失或淹沒于水下，已不再提供陸源物質(zhì)，而燈影期碳酸鹽巖臺(tái)地沉積主要為純度較高的鈣鎂型碳酸鹽巖、鎂硅酸鹽巖，且同時(shí)含有有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦。由于氣候轉(zhuǎn)暖，環(huán)境中低等的浮游生物(藻類、細(xì)菌類)大量繁殖，因此沉積中富有有機(jī)質(zhì)，同時(shí)在沉積物中可見清晰的水平層理，偶見斜坡層理，碳酸鹽巖、滑石巖具假鮞狀結(jié)構(gòu)，說明當(dāng)時(shí)環(huán)境為水體較動(dòng)蕩的弱氧化-還原的淺海沉積環(huán)境。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

東山峰滑石礦區(qū)位于揚(yáng)子古地臺(tái)南緣東山峰復(fù)背斜南翼，區(qū)域位置見圖1。該區(qū)背斜軸向北東-南西，總體出露延伸長56 km。核部出露地層主要為震旦系，另有板溪群零星分布。軸部地層產(chǎn)狀平緩，傾角3°～10°。背斜的北翼近軸部地層呈舒緩波狀單斜層產(chǎn)出，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。南翼發(fā)育有次級(jí)倒轉(zhuǎn)或平臥褶皺構(gòu)造，剖面上呈反“S”或“Z”字形形態(tài)，并伴生有一系列走向張扭性斷裂。規(guī)模較大的走向有延長達(dá)50 km以上的清官渡(F2)逆斷層、自生橋(F1)逆斷層，東山峰滑石礦受F2斷裂伴生的次級(jí)斷層控制。區(qū)內(nèi)只在渫水河畔的百步墩見有石英閃長巖株出露，面積不足200 m2。但據(jù)重力資料定型推斷，本區(qū)域可能存在淺層或中層隱伏巖漿巖體侵入。

圖1 東山峰滑石礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖

3 礦區(qū)地質(zhì)概況

3.1 地層巖性

區(qū)內(nèi)震旦系地層出露較全，背斜南、北兩翼分別出露有震旦系、寒武系、奧陶系。震旦系燈影組底部鮞狀白云巖段為滑石礦賦礦層位。

震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2dy)的巖性特征自上而下分為三個(gè)巖性段。

(1)中厚層狀白云巖段(Z2dy3)：巖性為淺灰～灰白色白云巖，微晶結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，頂、底部夾少量黑色硅質(zhì)條帶。

(2)薄層狀白云巖段(Z2dy2)：巖性為灰～深灰色白云巖，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，層間常夾極薄層泥質(zhì)頁巖，揉皺發(fā)育，層面及裂隙面常具有滑石化。底部夾黑色硅質(zhì)條帶。

(3)假鮞狀白云巖段(Z2dy1)：依其巖性特征分為上、中、下三層。

上部：灰白色中厚層～厚層狀白云巖，微粒～假鮞狀結(jié)構(gòu)，局部具硅化。

中部：灰～灰白色假鮞狀～豆?fàn)罟杌自茙r，頂為深灰色炭泥質(zhì)白云巖，含少量膠磷礦條帶或團(tuán)塊。

下部：為白色滑石巖與黑色滑石巖層，其間夾薄層滑石化假鮞狀硅化白云巖，底部為硅化豆?fàn)畎自茙r。該層為礦區(qū)滑石礦賦存部位。

3.2 構(gòu) 造

礦區(qū)受東山峰復(fù)背斜及南翼的泥市—清官渡斷裂帶的控制，期間形成一系列的低序次、低等級(jí)的構(gòu)造形跡，構(gòu)成倒轉(zhuǎn)褶皺、旋扭構(gòu)造、入字構(gòu)造以及更低次序的構(gòu)造，對(duì)礦區(qū)滑石礦層的賦存和破壞起著重要的作用。清官渡斷裂帶的主干斷層F1(北緣)和F2(南緣)兩條斷裂之間的巖層十分破碎，硅化等蝕變強(qiáng)烈，小斷裂發(fā)育，該斷裂帶具有長期活動(dòng)特征，主干斷裂面多有偏轉(zhuǎn)。該斷裂應(yīng)于加里東期初具雛形，印支期定型，燕山期尚有活動(dòng)(切割了白堊紀(jì)盆地)，總體構(gòu)造形跡復(fù)雜。本區(qū)的倒轉(zhuǎn)褶皺控制礦區(qū)巖層的基本產(chǎn)狀、形態(tài)變化。上部由倒轉(zhuǎn)背斜，下部由倒轉(zhuǎn)向斜組成，總體構(gòu)造形態(tài)在剖面上呈反“S”形。

4 礦體地質(zhì)特征

4.1 含礦巖系特征

該區(qū)滑石礦賦存于震旦系上統(tǒng)燈影組下部假鮞狀白云巖段(Z2dy1)的底部，由上往下可分為白滑石礦和黑滑石礦兩個(gè)礦層，二者間隔0.45～6.5 m。含礦巖系由假鮞狀豆?fàn)罟杌自茙r、滑石化硅化白云巖及滑石礦層等組成。其巖性特征自上往下為：(1)灰白色中～厚層狀白云巖，微粒、假鮞狀結(jié)構(gòu)，具針孔狀構(gòu)造，夾少量硅質(zhì)團(tuán)塊；(2)深灰色薄～中厚層狀含炭泥質(zhì)白云巖，間夾條帶狀、透鏡狀膠磷礦；(3)灰～淺灰色厚層狀假鮞狀白云巖，假鮞狀部分呈線條狀密集排列，具輕微硅化；(4)白色滑石礦層(Ⅱ礦層)，間夾滑石化白云巖團(tuán)塊；(5)淺灰、灰色中厚層狀假鮞狀白云巖，殘余假鮞狀結(jié)構(gòu)，多硅質(zhì)條帶，具不同程度硅化，尤以上部硅化強(qiáng)烈；(6)黑色滑石礦層(Ⅰ礦層)，夾形態(tài)不規(guī)則的灰色滑石化白云巖夾矸，該層層位穩(wěn)定；(7)深灰、灰黑色厚層狀豆?fàn)畎自茙r，豆粒有黑、白兩色，均勻、圓度好，白云質(zhì)膠結(jié)，是Ⅰ礦層直接底板，為與下伏地層陡山沱組分界的良好標(biāo)志層。

4.2 礦體地質(zhì)特征

目前發(fā)現(xiàn)在東山峰地區(qū)可分為三個(gè)礦段?；V體呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，其空間形態(tài)嚴(yán)格受礦區(qū)褶皺及斷裂構(gòu)造所控制。黑、白滑石礦層層位穩(wěn)定，與圍巖界線清楚，礦體(層)與頂、底板巖層的硬度相差較大，易于識(shí)別。礦體產(chǎn)狀與圍巖基本一致。由于白滑石礦層受構(gòu)造因素控制明顯，滑石礦多呈單個(gè)礦體形式出現(xiàn)，礦體之間的無礦地段多由變質(zhì)程度較低的灰白色硅化、滑石化假鮞狀豆?fàn)畎自茙r取代。但其下方的黑滑石礦層則走向延伸相對(duì)較穩(wěn)定，只是礦層厚度、品位有一定變化。

姚家埡礦段：礦層沿走向延伸長度達(dá)2 000 m，由于斷層切割，賦礦層位缺失嚴(yán)重，一般只有Ⅰ礦層或只有Ⅱ礦層。其中Ⅰ礦層出露長800 m，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，黑滑石礦體厚2.11～3.78 m，滑石品位62.61%～77.63%。Ⅱ礦層地表走向出露1 200 m，礦體厚0.85～2.87 m，傾向延深上礦體厚度逐漸變薄，為不可采，滑石品位56.68%～73.90%。

楓箱坡礦段Ⅰ、Ⅱ礦層主要受斷層在礦層走向、傾向上的切割，初步圈定Ⅰ礦層5個(gè)礦體，Ⅱ礦層7個(gè)礦體。Ⅰ礦層走向長3 780 m，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體厚1.30～7.75 m，滑石品位47.53%～73.16%。Ⅱ礦層走向長2 790 m，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體厚1.30～20.07 m，滑石品位51.10%～76.89%。楓箱坡礦段較典型的礦體形態(tài)特征見圖2。

圖2 東山峰滑石礦區(qū)楓箱坡礦段17線剖面圖

1—寒武系下統(tǒng)杷榔組；2—寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組；3—震旦系上統(tǒng)燈影組白云巖段；4—震旦系上統(tǒng)燈影組薄層白云巖段；5—震旦系上統(tǒng)燈影組假鮞狀白云巖段；6—震旦系下統(tǒng)陡山沱組上含磷段；7—震旦系下統(tǒng)陡山沱組下含磷段；8—震旦系下統(tǒng)陡山沱組炭泥質(zhì)白云巖及灰質(zhì)白云巖段；9—震旦系下統(tǒng)陡山沱組炭泥質(zhì)白云巖板狀頁巖段；10—白滑石礦；11—黑滑石礦；12—正斷層及編號(hào)

清官渡礦段滑石礦層由于斷層的切割，造成在傾斜方向重復(fù)出現(xiàn)，概略圈定黑、白滑石礦體各5個(gè)。Ⅰ礦層走向長4 500 m，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體厚1.20～4.65 m，滑石品位49.39%～60.05%。Ⅱ礦層走向長1 920 m，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體厚0.80～3.80 m，滑石品位51.43%～68.89%。清官渡礦段較典型的礦體形態(tài)特征見圖3。

圖3 東山峰滑石礦區(qū)清官渡礦段17線剖面圖

1—寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組；2—震旦系上統(tǒng)燈影組白云巖段；3—震旦系上統(tǒng)燈影組薄層白云巖段；4—震旦系上統(tǒng)燈影組假鮞狀白云巖段；5—震旦系下統(tǒng)陡山沱組上含磷段；6—震旦系下統(tǒng)陡山沱組下含磷段；7—震旦系下統(tǒng)陡山沱組炭泥質(zhì)白云巖及灰質(zhì)白云巖段；8—震旦系下統(tǒng)陡山沱組炭泥質(zhì)白云巖板狀頁巖段；9—白滑石礦；10—黑滑石礦；11—斷層及編號(hào)

4.3 礦石質(zhì)量

白滑石礦一般為變晶結(jié)構(gòu)，少部分變余假鮞狀結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，少部分呈泥狀；黑滑石礦為變余假鮞狀結(jié)構(gòu)，變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，少部分呈泥狀。礦石的礦物成分簡單，Ⅰ、Ⅱ礦層不同類型的黑滑石礦和白滑石礦礦物成分基本相似，僅有組分含量高低的區(qū)別。礦石的主要礦石礦物為滑石，脈石礦物為白云石及少量石英、方解石、膠磷礦等，另見少量炭泥質(zhì)及微量鐵錳質(zhì)。經(jīng)顯微鏡下測定的礦物含量如表1所示。

由表1可見，Ⅱ礦層(白滑石)滑石含量比Ⅰ礦層(黑滑石)含量高，除方解石外，其他雜質(zhì)礦物含量要低，白滑石比黑滑石質(zhì)量要好。

滑石是礦石中的一種主要礦物，大部分滑石呈顯微頁片狀大致平行片理分布，葉片之間緊密排列，質(zhì)量好的礦石膠結(jié)物很少，部分頁片中心還殘留著泥-粉晶白云巖殘屑。少部分滑石常呈細(xì)脈狀充填于巖石的細(xì)小裂隙中，并有白云石交代的現(xiàn)象[2]。

白云石也是礦石中的一種主要礦物，含量有多有少，呈粒屑狀。泥-粉晶狀嵌染于滑石中，后期在動(dòng)力作用下，具有破碎、拉長、重結(jié)晶和滑石化蝕變等現(xiàn)象，多數(shù)白云石被滑石交代后而變成鱗片狀滑石殘屑物[3]。

滑石礦石的化學(xué)成分也比較簡單，主要為SiO2、MgO，次為CaO、CO2，占礦石化學(xué)組分的98%以上。礦層礦石平均化學(xué)成分含量如表2所示。

表1 Ⅰ、Ⅱ礦層滑石礦礦物組分統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

表2 Ⅰ、Ⅱ礦層礦石化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)表

從表2可以看出，礦區(qū)Ⅰ、Ⅱ礦層滑石礦石的主要有益組分MgO、SiO2含量偏低，有害組分CaO、CO2含量偏高，F(xiàn)e2O3含量低。

據(jù)測試資料分析，礦石MgO、SiO2含量與滑石含量正相關(guān)，說明礦石中MgO、SiO2主要含于滑石中；CaO含量與礦石中的白云石和方解石含量呈正相關(guān)，礦石中CaO主要來源于方解石及白云石。

白度為評(píng)價(jià)滑石礦石質(zhì)量的主要物理性質(zhì)特征之一。經(jīng)過白度測試分析，在1 000 ℃溫度煅燒條件下測定，黑滑石(Ⅰ礦層)平均白度達(dá)84.16%，白滑石(Ⅱ礦層)平均白度達(dá)85.16%。對(duì)樣品分別作了原始白度、煅燒白度測定對(duì)比，經(jīng)1 000 ℃溫度煅燒后，白滑石礦石平均白度由80.9%提高到87.9%，提高約7%；黑滑石礦石平均白度由51.6%提高到85.6%，可提高約34%，白度由原三級(jí)品提高到一級(jí)品要求。

5 礦床成因

東山峰地區(qū)滑石礦體明顯受層位和巖性的控制，巖性為富鎂的碳酸鹽巖?；V層主要呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與上下圍巖呈整合接觸關(guān)系，滑石礦石與圍巖具有相似的礦區(qū)組合。在某些局部地段存在滑石礦層與圍巖互層或圍巖中夾有滑石礦透鏡體，且上下圍巖中普遍具有滑石化。以上特征都傾向于指示滑石礦層同其圍巖具有一個(gè)連續(xù)自生沉積過程。

東山峰地區(qū)滑石礦床不僅受層位和巖性的控制，明顯還受構(gòu)造的控制，且礦石質(zhì)量的好壞與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)大致呈正相關(guān)關(guān)系。東山峰背斜南翼地層強(qiáng)烈褶皺，同時(shí)伴有一系列的走向斷層發(fā)育，如楓箱坡礦段構(gòu)造很復(fù)雜，礦層厚度也較大，礦石質(zhì)量亦較好，而姚家埡、清官渡兩礦段構(gòu)造較楓箱坡礦段簡單，礦層厚度及礦石質(zhì)量均次之。背斜北翼大成灣—九嶺—咸泥地區(qū)因構(gòu)造簡單，未見滑石礦產(chǎn)出。一些強(qiáng)烈的構(gòu)造為滑石變質(zhì)重結(jié)晶成礦改造提供了動(dòng)力變質(zhì)[4]。根據(jù)相關(guān)資料推斷，本區(qū)域可能存在淺層或中層隱伏巖漿巖體侵入，為本區(qū)滑石礦變質(zhì)改造提供了熱動(dòng)力來源。

從礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造上看，黑滑石礦保留了原假鮞狀結(jié)構(gòu)，礦石質(zhì)量較白滑石礦差一些；白滑石礦中的鮞粒大部分被壓碎或重結(jié)晶，僅保留少部分的鮞狀，礦石質(zhì)量較好，且白滑石礦賦存位置更貼近于斷裂構(gòu)造，因此白滑石礦受動(dòng)力變質(zhì)作用強(qiáng)于黑滑石礦。“鮞?！笔侵敢环N由核心或圍繞核心的包殼組成的球形或橢球形的顆粒，一般被認(rèn)為在水體動(dòng)蕩的淺海環(huán)境中沉積形成，鮞狀結(jié)構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)在碳酸鹽巖中[5]。東山峰地區(qū)滑石礦含礦巖系普遍具有鮞狀結(jié)構(gòu)，也是最引人注目的特征之一。

綜上述，根據(jù)湘西北東山峰地區(qū)滑石礦地質(zhì)背景、礦床特征，結(jié)合礦石礦物組合、化學(xué)特征及滑石礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征研究認(rèn)為，該礦區(qū)滑石礦地質(zhì)成因?yàn)樽陨练e-動(dòng)力變質(zhì)改造成因模式，礦床類型為沉積-動(dòng)力變質(zhì)碳酸鹽型滑石礦床。