安徽方解石礦床地質(zhì)特征與找礦方向

馮書文，詹建華

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心安徽總隊，安徽 合肥 230031)

方解石礦物主要用于生產(chǎn)重質(zhì)碳酸鈣、氧化鈣等工業(yè)填料、顏料和化工產(chǎn)品，其產(chǎn)品廣泛用于塑料制品、橡膠制品、造紙、涂料、醫(yī)藥食品等領(lǐng)域。方解石礦為安徽省特色優(yōu)勢非金屬礦產(chǎn)，其保有資源儲量全國第二位，也是我國方解石礦主要產(chǎn)地之一[1]。安徽已開展過大量方解石礦地質(zhì)勘查工作，基本查明了方解石礦賦礦層位及礦床成因。目前大多礦山已開采利用，獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。對以往勘查工作研究，總結(jié)了安徽方解石礦床地質(zhì)特征和成礦地質(zhì)條件，指出了找礦方向和找礦靶區(qū)，為今后找礦工作提供了參考依據(jù)。

1 勘查開發(fā)概況

1.1 勘查歷史

安徽方解石礦勘查較早，可追溯于20世紀90年代。首期勘查區(qū)位于青陽縣來龍山—東山一帶，之后在涇縣云嶺—桃花潭展開。安徽青陽來龍山礦床是我國首個作為重質(zhì)碳酸鈣勘查的礦床[2]?？辈楣ぷ髦饕性?1世紀初期，2005年后相繼在廣德、貴池、懷寧和銅陵等地進行方解石礦勘查工作，2010年后仍有不少礦床進行勘查。安徽省63處方解石礦床[3-4]勘查情況見表1。

1.2 資源分布

安徽方解石礦產(chǎn)地總體呈北東—南西向分布。主要分布于青陽、涇縣，池州、東至、廣德亦有分布，銅陵、宣城、石臺少量。截止2019年底，安徽省共查明方解石礦床63處(圖1)，其中超大型2處、大型3處、中型25處、小型33處。累計查明資源儲量45 418×104t，保有資源儲量39 598×104t(表2)。經(jīng)統(tǒng)計，中型以上礦床達到詳查程度的約占1/3。

表1 安徽方解石礦勘查工作統(tǒng)計

1.3 開發(fā)利用

安徽方解石礦開發(fā)利用程度較高，已利用礦產(chǎn)地50處，占全省礦床總數(shù)的79%。開采礦山累計查明資源儲量40 127×104t，占全省累計查明方解石礦總量的88%；開采礦山保有資源儲量34 558×104t，占全省方解石礦保有總量的87%。根據(jù)安徽省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃，按2020年方解石礦開采總量調(diào)控指標133×104t/年預(yù)算，資源保障程度高。未利用礦區(qū)13處，未利用資源儲量5 040×104t，占全省累計查明資源儲量的11%。

安徽方解石礦最早開采于涇縣北貢。1993年前后，青陽來龍山零星開采。20世紀90年代末期，青陽、涇縣、懷寧、池州、石臺、宣城、銅陵等地先后建廠，大規(guī)模開采。大型以上礦山生產(chǎn)規(guī)模50×104t/年以上，中小型礦山一般5～30×104t/年，其中來龍山五～十段規(guī)模最大，為260×104t/年。開采的礦石主要用于粉體加工。重鈣產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于造紙、塑料、橡膠、涂料、油漆、食品、飼料和化工等方面填料或添加劑。早期原礦出口至韓國、日本等國，目前省內(nèi)產(chǎn)品供不應(yīng)求。

2 成礦地質(zhì)背景

安徽57處方解石礦床分布于下?lián)P子被動陸緣(Z-Pz1)(Ⅻ-2-2)[5](圖2)，占全省資源儲量總量的99%。其他方解石礦床，如南陵南青、銅陵牛山西、懷寧黑山?jīng)_、徐家花屋、馮塔嶺礦床位于長江中下游弧后裂陷盆地(J3-K1)(Ⅻ-2-1)及宣城劉家山方解石礦床位于江南古島弧(Pt2Ⅻ-2-4)。地層區(qū)劃屬下?lián)P子地層分區(qū)貴池地層小區(qū)和江南地層小區(qū)。依據(jù)中國成礦區(qū)帶劃分方案[6]，屬于長江中下游Cu-Au-Fe-Pb-Zn(Sr-W-Mo-Sb)-硫鐵礦-石膏成礦帶(Ⅲ-69)。

圖2 安徽方解石礦床Ⅲ級構(gòu)造帶分布簡圖

區(qū)內(nèi)地層出露較齊全，為早元古—中生代一套海陸相碳酸鹽及碎屑巖沉積地層。賦礦地層為主要為上寒武統(tǒng)青坑組、下奧陶統(tǒng)紅花園組。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造發(fā)育，主要有黃柏嶺復(fù)式背斜、貴池背向斜帶、七都復(fù)背斜等。印支期為主要褶皺，總體走向近南西—北東向。燕山期褶皺規(guī)模小、分布零星、褶曲和緩開闊，展布方向無規(guī)律。深斷裂多期、多次活動貫其始終，造成深斷裂兩側(cè)之褶皺形態(tài)明顯不同。北東向、北西向斷層與褶皺相伴，多為印支期形成；北北東、南北向斷層規(guī)模較大，切割較強，多為燕山期產(chǎn)物。區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育，自南西—北東方向，主要有譚山—肖坑超單元復(fù)式巖體、青陽—九華復(fù)式巖體、包村巖體、云嶺巖體等，其展布方向與區(qū)域總體構(gòu)造線方向基本一致。侵入活動時限為燕山期。侵入地層為古生代地層，巖體形態(tài)多為巖基或巖株狀產(chǎn)出。侵入巖石類型主要為中酸性為主，巖性主要為花崗閃長巖和花崗巖。區(qū)內(nèi)發(fā)育的方解石礦與侵入巖緊密相關(guān)，是由于巖漿的侵入產(chǎn)生接觸變質(zhì)作用，鈣質(zhì)碳酸鹽巖重結(jié)晶形成。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

安徽方解石礦床主要產(chǎn)于區(qū)域褶皺構(gòu)造兩翼之鈣質(zhì)碳酸鹽巖巖段，含礦建造沉積環(huán)境多為濱淺海碳酸鹽(鈣質(zhì)為主)組合。賦礦層位主要為上寒武統(tǒng)青坑組、下奧陶統(tǒng)紅花園組，少量中上奧陶統(tǒng)及中上石炭統(tǒng)黃龍組、下二疊統(tǒng)棲霞組，下三疊統(tǒng)南陵湖組偶見。巖性主要為白—淺灰白色方解石大理巖、含白云質(zhì)方解石大理巖。礦體多呈層狀，少量似層狀、脈狀、透鏡狀。單個礦體一般長近百米至數(shù)百米，厚數(shù)米至數(shù)十米，延深可達數(shù)百米。產(chǎn)狀與圍巖一致，傾角5～85°不等。

3.2 礦石特征

礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造：變晶結(jié)構(gòu)，厚—中厚層、塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為方解石，含量96%以上，少量白云石、石英、黃鐵礦、泥炭質(zhì)及鐵質(zhì)粘土等。礦石化學成分：CaO 53.34%～55.60%、MgO 0.18% ～ 1.77%，白度 81.76 ～ 94.3。

3.3 礦石類型

礦石自然類型主要為巨晶(方解石晶體粒徑＞4mm)、極粗晶(粒徑為1～4mm)、粗晶(粒徑為0.5～1mm)、中晶、細晶方解石大理巖等5種類型。就單個礦床而言，礦石類型與成礦巖體距離有關(guān)，一般距離越近，方解石結(jié)晶越粗大，達巨晶—中晶；距離越遠，方解石晶體逐漸變小，為粗—細晶。對多數(shù)礦床來說，礦石類型差別較大，可能與巖體侵入期次、規(guī)模、以及成巖成礦時間時限有關(guān)。距成礦巖體較近，但巖體規(guī)模較小，方解石結(jié)晶粒度往往偏小，如白云山、陳園山為細?！至?；來龍山為粗?！蘖?，來龍山礦體距青陽—九華復(fù)式巖體距離最近約220m。

3.4 成因類型

安徽方解石礦床類型為接觸變質(zhì)型和低溫熱液充填型兩種[7-8]，以接觸變質(zhì)型為主(圖3)。接觸變質(zhì)型礦床展布方向受賦礦地層產(chǎn)狀及巖體形態(tài)控制，總體呈北東—南西向展布，與區(qū)域方向一致。代表性礦床如來龍山方解石礦，分布在青陽花崗閃長巖體外圍1.2km以內(nèi)。全省中型規(guī)模以上礦床均是接觸變質(zhì)型礦床，成礦期為燕山期。

安徽省低溫熱液充填型方解石礦床較少，均為小型，查明資源量僅占0.3%。賦礦層位為下奧陶統(tǒng)紅花園組，距離巖體2～5km，分布于斷裂帶中，礦體呈脈狀。該類礦床僅分布于青陽，代表性礦床有姚灣、朝華村等。

3.5 礦體圍巖和夾石

礦體與圍巖界線清晰。圍巖主要有白云石大理巖、方解石大理巖、石灰?guī)r以及白云巖等。圍巖蝕變類型有大理巖化、矽卡巖化、角巖化、透輝石化等。夾石主要為沉積變質(zhì)大理巖型夾石，指CaO含量較低，MgO含量偏高，白度等達不到工業(yè)指標要求而圈定的夾石體，主要巖性為白—淺灰白—灰色中厚—厚層白云石大理巖、(含)灰質(zhì)白云石大理巖、(含)云質(zhì)方解石大理巖、方解石大理巖等。

3.6 典型礦床

圖3 安徽主要方解石礦地質(zhì)簡圖

青陽來龍山方解石礦區(qū)南北長7km，東西寬1km，面積7km2，自北向南由尖山、東山北段、東山、來龍山、南段、吳家塘、太平山等七個礦段組成。礦區(qū)地處下?lián)P子地塊南緣褶斷帶，出露上寒武統(tǒng)青坑組、下奧陶統(tǒng)侖山組及紅花園組地層，侵入巖為燕山中期青陽巖體和晚期九華山巖體[9-10]，呈巖基產(chǎn)出。礦體單斜層狀，賦礦層位為青坑組和紅花園組，單層厚28～175m，傾角19～81°。礦體沿走向基本穩(wěn)定，沿傾向變化較大。后期斷層切斷礦體，使礦體沿傾向不連續(xù)(圖4)。主要礦物成分為方解石，含少量白云石、石英、粘土礦物，微量的白云母或綠泥石等。主要化學成分為：CaO 55.19%、SiO20.37%、Fe2O30.04%、MgO 0.52%[11]，白度 88.7 ～ 94.0。礦石類型主要為巨晶、極粗晶、粗晶、中晶、細晶方解石大理巖。礦床形成與青陽花崗閃長巖體有關(guān)，受巖漿分泌的氣體熱液影響，青坑組和紅花園組石灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r發(fā)生重結(jié)晶和褪色作用，形成方解石礦床，為接觸變質(zhì)礦床類型(表3)。方解石礦距離巖體220～1 050m。距離巖體越近，方解石晶體越大，粒徑為2～5mm。相反，方解石晶體越小，為中—細粒。

4 成礦規(guī)律

成礦地質(zhì)環(huán)境為被動陸緣，屬碳酸鹽臺地沉積建造組合。震旦紀，皖南、浙西形成一系列北東—南西向的隆起和凹陷，早古生代處于大陸邊緣活動陸棚。其中，晚寒武世處于深淺海環(huán)境[12]，有水平層理和泥質(zhì)條帶灰?guī)r。奧陶紀早中期，地殼徐緩下降，接收淺海相碳酸鹽沉積，晚期海退。至印支期，本區(qū)褶皺隆起。燕山期，巖漿活動強烈，侵入巖的巖性以花崗閃長巖、二長花崗巖、鉀長花崗巖為主，沿褶皺核部侵入圍巖。位于褶皺兩翼的淺海碳酸鹽原巖(鈣質(zhì)為主)，受到巖漿散發(fā)的熱量和析出的氣液影響，發(fā)生礦物重結(jié)晶和褪色作用而形成方解石礦床。

圖4 青陽來龍山方解石礦12線地質(zhì)剖面圖

主要控礦因素是：①位于被動陸緣；②深淺海古地理環(huán)境；③鈣質(zhì)為主碳酸鹽原巖；④褶皺隆起帶的翼部；⑤中酸性巖漿巖侵入；⑥接觸變質(zhì)作用。

礦床成礦模式[13]屬被動陸緣上與接觸變質(zhì)作用有關(guān)的方解石礦床。方解石礦體分布于巖體外接觸帶1～2km范圍內(nèi)，總體呈帶狀順層分布，礦體產(chǎn)狀與接觸帶產(chǎn)狀大體一致。正常情況下，在大型侵入巖體外圍，方解石礦床成礦規(guī)模偏大。

表3 安徽典型方解石礦床地質(zhì)特征

5 找礦標志及方向

(1)上寒武統(tǒng)青坑組和下奧陶統(tǒng)紅花園組是尋找方解石礦的地層標志。礦床分布呈帶狀展布，礦體產(chǎn)狀同原巖一致，明顯受層位控制。頂?shù)装宥酁榘自茙r，結(jié)晶形成白云石大理巖。

(2)燕山期中酸性花崗巖是尋找方解石礦床重要標志。距離巖體越遠，熱力變質(zhì)越弱。巖體外數(shù)百米至1～2km范圍內(nèi)，是尋找方解石礦的理想位置。燕山期巖漿侵入活動頻繁，多期次沿褶皺核部或構(gòu)造薄弱帶向上侵入地表，巖漿中攜帶的熱量使外接觸帶鈣質(zhì)碳酸鹽巖圍巖溫度增高，重結(jié)晶形成方解石礦床。

(3)區(qū)域褶皺、斷裂構(gòu)造是尋找方解石礦的構(gòu)造標志。背斜樞紐傾伏地段是應(yīng)力集中部位，巖石破碎，層間滑脫。后期斷裂疊加、巖石破碎帶加寬、加劇，是巖體侵位的良好環(huán)境。

(4)石臺—梅街—小河鎮(zhèn)—石臺范圍內(nèi)，面積約350km2，為成礦遠景區(qū)。該區(qū)位于譚山—肖坑超單元復(fù)式酸性花崗巖體外圍，出露青坑組和紅花園組地層，同省內(nèi)重要方解石礦床有相同區(qū)域構(gòu)造和古地理環(huán)境。其中里坑—徐家山—張家—煉劍—龍村一線，位于大佛堂—太平槽背斜南翼，長約8km，為方解石礦首要找礦靶區(qū)。