江蘇邳州花山子古鋯砂礦地質(zhì)特征及找礦方向

摘要： 通過研究江蘇邳州花山子古鋯砂礦的成礦地質(zhì)背景、礦區(qū)地質(zhì)特征、礦石類型、礦物組成、化學(xué)成分和放射性異常特征，借鑒現(xiàn)代鋯砂礦成礦機(jī)制，進(jìn)一步探討花山子古鋯砂礦的地質(zhì)特征及找礦方向?；ㄉ阶庸配喩暗V是沉積砂礦床類型，賦存于中寒武世徐莊組中上部粉砂巖中，放射性元素釷含量高于一般粉砂巖釷含量，是古鋯砂礦重要的找礦標(biāo)志。徐莊組主要分布在徐州北部地區(qū)，汴塘耿莊、大泉焦莊和臺(tái)兒莊高山等地區(qū)具有較好的找礦前景。

關(guān)鍵詞： 古鋯砂礦;地質(zhì)特征;找礦方向;江蘇邳州

中圖分類號(hào)：P618.85;P611.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-1871（2020）03-256-09

鋯在地殼中的含量十分豐富，但因冶煉工藝復(fù)雜而難以被經(jīng)濟(jì)有效地提取，因此被稱為“稀有金屬”[1]。我國鋯資源相對(duì)稀缺，儲(chǔ)量僅為世界鋯儲(chǔ)量的0.64%[2]。礦石類型主要有砂礦型和巖礦型，其中巖礦型占70%以上，但是因技術(shù)手段不成熟，目前巖礦型砂礦還無法開發(fā)利用，可開發(fā)利用的是分布于沿海地區(qū)的濱海型砂礦[3-4]?；ㄉ阶庸配喩暗V是古濱海沉積型砂礦[5-6]，從礦石鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)的物理及化學(xué)特征分析，如果選礦前增加破碎、酸洗或酸磨兩道工序，則選礦過程與現(xiàn)代濱海沉積型砂礦基本相同，其開發(fā)利用前景較好。因此，筆者從花山子古鋯砂礦的地質(zhì)特征入手，探討古鋯砂礦的成礦規(guī)律及找礦方向，以期進(jìn)一步擴(kuò)大鋯礦規(guī)模，推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為我國鋯礦勘查工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于郯廬斷裂帶西側(cè)，徐州—宿州弧形斷褶帶北端（圖1），屬華北陸塊區(qū)徐淮陸表海盆地，地層屬于華北地層大區(qū)、徐淮地層分區(qū)、徐（州）宿（州）地層小區(qū)。新太古代泰山（巖）群山草峪組是該區(qū)最古老的地層，在山東省及江蘇省豐沛地區(qū)近EW向斷隆帶鉆孔中均有發(fā)育，為一套中深區(qū)域變質(zhì)雜巖，主要為黑云斜長片麻巖、綠簾黑云斜長片麻巖、角閃巖、混合巖化黑云斜長片麻巖、斜長混合巖、鉀長混合巖和二長混合巖等。上覆地層有新元古代青白口紀(jì)土門群，屬于穩(wěn)定的瀉湖相-海相碎屑巖夾碳酸鹽巖沉積組合;震旦系—古生界，其中震旦系自下而上為碎屑巖和碳酸鹽巖，屬陸表海沉積，厚度>2 500 m;古生界寒武系—中奧陶統(tǒng)主要為碳酸鹽巖夾碎屑巖沉積建造，構(gòu)成徐州地區(qū)主要山體，總厚度約1 500 m。在斷陷盆地繼承沉積中生代晚侏羅世—晚白堊世陸相碎屑巖-火山沉積巖和古近紀(jì)湖相碎屑巖-蒸發(fā)鹽巖，累計(jì)厚度>4 000 m [4]。

區(qū)域上主要發(fā)育NE向、NW向和近SN向斷裂，其中NE向斷裂發(fā)育最早，是徐州—宿州弧形斷褶帶，具推覆性質(zhì);NW向斷裂發(fā)育次之，切割了早期NE向斷裂與褶皺;近SN向斷裂發(fā)育最晚，切割NE向和NW向斷裂及推覆體，并具多期活動(dòng)性，多數(shù)為逆平移斷裂，斷層面較陡，屬郯廬斷裂帶西側(cè)派生的次級(jí)斷裂。

區(qū)域巖漿巖分布廣泛。元古代以變質(zhì)侵入巖及輝綠巖為主，中生代（燕山期）以中酸性侵入巖及噴出巖類為主，新生代（喜山期）以橄欖玄武巖、煌斑巖、金伯利巖、安山玢巖等脈巖為主。區(qū)域礦產(chǎn)主要有白云巖、灰?guī)r和石膏等，金屬礦產(chǎn)主要有鈦鐵礦（砂礦）、鋯石和獨(dú)居石等。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

研究區(qū)主要為剝蝕殘丘地貌，北部和東部外圍被第四系覆蓋，基巖出露面積約占總面積的50%，出露地層主要為寒武系，由北西向南東，由老到新依次分布早寒武世饅頭組，中寒武世毛莊組、徐莊組、張夏組和晚寒武世崮山組（圖2）。

（1）饅頭組出露于崗子村北灌溉渠，傾向195°，傾角約8°。主要為土黃色砂屑灰?guī)r、淺灰色瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰色鮞粒灰?guī)r夾紫色頁巖、泥灰?guī)r及紫紅色砂頁巖夾紫紅色鮞?；?guī)r。

（2）毛莊組分布在花山子山北部及崗子村北，傾向157°～185°，傾角7°～15°。自下而上主要為灰?guī)r、粉砂質(zhì)頁巖和粉砂巖，呈反韻律重復(fù)出現(xiàn)，韻律層厚7.83～11.03 m。

（3）徐莊組主要分布在花山子山附近，傾向150°～170°，傾角5°～22°。鉆孔資料表明，徐莊組厚53.58 m，以含海綠石灰?guī)r為界分為上、下兩部分：上部以中厚層淺灰色、灰黃色、土黃色鈣質(zhì)或泥質(zhì)粉砂巖為主，夾青灰色頁巖薄層，是鋯石等重礦物的主要富集段;下部自下而上分別為砂質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖，鋯石等重礦物含量較少。該層地表出露區(qū)或第四系覆蓋區(qū)Th異常明顯（圖2）。

（4）張夏組分布在魯山南部，傾向130°～180°，傾角8°～22°，主要以深灰色厚層鮞?；?guī)r為主，夾豆?fàn)罨規(guī)r、塊狀灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r。目前，該層主要作為水泥用灰?guī)r進(jìn)行開采。

（5）崮山組分布在崗子村南，傾向SE，傾角約20°，為灰色中厚層泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r，夾薄層灰?guī)r及鮞狀灰?guī)r，鮞粒多呈紅色，厚24.78～31.32 m，平均厚29. 95 m。

2.2 構(gòu)造

研究區(qū)位于燕子埠向斜北西翼，是由寒武系組成的緩傾斜NE向單斜，傾向SE。主要發(fā)育F4、F5和F6等3條斷層（圖2）。F4斷層分布在礦區(qū)南部，走向65°～70°，向南東側(cè)傾斜，傾角65°，為正斷層，東、西兩端被F6和F5斷層相截，因斷層規(guī)模較小，對(duì)礦體破壞不大。F5斷層橫穿虎提山東坡，為陡傾斜右行平移逆斷層，斷層面西傾，傾角約70°。在虎提山北坡斷層西盤僅出露張夏組，缺失饅頭組、毛莊組和徐莊組，且張夏組發(fā)生扭轉(zhuǎn)，走向由NE向變?yōu)镹W向，對(duì)礦體影響較大，推測(cè)西盤礦體被錯(cuò)斷至虎提山以北，且隱伏于第四系之下。F6斷層經(jīng)崗子村西側(cè)縱貫該區(qū)中部，為右行平移逆斷層，走向0°～5°，東傾，傾角較陡，水平斷距約150 m，傾向斷距約20 m，對(duì)礦體具有一定的破壞作用。

2.3 巖漿巖

研究區(qū)未見大面積巖漿巖分布，僅在研究區(qū)南約5 km處出露約3.5 km2的燕子埠輝綠巖體，巖體侵位于震旦紀(jì)倪園組上部。輝綠巖SiO2含量為42.36%～46.97%，平均值為45.73%;Al2O3含量為12.40%～14.43%，平均值為13.69%;Fe2O3含量為3.14%～4.69%，平均值為4.00%;TiO2含量為1.81%～3.04%，平均值為2.23%;CaO含量為3.56%～10.54%，平均值為8.18%;MgO含量為5.32%～7.19%，平均值為6.50%（表1）。

2.4 礦床特征

花山子古鋯砂礦位于邳州花山子山附近。在花山子山北坡有露頭分布，南坡隱伏于張夏組灰?guī)r之下。礦體呈平行層狀分布在徐莊組中上部，自下而上由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ4個(gè)礦體組成（圖3）。礦體均呈NE向展布，略向南東緩傾斜，傾向約160°，傾角5°～22°。礦體形態(tài)均呈板狀，長約1 700 m，寬約260 m。其中Ⅳ礦體最厚，厚約4.35 m，鋯石平均品位0.21%，其余礦體厚度一般為1.47～3.95 m，鋯石平均品位0.07%～0.20%。Ⅰ與Ⅱ礦體垂向間距約1.5 m，Ⅱ與Ⅲ礦體垂向間距2～4 m，Ⅲ與Ⅳ礦體垂向間距6～10 m。

2.5 礦石

2.5.1 礦石自然類型

主要為泥質(zhì)或鈣質(zhì)粉砂巖，由陸源砂、生物碎屑和填隙物組成。陸源砂包括石英（約40%），長石（約15%）和巖屑（5%～10%）等，磨圓度中等，主要呈次圓狀、次棱角狀，大小一般為0.05～0.15mm，少數(shù)為0.15～0.20 mm，雜亂分布。生物碎屑約占2%～3%，主要呈殼瓣?duì)?，大小一般?.4～3 mm，沿長軸定向排列，相對(duì)富集，呈條紋條帶狀分布，組成礦物為方解石。填隙物包括鈣質(zhì)膠結(jié)物（30%～35%）、海綠石（2%～3%）及少量硅質(zhì)膠結(jié)物。重礦物主要有鋯石、獨(dú)居石、金紅石和鈦鐵礦等。

2.5.2 礦石物理性質(zhì)

灰黃色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中薄層狀，層厚5～10 cm，個(gè)別層厚>15 cm。在自然含水條件下，單軸抗壓強(qiáng)度為28.32～34.31 MPa，屬中等硬度巖石，穩(wěn)固性較好。

2.5.3 礦石化學(xué)成分

花山子古鋯砂礦礦石主量元素含量見表2。礦石SiO2含量為46.14%～67.96%，平均值為63.01%;Al2O3含量為6.48%～11.57%，平均值為8.87%;Fe2O3含量為1.53%～2.90%，平均值為1.90%，TiO2含量為0.52%～1.38%，平均值為0.70%，ZrO2含量為0.17%～0.31%，平均值為0.22%。

2.5.4 主要重礦物特征

（1）鋯石分為黃粉色和玫瑰色鋯石，其中黃粉色鋯石約占80%，晶形呈半自形柱狀、短柱狀、次棱角粒狀，透明，弱金剛光澤，高硬度，表面較光滑，斷口有熔蝕痕跡，磨圓度為次棱角—次圓狀，分選性較好。粒徑主要為0.01～0.1 mm，少數(shù)為0.1～0.2 mm，伸長系數(shù)主要為1.2～2.3，少數(shù)為2.3～4.5（圖4）。電子探針分析結(jié)果（表3）表明，黃粉色鋯石TiO2含量平均值為0.009%，SiO2含量平均值為33.310%，HfO2含量平均值為2.046%，F(xiàn)eO含量平均值為0.005%， ZrO2含量平均值為64.887%。玫瑰色鋯石含量較少，約占20%，呈次橢圓狀或滾圓粒狀，磨圓度和分選性較好。透明—半透明，毛玻璃光澤，斷口有熔蝕痕跡。粒徑主要為0.01～0.08 mm，少數(shù)為0.08～0.15 mm，伸長系數(shù)主要為1.0～1.5、少數(shù)為1.5～3.0（圖5）。玫瑰色鋯石 TiO2含量平均值為0.003%，SiO2含量平均值為33.176%，HfO2含量平均值為1.798%，F(xiàn)eO含量平均值為0.012%， ZrO2含量平均值為65.102%（表3）。根據(jù)化學(xué)組成及ZrO2含量，黃粉色鋯石和玫瑰色鋯石均定名為鋯英石[6]。

（2）獨(dú)居石呈桔黃色，次橢圓狀—次圓扁粒狀，透明—半透明，油脂光澤，中硬度，粒徑為0.02～0.10 mm（圖6）。獨(dú)居石UO2含量平均值為0.471%，ThO2含量平均值為9.772%，PbO含量平均值為0.336%，P2O5含量平均值為28.999%，F(xiàn)含量平均值為0.51%，Y2O3含量平均值為1.369%，SiO2含量平均值為0.934%，Gd2O3含量平均值為3.791%，Sm2O3含量平均值為2.647%，Pr2O3含量平均值為2.482%、Nd2O3含量平均值為8.944%，Ce2O3含量平均值為25.881%，La2O3含量平均值為11.615%（表4）。

（3）金紅石呈棕紅色、黑色，半自形次圓柱狀、次棱角塊狀，半透明—微透明，油脂光澤，高硬度，粒徑為0.01～0.25 mm（圖7）。金紅石TiO2含量平均值為98.437%、SiO2含量平均值為0.008%、SnO2含量平均值為0.166%、FeO含量平均值為0.610%、Nb2O5含量平均值為0.615%（表5）。

2.6 鋯石源區(qū)

鋯石206Pb/238U同位素年齡測(cè)定結(jié)果見表6。 TW1和TW2樣品采自頂部Ⅳ號(hào)礦體，TW3樣品采自底部Ⅰ號(hào)礦體。TW1樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年分析數(shù)據(jù)總體略分散，206Pb/238U年齡為510～590 Ma，諧和年齡為（552.5±13）Ma，屬于晚震旦世（圖8）。TW2樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年分析數(shù)據(jù)較復(fù)雜且分散，206Pb/238U年齡總體集中在1 400～2 200 Ma年齡段，少量年齡分布在2 200～2 600 Ma年齡段，屬中元古代—新太古代晚期（圖9）。TW3樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年分析數(shù)據(jù)總體較集中，206Pb/238U年齡為1 200～1 800 Ma，諧和年齡為（1 215±23）Ma，屬于中元古代晚期（圖10）。蘇北巖體輝綠巖K-Ar同位素年齡為550～750 Ma[7-8];新太古界泰山（巖）群山草峪組變質(zhì)巖基體K-Ar同位素年齡為2 013～2 342 Ma，長英質(zhì)脈體同位素年齡為1 021～2 000 Ma[9]。由上可知，下部礦體鋯石來源相對(duì)單一，可能來源于泰山（巖）群山草峪組變質(zhì)巖的侵入脈體;上部礦體鋯石來源相對(duì)復(fù)雜，可能來源于震旦紀(jì)輝綠巖和泰山（巖）群山草峪組變質(zhì)雜巖及混合巖。

3 找礦方向

花山子古鋯砂礦鋯石、獨(dú)居石等重礦物放射性元素U、Th含量較高，尤其是Th含量高于正常巖石含量的2～32倍，且常伴生放射性異常[10]。徐莊組上部含礦部位裸露至淺覆蓋分布區(qū)的放射性異常是最有利的找礦標(biāo)志。根據(jù)前人資料[11-15]，在賈汪東部—燕子埠中寒武世徐莊組分布區(qū)，除邳州花山子異常（編號(hào)：蘇F-84-4）已提交小型鋯礦床外，還有銅山大泉焦莊異常（編號(hào)：蘇DF-84-4）、銅山汴塘耿莊異常（編號(hào)：蘇DF-84-14）和山東臺(tái)兒莊高山異常（編號(hào)：魯DF-84-20），異常形態(tài)均較好，Th含量為（12～17）×10-6，這些異常規(guī)模均遠(yuǎn)大于花山子異常規(guī)模，具有較好的找礦前景。

4 結(jié) 論

（1）花山子古鋯砂礦是以鋯石為主，兼具獨(dú)居石、金紅石、鈦鐵礦等重礦物的復(fù)合型濱海相沉積古砂礦。礦石類型主要為泥質(zhì)粉砂巖或鈣質(zhì)粉砂巖，產(chǎn)出層位為中寒武世徐莊組，是碳酸鹽巖-碎屑巖沉積建造。主要有黃粉色和玫瑰色鋯石，鋯石有多源性，成礦物質(zhì)可能來源于附近震旦紀(jì)輝綠巖和新太古代泰山（巖）群山草峪組變質(zhì)雜巖基底和混合巖化長英質(zhì)脈體。

（2）徐莊組在徐州地區(qū)伴有放射性異常，呈緩傾地層，地表裸露面積大，異常規(guī)模較大，地層與伴生放射性異常是鋯礦重要的找礦標(biāo)志。

（3）徐州汴塘耿莊、大泉焦莊和臺(tái)兒莊高山等地區(qū)徐莊組粉砂巖均大規(guī)模出露，放射性異常明顯，具有較好的找礦前景。

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Abstract：On the basis of metallogenic geological background， ore type， mineral composition， geochemical composition and radioactive anomaly of the ancient zircon placer in Huashanzi， Pizhou， Jiangsu Province， this study further discussed the geological characteristics and prospecting direction of the ancient zircon placer， combined with the metallogenic mechanism of the modern zircon placer. The Huashanzi ancient zircon placer is a new type of sedimentary sand deposit， which occurs in the siltstone of middle and upper Xuzhuang Formation of Middle Cambrian. Its thorium content higher than the normal value of ordinary siltstone is an important prospecting indicator of ancient zircon placer. The Xuzhuang Formation widely distributed in the north of Xuzhou is of better prospecting conditions， while preferential areas for ore exploration are concentrated in Gengzhuang of Biantang， Jiaozhuang of Daquan and Gaoshan of Taierzhuang.

Key words：ancient zircon sand placer; geological characteristics; prospecting directions; Pizhou， Jiangsu Province