湘北地區(qū)奧陶系含鉀巖石成礦模式及找礦標(biāo)志

摘 要 含鉀巖石是指含有不同程度的鉀元素、且均屬含硅酸鹽礦物的非水溶性鉀的巖石，可用于制造鉀肥（硫酸鉀、碳酸鉀、鉀鈣肥）、鈣鎂磷鉀肥、鈣鎂鉀肥等復(fù)合肥料以及土壤調(diào)理劑（或土壤活化劑）等。隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)在開(kāi)發(fā)利用含鉀巖石試制鉀肥的綜合利用研究工作方面碩果累累，生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟。湘北地區(qū)含鉀巖石分布廣泛，加強(qiáng)綜合開(kāi)發(fā)利用以補(bǔ)充鉀肥資源的不足變得很重要。本文簡(jiǎn)述了湘北地區(qū)奧陶系含鉀巖石的成礦模式及找礦標(biāo)志。

關(guān)鍵詞 湘北;含鉀巖石;成礦模式;找礦標(biāo)志

中圖分類(lèi)號(hào)：P624.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Ordovician Potassium-Bearing Rocks in Northern Hunan? Metallogenic Models and Prospecting Markers

Wei Yibin

（Team 403， Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Hunan Province， Changde Hunan 415000）

Abstract： Potassium bearing rock refers to the rock containing different degrees of potassium element and are not water-soluble potassium containing silicate minerals. It can be used to manufacture potash fertilizer （potassium sulfate， potassium carbonate， potassium calcium fertilizer）， calcium magnesium phosphate potassium fertilizer， calcium magnesium potassium fertilizer and other compound fertilizer， as well as soil conditioning agent （or soil activator）. With the rapid development of science and technology， in the aspect of development and utilization of potassium-bearing rock trial-made comprehensive utilization of potassium-bearing rock， research achievements are got， production technology is increasingly mature. Potassium-bearing rocks are widely distributed in the northwest of Hunan， so it is important to strengthen their comprehensive exploitation and utilization to supplement the deficiency of potassium fertilizer resources.A brief account of the metallogenic model and prospecting criteria of the ordovician potassium-bearing rocks in the northwest area of Hunan， is shown in this paper.

Keywords： northwest Hunan; potassium-bearing rocks; metallogenic models; prospecting marker

我國(guó)土壤普遍缺鉀，特別是可溶性鉀鹽資源嚴(yán)重不足。我國(guó)也加強(qiáng)了鉀礦勘探，特別是國(guó)外資源的勘探及收購(gòu)，同時(shí)加強(qiáng)了不溶性鉀礦綜合利用的研究。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)科研部門(mén)在開(kāi)發(fā)利用非水溶性鉀巖試制鉀肥的綜合利用研究工作方面碩果累累。湘北地區(qū)奧陶系非水溶性含鉀巖石資源豐富， 對(duì)其巨大的資源進(jìn)行勘探、開(kāi)發(fā)和利用，將有效緩解鉀肥供應(yīng)的緊張局面，為我國(guó)戰(zhàn)略性資源儲(chǔ)備尋求可靠的保障。

1 成礦地質(zhì)背景

湘北地區(qū)（慈利、石門(mén)、澧縣）位于羌塘-揚(yáng)子-華南板塊（Ⅳ、一級(jí)構(gòu)造單元）、揚(yáng)子陸塊（Ⅳ-4、二級(jí)構(gòu)造單元）、湘北斷褶帶（Ⅳ-4-5、三級(jí)構(gòu)造單元）、石門(mén)-桑植復(fù)向斜（Ⅳ-4-5-1、四級(jí)構(gòu)造單元），見(jiàn)圖1。

區(qū)域主要出露地層有冷家溪群、板溪群、南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及第四系，總厚度大于7 895.4 m。其中，新元古界冷家溪群為一套次深?！詈崃鞒练e;板溪群為地槽型復(fù)理石、類(lèi)復(fù)理石建造和沉積火山碎屑巖建造;南華系主要是冰川—冰海相碎屑巖建造;震旦系—下古生界為淺海相泥質(zhì)、泥砂質(zhì)及碳酸鹽巖沉積;上古生界—中生代早期為濱?！獮I海沼澤洋相碎屑巖及煤層、淺海相碳酸鹽巖;中生代中晚期—新生代則為陸相碎屑巖沉積。

在漫長(zhǎng)的地質(zhì)發(fā)展歷史中，區(qū)內(nèi)主要經(jīng)歷了武陵運(yùn)動(dòng)、雪峰運(yùn)動(dòng)、加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)及喜山運(yùn)動(dòng)等多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，不同時(shí)期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)均在區(qū)內(nèi)留下強(qiáng)度各異的構(gòu)造形跡，形成了本區(qū)域以元古代冷家溪群為褶皺基底、板溪群至中三疊統(tǒng)為蓋層、中生代侏羅系及白堊系為代表殼斷陷盆地，層次清晰的構(gòu)造格局。

根據(jù)區(qū)域地層沉積角度不整合接觸關(guān)系，結(jié)合不同時(shí)代沉積建造、構(gòu)造變形、變質(zhì)作用特點(diǎn)等，區(qū)內(nèi)地層可劃分為武陵構(gòu)造層（冷家溪群）、雪峰構(gòu)造層（板溪群）、加里東構(gòu)造層（南華系—志留系）、海西—印支構(gòu)造層（泥盆系—中三疊統(tǒng)）、燕山構(gòu)造層（白堊系）、喜山構(gòu)造層（第四系）。

區(qū)域構(gòu)造表現(xiàn)為一系列的近東西向褶皺和斷裂，形成了東山峰復(fù)背斜、石門(mén)—桑植復(fù)向斜及清官渡斷裂帶、耳華山—子良坪、金家山—大同山斷裂等。這些大斷裂是區(qū)內(nèi)的主要導(dǎo)礦構(gòu)造，其旁側(cè)的次級(jí)斷裂為礦液的運(yùn)移提供了有益的通道和有利的儲(chǔ)集空間，是區(qū)內(nèi)的主要容礦構(gòu)造。

2 鉀元素地化特征

2.1 鉀元素在主要地層單元中的地化特征

根據(jù)1∶20萬(wàn)石門(mén)幅和桑植幅水系沉積物測(cè)量成果，鉀元素在湘北地區(qū)各組地層中的平均含量為：第四系為1.94%，古近系—侏羅系為1.79%，三疊系—二疊系為2.08%，石炭系—泥盆系為1.08%，志留系為2.88%，奧陶系—寒武系為2.47%，前寒武系為1.82%。

奧陶系地層也屬鉀元素含量較高的地層（僅次于志留系），可能主要與奧陶系含鉀巖石有關(guān)，間接反映出奧陶系含鉀頁(yè)巖地球化學(xué)背景對(duì)成礦有利。

區(qū)內(nèi)奧陶系地層出露較全，主要出露于東山峰背斜南翼、大同山背斜及黃廠背斜兩翼，總厚度大于3 808.1 m。含鉀巖石賦存于下奧陶統(tǒng)南津關(guān)組（O1n）、分鄉(xiāng)組（O1f）中（即相當(dāng)于桐子組O1t），含鉀巖石自然礦石類(lèi)型為灰綠色頁(yè)巖，在上述地層中見(jiàn)有6～10層不等，單層厚度為0.30～5.00 m，一般為1.00～4.00 m，K2O含量一般為7.61%～10.26%，少數(shù)已達(dá)11.27%～11.31%。

2.2 鉀元素地化異常區(qū)

區(qū)內(nèi)鉀元素異常（或高背景區(qū)）分布較明顯，主要分兩處：一是黃廠鉀元素異常區(qū)，二是水南渡—大同山—東山峰背斜東段鉀元素高背斜區(qū)及異常區(qū)。

2.2.1? ?黃廠鉀元素異常區(qū)

該鉀元素異常形態(tài)呈近東西向條帶狀，異常面積17.90 km2，鉀元素含量平均值為3.32%，最高值為3.57%，異常下限為3.16%，襯度為1.05，面金屬量為（NAP值）18.81。該異常涉及的主要地層為奧陶系，次為志留系及寒武系。該鉀元素異常與As，Hg，F(xiàn)e2O3，Li，La，Be，Cs，Sr，Pb，Th和Sb元素共同組成綜合異常（HS31），其元素組合反映了本區(qū)域低溫?zé)嵋蝴u水滲濾交代充填型雄黃礦的典型地化特征。而K2O元素異常，則可能更多反映了奧陶系含鉀巖石有利的沉積環(huán)境和相對(duì)較豐富的成礦物質(zhì)來(lái)源，見(jiàn)圖2。

2.2.2水南渡—大同山—東山峰背斜東段鉀元素異常（高背景）區(qū)

該異常區(qū)分布范圍較大，南起大同山背斜、東至東山峰背斜東段。鉀元素異常區(qū)（K2O含量超過(guò)3.16%）主要位于所市向斜核部大片出露的志留系地層區(qū)，K2O含量最高值為3.32%。而鉀元素高背景區(qū)（K2O2.51%～3.16%）則主要分布于奧陶系至寒武系露頭區(qū)。異常的延伸方向與地層走向基本一致，總體呈北東東向展布。區(qū)內(nèi)奧陶系地層中K2O的高背景可指示作為含鉀巖石找礦的有利地層之一，見(jiàn)圖2。

3 典型礦點(diǎn)特征

3.1 黃廠礦點(diǎn)特征

該點(diǎn)位于黃廠鉀元素異常區(qū)內(nèi)，1973年403隊(duì)在石門(mén)縣黃廠礦區(qū)雄黃礦生產(chǎn)坑道及地表下奧陶統(tǒng)地層中所夾的頁(yè)巖進(jìn)行了逐層取樣，對(duì)含鉀巖石層位及品位進(jìn)行了概略了解。

3.1.1? 含鉀巖石礦層特征

該礦區(qū)含鉀巖石賦存于下奧陶統(tǒng)桐梓組第二段（O1t2）、第四段（O1t4）中。區(qū)內(nèi)含鉀巖石大致可分為3個(gè)礦層，從下而上各礦層特征如下。

（1）Ⅰ礦層（Ⅰ）：賦存于含礦巖系桐梓組第二段（O1t2）第③分層的下部，大致由4層眼球狀頁(yè)巖與3層泥質(zhì)條帶狀石灰?guī)r互層組成。眼球狀頁(yè)巖單層最厚為1.30～1.50 m，累厚大于3.00 m，在原雄黃礦生產(chǎn)坑道中取樣分析結(jié)果為K2O含量為7.32%～8.10%（地表K2O含量為5.5%），屬次要含鉀礦層。該礦層頂板為灰—深灰色中厚層狀細(xì)粒泥質(zhì)波紋狀石灰?guī)r;底板為淺灰色厚層狀細(xì)—中晶含生物屑石灰?guī)r。

（2）Ⅱ礦層（Ⅱ）：賦存于含礦巖系桐梓組第二段（O1t2）第⑤分層的底部。含鉀頁(yè)巖厚度為2～3 m，K2O平均含量為9.20%，層位厚度均較穩(wěn)定，是區(qū)內(nèi)的主要含鉀礦層。該礦層頂板為灰色薄層—中厚層狀泥質(zhì)波紋狀石灰?guī)r;底板為泥質(zhì)條帶狀石灰?guī)r、泥質(zhì)波紋狀石灰?guī)r。

（3）Ⅲ礦化層（Ⅲ）：為賦存于桐梓組第四段（O1t4）中的灰綠色頁(yè)巖，夾透鏡狀灰?guī)r，頂部夾有少量硅質(zhì)頁(yè)巖。該組厚度超過(guò)10.70 m，厚度變化較大，K2O含量為5%～6%（平均5.54%），為區(qū)內(nèi)次要含鉀礦層。該礦層頂板為紅花園組（O1h）灰—深灰色厚層狀中粗晶含燧石灰?guī)r;底板為桐梓組第三段（O1t3）淺灰—灰色中厚層狀含云質(zhì)條帶灰?guī)r。

3.1.2? ?含鉀巖石礦石質(zhì)量

該礦點(diǎn)含鉀巖石自然礦石類(lèi)型為灰綠色頁(yè)巖，局部夾硅質(zhì)頁(yè)巖。礦石為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁(yè)狀構(gòu)造。礦物成分主要為黏土礦物。主要有用組分K2O含量一般為7.32%～9.22%（Ⅲ礦層為5%～6%），其他化學(xué)組分主要為SiO2，Al2O3，CaO，MgO和Fe2O3。

3.2 曾家埡礦點(diǎn)特征

該礦點(diǎn)位于大同山—東山峰背斜東段鉀元素異常（高背景）區(qū)，主要含鉀巖系為桐子組第二段（O1t2），含鉀巖性為夾于中厚層石灰?guī)r之間的灰綠色頁(yè)巖，K2O含量相對(duì)較高;次要含鉀巖系為桐子組第四段（O1t4），其灰綠色頁(yè)巖中K2O含量相對(duì)較低。

主要含鉀巖系中含鉀頁(yè)巖3～5層，單層厚度0.30～5.00 m不等，K2O含量為6.91%～11.31%。次要含鉀巖系中頁(yè)巖3層，單層厚為0.30～3.30m，K2O含量為1.11%～5.45%。詳見(jiàn)圖3。

3.3 金山寺礦點(diǎn)特征

該礦點(diǎn)位于大同山—東山峰背斜東段鉀元素異常（高背景）區(qū)內(nèi)，含礦層位為桐子組第二段（O1t2）和第四段（O1t4），沿東山峰背斜南翼呈北東東向展布。灰綠色頁(yè)巖夾層相對(duì)較發(fā)育，已知有8～11層，單層厚度0.30～5.00 m不等，呈層狀延伸較穩(wěn)定。其中主要含鉀巖系位于桐子組第二段（O1t2），含鉀頁(yè)巖4～8層，單層一般厚0.80～4.00 m，在金山寺剖面K2O含量為7.88%～11.27%;次要含鉀巖系位于桐子組第四段（O1t4），灰綠色頁(yè)巖3～4層，單層厚0.30～5.00 m，K2O含量4.07%～4.23%。詳見(jiàn)圖4。

4 含鉀巖石成礦模式

晚寒武世末期，中國(guó)東部普遍受到地殼上升運(yùn)動(dòng)的影響。主要表現(xiàn)雪峰山地區(qū)在震旦紀(jì)—寒武紀(jì)經(jīng)受長(zhǎng)期海侵以后，推測(cè)于中、晚寒武紀(jì)已經(jīng)存在的洞庭古陸與黔陽(yáng)古陸，當(dāng)時(shí)中間被雪峰海峽隔開(kāi);至早奧陶世開(kāi)始，雪峰海峽也隆起為陸，使原來(lái)兩塊不相鄰的古陸合并為一體而形成雪峰古陸，海水局限于湘西北海、湘東南海及雪峰山以東地區(qū)，并在安化鄰近地區(qū)形成“安化海灣”（見(jiàn)圖5）。

早奧陶世，本區(qū)屬于雪峰古陸北西的湘西北海，這個(gè)海區(qū)屬于所謂“揚(yáng)子?！钡囊徊糠?。從晚寒武世末，雖亦有海退現(xiàn)象，但從早奧陶世開(kāi)始，湘西北海逐漸向外開(kāi)放，改變了晚寒武世咸化海環(huán)境，形成正常的淺海環(huán)境。且由于本區(qū)東南雪峰古陸隆起地形并不很高，碎屑物質(zhì)供給不多，加上地殼間歇性振蕩，因而沉積了結(jié)晶石灰?guī)r、生物碎屑石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r并夾有數(shù)層含鉀頁(yè)巖的淺灘相—臺(tái)緣斜坡相碳酸鹽巖。其中數(shù)層含鉀頁(yè)巖處于弱還原至弱氧化的近濱—淺灘、潮坪—瀉湖相沉積環(huán)境，高鹽度、氣候潮濕、炎熱導(dǎo)致B，Ba，F(xiàn)，K2O，MgO和CaO等相對(duì)富集，尤其是K2O含量高（1.38%），含量為3.16%的等值線范圍基本可圈定在頁(yè)巖的分布范圍。頁(yè)巖中的K2O應(yīng)主要來(lái)源于雪峰古陸巖漿巖中的長(zhǎng)石、長(zhǎng)石砂巖等風(fēng)化產(chǎn)物。由于含鉀頁(yè)巖成礦的早奧陶世地殼只是間歇性振蕩，并無(wú)明顯的升降，海侵變化不大，所以含鉀頁(yè)巖賦存層位及發(fā)育程度在本區(qū)域大范圍內(nèi)較穩(wěn)定。與之伴生的生物群屬于介殼灰?guī)r相，盛產(chǎn)筆石、腕足類(lèi)、頭足類(lèi)等。

5 找礦標(biāo)志

5.1 巖相古地理標(biāo)志

具備靠近古陸、地殼有間歇性振蕩的淺海沉積古地理環(huán)境。沉積巖相應(yīng)屬于淺灘相—臺(tái)緣斜坡相碳酸鹽巖，并發(fā)育筆石、腕足類(lèi)、頭足類(lèi)生物群。

5.2 含礦層位標(biāo)志

下奧陶統(tǒng)桐子組（O1t）是本區(qū)含鉀巖石已知賦礦層位，該地層分布區(qū)域應(yīng)為含鉀巖石找礦區(qū)域。

5.3 巖性特征標(biāo)志

下奧陶統(tǒng)桐子組中的灰綠色頁(yè)巖是本區(qū)K2O含量相對(duì)較高的巖石，也是有可能形成含鉀巖石礦層的重要巖石。特別是當(dāng)頁(yè)巖中夾有少量薄層硅質(zhì)巖時(shí)，可能更有利于K2O的富積。

6 結(jié)語(yǔ)

湘北地區(qū)分布有2處鉀元素異常區(qū)，異常區(qū)指示奧陶系地層鉀元素含量較高，經(jīng)過(guò)收集多個(gè)礦點(diǎn)資料證實(shí)奧陶系下統(tǒng)桐子組（O1t）中的灰綠色頁(yè)巖是本區(qū)K2O含量相對(duì)較高的賦礦層位。頁(yè)巖中的K2O含量主要來(lái)源于雪峰古陸巖漿巖中的長(zhǎng)石、長(zhǎng)石砂巖等風(fēng)化產(chǎn)物，含鉀頁(yè)巖賦存層位及發(fā)育程度在本區(qū)域大范圍內(nèi)較穩(wěn)定，因此奧陶統(tǒng)桐子組（O1t）中灰綠色頁(yè)巖是本區(qū)含鉀巖石的找礦標(biāo)志。

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