湖北大冶曹家灣礦區(qū)硅灰石礦床地質(zhì)特征及找礦方向

余興江，聶振邦，趙 帆，李文濤，姜明宇

(1.湖北省地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì)，湖北 大冶 435100；2.湖北省地質(zhì)局第四地質(zhì)大隊(duì)，湖北 咸寧 437000)

硅灰石是一種天然產(chǎn)出的鈣的偏硅酸鹽類礦物[CaSiO3]，具有優(yōu)異的物化特征和工藝性能，主要應(yīng)用在陶瓷、塑料、油漆、涂料、冶金、電焊條等方面，在節(jié)約能源、降低成本方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)活力及潛力巨大[4-5]。近年來湖北地質(zhì)一隊(duì)在曹家灣一帶陽新巖體與二疊系茅口組接觸帶中，發(fā)現(xiàn)中型硅灰石礦床一處，取得重大找礦突破。本文通過分析曹家灣硅灰石礦床成礦條件，對(duì)比成礦特征，研究成礦規(guī)律，探討其找礦標(biāo)志及找礦方向，為陽新巖體周邊開展硅灰石找礦工作提供參考，以期取得更大的找礦突破。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

陽新巖體位于鄂東南三角形構(gòu)造巖漿區(qū)的中心部位，毛鋪—兩劍橋斷裂帶北側(cè)。巖體出露總面積約229km2，為鄂東南地區(qū)規(guī)模最大的巖體。巖體平面上總體呈北西向展布，由南東向北西侵位于殷祖—筠山復(fù)背斜核部，其西北段侵入大冶湖向斜南翼。巖體主巖性為石英閃長(zhǎng)巖，其次為石英閃長(zhǎng)玢巖、石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖等，為燕山中晚期被動(dòng)侵位的殼幔同熔型巖漿巖[2]。

陽新巖體接觸帶圍巖地層從寒武系至白堊系均有出露。巖體南緣多與志留系碎屑巖接觸，局部與寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系碳酸鹽巖接觸；而巖體北緣則多與石炭系、二疊系、三疊系碳酸鹽巖接觸，偶見有與泥盆系碎屑巖和二疊系硅質(zhì)巖等呈零星接觸。

陽新巖體與圍巖地層的接觸帶總長(zhǎng)約112km(不包括捕虜體接觸帶)，沿接觸帶及附近分布銅綠山、雞冠嘴和桃花咀等大型矽卡巖銅金(鐵)礦床以及阮家灣、龍角山和付家山等中—大型矽卡巖鎢銅鉬礦床等。此外，近年來還發(fā)現(xiàn)有一些非金屬礦床，如馮家山大型硅灰石(銅)礦床、曹家灣中型硅灰石礦床、下馬林小型硅灰石礦床、馬石頭小型硅灰石礦床、高椅山小型硅灰石(銅)礦床等。各類銅多金屬礦床(點(diǎn))約70余處(圖1)。

圖1 陽新巖體周邊地層及礦產(chǎn)略圖[2]

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露的地層除第四系外主要有中志留統(tǒng)砂頁巖、中石炭統(tǒng)、二疊系、下三疊統(tǒng)碳酸鹽巖。由于巖漿巖的侵入活動(dòng)，區(qū)內(nèi)的碳酸鹽巖多已變質(zhì)成大理巖或白云質(zhì)大理巖，接觸帶附近巖石普遍具矽卡巖化[1]。其中中二疊統(tǒng)茅口組含燧石結(jié)核灰?guī)r為與硅灰石成礦較為密切的地層(圖2)。

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造為黃皮山—曹家灣倒轉(zhuǎn)背斜，長(zhǎng)度大于2km，軸向290～310°，核部為中志留統(tǒng)墳頭組，兩翼由中石炭統(tǒng)大埔組—下三疊統(tǒng)大冶組組成。北東翼地層出露不全，南西翼地層倒轉(zhuǎn)，傾向北、北北東，傾角約40°，北東翼地層正常，傾向北，傾角50～65°。老林灣向斜位于黃皮山—曹家灣倒轉(zhuǎn)背斜南部，向斜軸部位于老林灣、石灰?guī)X至葉花香南部一帶，軸向北西西—南東東。核部地層為三疊系大冶組，兩翼由二疊系地層組成。北翼較完整，南翼及核部地層受巖體侵入破壞，缺失部分地層[1]。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)出露的侵入巖主要為燕山早期侵入的石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖。巖體分布于礦區(qū)南、北部，為陽新巖體西北段北緣，屬中深成相中酸性石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖體。巖體與圍巖接觸帶呈鋸齒狀，接觸面不平整，波狀起伏(圖3)。近圍巖接觸帶暗色礦物明顯增多，并伴有矽卡巖化、絹云母化等現(xiàn)象。巖石呈灰—深灰色，局部因鉀化而呈微肉紅色，具半自形中—細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分：奧—中長(zhǎng)石60%左右，呈自形粒狀，粒徑0.5～2mm，具環(huán)帶狀構(gòu)造，常被蒙脫石、絹云母等輕微交代；角閃石15%，呈柱狀，橫截面為菱形，常被碳酸鹽、綠高嶺石交代；石英8%～10%，呈他形充填于斜長(zhǎng)石礦物之顆粒間隙；常見的副礦物有榍石、鋯石、磷灰石、磁鐵礦、綠簾石、綠泥石等，含量低微[1]。

巖石具半自形粒狀結(jié)構(gòu)，局部見似斑狀結(jié)構(gòu)，依據(jù)石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的巖石化學(xué)成分組成特點(diǎn)(表1)，表明區(qū)內(nèi)石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖屬富含鋁的中性鈣堿性巖石[1]。

2.4 蝕變礦化

區(qū)內(nèi)巖石蝕變廣泛發(fā)育，蝕變類型有熱接觸變質(zhì)作用產(chǎn)生的大理巖化、角巖化；接觸交代作用形成的矽卡巖化以及熱液蝕變作用導(dǎo)致的蝕變，但蝕變礦化與圍巖巖性及巖體侵入部位特征有密切關(guān)聯(lián)。

表1 石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖主要巖石化學(xué)成分

(1)矽卡巖化：本區(qū)矽卡巖的巖石類型有石榴石矽卡巖、透輝石矽卡巖、石榴石透輝石矽卡巖、透輝石石榴石矽卡巖、金云母透輝矽卡巖、金云母矽卡巖、硅灰石矽卡巖、透輝石石榴石硅灰石矽卡巖、硅灰石石榴石矽卡巖等，本區(qū)銅、鐵、金等礦化主要與矽卡巖化有關(guān)，其中硅灰石矽卡巖則形成硅灰石礦體。

硅灰石巖(礦)主要受二疊系地層接觸帶中的矽卡巖控制，矽卡巖類型有硅灰石(石榴子石)矽卡巖、透輝石石榴子石硅灰石矽卡巖、石榴子石硅灰石矽卡巖等。硅灰石(石榴子石)矽卡巖：淺灰白色、白色、局部棕褐色，柱狀結(jié)構(gòu)、細(xì)粒結(jié)構(gòu)，交代結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石礦物為硅灰石(60%～65%)，脈石礦物為石榴子石(25%)，少量透輝石(5%)、石英(5%)。硅灰石，色澤為白色，長(zhǎng)柱狀或針柱狀集合體形態(tài)產(chǎn)出，呈致密塊狀。矽卡巖礦物(石榴子石、少量透輝石)主要呈團(tuán)塊狀、斑團(tuán)狀與硅灰石礦物緊密結(jié)合分布。

(2)大理巖化：區(qū)內(nèi)C2h、P及T1的碳酸鹽巖地層由于受巖漿巖侵入的熱力作用影響，巖石發(fā)生褪色、重結(jié)晶作用，石灰?guī)r變質(zhì)為中細(xì)粒大理巖，白云巖變質(zhì)為白云石大理巖，近接觸帶大理巖化最強(qiáng)，向外減弱。

(3)鉀長(zhǎng)石化：主要分布在石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖受含礦熱液影響的近接觸帶附近，表現(xiàn)為鉀長(zhǎng)石交代斜長(zhǎng)石，使灰白色斜長(zhǎng)石變?yōu)榈t色，呈脈狀、不規(guī)則團(tuán)塊狀，銅、金礦化與之有關(guān)。

(4)硅化：也是一種最普通、最廣泛的熱液蝕變，表現(xiàn)形式有兩種：①硅質(zhì)呈粒徑小于0.5mm的他形粒狀微晶或較粗的粒狀集合體交代，常伴有碳酸鹽化；②呈脈狀石英充填裂隙。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體形態(tài)及規(guī)模

區(qū)內(nèi)硅灰石礦體賦存于距離陽新巖體石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖與茅口組含燧石結(jié)核灰?guī)r接觸帶50～-300m的硅灰石(石榴子石)矽卡巖中，深部下接觸帶-1 000m，仍有零星礦體穩(wěn)定出露。含礦圍巖為硅灰石矽卡巖，礦體呈透鏡狀、似層狀，少部分呈團(tuán)塊狀等，含礦率一般30%～60%，最高達(dá)66%。

礦體的有利賦存部位是含燧石結(jié)核灰?guī)r，礦體明顯受地層控制，其產(chǎn)狀與圍巖一致，走向北西，傾向北東40～60°，傾角40～50°。經(jīng)勘探工程揭露，已圈出大小礦體32個(gè)(圖3)，礦體最大走向520m，一般在100～250m；厚度多在1.2～31m，主礦體厚2～31m。礦體厚度變化系數(shù)最大為126%，最小為10%，多在23%～71%之間，屬不穩(wěn)定型(表2)[1]。

3.2 礦石類型

根據(jù)礦石中的主要礦物組合、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征，區(qū)內(nèi)的硅灰石礦石劃分為矽卡巖型礦石。

3.3 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、共生關(guān)系

結(jié)構(gòu)構(gòu)造：礦石具粗晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，局部由于結(jié)晶不均勻，常形成斑雜狀及團(tuán)塊狀構(gòu)造，呈針狀、柱狀、板柱狀等自形粗晶，聚集成扇形、放射狀等集合體。

礦物共生關(guān)系：組成各礦體的礦石主要為硅灰石礦石，礦石中與硅灰石關(guān)系密切的有石榴子石、透輝石，其次有石英、方解石等。從石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖到圍巖，礦物水平分布規(guī)律表現(xiàn)為：石英—石榴子石—透輝石—硅灰石—透輝石—石榴子石型。

3.4 礦石的礦物成分

礦石的礦物成分主要為硅灰石、石榴子石、透輝石、方解石、石英、透閃石，鮮見黃鐵礦、黃銅礦等金屬硫化物，主要礦物為硅灰石、方解石、石英、透輝石。硅灰石呈乳白色，玻璃光澤，半透明，硬度4.5～5.5，比重2.92，晶體多呈長(zhǎng)柱狀、纖維狀、放射狀集合體。

3.5 礦石的化學(xué)成分

硅灰石礦石中SiO2含量為32.06%～62.84%，CaO含量為26.90%～46.33%，已符合一般工業(yè)利用要求。礦石中含有一定數(shù)量的Fe2O3、FeO、MgO、Al2O3等成分。

為便于與區(qū)內(nèi)同類型硅灰石對(duì)比，將化學(xué)成分列表3分析，本區(qū)硅灰石質(zhì)量與湖北下馬林、馮家山、馬石頭、面前山等地相似[7-10]。

表3 曹家灣硅灰石化學(xué)成分與湖北大冶地區(qū)硅灰石對(duì)比

4 礦床成因

硅灰石礦床主要物質(zhì)來源分別來自下二疊統(tǒng)茅口組含燧石結(jié)核灰?guī)r地層與陽新巖體。其中CaCO3來自于茅口組含燧石結(jié)核灰?guī)r，SiO2則來自于陽新巖體及棲霞組地層中燧石條帶。早期矽卡巖階段，在高溫條件下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成硅灰石(CaSiO3)：

下二疊統(tǒng)地層的含燧石結(jié)核灰?guī)r富含CaCO3與SiO2，在陽新巖體侵入后，富含SiO2的巖漿熱液在高溫條件下與圍巖中CaCO3與SiO2發(fā)生交代作用，形成硅灰石(CaSiO3)礦體。其接觸交代型矽卡巖型硅灰石礦成礦過程中的石英和方解石均由含燧石結(jié)核灰?guī)r提供，層控特征明顯；矽卡巖型硅灰石礦床成礦過程中的硅由侵入巖漿提供，并通過SiO2交代作用參加造礦[3]。

據(jù)鉆孔揭露硅灰石礦層資料，各礦體厚度與矽卡巖的發(fā)育厚度有關(guān)，矽卡巖厚度越大，礦體的厚度也越大，反之，礦體厚度則較薄或尖滅，礦石質(zhì)量變差趨勢(shì)，主礦體(Ⅰ礦體)一般在標(biāo)高+50～-350m厚度較穩(wěn)定，質(zhì)量較好，這與形成硅灰石過程中巖漿巖侵入有著密切關(guān)聯(lián)，它不僅為成礦物質(zhì)的交代、礦物的重新組合提供了氣液的熱力來源，還帶來部分SiO2物質(zhì)，宏觀上控制了特定地層中硅灰石礦的形成和產(chǎn)出部位。

5 找礦方向

受勘查階段限制，礦區(qū)內(nèi)工作程度仍相對(duì)較低，探礦工程對(duì)礦體的控制程度較為有限，從目前的認(rèn)識(shí)來看，礦體沿走向、傾向方向的延伸仍未完全控制，上、下兩段礦體是否為同一厚大礦體的分枝等問題仍有待進(jìn)一步探索，礦體規(guī)模仍有進(jìn)一步擴(kuò)大的潛力。因此，接下來沿本次已發(fā)現(xiàn)的礦體邊深部繼續(xù)布設(shè)探礦工程，沿礦體走向、傾向展開進(jìn)一步追索工作，進(jìn)一步查明礦體產(chǎn)出規(guī)模，以求繼續(xù)擴(kuò)大礦體規(guī)模。

曹家灣礦區(qū)位于陽新巖體北緣接觸帶上，硅灰石礦體主要產(chǎn)于陽新巖體與二疊系茅口組含燧石結(jié)核灰?guī)r接觸帶的矽卡巖中。位于陽新巖體南緣接觸帶的下馬林硅灰石礦床，其礦體產(chǎn)于陽新巖體與二疊系棲霞組含燧石結(jié)核灰?guī)r接觸帶的矽卡巖中，成因與本區(qū)類似。因此，陽新巖體周邊，在巖體與二疊系含燧石結(jié)核灰?guī)r圍巖相接觸的部位，具有較大的潛力。