蒙山南部滸溪硅灰石礦床地質(zhì)特征及控礦因素

李洪斌 穆軍 艾生根 黃銀寶 朱瑞辰

1 南京大學(xué)，江蘇 南京 210023

2 江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九0二地質(zhì)大隊(duì)，江西 新余 338000

江西蒙山地區(qū)是我國(guó)南方重要的硅灰石礦產(chǎn)資源基地，隨著蒙山地區(qū)礦業(yè)開發(fā)和找礦勘查的深入，特別是近年來世界最大硅灰石礦-石竹山硅灰石礦的發(fā)現(xiàn)[1-3]，本地區(qū)硅灰石礦的成礦地質(zhì)條件越來越值得進(jìn)行深入研究。筆者在野外地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，厘定礦化(體)特征，總結(jié)控礦因素，為指導(dǎo)研究區(qū)及周邊地區(qū)（或類似地區(qū)）硅灰石礦的勘查提供了依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)所在的蒙山地區(qū)屬于武功北緣伸展滑覆構(gòu)造體系的前緣部分，處于南北兩大構(gòu)造單元（北為揚(yáng)子陸塊，南為華南褶皺帶）之間長(zhǎng)期多次“開、合”的拼接地帶，區(qū)域上劃歸為蒙山構(gòu)造巖片區(qū)[4,5]。區(qū)內(nèi)二疊系為一套海相碳酸鹽巖建造，與本區(qū)非金屬礦床成礦密切相關(guān)，局部有石炭系、侏羅系、古近系以及第四系出露；區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，受北部南港推覆斷裂及東部靖安-新余（蒙山）走滑沖斷帶影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造線總體呈北東東向展布[6]；區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要有印支期侵入的蒙山復(fù)式花崗巖體，局部伴有基性巖脈和晚期花崗巖脈產(chǎn)出[7]。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

研究區(qū)僅在北西部出露中二疊統(tǒng)茅口組，其余地段多為第四系覆蓋。本次工作在鉆孔中揭露到樂平組、茅口組地層。地層總體走向北東-南西，傾向南東，傾角平均為45°。

茅口組（P2m）主要為一套海相碳酸鹽巖夾硅質(zhì)沉積，巖性為灰色厚層狀含燧石結(jié)核灰?guī)r，局部可見燧石條帶，總厚度約567m。受蒙山巖體熱變質(zhì)作用影響，灰?guī)r多發(fā)生大理巖化。

樂平組（P2l）主要為由粉砂巖、泥頁(yè)巖及煤層組成的海陸交互相含煤碎屑巖建造，總厚度約467m。

2.2 構(gòu)造

研究區(qū)為第四系沉積覆蓋，根據(jù)鉆孔揭露，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，鉆孔中共揭露到6條不同規(guī)模斷層，傾角一般在45°～70°之間，主斷層為F2斷層，結(jié)合區(qū)域資料推測(cè)，該斷層?xùn)|起谷山，西止人和鄉(xiāng)，走向北東東，全長(zhǎng)約8km，傾向南，傾角45°～60°，為一逆斷層，將茅口組逆沖推覆于樂平組之上，斷裂帶內(nèi)見構(gòu)造角礫巖，角礫成分上段以石英為主，下段多見大理巖化灰?guī)r角礫，角礫呈次棱角狀，大小不一，0.1×0.1～1×4cm不等，鈣質(zhì)膠結(jié)，局部見鐵質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)，破碎帶下部6.3m巖石具碎裂現(xiàn)象。

2.3 巖漿巖

研究區(qū)北部700m為蒙山巖體，蒙山巖體呈不規(guī)則橢圓狀巖株產(chǎn)出，出露面積約39km2，為一復(fù)式巖體[6]，侵入于石炭系、二疊系中，并與侏羅系呈不整合接觸，利用重力資料對(duì)蒙山巖體進(jìn)行反演計(jì)算，蒙山隱伏巖體北東方向長(zhǎng)約33km，北西方向?qū)捈s20km，北緩南陡，為印支期侵入巖體[7]，屬蒙山超單元，劃分為西村、里村、鴨婆村、排前村四個(gè)單元[6]，主要巖性為黑云母二長(zhǎng)花崗巖。

研究區(qū)內(nèi)ZK501鉆孔于-515m標(biāo)高揭露到蒙山巖體，巖體與地層接觸界線不規(guī)則，界線向南傾斜，傾角約37°，鉆孔揭露巖性主要為細(xì)粒含斑二長(zhǎng)花崗巖、含斑黑云母花崗巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖。巖石普遍具有較強(qiáng)的蝕變現(xiàn)象，尤其是葉臘石化最為明顯，綠泥石化、綠簾石化次之。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

本研究施工的ZK501鉆孔揭露硅灰石礦體5條（圖1），編號(hào)為L(zhǎng)1～L5，均為隱伏礦體。L1礦體厚2.58m，硅灰石含量47.67%；主礦體L2厚14.36m，硅灰石含量48.87%；L3礦體厚2.84m，硅灰石含量49.86%；L4礦體厚2.04m，硅灰石含量59.22%；L5礦體厚1.10m，硅灰石含量38.63%。礦體走向均為北東東向，傾向南南東，傾角38°～50°，礦體最近距巖體3.95m，最遠(yuǎn)距巖體156.87m，其中主礦體L2距巖體100m，與石竹山硅灰石礦ZK4801鉆孔揭露礦體對(duì)應(yīng)性較好，其中研究區(qū)L2礦體與石竹山Ⅳ號(hào)主礦體為同一層礦體（圖1）。結(jié)合周邊礦區(qū)資料，礦體走向近東西，沿走向控制長(zhǎng)約1400m，呈層狀，見有多層。

圖1 研究區(qū)5號(hào)勘探線剖面圖Fig 1 Cross section of exploration line 5 in the study area

3.2 礦石組構(gòu)

礦石為纖維狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀、似角礫狀、環(huán)帶狀構(gòu)造，成分為硅灰石（31.73%～75.68%）、方解石（16.75%～54.93%）、透輝石（5.18%～14.96%）、石英（0.09%～8.49%），其它礦物含量甚微，按礦石礦物的共生組合分類，屬硅灰石-透輝石-方解石型，硅灰石晶粒較粗，晶體最大長(zhǎng)度可達(dá)4～5cm，一般為2～3cm，屬粗晶硅灰石礦石（圖2）。

從圖2可看出，礦石中的礦物大部分由硅灰石組成，次為透輝石、方解石，偶見石英、石榴石、綠簾石等。硅灰石多呈板柱狀或放射狀集合體，在顆粒粗大的硅灰石中常見交代殘留的方解石及石英；透輝石多呈柱狀或粒狀，粒徑0.1～0.3mm，呈細(xì)小顆粒包裹于硅灰石中；另硅灰石中可見方解石脈及石英脈穿插切割。

圖2 研究區(qū)典型硅灰石礦石巖心及鏡下照片F(xiàn)ig 2 Cores and micrographs of typical wollastonite ore in in the study area

3.3 礦石化學(xué)成分

對(duì)研究區(qū)礦石樣品化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：CaO含量43.5%～49.56%，平均47.13%；SiO2含量23.88%～44.68%，平均34.74%；CO2含量7.38%～24.2%，平均15.34%；MgO含量1.07%～2.77%，平均1.66%；Fe2O3含量0.14%～0.68%，平均0.31%；Al2O3含量0.09%～0.98%，平均0.29%；TiO2含量＜0.02%。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，礦石主要成份SiO2和CaO含量占80%以上，兩者比例約為0.74：1，次要成份CO2大約占15%，另含少量MgO、Fe2O3、Al2O3、TiO2，其它成分極微，說明礦石中主要脈石礦物為方解石，其他雜質(zhì)較少，礦石相對(duì)易選，質(zhì)量較好。

4 控礦因素及礦床成因

4.1 地層

研究區(qū)內(nèi)硅灰石礦體受層位控制明顯，鉆孔揭露礦體均產(chǎn)于中二疊統(tǒng)茅口組中，通過對(duì)比蒙山地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的硅灰石礦（鴨婆坑硅灰石礦、曹坊廟硅灰石礦、觀音腦硅灰石礦、月光山硅灰石礦、石竹山硅灰石礦等），無(wú)一例外其具工業(yè)價(jià)值的硅灰石礦均產(chǎn)于中二疊統(tǒng)茅口組中，棲霞組中雖也偶爾可見硅灰石礦產(chǎn)出，但均規(guī)模較小，不具工業(yè)價(jià)值。

硅灰石礦的產(chǎn)出位置與茅口組硅質(zhì)條帶或硅質(zhì)團(tuán)塊的分布位置密切相關(guān)，從蒙山地區(qū)的硅灰石露頭可見硅灰石礦體多產(chǎn)出于茅口組硅質(zhì)條帶或硅質(zhì)團(tuán)塊分布位置，礦體順層產(chǎn)出，鉆孔內(nèi)揭露的硅灰石礦從中心向外?？梢姷接惺?硅灰石-方解石-大理巖分帶的現(xiàn)象，環(huán)帶有時(shí)未見石英核心，全部交代成硅灰石，這種現(xiàn)象是含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r中硅質(zhì)和鈣質(zhì)活化遷移并相互反應(yīng)的證據(jù)，其反應(yīng)式為CaCO3+SiO2→CaSiO3+CO2↑[8,9]。

通過以上證據(jù)表明，研究區(qū)硅灰石礦的形成其物質(zhì)來源為中二疊統(tǒng)茅口組含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r，地層中的硅質(zhì)組分和方解石在一定的溫壓條件下發(fā)生反應(yīng)形成硅灰石。

茅口組上覆地層為總厚度約467m的上二疊統(tǒng)樂平組含煤碎屑巖建造，該套巖性可于茅口組之上形成隔熱層[10]，能夠防止溫度快速冷卻，有利于成礦反應(yīng)進(jìn)行的更完全，從而形成厚大的硅灰石礦體。

綜上，研究區(qū)內(nèi)地層條件優(yōu)越，對(duì)硅灰石成礦極為有利。

4.2 構(gòu)造

硅灰石的成礦反應(yīng)會(huì)伴隨CO2氣體的大量釋放，若CO2氣體不能及時(shí)逸出，則體系中CO2濃度會(huì)不斷增大，同時(shí)CO2分壓會(huì)不斷增大，隨著CO2濃度增加會(huì)抑制成礦反應(yīng)的進(jìn)行。另根據(jù)巴爾特的計(jì)算和1956年哈克和吐特的實(shí)驗(yàn)證明，隨著CO2分壓的增大，硅灰石成礦反應(yīng)的所需溫度也會(huì)不斷增加[9]。因此在封閉的體系中，硅灰石成礦反應(yīng)難以進(jìn)行，此時(shí)構(gòu)造的發(fā)育情況顯得尤為重要。

研究區(qū)的伸展滑覆構(gòu)造體系使區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造及層間裂隙極度發(fā)育，僅鉆孔ZK501中就揭露到6條不同規(guī)模的斷層，斷層附近的巖石可見不同程度的碎裂現(xiàn)象，另鉆孔中巖石多處可見層間裂隙發(fā)育。發(fā)育的構(gòu)造裂隙有利于成礦反應(yīng)生成的CO2氣體及時(shí)的逸出，使成礦反應(yīng)在相對(duì)較低的溫度下可持續(xù)的進(jìn)行下去。

4.3 巖漿巖

研究區(qū)北部出露蒙山巖體，巖體呈不規(guī)則橢圓狀巖株產(chǎn)出，出露面積約39km2，深部向南延伸至研究區(qū)內(nèi)，據(jù)區(qū)域物探資料分析，巖體于深部還有比較大的延伸范圍，規(guī)模較大。蒙山花崗巖（花崗巖脈除外）的Al2O3/TiO2值全部＜100，參照花崗巖源區(qū)熔融溫度判定方法，花崗巖的Al2O3/TiO2值＜100可以判定源區(qū)部分熔融溫度高于875℃。此外，蒙山花崗巖的鋯石飽和溫度較高（768～808℃），進(jìn)一步可說明蒙山花崗巖形成溫度較高，可為硅灰石成礦提供充足的熱源[7]。區(qū)內(nèi)硅灰石礦體產(chǎn)于巖體與圍巖外接觸帶3.95～156.87m范圍內(nèi)，主礦體產(chǎn)于距巖體100m左右接觸帶中，該范圍在巖體熱變質(zhì)影響范圍內(nèi)，礦石主要由硅灰石、方解石、透輝石和石英組成，礦體圍巖受接觸熱變質(zhì)影響多具大理巖化，說明滸溪硅灰石礦主要為接觸熱變質(zhì)作用形成，蒙山巖體提供的熱量對(duì)成礦起著至關(guān)重要的作用。

接觸帶附近巖漿揮發(fā)性組分富集，易發(fā)生矽卡巖化，除形成硅灰石外，還會(huì)形成其它矽卡巖礦物，降低了硅灰石的品質(zhì)，故矽卡巖型硅灰石礦在區(qū)內(nèi)發(fā)育不穩(wěn)定，局部地區(qū)可見厚大礦體，局部甚至無(wú)工業(yè)價(jià)值。

4.4 礦床成因

從早中生代開始，古太平洋板塊開始沿北西向俯沖于歐亞大陸之下，導(dǎo)致了華南大規(guī)模的印支期造山和巖漿活動(dòng)，來自東南方向的應(yīng)力擠壓造成了武功山地區(qū)印支期的變質(zhì)變形事件，而在武功山北面的萍鄉(xiāng)-廣豐深大斷裂附近，可能造成局部的伸展及古斷裂帶的活化，導(dǎo)致少量基性巖漿沿該斷裂上升和底侵，使地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融形成花崗質(zhì)巖漿，少量基性巖漿混入殼源巖漿，形成了蒙山復(fù)式花崗巖體[7]。巖體侵位于二疊系中，溫度較高，在接觸帶附近，花崗質(zhì)酸性巖漿與灰?guī)r發(fā)生矽卡巖化；在外接觸帶一定范圍內(nèi)發(fā)生接觸熱變質(zhì)作用，可見大理巖化、透灰石化、硅灰石化，當(dāng)巖漿侵入于中二疊統(tǒng)茅口組含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r中時(shí)，地層中的硅質(zhì)和鈣質(zhì)組分在一定的溫壓條件下可發(fā)生反應(yīng)形成硅灰石。區(qū)域發(fā)育的構(gòu)造裂隙為成礦反應(yīng)產(chǎn)生的CO2氣體及時(shí)逸出創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)含礦地層上覆的樂平煤系地層又可以防止熱量快速的擴(kuò)散，保證了成礦反應(yīng)的可持續(xù)性，在以上各種有利的因素綜合作用下，形成了區(qū)內(nèi)厚大的接觸熱變質(zhì)型硅灰石礦體。

5 找礦前景

通過對(duì)研究區(qū)硅灰石礦控礦因素的分析總結(jié)，歸納出區(qū)域硅灰石礦形成的幾個(gè)主要條件：①茅口組含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r地層；②能提供穩(wěn)定熱源的大規(guī)模巖體；③距巖體外接觸帶0-300m范圍；④既能保證氣體逸出又能保證熱量不快速擴(kuò)散的半封閉半開發(fā)構(gòu)造體系。

結(jié)合已掌握區(qū)域資料綜合分析，蒙山南部第四系覆蓋區(qū)域仍隱伏有巨厚茅口組地層，蒙山巖體往南向深部仍有較大規(guī)模延伸，且本研究已通過ZK501鉆孔于-400m標(biāo)高揭露到厚度達(dá)14.36m的硅灰石礦體，充分證實(shí)該區(qū)域深部具有較大的隱伏硅灰石礦找礦前景。

6 結(jié)論

（1）滸溪硅灰石礦床共發(fā)現(xiàn)硅灰石礦體5條，均為隱伏礦體，其中主礦體L2厚14.36m，硅灰石含量48.87%，距巖體100m，為接觸熱變質(zhì)型礦體。

（2）在區(qū)內(nèi)茅口組含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r作為物源，印支期蒙山巖體提供熱源，巖體上侵和上覆巨厚巖層提供壓力的條件下，在區(qū)域發(fā)育的構(gòu)造裂隙和樂平組碎屑巖隔熱層組成的半封閉半開放體系中，多種有利控礦因素綜合作用形成了蒙山地區(qū)世界級(jí)的硅灰石礦。

（3）通過對(duì)研究區(qū)控礦因素和成礦機(jī)理的綜合研究，推斷蒙山南部第四系覆蓋區(qū)域深部仍具有較大的隱伏硅灰石礦找礦前景。