貴州天柱寨腳重晶石成礦地質(zhì)特征及成礦模式

羅邦良，劉 靈，石慶鵬，夏 瑞，周宗贊，楊貴龍，林澤淵

(貴州省地礦局101地質(zhì)大隊(duì)，貴州 凱里 556000)

1 引言

天柱寨腳重晶石礦位于大河邊重超大型晶石礦床北緣，為其礦床的延伸部分。對(duì)于天柱大河邊重晶石礦床受地學(xué)界廣泛關(guān)注，長(zhǎng)期以來(lái)研究主要是對(duì)礦床成因、成礦物質(zhì)來(lái)源、地球化學(xué)特征及成礦背景等進(jìn)行較多研究，研究者有：涂光熾，1987；余洪云，1988；李文炎 等，1990；彭軍 等，1999；吳朝東 等，1999；方維萱 等，2002；吳衛(wèi)芳 等，2009；夏菲 等，2004，2005；孫學(xué)通 等，2005；楊瑞東 等，2007；魏懷瑞 等，2009；楊義錄，2010；陳建書(shū) 等，2011；侯東壯 等，2014，2015；韓善楚 等，2014；劉靈 等，2015，2017；孫澤航 等，2015；王富良 等，2020。盡管前人研究成果較多，但是對(duì)礦床地質(zhì)特征、成礦作用與礦床模式的認(rèn)識(shí)不夠。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以貴州省天柱縣寨腳重晶石礦大精查為依托，通過(guò)收集天柱寨腳重晶石礦床的含礦巖系特征、沉積學(xué)特征，進(jìn)行含礦巖系厚度和礦體厚度統(tǒng)計(jì)，分析控礦因素，建立礦床模式。

2 礦床地質(zhì)特征

礦床位于揚(yáng)子陸塊東南緣，江南造山帶西側(cè)。區(qū)域構(gòu)造位于坪地-貢溪復(fù)式向斜南東翼，受其影向發(fā)育沖坑向斜和麻栗背斜兩條次級(jí)褶皺，以及北東向、北北東向和斷裂構(gòu)造。區(qū)內(nèi)出露地層主要為南華系南沱組、震旦系陡山沱組和老堡組、寒武系九門(mén)沖組、變馬沖組、杷榔組、烏訓(xùn)組、敖溪組和車(chē)夫組(圖1)。

2.1 賦礦地層及含礦巖系

圖1 天柱寨腳重晶石礦床地質(zhì)略圖

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⑤灰色、深灰色紋層狀重晶石礦夾塊狀重晶石礦，為區(qū)內(nèi)主要重晶石礦

----整合接觸----

下伏地層：震旦系陡山沱組(Z1ds)灰色中厚層泥質(zhì)白云巖。

2.2 礦體規(guī)模、形態(tài)及產(chǎn)狀

圖2 天柱寨腳重晶石礦床勘查15′15′號(hào)勘探線剖面圖

2.3 礦石特征

礦石結(jié)構(gòu)有粒狀結(jié)構(gòu)、粉-細(xì)晶結(jié)構(gòu)、藻砂屑結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)及交代熔蝕結(jié)構(gòu)等。粒狀結(jié)構(gòu)主要由不同粒度重晶石呈層偏集分布(圖3b) ；粉-細(xì)晶結(jié)構(gòu)由重晶石、方解石礦物均勻分布，具重結(jié)晶現(xiàn)象(圖3c)；藻砂屑結(jié)構(gòu)由內(nèi)碎屑和填隙物兩部分組成(圖3d；碎裂結(jié)構(gòu)由碎塊及填隙物兩部分組成。

圖3 天柱寨腳重晶石礦床礦石典型結(jié)、構(gòu)造特征

a—兩期結(jié)晶的重晶石；b—藻砂屑結(jié)構(gòu)；c—花斑狀結(jié)構(gòu)；d—半自形粒狀結(jié)構(gòu)；e—紋層(條紋)層理構(gòu)造；f—滑塌褶皺變形層理

礦石類(lèi)型主要有條紋狀、塊狀、花斑狀和結(jié)核狀。條紋礦石一般出現(xiàn)在礦層下部和上部，以它形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)為主，具層紋、條紋構(gòu)造；塊狀礦石主要賦存于礦層中部，以碎裂狀、砂屑結(jié)構(gòu)為主，局部見(jiàn)于礦層下部；花斑狀礦石位于礦層中部，以交代溶蝕結(jié)構(gòu)為主，具孔隙、溶隙構(gòu)造；結(jié)核狀礦石主要位于礦層頂板或底板，以它形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)和條柱狀結(jié)構(gòu)。

后期圍巖蝕變主要見(jiàn)碳酸鹽化、重結(jié)晶及泥炭化等。碳酸鹽化：主要表現(xiàn)為方解石和白云石，在礦石中常見(jiàn)方解石、白云石呈細(xì)脈、網(wǎng)脈充填。礦石以花斑狀礦石為主，氧化呈溶孔狀及斑狀構(gòu)造。重結(jié)晶：礦石重結(jié)晶表現(xiàn)為重晶石晶粒變大，主要呈板狀及放射狀晶體。泥炭化：在礦石中常見(jiàn)黑色有機(jī)質(zhì)、炭質(zhì)包裹體和泥質(zhì)條帶，礦石以條帶狀礦石為主，導(dǎo)致礦石品位普遍偏低。

3 沉積盆地特征

3.1 含礦巖系厚度變化規(guī)律

根據(jù)寨腳礦區(qū)及其臨近礦區(qū)含礦巖系分布情況。區(qū)內(nèi)含礦巖系厚度最厚11.76 m，最薄1.6 m，形成一個(gè)近東西向瘤狀塊體(圖4)，中間厚邊緣薄，可能在含礦巖系沉積成巖階段該區(qū)域有一個(gè)東西向的盆地，盆地中心位于寨腳-高吊之間。

圖4 寨腳重晶石礦床含礦巖系厚度等值線圖

1—逆斷層；2—含礦巖系厚度等值線；3—見(jiàn)礦鉆孔及編號(hào)；4—含礦巖系厚度(m)；5—礦體路頭線

3.2 礦體厚度變化規(guī)律

圖5 寨腳重晶石礦床礦體厚度等值線圖

3.3 礦石類(lèi)型及品位變化規(guī)律

根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造，礦石自然類(lèi)型可劃分為條帶(紋)狀、塊狀、花斑狀、結(jié)核狀重晶石礦等。其中礦區(qū)主要為條帶(紋)狀重晶石，鉆孔中大部分均有分布；次為花斑狀，分布相對(duì)較少；再次為塊狀，結(jié)核狀最少。

根據(jù)各類(lèi)型重晶石中BaSO4含量分析，條帶狀及塊狀重晶石品位較好且穩(wěn)定，花斑狀重晶石因混合有CaCO3而品位不穩(wěn)定，結(jié)核狀重晶石因混合有SiO2以及其他粘土礦物而品位低。

4 礦床成因分析

目前，越來(lái)越多的研究資料認(rèn)為，天柱大河邊重晶石礦床屬海底噴流成因(楊瑞東 等，2007)。

2020年在新晃縣貢溪鎮(zhèn)上田村甲木沖一帶的老堡組含礦巖系上部發(fā)現(xiàn)噴流成因的灰?guī)r沉積，灰?guī)r呈透鏡狀、結(jié)核狀產(chǎn)于層狀硅質(zhì)巖中(圖6)。巖屑灰?guī)r透鏡由碎屑、填隙物和少量石英、鐵質(zhì)組成，碎屑成分復(fù)雜，以凝灰質(zhì)為主(含量20%)，巖屑灰?guī)r角礫具硅化、碳酸鹽化，呈棱角、次棱角狀，填隙物為方解石(含量77%)，巖石具羽狀噴流構(gòu)造和硅質(zhì)巖碎塊(圖7a)、碎屑結(jié)構(gòu)和角礫狀構(gòu)造(圖7b)，可能為海底火山噴流形成的產(chǎn)物。與鄰區(qū)貢溪碧林一帶老堡組發(fā)現(xiàn)火山凝灰?guī)r層特征(彭軍 等，1999)相似，反映了區(qū)內(nèi)重晶石形成與海底噴發(fā)作用有關(guān)，從而為重晶石噴發(fā)(液)成礦提供新證據(jù)。

5 成礦模式

在震旦-寒武世時(shí)期，天柱縣寨腳地區(qū)處于斜坡環(huán)境，同時(shí)海水中存在大量微生物作用形成的SO4-2(硫主要來(lái)源于海水或海底硫化物煙囪)，此時(shí)在斜坡帶上發(fā)生同沉積斷裂，深部含鋇流體(熱液)沿著同生斷裂噴發(fā)至盆地，與盆地中的大量SO4-2結(jié)合形成重晶石顆粒(成礦環(huán)境為封閉半封閉系統(tǒng)，鋇在氧化還原界面附近與豐富的硫酸根化合形成硫酸鋇)。在重力作用下重晶石顆粒在噴流口附近沉積形成厚礦體，并且在遠(yuǎn)端低凹處仍然形成較厚的礦體(圖7)。

圖6 貢溪鎮(zhèn)甲木沖露頭地質(zhì)及灰?guī)r噴流沉積特征

圖7 噴流成因灰?guī)r的宏觀與微觀特征Fig.7 The Macroscopic and Microscopic Characteristics of Limestone of Jet Formation a—羽狀構(gòu)造；b—碎屑結(jié)構(gòu)和角礫狀構(gòu)造

圖8 寨腳重晶石礦床成礦模式Fig.8 Metallogenic model of barite deposits in Zhaijiao 1—白云巖；2—硅質(zhì)巖；3—含Ba2+顆粒；4—重晶石礦體

6 結(jié)論

(1)通過(guò)天柱大河邊重晶石礦床調(diào)查研究，在天柱大河邊重晶石礦床北段寨腳-甲木沖一帶老堡組頂部發(fā)現(xiàn)順層產(chǎn)出的火山凝灰?guī)r夾巖屑灰?guī)r透鏡的沉積組合，凝灰?guī)r具火山結(jié)構(gòu)，巖屑灰?guī)r透鏡具碎屑結(jié)構(gòu)和角礫狀構(gòu)造，可能為海底火山噴發(fā)(氣)形成的產(chǎn)物，為重晶石礦床的噴流成因提供新證據(jù)。

(2)在重晶石礦床中見(jiàn)到豐富的滑塌構(gòu)造、碎屑流構(gòu)造和濁流構(gòu)造，表明重晶石在噴流口初步堆積后，受某種同沉積地質(zhì)營(yíng)力如地震作用形成震積巖，沿著斜坡向沉積盆地中心遷移并最終堆積定位，形成超大規(guī)模的重晶石礦床。重晶石礦的成因類(lèi)型屬于海底噴流沉積礦床，區(qū)內(nèi)重晶石形成可能經(jīng)歷過(guò)水下重力流的改造、運(yùn)移和二次堆積的成礦作用過(guò)程。

(3)天柱重晶石礦同賦存于震旦-寒武系老堡組中上部，含礦巖系由黑色硅質(zhì)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及重晶石組成。礦石類(lèi)型有塊狀、花斑狀、層紋狀和結(jié)核狀等。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)重晶石礦層中的韻律層理、沖刷構(gòu)造、變形層理、、滑塌褶皺、書(shū)斜構(gòu)造和震裂角礫巖等沉積構(gòu)造非常發(fā)育。初步分析認(rèn)為重晶石成礦地質(zhì)環(huán)境屬于斜坡環(huán)境。鋇顆粒原始沉積層的移動(dòng)-堆積作用過(guò)程與當(dāng)時(shí)水下重力流扇相有關(guān)。

(4)寨腳地區(qū)含礦巖系及礦體厚度等值線表明，震旦-寒武系時(shí)期區(qū)內(nèi)存在一東西向盆地，其與加里東期斷層呈60度夾角。