貴州省紫江沖硫鐵礦地質(zhì)特征及成因淺析

黃凱

中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院，貴州 貴陽 550002

在川、黔、滇地區(qū)常見二疊系龍?zhí)督M出露，在其底部廣泛發(fā)育一層含黃鐵礦的淺灰色高嶺石黏土巖，該層層位穩(wěn)定。在貴州境內(nèi)，該層硫鐵礦分布廣、資源儲量豐富、利用價值較大。在20世紀(jì)70～80年代，貴州省地質(zhì)局區(qū)域調(diào)查大隊、中國人民解放軍00939部隊等單位對該地區(qū)進(jìn)行了 1∶20萬的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查[1]，初步了解了區(qū)內(nèi)地質(zhì)及構(gòu)造情況，此外，該區(qū)未作過其它系統(tǒng)的地質(zhì)工作，總體上來說地質(zhì)研究程度較低。近些年，有部分學(xué)者對貴州全境二疊紀(jì)龍?zhí)镀诹蜩F礦沉積環(huán)境及成礦模式進(jìn)行了研究[1-4]，本文在充分收集、分析研究和利用已有地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，主要以修文縣紫江沖硫鐵礦的成礦地質(zhì)條件和礦床地質(zhì)特征為出發(fā)點，對其含礦巖系、礦體特征及礦石質(zhì)量等進(jìn)行闡述，以期為該區(qū)硫鐵礦的成因類型和找礦遠(yuǎn)景提供一定的參考價值。

1 位置及交通

紫江沖硫鐵礦位于貴州省修文縣城北東方向約17km處，隸屬貴陽市修文縣扎佐鎮(zhèn)，面積約2.68km2。礦區(qū)地處云貴高原中部，為高原侵蝕、溶蝕型低中山山地地貌類型[1]。礦區(qū)內(nèi)僅在南西一帶有兩條季節(jié)性的小溪溝，地表水系并不發(fā)育，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，主要受到南北氣流和高原地貌這兩個因素控制，季節(jié)交替不分明，氣溫變化不大。但區(qū)內(nèi)雨量較為充沛，大部分集中在6～8月。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

2.1 地層

該地區(qū)出露的地層由老至新分別有震旦系（Z）、寒武系（?）、二疊系（P）、三疊系（T）、白堊系（K）及第四系（Q）。其間有一定的沉積間斷，缺失奧陶系（O）、志留系（S）、泥盆系（D）、石炭系（C）、侏羅系（J）等地層（表1）。其中，紫江沖硫鐵礦及共生煤層都賦存于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）中[2-3]，礦區(qū)范圍內(nèi)出露地層可見第四系（Q）、下三疊統(tǒng)夜郎組（T1y）、上二疊統(tǒng)長興組（P3c）、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)、中二疊統(tǒng)棲霞組（P2q）。

表1 區(qū)域地層簡表Table 1 Brief table of regional strata

第四系沉積物主要由殘積物和坡積物組成，成分為砂土、亞砂土、黏土、亞黏土等，常見顏色為黃色、褐色、褐黃色等[4]，多見于地勢相對較低或緩坡地帶，與下伏沉積地層呈角度不整合接觸關(guān)系。厚0～20m。

下三疊統(tǒng)夜郎組（T1y）多見于礦區(qū)西南部，該組按巖性特征由上而下分為三個巖性段：①九級灘段（T1y3）常見紫紅色、灰綠色、紫灰色、淺黃灰色中厚層狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖，泥質(zhì)粉砂巖等碎屑巖呈互層狀產(chǎn)出，其中部可見夾少量灰?guī)r，如中厚層狀灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r等，沉積構(gòu)造以水平層理、斜層理、交錯層理以及波狀層理等為主。厚度大于30m。②黃村壩段（T1y2）巖層頂部是鮞粒狀灰?guī)r，較為穩(wěn)定，厚1～2m；上部為灰色、灰白色中厚-厚層狀細(xì)晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r；下部為灰色、淺灰色薄-中厚層狀泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，夾少量深灰色、灰綠色頁巖。厚209.20～255.30m。③沙堡灣段（T1y1）較為發(fā)育水平層理，巖性以淺黃、灰紫色、灰黃、灰綠色薄層狀泥巖、鈣質(zhì)泥巖及粉砂質(zhì)泥巖為主。厚10～20.05m。

上二疊統(tǒng)和下二疊統(tǒng)巖性各分為兩組，共四種：①上二疊統(tǒng)長興組（P3c）常見于礦區(qū)西南一帶，其巖性主要為灰色、深灰色薄-中厚層含遂石團(tuán)塊灰?guī)r，底部夾深灰色中厚層泥質(zhì)灰?guī)r及少量鈣質(zhì)頁巖，厚約 10m，與下伏地層分界，上部灰?guī)r中含燧石團(tuán)塊。厚28.60～42.40m。②上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r為主，夾少量灰白色黏土（泥）巖，自上而下發(fā)育有4～6層煤，絕大部分煤層不可采，僅K1煤層全區(qū)大部分可采，底部為灰白色黏土巖型硫鐵礦，其中主要是黃鐵礦，以星散狀、聚晶團(tuán)塊狀和結(jié)核狀等形式賦存于礦層中，厚0.32～3.10m。龍?zhí)督M分布于礦區(qū)中部，與下伏茅口組地層呈假整合接觸關(guān)系，厚 160～215m。③下二疊統(tǒng)茅口組(P2m)分布于礦區(qū)中部-東北部，其巖性上部為淺灰、灰色厚層塊狀灰?guī)r；中部為灰、深灰色中厚-厚層塊狀細(xì)晶灰?guī)r；下部為淺灰、深灰色中厚-厚層狀燧石團(tuán)塊灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r以及透鏡狀灰?guī)r。厚200～250m。④下二疊統(tǒng)棲霞組(P2q)分布于礦區(qū)東北角，其巖性為灰、深灰色中厚-厚層塊狀細(xì)晶灰?guī)r。未見底，厚度大于100m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚子準(zhǔn)地臺黔北臺隆一帶，其間斷裂構(gòu)造不發(fā)育[5-7]?？傮w來說，地層為向南西向傾斜的單斜構(gòu)造，巖（礦）層產(chǎn)狀為：傾向 210°～250°，傾角 10°～25°，平均傾角 15°，礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單。

2.3 二疊紀(jì)巖相古地理概況

在二疊紀(jì)早期階段，礦區(qū)由于氣候濕熱便逐步形成有較多湖泊、沼澤分布的準(zhǔn)平原，因此在梁山期階段沉積了一套湖泊-沼澤相的黏土巖、泥質(zhì)粉砂巖及鋁土質(zhì)巖。而在梁山末期則開始出現(xiàn)海侵現(xiàn)象，海水自北向南不斷擴大和加深，水體動蕩程度減弱，使得該地區(qū)處于相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境之中，于是形成了棲霞組、茅口組的巨厚碳酸鹽沉積物。后經(jīng)東吳運動影響，該地區(qū)由海升為陸，造就了古喀斯特地貌。至二疊紀(jì)龍?zhí)镀冢F州古地理條件已由早二疊世的南北分異狀況經(jīng)東吳運動改造成了東西分異的格局。本區(qū)位于海陸交替沉積過渡帶，海水時進(jìn)時退，形成了4～6層煤（不可采）以及部分泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖和泥巖沉積物[8]。龍?zhí)对缙冢V區(qū)處于還原條件下的閉塞海灣環(huán)境，因而有利于H2S的聚積并形成一定規(guī)模的硫鐵礦。長興時期，貴州境內(nèi)海侵范圍擴大，因此東西分異格局也發(fā)生了變化。黔北、黔中聯(lián)成一片較為平坦的淺海區(qū)域，從而沉積了一套含燧石結(jié)核灰?guī)r。直至進(jìn)入三疊紀(jì)早期，礦區(qū)重新處于海侵階段，開始一個新的沉積進(jìn)程。

3 礦床地質(zhì)特征

紫江沖硫鐵礦屬于中型煤系沉積型硫鐵礦床，主要賦存于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M底部，為黏土巖型硫鐵礦，礦石多以黃鐵礦為主（圖1）。

圖1 紫江沖硫鐵礦地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of Zijingchong pyrite mine

3.1 礦層特征

該區(qū)硫鐵礦主要賦存于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M底部，礦層內(nèi)部無夾石，含礦性較好[9]。含礦巖系上部為灰-深灰色中-厚層塊狀泥質(zhì)灰?guī)r（表2），厚2.81～16.05m；下部為厚0.50～1.60m的深灰色薄層狀含云母泥巖（K1煤層見煤標(biāo)志），其與煤層之間還夾有灰-深灰色中-厚層塊狀泥質(zhì)灰?guī)r，厚約 0～7.79m，下伏為本區(qū)伴生煤礦K1煤層，是礦層的直接頂板，厚 0.57～1.78m。硫鐵礦層厚 0.33～3.15m，為本文的研究對象，主要呈星散狀、聚晶團(tuán)塊狀和結(jié)核狀硫鐵礦存在。礦層的底板是灰-灰褐色薄層狀黏土巖，厚0.32～5.04m。最底層為灰-灰白色中-厚層塊狀細(xì)晶灰?guī)r，厚度大于10m。

表2 含礦巖系特征一覽表Table 2 List of characteristics of ore-bearing rock series

礦區(qū)礦層露頭分布于白巖壩、沖沖頭、黑土田一帶，總體走向為北西-南東向。礦體連續(xù)（面積含礦系數(shù)0.99），礦層控制走向長約2100m，傾向?qū)捈s1400m，以層狀-似層狀為主，礦層產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本保持一致，呈緩傾斜產(chǎn)出，傾向210°～250°，傾角 10°～25°。礦層厚度極值 0.32～3.10m，平均 1.14m，厚度變化系數(shù) 58.53%，其變化受茅口灰?guī)r頂部凹凸不平的古地貌制約，與地形成正相關(guān)。在地勢低凹處沉積層較厚，礦層同樣較厚，在相對凸起處沉積層較薄，所形成的礦層同樣較薄。

3.2 礦石質(zhì)量特征

該區(qū)硫鐵礦礦石以黃鐵礦為主，其晶粒為淺黃銅色，風(fēng)化后變成紅褐色、褐色。礦石的品位在16.57%～20.22%之間，變化穩(wěn)定，工業(yè)品級屬Ⅲ級品。

礦石結(jié)構(gòu)比較單一，以結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)為主，少數(shù)為針柱狀結(jié)構(gòu)。結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)為礦石的主要結(jié)構(gòu)類型，由自形、半自形、他形黃鐵礦晶粒組合而成，自形晶粒黃鐵礦一般以正方體、五角十二面體形態(tài)產(chǎn)出，較少量為八面體和菱面體等，粒徑為 0.02～10.00mm；針柱狀結(jié)構(gòu)為少量白鐵礦晶體，呈半自形針柱狀分布于黏土巖基質(zhì)中，晶粒細(xì)小，發(fā)育不完整；鮞狀結(jié)構(gòu)多見于礦層頂部，鮞體為黃鐵礦或黃鐵礦與黏土質(zhì)混合而成，常呈橢圓形、圓形產(chǎn)出，鮞粒粒徑0.25～3.00mm不等。

礦石構(gòu)造分為三類，有星散狀、團(tuán)塊狀以及結(jié)核狀。星散狀構(gòu)造中黃鐵礦呈現(xiàn)出自形、半自形晶粒狀，以星點狀不規(guī)則的分布于黏土巖基質(zhì)中；團(tuán)塊狀構(gòu)造中黃鐵礦以自形、半自形晶粒集合體聚集成形狀不規(guī)則的團(tuán)塊分布在黏土巖基質(zhì)中，邊緣不規(guī)則，有明顯的界線；結(jié)核狀構(gòu)造中由微細(xì)粒黃鐵礦組成，呈圓形、橢圓形集合體嵌布于黏土巖基質(zhì)中，核徑 1～3cm不等，與基質(zhì)界線清楚，多見于礦層下部。

據(jù)分析，礦區(qū)礦石工業(yè)類型為低品位黏土巖型硫鐵礦，并可根據(jù)礦石顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征將礦石由上而下劃分為3種自然類型，即星散狀硫鐵礦、聚晶團(tuán)塊狀硫鐵礦和結(jié)核狀硫鐵礦[10]。星散狀硫鐵礦分布于礦層上部，含硫量15.26%～20.31%，平均17.78%，厚0.32～1.72m，平均0.75m，分布穩(wěn)定；團(tuán)塊狀硫鐵礦分布于礦層中下部，含硫量16.78%～23.25%，平均19.81%，厚0～0.79m，平均 0.42m，分布較穩(wěn)定；結(jié)核狀硫鐵礦僅少量分布于礦層底部，含硫量18.75%，厚0.59m，分布不穩(wěn)定。

3.3 氧化帶深度及影響因素

據(jù)探礦工程揭露，礦區(qū)氧化帶沿礦層傾斜最淺為15.18m，最深至31.25m，一般在15～30m之間。氧化帶深度是氧化還原作用強弱的具體表現(xiàn)，氧化帶深度受下列因素的影響：①地表水及地下水活動強度，氧化深度與其成正相關(guān)，活動強度越大，氧化帶越深，反之則深度較?。虎诘V層蓋層的厚度與礦層的氧化深度關(guān)系密切，厚度大，礦層不易氧化，氧化深度淺，反之氧化深度大。

4 礦床成因類型及找礦遠(yuǎn)景

4.1 成因類型

4.1.1 沉積環(huán)境

根據(jù)地質(zhì)特征分析，礦層形成于瀉湖-沼澤相沉積環(huán)境。茅口早期由于華南一帶大規(guī)模的海侵運動，形成的最大海泛面發(fā)育了華南最為廣泛的碳酸鹽巖沉積[11]。到茅口中晚期階段，東吳運動使得礦區(qū)地殼出現(xiàn)大面積抬升，由西向東南方向發(fā)生海退現(xiàn)象，因此該地區(qū)受構(gòu)造運動影響由海相沉積轉(zhuǎn)變?yōu)闉a湖-沼澤相，為紫江沖硫鐵礦及伴生煤礦（K1）的形成提供了良好的氧化還原條件和沉積環(huán)境。而茅口期沉積形成的灰?guī)r則因地殼抬升而暴露地表，受到大范圍的風(fēng)化剝蝕，形成了古喀斯特沉積間斷界面，直至二疊紀(jì)龍?zhí)对缙?，新一輪的大地?gòu)造運動發(fā)生，隨著地殼緩慢下降，海水開始自南向北西方向蔓延，該區(qū)又開始了新的沉積。

4.1.2 物質(zhì)來源分析

中二疊世末期至晚二疊世早期，由于東吳運動使地殼發(fā)生抬升，貴州大部分地區(qū)都經(jīng)歷了一定時期的沉積間斷，礦區(qū)自西向東南方向發(fā)生海退。在貴州西部，由于峨眉山地幔柱的活動導(dǎo)致大規(guī)模玄武巖噴溢至地表，火山噴發(fā)產(chǎn)生的大量富 Fe物質(zhì)在玄武巖溢流周邊區(qū)域因大氣降水或地表水的搬運作用下進(jìn)入龍?zhí)对缙诤＿M(jìn)階段形成的水動力環(huán)境相對穩(wěn)定的瀉湖中沉淀，形成了大量含 Fe的沼泥沉積物[12]。與此同時，地幔柱噴發(fā)導(dǎo)致的環(huán)境變化使動植物發(fā)生大規(guī)模死亡，形成的有機質(zhì)也被儲存在瀉湖的沼泥之中，為同期共生煤礦提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在如此氣候變化和海陸交替頻繁的環(huán)境中，瀉湖水體中的氧化還原條件（Eh）及酸堿度（Ph）也隨之發(fā)生變化，相對缺氧的還原條件使有機質(zhì)分解出 H2S，與沼泥中的Fe元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，初步形成了硫鐵礦[13]。并且，由于峨眉地幔柱的噴發(fā)，火山噴氣中富含的S元素溶于海水中且通過生物和化學(xué)作用形成硫酸鹽，再經(jīng)硫細(xì)菌的還原作用與Fe元素反應(yīng)進(jìn)而形成硫鐵礦（圖2）。

圖2 二疊紀(jì)龍?zhí)镀谧辖瓫_硫鐵礦成礦模式圖[4]Fig.2 Metallogenic model of Zijiangchong pyrite in Longtan Period of Permian

4.1.3 礦床成因

硫鐵礦床的礦物形成于沉積階段，而礦物重結(jié)晶富集則形成于成巖-后生階段。綜上所述，礦床成因為濱海-瀉湖-沼澤相的生物化學(xué)及膠體化學(xué)同生成礦，經(jīng)后生富集的煤系沉積型硫鐵礦礦床。

4.2 找礦標(biāo)志

（1）地形。礦層賦存于龍?zhí)督M底部，龍?zhí)督M上下地層巖性均為灰?guī)r，礦區(qū)內(nèi)穩(wěn)定，以泥巖、煤、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖、黏土泥巖等相對軟弱的地層巖性組合為主[14]，因此抗風(fēng)化能力較弱，常形成緩坡，指示礦層存在的大致位置。

（2）鐵帽。接近地表的礦層受風(fēng)化和剝蝕作用影響，硫大部分被氧化成硫酸鹽經(jīng)地表水搬運流失，鐵礦粘土質(zhì)相對富集形成的鐵帽可直接指示礦層露頭位置。

（3）老窯。硫鐵礦賦存于K1煤層之下，K1煤層為硫鐵礦直接頂板，礦區(qū)內(nèi)民采 K1煤層的老窯可直接指示礦層露頭位置。

（4）礦層的穩(wěn)定底部灰?guī)r。茅口組灰?guī)r分布廣，顏色淺，有利于分辨，可指示礦層露頭的大致位置。

4.3 找礦遠(yuǎn)景

礦區(qū)南東部出現(xiàn)古巖溶面凸起地段，礦層變薄，但總體礦層厚度及品位較穩(wěn)定，加之礦層頂板共生有一層煤層（K1），K1煤層屬中磷、中-中高灰、高硫、高熱值貧煤，煤層大部分可采[15]，有一定的綜合利用價值。在紫江沖礦區(qū)內(nèi)，硫鐵礦礦層層位穩(wěn)定，主要呈層狀、似層狀產(chǎn)出，受地層控制明顯，礦層傾角與地層傾角基本一致，厚度、品位均較穩(wěn)定，深部找礦潛力較大。因此，礦區(qū)深部和外圍均為找礦遠(yuǎn)景方向，下步勘查工作值得進(jìn)一步開展。

5 結(jié)論

（1）礦床成因為濱海-瀉湖-沼澤相的生物化學(xué)及膠體化學(xué)同生成礦，經(jīng)后生富集的煤系沉積型硫鐵礦礦床。

（2）紫江沖硫鐵礦的Fe和S元素大部分來源于同期的峨眉山地幔柱噴發(fā)，后經(jīng)大氣及地表流水遠(yuǎn)距離搬運到沉積盆地中，呈層狀產(chǎn)于茅口組灰?guī)r之上。

（3）紫江沖硫鐵礦屬于中型煤系沉積型硫鐵礦床，主要賦存于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M底部，為黏土巖型硫鐵礦，礦石多以黃鐵礦為主。

（4）礦層厚度變化受茅口灰?guī)r頂部的古地貌制約，與地形成正相關(guān)。在地勢低凹處沉積較厚，礦層同樣較厚，在相對凸起處沉積較薄，所形成的礦層同樣較薄。