柳城縣毛村礦區(qū)熔劑用白云巖礦地質(zhì)特征及礦床成因初探

◎高 翔，雷金泉，楊 琨

1.中國(guó)冶金地質(zhì)總局廣西地質(zhì)勘查院，廣西 南寧 530022

2.中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 101300

毛村礦區(qū)熔劑用白云巖礦位于廣西柳城縣寨隆鎮(zhèn)中心區(qū)以東3.5 km 的毛村一帶，地理坐標(biāo)為東經(jīng)109°00′03″～109°03′16″，北緯24°36′50″～24°39′13″。礦區(qū)屬巖溶峰林洼地、中低山地貌，山脈總體呈NE—SW 走向，局部地形較陡，形成陡坡、懸崖、孤峰，為典型的喀斯特地貌，最大相對(duì)高差360 m 以上。該礦床由北區(qū)I 號(hào)、中區(qū)IV 號(hào)和南區(qū)V 號(hào)3個(gè)礦段組成，熔劑用白云巖礦石總資源量達(dá)到6.52 億t，為柳州地區(qū)一大型優(yōu)質(zhì)熔劑用白云巖礦床[1]。研究小組對(duì)礦床開展詳查地質(zhì)工作，查明了礦體的地質(zhì)特征，在成礦地質(zhì)條件及沉積環(huán)境特征的基礎(chǔ)上，對(duì)礦床成因進(jìn)行初步探討，為同類型礦床的勘查和該礦床的后續(xù)利用與開發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)

礦床位于四級(jí)構(gòu)造單元桂中—桂東北坳陷與羅城—環(huán)江坳陷和龍勝陸緣裂谷的三大構(gòu)造交匯部位[2]。巖漿活動(dòng)不發(fā)育，局部斷裂構(gòu)造作用強(qiáng)烈，地層較為平緩。區(qū)域出露的地層主要有石炭系、二疊系、三疊系、白堊系及新生界第四系。區(qū)內(nèi)有古生界地層大面積出露，包括石炭系下統(tǒng)堯云嶺組（C1y）、英塘組（C1yt）、黃金組（C1h）、寺門組（C1s），石炭系下統(tǒng)—上統(tǒng)羅城組（C1-2l）、都安組（C1-2d），上統(tǒng)大埔組（C2d）、黃龍組（C2h），以及跨時(shí)代的上石炭—下二疊統(tǒng)馬平組（C2P1m），為開闊臺(tái)地至局限臺(tái)地相碳酸鹽巖沉積；二疊系棲霞組（P2q）、茅口組（P2m）、合山組（P3h）、大隆組（P3d），為開闊臺(tái)地至局限、半局限臺(tái)地相碳酸鹽巖沉積；次為中生界地層，有三疊系陳劉組（T1c）、白堊系永福群（K1y），為湖泊相陸源碎屑沉積；新生界的第四系臨桂組（Ql），多出露于低洼地帶。毛村白云巖礦賦存于石炭系上統(tǒng)大埔組（C2d）與黃龍組（C2h）地層中，與上覆地層上石炭—下二疊統(tǒng)馬平組（C2P1m）和下伏地層羅城組（C1-2l）呈整合接觸關(guān)系。

區(qū)域構(gòu)造較為復(fù)雜，褶皺與斷裂均有發(fā)育。區(qū)域地層經(jīng)歷了印支期、燕山期2 次主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不同強(qiáng)度的褶皺作用。按褶皺構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和褶皺類型，分為由泥盆系—三疊系碎屑巖、碳酸鹽巖組成的印支期沉積蓋層褶皺和白堊系碎屑巖組成的燕山期向斜構(gòu)造。印支期褶皺通常背斜軸部斷層發(fā)育，故大多數(shù)僅保存背斜一翼，褶皺排列彼此基本平行，主要呈NEE 向，北部逐漸轉(zhuǎn)為NE 向，褶皺脊線多呈微起伏狀，軸面微彎曲，個(gè)別褶皺呈分枝狀；燕山期褶皺形成于白堊世末期的燕山運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造褶皺的沉積物為白堊系紅色磨拉石建造，分布受印支期斷裂和褶皺的明顯控制，其褶皺軸向呈近EW 向展布。研究區(qū)正處于和睦—老堡斷裂、三江—融安斷裂、宜州—柳城斷裂這3 條區(qū)域復(fù)活性斷裂的匯交處，斷裂構(gòu)造發(fā)育。斷裂構(gòu)造以NE向展布為主，次為NW向。區(qū)域巖漿活動(dòng)不明顯，變質(zhì)程度較低。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地 層

礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要有下石炭統(tǒng)寺門組（C1s）及羅城組（C1-2l）、上石炭統(tǒng)大埔組（C2d）及黃龍組（C2h）、非正式地層單位巖溶角礫巖楔（brw）、第四系臨桂組（Ql）地層。

（1）寺門組（C1s）：出露于礦區(qū)南部礦段北東角及北西角，呈EW 向展布，地層傾向150°～222°，傾角38°。礦區(qū)外西部有小面積出露。巖性主要為灰色—灰白色、淺紫紅色薄至中厚層狀石英砂巖、粉砂巖，灰黑色、青灰色、紫灰色、灰黃色極薄層—薄層狀泥巖、泥質(zhì)粉砂巖組合，生物化石有腕足類、植物碎片等，厚度＞53.2 m。

（2）羅城組（C1-2l）：出露于寺門組南側(cè)，出露范圍較小。巖性為灰色、深灰色薄至中層塊狀生物碎屑灰?guī)r，泥質(zhì)灰?guī)r，含生物屑泥質(zhì)灰?guī)r夾灰黃色、紫灰色、青灰色薄層狀泥巖，鈣質(zhì)泥巖，含鈣質(zhì)結(jié)核。產(chǎn)珊瑚、棘皮類、苔蘚蟲及腕足類化石，與下伏地層為整合接觸關(guān)系[2]。

（3）大埔組（C2d）：沿相鄰羅城組上部分布于礦區(qū)絕大部分區(qū)域，為礦區(qū)最主要的白云巖礦賦礦層位。巖性為灰色、淺灰色、灰白色、粉灰色中厚層至塊狀中細(xì)晶白云巖偶夾硅質(zhì)白云巖、角礫狀白云巖、含灰白云巖，層理多不清晰，底部含腕足類、棘皮類和苔蘚蟲等生物屑，保存較差，局部產(chǎn)珊瑚；硅質(zhì)呈乳白色團(tuán)塊狀、條帶狀、似層狀產(chǎn)出；該層厚度為387.30～517.79 m，以白云巖的消失微晶灰?guī)r的出現(xiàn)與上覆黃龍組分界，與下伏地層為整合接觸關(guān)系[1]。

（4）黃龍組（C2h）：沿大埔組地層展布，主要分布于礦區(qū)峰頂，近似蓋層。主要巖性為灰色、淺灰色中厚層至塊狀含生物碎屑微晶灰?guī)r，含硅質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r夾淺灰色、灰白色中厚層至塊狀白云巖，含硅質(zhì)灰質(zhì)白云巖?；?guī)r質(zhì)地不純，多含硅質(zhì)、白云質(zhì)，硅質(zhì)及白云質(zhì)含量不均勻，在走向上變化較大，其中硅質(zhì)呈團(tuán)塊狀、條帶狀產(chǎn)出；產(chǎn)蜓、有孔蟲、海百合莖、珊瑚等，厚度＞165.5 m，未見頂，與下伏大埔組地層為整合接觸關(guān)系。

促甲狀腺激素(thyrotropin，TSH)、三碘甲狀腺原氨酸(T3)、四碘甲狀腺原氨酸(T4)：反映甲狀腺功能，所有甲狀腺結(jié)節(jié)患兒均應(yīng)檢測(cè)。有研究表明，高TSH水平與甲狀腺癌關(guān)系密切，而低TSH水平對(duì)于鑒別甲狀腺癌、橋本氏甲狀腺炎、良性甲狀腺結(jié)節(jié)無意義[13]。

（5）巖溶角礫巖楔（brw）：主要分布于北部I 號(hào)礦段中部以南?？傮w近EW 向展布，以蓋層形式覆蓋于大埔組及黃龍組地層之上。巖性為巖溶角礫巖，顏色為灰色、深灰色、灰紅色，結(jié)構(gòu)為礫狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由角礫和膠結(jié)物組成，角礫巖性主要為白云巖，次為灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r及硅質(zhì)巖，多呈次棱角狀、棱角狀，不具定向性，礫徑大小為

0.6 ～20 cm，分選性差；填隙物以鈣質(zhì)為主，次為泥質(zhì)、鐵質(zhì)；角礫成分主要是亮晶白云石，個(gè)別表面為微晶白云石或硅質(zhì)集合體，白云石多呈半自形菱面體，礦物粒徑大小一般為

0.06 ～0.2 mm，表面渾濁，見較多粉末狀包體，高級(jí)白干涉色；硅質(zhì)角礫主要由微晶硅質(zhì)集合體組成；充填在角礫之間的填隙物主要是亮晶方解石，多呈他形晶粒狀或填隙狀，礦物粒徑大小為0.03～1 mm；巖石整體發(fā)生碎裂，顯微裂隙較發(fā)育，裂隙寬0.02～0.1 mm，裂隙內(nèi)充填著亮晶方解石。

（6）臨桂組（Ql）：主要分布在礦區(qū)山腳地勢(shì)低洼的沖溝，主要為灰黃、褐黃色粉砂質(zhì)粘土，次為白云巖碎石及少量硅質(zhì)巖碎塊等，覆蓋于碳酸鹽巖溶蝕面上，一般厚0.3～3 m。

2.2 構(gòu) 造

礦區(qū)范圍內(nèi)構(gòu)造整體較為簡(jiǎn)單，北部I 號(hào)礦段發(fā)育岜老山向斜和下寨背斜，中部IV 號(hào)和南部V 號(hào)礦段為單斜構(gòu)造。發(fā)育于I 號(hào)礦段的岜老山向斜，總體走向70°～130°，呈蛇形展布，長(zhǎng)度＞2 km，軸部地層主要由黃龍組（C2h）及大埔組（C2d）地層組成，黃龍組地層在地貌上形成一些陡坎、蓋帽現(xiàn)象，在山頂形成孤峰。翼部為大埔組（C2d），總體北翼地層產(chǎn)狀較南翼緩，北翼巖層產(chǎn)狀160°～200°∠30°～38°，南翼巖層產(chǎn)狀340°～20°∠35°～42°。下寨背斜分布于礦區(qū)北部與中部礦段連接區(qū)域的龍善—下寨—普陀坳一帶，長(zhǎng)度＞2.5 km，軸部地層由寺門組（C1s）及大埔組（C2d）地層組成，軸部巖層傾角20°?？傮w兩翼地層產(chǎn)狀較穩(wěn)定，北翼巖層產(chǎn)狀340°～20°∠15°～45°，南翼巖層產(chǎn)狀160°～200°∠20°～40°。局部北翼地層較陡，地層傾角50°～60°。西側(cè)地區(qū)核部被上覆地層覆蓋，未見出露。

礦區(qū)的斷層不發(fā)育，僅發(fā)育F23 斷層，規(guī)模較小，對(duì)礦體及地層的整體性起破壞作用小。其發(fā)育于礦區(qū)北西部，呈NE—SW 向展布，斷層破碎帶寬約200 m，長(zhǎng)約1 km，斷層產(chǎn)狀340°∠80°。帶內(nèi)巖石由斷層角礫組成，角礫和碎屑成分主要是硅質(zhì)巖巖屑，其次是白云巖巖屑和灰?guī)r巖屑。由粗、中粒的白云石和方解石組成。巖屑具有明顯的重結(jié)晶現(xiàn)象，碎屑被后期形成的粗粒方解石膠結(jié)，少量白云石粗晶也呈膠結(jié)物產(chǎn)出。并見方解石細(xì)脈充填，局部鐵質(zhì)浸染呈紅色。局部地段在斷層經(jīng)過的灰?guī)r附近形成大量的溶洞角礫堆積物。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)未見巖漿巖發(fā)育。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

經(jīng)詳查工作，研究小組在礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)I-白1、IV-白1、IV-白2 和V-白1 合計(jì)4 個(gè)熔劑用白云巖礦體。

圖1 I 號(hào)礦段123 號(hào)勘查線地質(zhì)剖面簡(jiǎn)圖

（2）IV-白1 礦體。IV-白1 礦體賦存于上石炭統(tǒng)黃龍組（C2h）地層中，發(fā)育于下寨背斜南翼，呈單斜層狀產(chǎn)出，局部呈“S”形扭曲展布。控制礦體最高標(biāo)高+421.72 m，埋深范圍0～157.38 m。礦體平面呈不規(guī)則長(zhǎng)軸狀展布。巖性為細(xì)晶—中晶白云巖夾角礫狀白云巖。礦體產(chǎn)狀127°～205°∠20°～35°?？刂频V體厚度33.12～37.72 m，平均厚度為35.42 m，厚度變化系數(shù)為6.49%，屬厚度較穩(wěn)定型。

（3）IV-白2 礦體。IV-白2 礦體賦存于上石炭統(tǒng)大埔組（C2d）地層中，呈單斜層狀產(chǎn)出?？刂频V體最高標(biāo)高+424.13 m，埋深范圍0～251 m。巖性為細(xì)晶—中晶白云巖夾角礫狀白云巖。礦體傾向160°～210°，傾角15°～40°?？刂频V體厚度25.94～171.28 m，平均厚度為76.65 m，厚度變化系數(shù)為46.49%，屬厚度較穩(wěn)定型。

（4）V-白1 礦體。V-白1 礦體賦存于上石炭統(tǒng)大埔組（C2d）地層中，呈單斜層狀產(chǎn)出?？刂频V體最高標(biāo)高+441.35 m，埋深范圍0～281.0 m。巖性為細(xì)晶—中晶白云巖夾角礫狀白云巖。礦體產(chǎn)狀165°～196°∠30°～53°?？刂频V體厚度44.68～133.73 m，平均厚度為95.59 m，厚度變化系數(shù)為40.48%，屬厚度較穩(wěn)定型。

3.2 礦石特征

礦石自然類型劃分為細(xì)中晶—粗晶白云巖。主要結(jié)構(gòu)有細(xì)中晶結(jié)構(gòu)、中粗晶結(jié)構(gòu)、脈狀充填結(jié)構(gòu)及碎裂結(jié)構(gòu)。構(gòu)造主要為致密厚層狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造，次為中層狀構(gòu)造。此外，還有條帶狀構(gòu)造、縫合線構(gòu)造、砂糖狀構(gòu)造等。礦石礦物主要為白云石，含少量方解石及泥質(zhì)，白云石含量85%～96%，方解石含量2%～15%，泥質(zhì)含量少于2%。

白云巖主要由亮晶白云石和亮晶方解石組成。亮晶白云石多呈半自形菱面體，個(gè)別呈自形晶，經(jīng)茜素紅S 染色后不變色，礦物粒徑大小一般為0.06～0.15 m m，少數(shù)為0.15～0.25 mm，表面非常渾濁，見較多粉末狀包體，高級(jí)白干涉色，局部發(fā)生碎裂，裂隙充填著方解石；亮晶方解石多呈他形晶粒狀或填隙狀，茜素紅S 染色后呈紅色，礦物粒徑多小于0.1 mm，分布在白云石顆粒之間，巖石中可見粒間溶孔，溶孔多小于0.2 mm，溶孔多呈不規(guī)則狀。

礦體中MgO 含量16.80%～21.14%，平均品位19.49%，品位變化系數(shù)5.30%；CaO 含量28.81%～35.68%，平均品位32.19%，品位變化系數(shù)4.52%；SiO2含量 0.003%～2.861%，平均品位0.837%，品位變化系數(shù)85.26%；P 平均品位0.0042%；S 平均品位0.0045%；Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2平均品位0.926%。礦石中的有益組分含量符合熔劑用白云質(zhì)原料礦石化學(xué)成分的一般指標(biāo)，有害組分含量要求符合熔劑用白云巖礦石的一般指標(biāo)，礦石質(zhì)量良好，礦石工業(yè)類型劃分為單一的黑色冶金熔劑用白云巖礦石。

3.3 圍巖與夾石

礦層的頂板為黃龍組（C2h）灰色、深灰色中厚層狀微晶灰?guī)r、含硅質(zhì)團(tuán)塊灰?guī)r，局部為灰色含硅質(zhì)團(tuán)塊白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、溶洞角礫巖等。

礦層的底板為羅城組（C1-2l）灰色、深灰色薄—中層泥質(zhì)灰?guī)r、生物屑泥質(zhì)灰?guī)r夾深灰色薄—中層泥灰?guī)r、灰黃綠色薄層狀鈣質(zhì)泥巖等。因受勘查標(biāo)高限制，鉆孔未穿透白云巖礦層，未控制到礦體底板。

礦體內(nèi)共圈定43 層夾石，其中I 號(hào)礦體中發(fā)育18 層夾石，厚度2.28～36.30 m，巖性為含硅質(zhì)白云巖、角礫狀白云巖、巖溶角礫巖、含硅質(zhì)團(tuán)塊白云巖；IV 號(hào)礦體中發(fā)育12 層夾石，厚度3.86～49.81 m，巖性為含硅質(zhì)白云巖、硅質(zhì)白云巖；V 號(hào)礦體中發(fā)育13 層夾石，厚度1.72～40.3 m，巖性為含硅質(zhì)白云巖、灰質(zhì)白云巖。

研究小組通過綜合分析礦體的發(fā)育產(chǎn)出狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)黃龍組（C2h）和大埔組（C2d）地層中發(fā)育的白云巖層位，均可以劃歸為礦體，僅部分層位因成分不達(dá)標(biāo)而出現(xiàn)夾石。礦體中發(fā)育的夾石，分布無規(guī)律、不連續(xù)，沿走向及傾向方向上尖滅，形態(tài)上呈小透鏡體狀，與礦體分界不明顯。因其中MgO 含量不達(dá)標(biāo)或者SiO2含量超標(biāo)，并且厚度＞2 m，達(dá)不到礦體指標(biāo)要求，所以將其作為夾石。大埔組內(nèi)白云巖礦礦石質(zhì)量較黃龍組好，厚度也相對(duì)較大。

4 礦床成因

毛村礦區(qū)熔劑用白云巖礦床在石炭世早期位于江南古陸以南的淺海相臺(tái)地上，南東向有云開古島與之相鄰，沉積物以淺水碳酸鹽巖為主，但在靠近古陸地區(qū)常出現(xiàn)較多的鈣泥質(zhì)巖，因?yàn)楹５椎匦苇h(huán)境因素的差異形成了多種不同的微環(huán)境類型，所以在較高處形成高能型淺灘沉積，在較低處形成低能型臺(tái)洼沉積，并且沉積速度有時(shí)較快，淺灘擴(kuò)大，常形成向上淺灘化程序。礦區(qū)在早石炭系以來，區(qū)內(nèi)已形成廣闊的淺水碳酸鹽巖臺(tái)地 。而晚石炭世早期卻保持著早石炭世晚期的沉積環(huán)境，沉積相以開闊臺(tái)地相為主，大部分地區(qū)海底平坦，處于淺水或潮坪環(huán)境，早期氣候較干燥，因而形成了礦區(qū)白云巖的主要含礦層位大埔組（C2d）。而后沉積分異漸趨明顯，臺(tái)地上沉積黃龍組（C2h）和上石炭—下二疊統(tǒng)馬平組（C2P1m），巖性為淺灰白色生物碎屑泥晶灰?guī)r、生物碎屑微晶灰?guī)r，局部為白云質(zhì)灰?guī)r，最終形成了礦區(qū)內(nèi)的整個(gè)地層序列。

白云石廣泛分布于地殼中，按照成因階段和機(jī)理可分為原生白云石、同生白云石、成巖白云石和后生白云石[3]，其中原生白云石多用于解釋缺乏次生交代證據(jù)的白云巖（如前寒武白云巖）或孔隙內(nèi)壁膠結(jié)白云石的成因。

毛村礦區(qū)白云巖礦體中白云石多呈半自形或自形菱面體，晶體表面混濁不清。白云巖礦體常呈似層狀或透鏡狀分布，與灰?guī)r的接觸界線不整齊，工程驗(yàn)證其橫向上有漸變?yōu)榘自瀑|(zhì)灰?guī)r或石灰?guī)r的趨勢(shì)。白云巖具殘余結(jié)構(gòu)，如鮞粒、球粒、生物結(jié)構(gòu)等。巖石中可見粒間溶孔，溶孔＜0.2 mm，溶孔多呈不規(guī)則狀。

根據(jù)上述白云石礦物特征，研究小組初步認(rèn)為毛村礦區(qū)白云石的成因機(jī)理類型為成巖白云石，白云巖礦床是由碳酸鈣沉積物與滲透鹵水中的硫酸鎂或氯化鎂反應(yīng)，以及方解石被白云石發(fā)生交代作用而形成的。

5 結(jié) 語

廣西柳城縣毛村礦區(qū)熔劑用白云巖礦是柳州地區(qū)近年來發(fā)現(xiàn)的一大型優(yōu)質(zhì)熔劑用白云巖礦床。賦礦地層為石炭系上統(tǒng)大埔組（C2d）和黃龍組（C2h），巖性主要為細(xì)晶—中晶白云巖夾角礫狀白云巖。研究小組通過綜合分析其礦床成礦地質(zhì)條件、礦床地質(zhì)特征及礦石特征，初步認(rèn)為該礦床是開闊臺(tái)地環(huán)境沉積型成巖白云巖礦床，主要成分白云石的成因機(jī)理類型為成巖白云石。對(duì)比區(qū)內(nèi)白云巖礦床的產(chǎn)出層位及礦石質(zhì)量，研究小組認(rèn)為石炭系上統(tǒng)大埔組（C2d）的白云巖有成為熔劑用白云巖礦床的潛力。

此外，研究小組通過對(duì)比礦區(qū)地質(zhì)資料，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)中部IV 號(hào)礦體及南部V 號(hào)礦體整體呈EW 向展布，礦體走向延伸較大，在中部和南部礦段探礦權(quán)范圍外的東西兩側(cè)區(qū)域仍有大量白云巖礦石資源，且尚未開展過系統(tǒng)的地質(zhì)工作，具有較好的找礦潛力，建議下一步在礦區(qū)的開發(fā)利用中予以重點(diǎn)關(guān)注，有效整合資源，以實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的利用最大化。