吉首市大坪方解石礦地質(zhì)特征及成因探討

陳迎培，楊錦坤，李家清

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二四五隊(duì)，湖南 吉首 416007）

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)東南緣，湘西弧形構(gòu)造帶上，構(gòu)造位于區(qū)域性古丈-吉首深大斷裂的南東部[1]（圖1），該構(gòu)造嚴(yán)格控制著區(qū)域內(nèi)巖相古地理和一系列次級(jí)斷裂、褶皺構(gòu)造的展布。區(qū)內(nèi)出露白堊系、震旦系及寒武系地層。

圖1 區(qū)域構(gòu)造綱要圖

區(qū)內(nèi)方解石礦主要分布于中溫?zé)嵋旱V床的外圍，且有距NNE、NE向深大斷裂構(gòu)造帶越遠(yuǎn)方解石礦脈變小的趨勢(shì)。方解石礦主要集中在NE向花垣-張家界深大斷裂、古丈-吉首深大斷裂帶、桑植復(fù)式向斜、古丈復(fù)式背斜附近及其后期次一級(jí)張性斷裂裂隙中，方解石礦脈多填充于較為直立的張性斷裂、斷裂裂隙中，表明構(gòu)造斷裂帶對(duì)方解石的成礦有較大的影響[2]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層除沿河谷分布的第四系殘坡積物外，主要為寒武系地層，巖性基本情況如下：①寒武系上統(tǒng)車(chē)夫組（∈3c）：由薄層泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r夾厚層角礫狀灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r及白云巖組成，底部有一層厚約30m～40m的白云巖；②寒武系上統(tǒng)比條組（∈3b）：由青灰色厚層，塊狀致密灰?guī)r及細(xì)粒結(jié)晶灰?guī)r組成，下部灰?guī)r呈瘤狀或條帶狀構(gòu)造，夾假鮞狀灰?guī)r。上部灰?guī)r常具斜交的泥質(zhì)紋帶，夾數(shù)層中至粗粒結(jié)晶白云巖。

2.2 賦礦層位

區(qū)內(nèi)方解石礦主要賦存于斷裂裂隙中，賦礦地層為寒武系上統(tǒng)比條組（∈3b），礦體頂?shù)装宓貙泳鶠楹湎瞪辖y(tǒng)比條組（∈3b）灰色、青灰色中厚層灰?guī)r，在底板見(jiàn)斷層泥、巖粉、泥礫和角礫。

2.3 構(gòu)造

礦區(qū)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，斷裂構(gòu)造較發(fā)育,為張性斷裂，主要發(fā)育于測(cè)區(qū)北東部、中部及南西部，以NNE-NE向斷裂為主。

F1張性斷裂大致走向30°，傾向300°左右，傾角42°～58°，破碎帶寬6m～38m，延伸長(zhǎng)度約為750m，斷裂面見(jiàn)斷層泥、巖粉、泥礫、角礫和角礫狀方解石，為方解石礦主要控礦斷層（控礦斷裂裂隙）。

F2張性斷裂大致走向35°～80°，傾向305°～350°左右，傾角43°～69°左右，破碎帶寬6m～8m，延伸長(zhǎng)度約為800m，斷裂面見(jiàn)斷層泥、巖粉、泥礫、角礫和角礫狀方解石，為方解石礦主要控礦斷層（控礦斷裂裂隙）。

F3張性斷裂大致走向45°，傾向310°左右，傾角46°，破碎帶寬4m～9m，延伸長(zhǎng)度約為300m，斷裂面見(jiàn)斷層泥、巖粉、泥礫、角礫和角礫狀方解石，為方解石礦主要控礦斷層（控礦斷裂裂隙）。

F4張性斷裂大致走向30°～74°左右，部分地段近于直立，破碎帶寬4m～12m，延伸長(zhǎng)2600m，斷裂面見(jiàn)斷層泥、巖粉、泥礫、角礫和角礫狀方解石，為方解石礦主要控礦斷層（控礦斷裂裂隙）。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體（層）特征

礦區(qū)主要分布4條方解石礦脈，編為V1、V2、V3號(hào)和V4號(hào)礦脈，礦脈近乎平行展布。礦體（層）呈脈狀產(chǎn)于寒武系上統(tǒng)比條組（∈3b）地層的張性斷裂裂隙中，總體呈“長(zhǎng)條”形脈狀展布。據(jù)探槽及鉆探工程證實(shí)，礦體嚴(yán)格受張性斷裂控制，其傾向、傾角與張性斷裂保持一致；礦體（厚）寬深部變化情況與地表基本一致，即地表礦體膨大地段，在深部同樣膨大。礦體（層）走向方向相對(duì)穩(wěn)定，控制的4條礦脈長(zhǎng)度在300m～2600m之間，礦體兩端見(jiàn)有尖滅現(xiàn)象，礦體厚度2.0m～38.0m，這與張性斷裂形成時(shí)地層被撕裂的寬度有直接聯(lián)系，張性斷裂為方解石礦的主要容礦空間；傾向方向礦體下部近圍巖處，通常有灰?guī)r角礫包裹體或角礫狀方解石及圍巖碎屑，方解石礦品質(zhì)相對(duì)較差，中部及頂部方解石相對(duì)較純，結(jié)晶程度也較好，方解石礦均為透明、半透明狀三方晶系[2]。礦體（層）與圍巖接觸界線分明，圍巖無(wú)明顯的蝕變及過(guò)渡帶。從探槽及鉆探工程揭露情況統(tǒng)計(jì)各礦體（層）特征見(jiàn)表1。

表1 大坪方解石礦各礦體（層）特征一覽表

3.2 礦石質(zhì)量

礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造：礦石構(gòu)造以塊狀、條柱狀構(gòu)造為主，少量條紋狀構(gòu)造；礦石結(jié)構(gòu)以自形結(jié)構(gòu)為主，次為半自形結(jié)構(gòu)[3]。

礦物成分：礦石的主要礦物成分為透明至半透明的方解石三方晶系組成。

礦石化學(xué)成分：分析樣品CaO、白度、Fe2O3和S，分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。由表2可知，礦體CaO含量53.03%～55.87%,平均54.75%；白度80.68%～91.50%，平均88.18%；Fe2O3含量0.016%～0.3075%，平均0.097；S含量0.05%～0.096%，平均0.089%。

4 控礦因素

區(qū)內(nèi)方解石礦床呈脈狀產(chǎn)出，其成礦過(guò)程主要是：中低溫汽水熱液沿導(dǎo)礦斷裂上升，對(duì)兩側(cè)的碳酸鹽巖產(chǎn)生溶蝕、林濾和褪色作用；再加上地表水和大氣降水的風(fēng)化、淋蝕作用，使碳酸鹽巖中的碳酸鈣重溶；形成富碳酸鈣溶液，于半開(kāi)放式的節(jié)理、裂隙、斷裂帶或巖溶洞穴中聚集；在飽和狀態(tài)下碳酸鈣產(chǎn)生重結(jié)晶而形成方解石；呈脈狀、層狀或巖體狀，集中賦存于碳酸鹽巖中，形成形態(tài)各異的方解石礦床。其成礦過(guò)程和產(chǎn)出形態(tài)受多種因素控制，主要的控礦因素為：地層巖性、構(gòu)造及賦礦場(chǎng)所。

4.1 地層巖性因素

湘西地區(qū)大面積分布碳酸鹽巖，特別是寒武系地層中的灰?guī)r，灰?guī)r厚度較大，灰?guī)r成份主為碳酸鈣（CaCO3），這為方解石礦提供了豐富的物質(zhì)來(lái)源[2]。區(qū)內(nèi)方解石礦體（層）產(chǎn)于寒武系上統(tǒng)比條組（∈3b）灰?guī)r地層中，賦礦圍巖巖性主要為灰色、青灰色中厚層灰?guī)r。圍巖巖性對(duì)方解石礦礦石的品質(zhì)影響較大，即純灰?guī)r內(nèi)礦石白度及碳酸鈣含量明顯較高。因此，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的鈣質(zhì)碳酸鹽巖，特別是純灰?guī)r出露地段對(duì)方解石成礦最為有利。

4.2 構(gòu)造因素

區(qū)內(nèi)發(fā)育的NNE-NE向斷裂構(gòu)造是本區(qū)內(nèi)方解石成礦的重要控礦因素。區(qū)域性NE向花垣-張家界深大斷裂、古丈-吉首深大斷裂帶、桑植復(fù)式向斜、古丈復(fù)式背斜及其后期次一級(jí)張性斷裂、裂隙嚴(yán)格控制區(qū)內(nèi)方解石礦床成礦，斷裂裂隙中灰?guī)r較為發(fā)育，為成礦熱液和淺表飽和碳酸鈣溶液提供了運(yùn)移通道和儲(chǔ)存空間。

4.3 賦礦場(chǎng)所

碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)域的巖石中，方解石脈、團(tuán)塊往往隨處可見(jiàn)，但能形成上規(guī)模的方解石礦體卻很少，其主要原因就是賦礦聚集場(chǎng)所的制約。不論地下汽水熱液上升重溶?chē)鷰r而形成的富碳酸鈣溶液，均有就近于儲(chǔ)藏空間聚集的特性。即儲(chǔ)礦空間的性質(zhì)、形態(tài)、大小決定了飽和碳酸鈣溶液重結(jié)晶形成方解石礦的產(chǎn)出形態(tài)及規(guī)模。因此，碳酸鹽巖區(qū)向上開(kāi)放的張性斷裂、裂隙和復(fù)式褶皺的層間滑動(dòng)往往易形成厚、大的儲(chǔ)藏空間，對(duì)形成上規(guī)模的方解石成礦有利。

5 礦床成因

在區(qū)域性NE向花垣-張家界深大斷裂、古丈-吉首深大斷裂帶、桑植復(fù)式向斜、古丈復(fù)式背斜形成后，地下熱液活動(dòng)相對(duì)較活躍，在其后的NE-NNE向的張性次一級(jí)張性斷裂、裂隙形成時(shí)，大量的碳酸鈣熱液通過(guò)拉張斷層及斷裂裂隙從礦床下部周邊通過(guò)斷裂進(jìn)入圍巖，當(dāng)溫度適宜時(shí)，結(jié)晶形成方解石礦（成因模擬如圖2所示），成因類(lèi)型為地下“熱液成因”[2]，主要特征如下。

表2 大坪礦區(qū)方解石礦化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)

圖2 結(jié)晶形成方解石礦模型

①方解石礦呈條柱狀結(jié)構(gòu)，說(shuō)明方解石在冷卻成礦過(guò)程中為有確定流動(dòng)方向的，物源具流動(dòng)性；②方解石礦體（層）與圍巖接觸界線分明，圍巖無(wú)明顯的蝕變及過(guò)渡帶；③在張性斷裂拉張過(guò)程中，將產(chǎn)生圍巖角礫及碎屑，角礫及碎屑在熱液入侵時(shí)，在重力作用下會(huì)下沉，因此，角礫及碎屑會(huì)富集于斷裂下盤(pán)（即礦層底板），形成角礫狀方解石，近上盤(pán)的礦層頂板處方解石礦結(jié)晶程度都相對(duì)較高，礦石品質(zhì)也較好；④方解石礦體（層）產(chǎn)狀與圍巖（灰?guī)r）產(chǎn)狀為斜交，與張性斷裂產(chǎn)狀一致,方解石礦產(chǎn)狀較陡（局部地段近于直立），圍巖（灰?guī)r）產(chǎn)狀較緩，證明方解石礦體（層）非圍巖經(jīng)改造重結(jié)晶形成，而是物源通過(guò)地下熱液的方式從下部隨斷裂導(dǎo)礦，在適宜的溫度條件下冷卻結(jié)晶富集于斷裂裂隙中形成。因此，認(rèn)為本區(qū)方解石礦床成因應(yīng)屬中低溫?zé)嵋毫严冻涮钚偷V床。

6 結(jié)論

①大坪方解石礦位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)東南緣，湘西弧形構(gòu)造帶上，構(gòu)造位于區(qū)域性古丈-吉首深大斷裂的南東部，賦礦地層為寒武系上統(tǒng)比條組（∈3b）灰?guī)r，方解石礦體（層）呈脈狀產(chǎn)于張性斷裂裂隙中；②方解石礦的形成與NE向區(qū)域性深大斷裂帶、復(fù)式向斜背斜及其后期次一級(jí)張性斷裂、裂隙有關(guān)；③湘西地區(qū)的方解石礦成因類(lèi)型主要為地下“熱液成因”型；④方解石礦的物質(zhì)來(lái)源主要為下部碳酸鈣熱液，非圍巖蝕變形成；⑤認(rèn)為本區(qū)方解石礦床成因應(yīng)屬“中低溫?zé)嵋毫严冻涮钚汀钡V床。希望通過(guò)本文的論述和分析，可作為本區(qū)或類(lèi)似地區(qū)尋找同類(lèi)型礦床研究和參考。