湖南省鲍溪大型重晶石矿成矿规律

黄宽心，邵拥军，孙毅强，朱 帆

（1.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083；2.湖南省地质矿产勘查开发局四一四队，湖南 益阳 413000）

鲍溪重晶石矿是我国南方最新发现的大型矿床，该矿属浅海盆地相沉积型矿床，该矿床顺层产于寒武系牛蹄塘组下段的底部浅变质岩中。矿体呈层状、似层状产出，倾向北西，倾角 34°～51°，矿体走向长7893m，最大控制斜深911m，厚0.88～6.15m，平均厚2.24m。重晶石矿332+333资源量为3424.9×104t，矿床BaSO4平均品位62.77%，其中332矿石量1212.2×104t，占35.4%。

鲍溪矿区位于扬子准地台江南地轴的西南缘，雪峰山华夏系构造隆起带呈北东—南西方向斜贯全区，为区内主要构造形迹。在区域东部展现一组新华夏系构造带。在区域南部有一东西向断裂切华夏系构造带，此外还有规模不大的北西西向的构造形迹。研究区处于贡溪复式向斜南东翼北东段，区内断裂、褶皱构造发育，其中北东向构造为区内的主体构造（图1）。鲍溪矿区及邻区的岩浆活动主要在前震旦纪和震旦纪早期，表现为火山凝灰岩的沉积。在本区以西镇远（贵州省）一带有基性超基性岩脉及云斜煌斑岩岩脉产出；北东芷江县艾头坪—大洪山一带有基性岩脉出露，此外，岩浆活动仅表现在寒武系底界的含磷炭质板岩之上局部见有火山凝灰岩沉积，沉积厚度约50cm。区域上留茶坡组硅质岩中常见火山玻屑物质，火山玻屑的定向排列及微层理构造表明其为海底火山喷发物在当时的洋流作用下沉积而成的；牛蹄塘组下部黑色炭质板岩中的多元素矿产可能物质来源于该期火山喷发物。

1 矿床地质特征

1.1 含矿岩系特征

重晶石矿与钒矿为异体共生矿床，其含矿岩系赋存于寒武系下统牛蹄塘组下段的底部，从下至上由硅质岩、含磷炭质板岩、重晶石矿层、含钒炭质板岩组成，含矿岩系厚8.29～14.60m。钒矿层位于含矿岩系顶部，重晶石矿层位于含矿岩系中上部。含矿岩系底界清楚，底板为震旦系上统硅质岩，顶界与破碎的炭质板岩呈过渡关系。

（1）硅质岩：厚度0～3.82m，灰黑色、深灰色。细微粒结构，块状构造。成分主要为硅质，约占90%，铁质、泥质、粘土矿物约占5%。局部见方解石脉，裂隙内见脉状、团块状黄铁矿。

（2）含磷炭质板岩：厚度0～1.62m，平均厚度0.45m，黑色,碎屑结构，岩矿芯破碎，呈粉末状、片状。炭质含量高，极易污手。主要成分为重晶石约占20%、炭质约占20%、胶磷矿约占30%。见椭球状结核，结核直径0.5～2cm，滴含钼酸铵的硝酸溶液见姜黄色沉淀，片状碎块炭质板岩光滑如镜面，偶见重晶石结核。取样P2O5含量为0%～21.79%。

（3）重晶石矿层：厚度0.88～6.15m，矿石呈深灰色、黑色、灰色，风化后呈浅灰色或黄灰色，主要由重晶石、方解石和炭泥质组成，中下部含钙质较高，夹硅质及钙质结核或透镜体；隐晶—细晶质结构，致密块状构造，主要成分为BaSO4（含量多在50%～80%），钙质主要表现为方解石细脉和方解石团块（含量约占15%），其余为硅质、铁质等组成。重晶石矿较围岩比重大，顶部受炭质浸染而呈黑色，中部及下部则为灰色、深灰色。

（4）含钒炭质板岩：此层区内普遍存在，为划分重晶石矿层顶界的标志。厚度3.0～8.88m，灰黑色，变余泥质结构，板状构造，主要成分为泥质，含量大于95%，炭质约占10%，新鲜岩石粉末极易污手。岩芯较破碎，由泥质、炭质等组成，局部夹少量放射状重晶石结核，BaSO4品位1%～5%，P2O5平均小于5%，V2O5品位0.1%～0.79%，该层炭质含量明显高于其余部分，发热量在（2.56～4.73）×103J/g。

1.2 矿体特征

鲍溪矿体呈北东—南西向出露于矿区南东，形态上总体简单，顺层分布于牛蹄塘组炭质板岩中，为似层状的板状矿体，矿区内走向长7893m，地表槽探采样控制 厚 度 1.10～3.20m，探 槽 BaSO4品 位 72.01% ～94.57%，比重3.51～4.24；钻孔控制厚度0.88～6.15m，BaSO4品位30%～94.33%、比重3.0～4.27；老窿BaSO4品位72.30%～94.66%，比重3.53～4.26。单工程揭露矿体厚度0.88～6.15m，平均厚度2.24m，厚度变化系数41.09%，控制最大倾向延伸911m。矿体倾向北西275°～325°，倾角 33°～51°，平均 44°，品位(BaSO4)39.29%～95.69%，矿床平均品位（BaSO4）62.77%，品位变化系数14.94%。矿体特征参数见表1。

1.3 矿石特征

（1）矿物成分。矿石的有用矿物为重晶石，脉石矿物主要有方解石、炭泥质、硅质，其次有黄铁矿、胶磷矿和高岭石，微量及偶见矿物有绢云母、白云母、斜长石、磷灰石、绿泥石、黄铜矿等。

①重晶石。深灰—灰黑色，地表风化后呈褐黄—土黄色，BaSO4含量30%～94.66%，一般60%～80%，单体一般呈半自形的板状、柱状。集合体呈粒状、结核状、土状等。根据观察，重晶石的粒径从0.01～0.30mm，其中主要粒径集中于0.03～0.10mm，次为0.10～0.30mm。重晶石在单偏光镜下见有2组正交的解理。无色透明，正中突起，干涉色为一级黄，有时分布不均匀，呈斑杂状。平行消光，正延性。晶体内部含有一定量的炭质包裹体。极少量的重晶石有被方解石交代的现象。

②方解石。灰白色，含量1%～60%，一般10%～40%，半自形晶，粒径0.03～0.10mm，其产出形式有2种：一是原始沉积的泥晶方解石，部分为内碎屑方解石，普遍具重结晶现象；二是后生的脉状方解石，量微并充填在节理中，脉宽0.1～30mm，疏密不等，地表多风化流失呈空洞或土状物。

③炭泥质物。灰黑色，含量1%～40%，在该矿区的各类岩石中均有分布，形态上可以分为脉状和尘土状2种。其中脉状分布的炭质占主要部分，可以进一步划分为脉状、缝合线状、网脉状等次级类型。

④硅质。含量3%～7%，在岩石中以单晶石英和隐晶质集合体2种形式出现。石英呈粒状，粒径基本相近，中心部位往往包裹了一定量的泥质，呈现为朦胧的尘土状，而边缘部分往往较为洁净透明，这种现象是由于后期重结晶作用所致。以单晶石英为主体的泥质硅质岩、硅质岩中，重晶石的含量较少，且粒径较石英细小，粒径仅约0.01～0.03mm，一般产出于石英颗粒的间隙中。

（2）结构构造。以镶嵌粒状变晶结构为主，花岗变晶结构、糜棱结构、放射状结构次之，还有栉壳状结构、针状变晶结构、柱状变晶结构、麦粒状结构、筛状变晶结构和残余内碎屑结构、压碎结构、交代残留结构、葵花状结构、豆状结构等。

矿石构造主要有块状和条纹状构造，其次为条带状、层纹状构造、定向塑性流动构造，还有少量的结核状构造、晶洞构造、脉状构造、透镜纹理状构造、片状构造、梳状构造、缝合线构造和蠕虫状构造等。

（3）矿石质量及类型。重晶石矿石中有益组份为BaSO4，矿石中含少量Mo、Ni、V、Y、U、TR、Au、Ag 、Pt等有色金属、贵重和稀土等元素，此外，还含有SrSO4、SrCO3、Pb、BaCO3、P2O5。有害杂质含量：SiO2、AL2O3、Fe2O3、CaO、MgO（表2、表3）。

表1 鲍溪矿区重晶石矿体特征一览表

表2 鲍溪矿区重晶石矿石全分析表

研究区矿石呈细晶质致密块状，没有或极少有石英、方解石、氧化铁和毒重石等矿物，矿物化学成分为BaSO4：74%～83%，SiO2：2.51%～6.82%，CaO：1.2%～10.05% ， Fe2O3：0.2% ～0.91% ，矿 物 粒 径 0.02～0.10mm，因此划为单矿物重晶石（细晶）矿石类型。

2 矿床成因及成矿规律

2.1 矿床成因

古生界早期，随着湘北龙山—临湘一带的隆起和衡阳—浏阳古陆的形成，区域内局部褶皱抬升，该区进入了半封闭海盆沉积环境，随后由于龙山—临湘隆起的沉没，闭塞状态逐渐解除，海水逐渐加深，沉积了整个寒武系海侵地层序列。解闭初期的火山喷发，为牛蹄塘组下部层位稳定的重晶石、磷、镍、钒、钼、铀、稀土等多元素矿床的沉积提供物质来源。据现有资料，该区重晶石矿的形成与同沉积期海底热水喷流作用有关，为海底壳幔混合热液喷流成因，依据如下：

（1）重晶石矿稀土微量元素资料，δEu为1.84，对球粒陨石标准化值δEu为1.22，δEu具正异常，证明矿床在形成过成中叠加了部分幔源成分[1]；

（2）重晶石矿层中往往含有闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黄铁矿、菱铁矿等热水（液）成因矿物[2]，还在重晶石矿层中发现有热水沉积的指示矿物—钡冰长石的的产出[3]；

（3）锶 同 位 素 [n(87Sr)/n(86Sr)]值 0.708310～0.7089671，铅同位素研究证明重晶石具有热水(地幔物质加入)成因的锶、铅同位素特征[4];

（4）重晶石矿层中Th/U比值很低，一般小于0.2，表明有深部物质的加入（通过热水或热液）。另外，矿层上、下页岩中微量元素V、Co、Ni、Cu、Sr、U、Mo富集表明，它们可能与偏碱性、超基性岩浆的喷气热液密切有关[5]。稀土配分显示重晶石具有Ce负异常，Eu正异常，表明重晶石形成受到了较强的热水物质的影响；

（5）重晶石矿的硫同位素S为+41.65，如此富集的S可能是生物分馏的结果(吴朝东等，1999)。现代海底热泉溶液的化学组分中Ba的浓度为17.2～42.6mol/L，而海水中Ba浓度为0.145mol/L[6]，Ba富集系数近百倍。通过比较发现现代海底热泉附近重晶石富集，热水生物群(低等细藻类生物)繁盛，热液微生物成矿作用强烈；

（6）据1∶5万贡溪幅区调成果，在贡溪一带震旦系上覆下寒武统九门冲组中产出的重结晶灰岩透镜体，岩矿鉴定该灰岩中的方解石为非正常沉积方解石，另据稀土微量资料，其σEu值为0.76～2.469，δEu平均值为1.6145，呈现较高的正异常。反映该时期亦有地幔喷流物参与沉积，即该区海底地幔热水喷流活动在该时期仍在活动，同时在寒武系下统“黑层”中存在Ni、Mo、V等多金属异常及成矿亦与该背景下的海底地幔热水喷流活动有关。

表3 鲍溪矿区原矿化学多项分析结果表（%）

2.2 成矿过程及规律

矿区重晶石通过同生断裂、沉积物间隙、岩石的孔隙和裂隙下渗的海水、地表水和浅层地下水，在渗透过程中，受地热梯度和构造作用影响而变热，在溶解所渗透的基底岩石中易溶组分的同时，使受热海水酸度和盐度增高，形成具一定温度的热卤水。热卤水通过在矿源层中的流动，能够大量溶解岩石中的Ba2+和SO42—及其他可溶组分，并与其中的原生流体、间隙流体混合使得热卤水的浓度增加。由于同生断裂的持续活动，热卤水不断升温，从而形成高温高压富含Ba2+和SO42—的含矿热卤水。Ba2+主要呈氯络合物的形式被搬运，并且由于BaSO4的退化可溶性，高温热水溶液中的Ba2+不能形成重晶石沉淀。当热卤水达到一定深度后，受上覆承压作用的影响便回返上升，沿着同生断裂和其他裂隙系统向海底运移，喷溢到非补偿性的棚缘盆地之中，与冷的海水混合。由于温度和压力的释放，卤水中的钡离子便与硫酸根离子作用形成硫酸钡，在有利的环境下形成层状重晶石。

重晶石矿层严格受地层、岩性和沉积建造的控制。研究区钡的物质来源与路源和海底火山喷发有关，且以后者为主。从矿层及围岩、自生矿物的特征推断，矿床形成于浅海滞流盆地相，干燥炎热的气候条件，Eh值小于1，pH值近似8，水介质为碱性的还原条件下。因此，重晶石矿床为浅海化学沉积矿床。

3 找矿标志

研究区重晶石找矿标志包括：时代层位标志、岩性标志、岩相标志、地形地貌标志和重砂异常。本区重晶石矿层有2个层位：寒武系下统牛蹄塘组底部、震旦系上统陡山沱顶部，以前者为主（时代层位标志）。本区重晶石矿顶底板岩性有3种类型：顶板为破碎的结核状重晶石炭质板岩，底部为钙质含磷炭质板岩；底板均为硅质岩；硅质岩下部为白云岩。矿层均产于过渡界面上，与炭质板岩、含磷炭质板岩、硅质岩关系密切，在岩性上注意交替部位（岩性标志）。研究区重晶石矿形成于半封闭浅海盆地相（岩相标志）。重晶石本身是较难风化的，在地貌上多形成小陡坎或小山脊，地表重晶石矿体多氧化成土黄色、黄褐色，当地老百姓多称之为“黄矿”（地形地貌标志）。因重晶石难风化和难溶于水，所以重晶石颗粒往往富集于河谷或河流中，可以通过重砂异常来发现和找到重晶石矿床（重砂异常）。

4 结论

（1）鲍溪大型重晶石矿床为浅海沉积型矿床，矿石具有品位高、分布广、储量大的特点。

（2）该区重晶石矿的形成与同沉积期海底热水喷流作用有关，为海底壳幔混合热液喷流成因。

（3）该区重晶石矿找矿标志包括时代层位标志、岩性标志、岩相标志、地形地貌标志和重砂异常。

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