桂东侏罗煤系伴生矿产成矿规律分析及找矿方向

唐景忠

(广西煤炭地质局，广西 柳州 545005)

麦岭向斜东翼因小田逆掩断层的推覆影响形成褶皱，在秀林一带的褶皱形成了相对独立的秀林小向斜盆地，将泥盆系直接覆盖在侏罗系之上。秀林向斜盆地地处麦岭向斜的东翼，为一不对称的向斜盆地，东陡西缓。秀林向斜呈南北向分布，长约10km，宽约5km，向斜东翼的原小田煤矿是桂东北地区的稀缺气煤的生产基地。秀林小向斜盆地里的侏罗系砂泥岩里的钛矿、锂矿资源在局部富集的已达可利用的价值，在煤层或炭质泥岩中伴生的锗矿、锂矿的富集地段达工业品位形成可评价的资源。

1 地质及水文地质条件

1.1 地层

秀林向斜位于麦岭向斜东翼，为一典型的褶皱小向斜盆地，盆地东翼外缘由上石炭统黄金组灰岩组成，海拔标高200～400m，构成峰丛岩溶地貌景观。盆地内由下侏罗统西湾群、中泥盆统东岗岭组、上泥盆统桂林组组成，海拔标高在200～550m，泥盆系直接推覆在侏罗系之上。侏罗系构成低山丘陵，泥盆系构成孤峰、盘洼、溶谷岩溶地貌景观，区内第四系坡、残积物分布在岩溶准平原、谷地、洼地和山麓地带，厚度变化大。

矿区出露的地层(图1)有：中泥盆统东岗岭组(D2d)、上泥盆统桂林组(D3g)、下石炭统黄金组(C1)以及下侏罗统西湾群(J1)， 呈北北东或北东向狭长带状分布。由于受F1逆掩断层的影响，泥盆系上冲推覆于下侏罗系之上。下侏罗系与下伏石炭系呈角度不整合接触。因断层破坏及矿区范围所限，区内出露的地层厚度不全。

图1 秀林向斜地质构造与矿产示意图Figure 1 A schematic diagram of Xiulin syncline geological structure and mineral resources

矿区泥盆系基本上以灰岩出露为主，其中D3灰岩颜色较深黑、D2灰岩颜色为灰黑，含较多的方解石脉；J基本以紫红色、灰白色、灰黄色的泥岩、粉砂岩、煤层、灰岩等出露为主；C以含海相化石为主的灰黑色含方解石脉较少的较纯灰岩出露为主。在山脚间、矿区南部平地地段等覆盖0～3m的第四纪黏土等表土。

矿区主要的含煤地层侏罗系在矿区呈南北向长条形出露。以矿区中部的牛背岭横断层为界，在北部矿区的侏罗系出露较完整，有煤层露头线及开采的老窑。在南部出露较窄，断层影响大，缺失严重，并未见煤层露头线，只见局部的侏罗系出露。侏罗系受南北向的小田逆掩断层的影响较大。

经综合分析，矿区北部的秀林向斜(盆地)含煤情况较稳定，以往钻探中见煤情况较好；矿区南部相对含煤性较差，见煤的可能性相对较低。

1.2 构造

1.2.1 区域构造

广西在大地构造上的位置，处于扬子准地台的东南端，华南褶皱系的西南部，滇藏褶皱系右江褶皱带的东部。经历了黔桂运动、东吴运动、苏皖运动、印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动。黔桂运动为晚石碳世末的地壳抬升运动，在区内表现为桂东北抬升为陆相，而在桂西南为沼泽、浅海相。根据广西的地质构造性质、地史发展过程、构造变动概况，结合成煤期的古地理概貌，将广西划分为2个一级构造区，5个二级构造区，6个三级区域构造区(图2)。

1.2.2 矿区构造

矿区位于华南褶皱系桂东北凹陷的东部的麦岭向斜东端，总体上是单斜构造，倾向西偏北为主。受断层的影响，在矿区中部以一条东西向的横断层将矿区分成南北两个区块。矿区北部以中部的东北至西南向的向斜轴形成一个相对的秀林向斜盆地。矿区南部为倾向西偏北单斜构造。

矿区内的构造主要有：矿区东侧的小田逆掩断层F1、矿区中部的牛背岭横断层F11、矿区北部的秀林向斜(图2)。

图2 广西区域构造分区简图Figure 2 A sketch of Guangxi regional tectonic subdivisions

秀林向斜：位于秀林至上洞村北，约4km。在秀林水库至卢家水库的实测剖面中遇到，在地面有5个点控制。断层在D3中，向斜东侧产状向西北倾，倾角30°左右，向斜西侧产状向东北倾，倾角25°左右。向斜南部抬起，在上洞村北的山陡崖上明显渐变到向斜褶皱尖灭(图3)。

图3 秀林向斜尾部相片Figure 3 Photo of Xiulin syncline terminal

小田逆掩断层(F1)：D2与J1的交界的推逆断层。位于矿区小田煤矿西北—野猪楼东南面，走向呈北东25°～45°，沿地层的交界线从北至南贯穿矿区延伸12km以上。倾向北北西或北西，倾角20°～26°。地面上明显见灰岩压覆在侏罗的泥岩、粉砂岩上。在矿区中部牛背岭一带被牛背岭横断层的影响有断位。在ZK1904孔中见角砾岩：明显在泥岩中见灰岩角砾。F1逆掩断层使泥盆系(D)推覆于下侏罗统(J)之上，并造成下侏罗统(J)部分受到破坏，煤层稳定性受到影响。该断层属压扭性质。

牛背岭横断层(F11)：属压扭性横断层，位于牛北岭北至上洞村北。东西走向，倾向近似北倾，倾角陡。长约4.5km。在矿区内切割小田逆掩断层(F1)、中泥盆统东岗岭组(D2d)、上泥盆统桂林组(D3g)、侏罗系J1、下石炭统(C1)。在地表上形成了断层南部地层相对北侧地层向西移600m左右，造成煤层及锗矿层的断开。并使矿区北部的秀林向斜尾端抬起尖灭。

1.3 水文地质条件

秀林向斜是以岩溶为主的小向斜构造。在向斜区内有上下两个岩溶含水系统，上部为泥盆系岩溶含水层，基底为石炭系岩溶含水层。两含水层的中间被侏罗系泥岩、角砾岩组成的隔水层分割开来，隔断了上部岩溶同煤系层及下部岩溶水的水力联系。

弱裂隙含水层包括：下侏罗(J1)粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质灰岩构成的一套海陆交互相的细碎屑岩含弱裂隙含水层。

碳酸盐岩类岩溶裂隙强含水层包括上泥盆统(D3)碳酸盐岩、中泥盆统(D2)碳酸盐岩，下石炭统黄金组(C1d)碳酸盐岩，侏罗系西湾群中段的碳酸盐岩，其岩溶较发育，富水性较强，是区内岩溶含水层。

弱裂隙隔水层包括侏罗组泥岩、角砾岩、煤层、炭质泥岩，含水性差。

地下水流向总体从北往南运动。矿区内无大河流，只有四个水库及小溪。水库主要受降水的补给。区内植被较丰富，沟谷发育，溪泉发育且大多数为常年流水，以盆地东翼中部侏罗系与石炭系交界为分水岭，北部的水系自分水岭以东的由西向东径流汇入东侧的卢家塘水库与石家水库中，北部的分水岭以西的自北向南径流汇入低洼地中或汇入鸡公山水库中再向南径流。

表1 各地层地下水类型特征汇总表Table 1 Summary statement of strata groundwater type features

由表1可见：侏罗系水主要以碳酸钙型水为主,在含硫较多的煤层附近的水为硫酸钙型水，其可溶有固形物极高达514.00～592.00mg/L，pH值7.83～7.93偏碱性；泥盆系水及F1断层水主要以碳酸钙镁为主，其可溶有固形物极低，为16～94mg/L，pH值8.19～8.21偏碱性；石炭系水主要以碳酸钙镁为主，其可溶有固形物中等162.00～470.00mg/L，低于侏罗系的水质，pH值7.39～7.79偏碱性。

2 成矿背景

2.1 区域成矿条件

广西含煤地层广泛分布，由于受构造和岩浆岩的影响，煤层的地球化学具有明显的基性或超基性特性，不同时期的含煤地层中除赋存煤炭外，近年来的地质勘查和研究中，不断在煤层中发现具有可综合利用的锗、镓、铀、锂、铝、稀土等战略性矿产，以有机或无机结合的方式赋存于煤层及围岩中，而锗在地壳中并没有独立的矿床，多分布于其它的金属矿物中。锗在煤层中一般以硫化物、氧化物或有机吸附形式存在，也有部分以硅酸盐矿物形式赋存。

矿区位于中国南岭成矿带广西段桂北矿集区，钦杭成矿带的主(中)带区域(图4)。大地构造位于南岭纬向构造带的中段东部和新华夏系构造相交的部位，横跨扬子、华夏两个板块，位于中生代欧亚大陆板块构造岩浆活动带的华南陆块中部。该区域的钦杭成矿带成矿地质条件较好，是中国有色、稀有、稀土、放射性矿产的重要成矿远景区带之一。多数中生代的断陷盆地发现有煤层沉积。该区域的红旗—富川—城北一线以西分布有燕山期的酸性火成岩。

2.2 矿产

近年来的地质勘查和研究中，不断在煤层中发现具有可综合利用的锗、锂、钛等战略性矿产。本矿区受F1小田逆掩断层的影响，老地层覆盖在新地层之上，侏罗系受到挤压、热变质、热液交换等作用，富集了多种矿产，部分矿产达到富集品位。煤的变质程度较高，煤中锗、锂等稀散元素的含量达到可利用的要求，具备较好的伴生矿富集条件。本区只有一层可采煤层，同时煤层为伴生的稀有金属锗矿、锂矿的母体。钛矿层位于煤层上部35～44m的泥岩中，较稳定。如下图5所示钻孔见矿层对比情况。

2.2.1 煤层

本区煤层位于下侏罗统中部淡水灰岩中。煤层厚度0.59～1.84m，变化大，较稳定。根据地层岩性、煤层的厚度、结构特征、煤质和所处位置以及煤层顶底板岩性、层间距等特征等较稳定，容易对比。煤层因构造破坏、动力变质及含暗煤较多，常出现片煤(碎煤)和块煤两种。片煤数量较块煤多，其光泽暗淡，雨水淋后常呈灰白色，煤质较差。片煤呈鳞片状，常包裹方解石脉及钙质结核。块煤常呈褐黑色，染指为褐色，脂防光泽，性脆，质较坚，密度小，裂隙多，其着火快，且焰大烟浓，发沥青味。本区煤属半亮—光亮型、气煤、丝炭亮煤型。根据化验结果，该区煤炭挥发分大于37%，但胶质层厚度又小于25，煤具有黏结性这些特性，可以确定煤种为气煤。

图4 矿区(勘查区)位于钦杭成矿带的主带区域Figure 4 Ore districts (prospecting areas) are situated in Qinzhou Bay-Hangzhou Bay metallogenic belt main part

图5 钻孔见矿层对比图Figure 5 Correlation of borehole intersected ore horizons

2.2.2 煤层伴生矿产锗、锂

从有关文献数据显示伴生锂的边界品位为80×10-6，伴生锗的边界品位是10 ×10-6。

矿区的资料显示局部地段的锗工业品位达到10×10-6以上的可利用的工业品位，局部的锂矿富集地段的品位达100 ×10-6以上的可利用的工业品位。如矿区北部的ZK1904孔的煤层伴生的锗品位11.34 ×10-6、锂240 ×10-6；ZK1602孔煤厚伴生锗品位10.5 ×10-6、锂165 ×10-6等。均达到工业品位的要求(表2、表3)。

表2 矿区侏罗系煤样品中锗含量化验成果表Table 2 Tested results of germanium contentin ore district Jurassic coal samples /10-6

表3 矿区侏罗系煤(碳质泥岩)样品中锂含量化验成果表Table 3 Tested results of lithium content in oredistrict Jurassic coal (carbargillite) samples /10-6

2.2.3 煤系伴生矿产钛矿

矿区的侏罗系中的泥岩、炭质泥岩、粉质泥岩等伴生有钛矿资源，钛砂泥的工业品位为10kg/m3(约0.37%)，局部地段已富集至可利用的价值。

根据钻孔资料综合分析，该含矿层呈层状分布，最主要的找矿标志是天然伽马呈异常峰值，即测井曲线幅值显著高于临近岩石。层位全区稳定分布，变化不大，厚度1.0～3.90m。

矿区北部的ZK001孔的泥岩含钛0.588%。ZK002孔的泥岩含钛0.686%。矿区中部的ZK003孔的泥岩含钛0.720%。达到可计量的工业品位要求(表4)。

表4 矿区侏罗系砂泥岩样品中钛含量化验成果表Table 4 Tested results of titanium content in ore district Jurassic sandy mudstone samples

3 成矿规律

(1)成矿带富含矿产。本矿区地处钦杭成矿带的中段，构造活动比较强烈，对煤层的破坏也很明显，这对形成工业煤层是不利的，但另一方面，由于断裂活动以及区域变质作用等地质因素的影响，又给煤系形成其它矿产如锗、铀等提供了其物质来源的通道和空间。

(2)变质成矿。从矿区背景上看，本勘查区受F1断层的影响，老地层覆盖在新地层之上，动力变质作用明显，煤的变质程度较高，煤中锗锂的含量达到可利用的要求，具备较好的锗矿、锂矿富集条件。区内煤层的地球化学具有明显的基性或超基性特性，不同时期的含煤地层中除赋存煤炭外，近年来的地质勘查和研究中，不断在煤层中发现具有可综合利用的锗、镓、铀、锂等战略性矿产。

(3)构造控矿。走向断裂带是浅部成矿流体的通道，在成矿时的抬升作用过程中，由于组成地层的岩层岩性的不同，必然产生变形程度的差异，在岩性当中多具有富含炭质和黏土质的岩层与富含砂质的岩层，因此在变形期间这些炭质和黏土质常常作为岩层间滑移时的润滑剂促进了滑脱构造的形成。层间滑脱构造的软性岩组受流体的蚀变异常，蚀变形成的矿化富集亦不同(图6)。

(4)侏罗系煤系伴生矿种多。矿区经过取样光谱分析及矿种定量分析,在侏罗系中发现可采煤层一层，伴生有锗矿等三稀矿产。在煤层中伴生的锗矿在局部富集达工业品位10×10-6以上，煤系伴生锂矿在局部已富集达100×10-6以上。在砂岩、泥岩段里也发现在钛矿、锂矿的富集，均达到工业品位。

(5)盆地深部成矿条件好。在构造的影响下，地壳深部含矿热流或地下水运移的成矿元素在通过F1小田逆掩断裂构造的推覆活动带向下盘的侏罗系浸入、在最剧烈时的煤层沉积环境里同时赋存，在构造动荡中，盆地的抬起端的矿产元素随热液流动向盆地中部富集。在整体抬起活动中，成矿元素富存于盆地的中心、底部等部位。

以钛矿的含钛厚度等分析情况也反映出：在盆地底部一带的ZK001孔的含钛的层位多，厚度大。盆地中部向南端的ZK002孔的含钛层数减少，厚度也变小。在盆地的南尾端的横断层以南施工的ZK03孔的含钛层的层数就更少了，其厚度也相较前二孔的厚度要小。更是缺失了煤层含锗层。说明向斜盆地的尾部抬起端的成矿条件很差，可利用价值的伴生矿产少。

(6)矿区北部成矿条件比矿区南部好(图7)。矿区北部的ZK001、ZK002孔的含钛锂层主要是砂岩型矿层，含SiO2达44%～85%、Ai2O34%～25%；而南部地段的ZK003、ZK004孔的含钛锂层主要是以碳酸钙岩风氧化物为主的泥岩型矿层，含CaO 29%～47%、MgO 2%～29%。由此可知在矿区北部秀林向斜的构造形成过程中，经历多次的沉积与构造活动改造，在构造活动中的多次抬升过程中形成含矿丰富的陆地型沉积砂岩，沉积过程中的物源丰富、形成多层较厚的泥岩、粉砂岩地层，形成多层含钛锂的伴生矿层,钛品位高达0.50%～0.92%，而碳酸盐岩大致占揭露的侏罗系60%左右。而矿区南部则以碳酸盐岩为主占95%，在沉积过程中相对较平稳，该地段相对与矿区北部地段分离，处于构造活动相对较少的过程，长期处于深水中，没有经历强烈的后期改造活动，只在少数次的抬升出地面后形成风化型物源再沉积，含矿活动不多，物源相对较差，只形成一层含钛矿层。

图6 蚀变异常大致分布图Figure 7 Approximate distributions of alteration anomalies

图7 矿区含矿层位示意图Figure 7 A schematic diagram of ore district ore horizons

4 找矿方向

(1)成矿带：南岭成矿带、钦杭成矿带均是是中国有色、稀有、稀土、放射性矿产的重要成矿远景区带之一。

(2)断裂带：走向断裂是压扭性断裂，切割深，而能够将深部的成矿流体导通到浅部成矿，是浅部成矿流体的通道。地层当中的层间滑脱构造是最佳的赋矿构造。逆断层下盘的碳酸盐岩类地层的下部层位是有利的成矿层位。

(3)岩浆岩活动：物源主要与区域性大断裂附近的地幔柱长期活动相伴的基性火成岩及火山碎屑浊流沉积有关，岩浆活动是滇黔桂地区稀有矿产成矿作用最为主要的热源。侵入体附近, 也是找矿的有利部位。

(4)向斜盆地：有利于碎屑岩的沉积，盆地底部更利于矿体的富集。

(5)煤系：煤系的沉积过程中非常利于伴生矿的富集，受构造等活动的影响的煤层、炭质泥岩、砂泥岩等软弱层成为热液中矿产的滞留赋存之所。

5 结语

矿区含矿地层受构造影响较大，矿层富集有一定的规律性。矿区北部的向斜盆地的赋矿条件好，煤系伴生的稀有矿产主要富集于盆地中部、底部等部位。矿区南部的向斜抬起端的成矿条件较差。

矿区含矿地层出露较少，矿体主要以钻探揭露为主，在测井的对比下对煤层、炭质泥岩及有异常地段采样分析。在光谱分析的基础上对达工业品位要求或接近的矿产元素再进行定量分析，分析其矿产的富集情况。

“三稀”矿产的找矿工作方兴未艾，在煤系中找伴生的“三稀”矿产是今后的煤系找矿主要的路线与目标。

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