贵州赫章方解石矿地质特征与成因

苏永虎 ，袁睿，郭东杭，巩鑫，杜蔺，宋小军，李光春，罗勇军，曾凡祥

（1.贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质矿产勘查院，贵州 贵阳 550005；2.贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质资料信息中心，贵州 贵阳 550005）

0 引言

近年来，贵州省矿产资源总体规划以集中连片特困地区广大群众的脱贫为核心，需要依托矿产资源的优势及多元化开发，勘查方向从重化工矿产向战略性非金属矿产转变，加强新型建材等矿产地质调查评价与勘查。因此，加大方解石矿的勘查力度，加强方解石矿的综合开发利用研究，将为乡村振兴添力。方解石，尤其是重质碳酸钙，已成为用途广泛的重要无机化工原料（张良旭等，1986；范绍明和牛为民，1998）。随着我国社会经济的发展，医药、化工、环保型生活方便盒（袋）等领域，利用方解石作为原料的重要性日益凸显，市场对方解石的需求也在不断增加（宁支祥和陈波，2017）。在化学工业上，重质碳酸钙主要用于石油制品、橡胶、塑料、造纸、油漆、涂料、医药、化妆品、日用品如牙膏等行业中作高级填料，以增加产品的拉张强度、白度、光滑度和耐磨性（廖喜林，1999）。赫章方解石矿位于毕节地区赫章县，距离贵阳290 km。通过对赫章县15个方解石矿体的调查，发现资源量（333）+（334？）有3000多万t，具有重要的经济价值，矿体多呈脉状、透镜状产出，多数矿体规模较小，且分布不集中，矿石结晶程度高，质地良好，皆有利于露采。长期以来，赫章地区方解石矿的研究程度较低，部分学者仅对“双坪Ⅰ号矿体”进行过研究（宁支祥和陈波，2017）。为此，本文在详细的野外地质调查，结合山地工程揭露矿体的情况和采样分析等成果的基础之上，对赫章方解石矿体的空间形态特征、矿石主量成分及控矿因素进行了研究，进而建立了成矿模型及给出了良好的成矿远景区，为今后的找矿工作提供线索。

1 地质概况

赫章方解石矿位于毕节弧形褶皱带、织金穹盆构造变形区、六盘水裂陷槽相接地带（图1）。研究区属以前震旦系为基底的江南地块，地层划分属于威宁—兴义小区，从震旦纪到晚三叠世中期，大部分地区都处于陆表海台地的稳定构造环境。

图1 贵州赫章方解石地区地质构造纲要图（据金中国，2006修改）

研究区在早古生代时，接受了部分寒武系、奥陶系和志留系沉积，早古生代晚期，由于地壳拉张，沿垭都-蟒硐-紫云发生断裂，致其北东侧隆升，大部分地区缺失或很少接受志留系、泥盆系和石岩系的沉积，形成遵义断拱；而南西侧则断裂下陷，志留系、泥盆系和石炭系地层很发育，沉积巨厚，形成六盘水断陷。区域内出露地层以石炭系、二叠系和三叠系出露全、分布广为特征，侏罗系在外围零星分布（金中国和黄智龙，2009）。地层由老至新依次为早古生界寒武系、奥陶系、志留系，晚古生界泥盆系、石炭系、二叠系，中生界三叠系、侏罗系。寒武系为娄山关群，岩性为白云岩夹泥质白云岩；奥陶系为湄潭组，岩性为泥质砂岩、粉砂岩；志留系为龙马群，岩性为页岩夹砂岩；泥盆系为邦寨组、独山组至泥盆系上统，岩性分别为石英砂岩、灰岩夹白云岩；石炭系为旧司组、上司组、摆佐组、黄龙组、马平组，岩性分别为泥质灰岩夹页岩、灰岩夹白云岩、块状灰岩夹白云岩和白云质灰岩、灰岩和白云质灰岩夹燧石灰岩、灰岩夹瘤状灰岩和页岩；二叠系为梁山组、栖霞至茅口组、宣威组或龙潭组，岩性分别为石英砂岩夹页岩和煤线、灰岩夹白云质灰岩、页岩夹砂岩及煤层；三叠系为飞仙关组、永宁镇组、关岭组、三叠系上统，岩性分别为砂岩夹泥岩、灰岩夹泥灰岩及页岩、白云岩夹泥质白云岩和砂岩、泥岩夹砂岩；侏罗系为龙头山群，岩性为泥岩夹砂岩，局部夹泥质灰岩。

研究区在经历了东吴运动、印支运动、燕山运动后形成今日构造轮廓。构造的形成、发展受康滇古陆东缘的小江深大断裂、江南古陆西缘的紫云-垭都深大断裂控制（金中国和黄智龙，2008）。区域构造发育，主要以NE、NW向断层和褶皱分布，性质以高角度和低角度的逆断层为主。NE、NW向的压性断裂切割基岩，为含矿热液运移提供了通道，断层破碎带及断层倾角由陡变缓部位是方解石矿体的良好容矿位置。主断裂及次级断裂与方解石矿床的成生关系密切相关，矿体的形态、产状、规模严格受断裂控制，表明矿体不仅产于大断裂中，还产于次级断裂之中（曹正端等，2016）。研究区出露的岩浆岩有峨眉山玄武岩、辉绿岩（图2），峨眉山玄武岩分布广泛，除东部少数地段缺失外，其余地区均有出露，分布面积约占全区面积10%，岩性有斑状玄武岩、拉斑玄武岩、杏仁状玄武岩、玄武质集块岩、火山角砾岩和凝灰岩等；辉绿岩体出露有9个，主要分布在东部，按其侵入时代可分为两期，即海西期、燕山期。

2 矿床地质特征

本次对研究区方解石矿调查共7个区块，分别为妈姑镇桃园和板底、水塘堡乡大冲、兴发乡木冲、雉街乡发都戛、威奢乡大营及双坪乡。根据矿体在空间及规模上的产出特征，分为15个大小不一的矿体（图2）。矿体展布不定，矿体分布较广，除妈姑桃园9个矿体分布相对集中外，其余矿体分散产出。研究区内地层岩性及断裂构造控制矿体的空间分布，除木冲调查区方解石矿体产于石炭系黄龙组地层外，其余6个调查区方解石矿体均产于二叠系栖霞至茅口组地层中。矿体受NE、NW向次级断裂的控制，含矿热液顺着断裂破碎带中运移，运移至碳酸盐岩地层中，在断裂的有利部位结晶、沉淀、成矿。在小裂隙中形成规模较小矿体，且延伸不稳定，往往延伸几米至十几米尖灭；而产于较大次级断裂的矿体规模较大，在延伸上稳定，走向上延伸较远，有几百至上千米。矿体多呈脉状，少数透镜状产出。矿体中的夹石呈团块状、透镜状及碎块状不连续分布。矿石属于全晶质型，结晶程度好，同一矿体中，中部结晶程度高，往两边逐渐减弱。围岩蚀变较弱，主要为方解石化，次为重晶石化、萤石化。

图2 赫章方解石研区地质简图（据1∶20万威宁幅地质图①修改）

2.1 矿体特征

研究区15个矿体，产于NE向次级断裂的矿体有11个，分别为双坪I号矿体、大冲I号矿体、发都戛I号矿体、木冲I号矿体、桃园I号矿体、桃园Ⅱ号矿体、桃园Ⅳ号矿体、桃园Ⅵ号及Ⅶ号矿体、板底I号矿体、大营I号矿体，倾向NW—SE，倾角59°～90°；产于NW向次级断裂的矿体有4个，倾向NE—SW，倾角58°～78°，分别为桃园Ⅲ号矿体、桃园Ⅴ号矿体、板底Ⅱ号矿体、大营Ⅱ号矿体，矿体产状与断裂产状一致，以上缓下陡为主，呈脉状、透镜状（图3～4）。据地表工程揭露情况显示，矿体在走向上稳定，延伸长度为100～1300 m，多数矿体长度在500～850 m，平均长度为810 m，推测在倾向上延伸长度为50～100 m，矿体埋深较浅，适合露天开采。矿体厚度在2.58～20.48 m，平均厚度为7.38 m，桃园7个矿体厚度相对较小。矿体与围岩接触关系以突变接触为主（图3），与围岩界限清晰，仅少数矿体与围岩呈渐变接触。

图3 赫章方解石矿矿体产出状态

2.2 矿石特征

矿石呈纯白色、乳白色，含杂质较多者呈烟灰色、淡黄色，在地表受氧化后呈褐黄色。矿物成分单一，主要为方解石，含量85%～95%以上，其他矿物有萤石、菱铁矿，次生矿物为褐铁矿。矿石结构以自形－半自形结构为主，重结晶结构次之。矿石构造有块状、晶簇状、脉状、放射状构造，少数矿体中见有环带状、皮壳状构造。方解石晶体为三方晶系，一般呈六方柱、菱面体、复三方偏三角面体和各晶形之粒状集合体，晶体长轴长度在0.3～30 cm之间，性脆，硬度为3，比重 2.71，平行菱面体晶面，有三组完全解理，呈玻璃光泽，半透明至透明状。

2.3 化学成分分析

在研究区的15个方解石矿体中采集样品105件，将样品清洁、晾干后送至贵州省有色金属和核工业地质勘查局二总队数据测试中心，主要对CaO、SiO2、Fe2O3、白度进行化学分析，采用络合滴点法、火焰原子吸收光谱法、蓝光白度法测试，测试结果见表1。

表1 赫章15个方解石矿体主要成分分析结果

图4 赫章方解石矿NE—SW向矿体剖面图

据表1显示，CaO含量为52.46%～54.52%，平均值为53.63%；SiO2含量为0.09%～0.30%，平均值为0.18%；Fe2O3含量为0.011%～0.260%，平均值为0.068%；白度为76%～88%，平均值为83%。SiO2、Fe2O3含量均小于1%，CaO含量均大于52%。CaO含量已达到重钙用工业指标要求。部分矿体白度小于85%，结合野外地质调查和室内综合分析，造成白度低的原因主要是浅表矿石受地表水淋滤作用，菱铁矿氧化成褐铁矿，导致矿石呈淡黄、褐黄色，白度降低。前人对云南保山栗柴坝组碳酸盐岩主量元素组成进行研究发现（潘明等，2015），CaO 与TiO2、Al2O3、K2O、SiO2具有负相关性，说明 TiO2、Al2O3、K2O、SiO2会抑制方解石矿物沉淀。但因本次对研究区方解石矿体采集样品数量及测试方法的局限性，方解石矿中CaO与TiO2、Al2O3、K2O、SiO2相关性不甚显著。从数据显示，研究区方解石矿体具有CaO含量高，SiO2、Fe2O3含量低，个别矿体白度低等特点。

3 成因分析

从印支运动到燕山运动期间，前期形成的垭都-紫云深大断裂受到多期次活动后，导致NE、NW向的断裂极其发育，以及在同方向上派生出次级断裂。在主断裂和次级断裂构造交错复杂的构造背景之下，大气水顺着裂隙及孔洞等通道下渗，途中对碳酸盐岩物质进行溶蚀、淋虑，随着地温的不断增高，下渗的液体得到加热，以致CaCO3得到更大的溶解，形成富含及碳离子的热流体,并带入一定 CO2（张杰等，1999），随着新断裂形成或前期断裂再次活动的情况下，原有的地质平衡被打破，热流体压力得到释放，促使热流体顺着断裂运移，途中热流体也不断对碳酸盐岩进行溶蚀、萃取。当热流体沿着构造运移至上覆地层及赋矿地层夹层含有玄武岩、泥岩、页岩时，由于玄武岩、泥岩、页岩具有较低的渗透性，对流体运移起阻碍作用，当下伏地层也为渗透性较差岩层时，形成一个封闭的空间，热流体随着成矿环境的改变发生结晶，方解石沉淀成矿（曹正端等，2017），最终形成低温热液充填型方解石矿床（图5）。

图5 赫章方解石矿成矿模式图

前人研究认为，方解石属于低温生长的晶体，其裂隙在一定条件下可以逐步“愈合”，甚至发生包裹体的迁移，包裹体由一个地方移到另一个地方，以至移出晶体之外（张克从和张乐德，1981），晶体内产生了较大应力梯度的情况下，在长期水淋滤作用下，使裂隙愈合和包裹体移出而逐步透明化转变为冰洲石（朱成明等，1996）。但研究区方解石矿体暴露浅地表时间短，缺乏长期水淋滤作用，矿石中的杂质未完全迁出，裂隙愈合也不足，致使冰洲石的形成条件不充分。这就说明了研究区内冰洲石少见，仅在矿体浅部或边缘产出的现象。

4 控矿地质特征

（1）地层控矿。目前，发现研究区方解石矿体的形成主要受二叠系栖霞至茅口组（薄层至厚层状泥晶至细晶灰岩）、石炭系黄龙组（中层至厚层状细晶灰岩）的控制。在研究区15个矿体中，有14个矿体赋存于二叠系栖霞至茅口组地层中，仅1个矿体赋存于石炭系黄龙组地层中，说明在地层控矿方面，栖霞至茅口组更有利于石炭系黄龙组，而在其他含碳酸岩盐地层很难发现成规模的方解石矿体。研究区方解石矿体顶板为一套隔水岩石，如黄龙组上覆为马平组和梁上组地层，栖霞至茅口组上覆为峨眉山玄武岩或龙潭组地层，均为相对隔水层。相对隔水层在空间上阻止了含矿流体的进一步运移，同时保证了流体在有利层位中的赋存。每个矿体的顶底板各异，但不同地区方解石矿体上覆地层及含矿地层均含有泥岩、页岩，顶板岩层泥岩、页岩为隔水岩层，不利于含矿流体的进一步运移，他们对含矿流体的保存、元素富集成矿均具有重要的促进作用，说明地层及其岩性对区内方解石成矿具有明显的控制作用（曹正端等，2016）。玄武岩的隔水能力强于马平组的泥灰岩夹泥岩，这也说明了，多数方解石矿体赋存于栖霞至茅口组地层的现象。

（2）构造控矿。研究区NE、NW向断裂较发育，以垭都-紫云深大断裂构造带为主断裂。垭都-紫云深大断裂是一条深切基底的断层，由一系列高角度逆冲断层组成，走向NW310°，倾角70°～85°（金中国，2006）。断裂带从NW端的云南进入于威宁云炉河-井云贵桥-羊角厂-垭都-蟒硐-筲箕湾-白马厂，SE转向近EW向延伸至纳雍镜内，长约60 km，宽约15～30 km（曾道国等，2018）。而NE、NW向次级断裂大多在垭都-紫云深大断裂多期次活动后形成。研究区方解石矿体受NE、NW向次级断裂控制，矿体在空间上与断裂产状一致。断裂为含矿热液提供导矿通道和容矿空间，尤其张性断裂更有利于导矿，在断裂倾角由陡变缓部位，对矿体的赋存更为有利，有时在断裂附近的层间空隙及裂隙发育部位也有利于矿体的赋存。通常在背斜转折端，张性次级断裂发育，为矿液的运移提供良好通道，在背斜虚脱部位也为方解石矿体的赋存提供良好空间。

5 成矿远景分析

研究区属于稳定的台地相带，碳酸盐岩沉积广泛，尤其从石炭纪至二叠纪主要以碳酸盐岩沉积为主。研究区构造发育，紫云-垭都断裂带多期次活动后，派生多方向的次生断裂，为含矿热液的运移、赋存提供了良好的通道、空间。研究区在具有良好的地质前提之下，为方解石矿体的形成提供了良好的背景。

在研究区的15个矿体中，以双坪I号矿体规模最大，其次为雉街发都戛矿I号矿体，以桃园7个矿体分布最为集中，矿体产出稳定，双坪I号矿体和发都戛矿I号矿体宽度在15～22 m，长度在800～1200 m。15个矿体的资源量（333）+（334？）为 3000多万t，说明在研究区寻找方解石矿的远景极为可观。

通过相同的地质条件类比，松林坡、兴发、白果、威奢一带，碳酸盐岩发育，多为二叠系栖霞至茅口组地层，是良好的成矿区域；同时这一带处于紫云-垭都断裂带的北东部，多方向的逆断裂发育。因此在松林坡、兴发、白果、威奢一带的碳酸盐岩与断裂构造的交切之处具有较好的成矿远景，应加大这一带的地质调查，有望能找到大、中型矿床。

6 结论

（1）在赫章的7个调查区块中，发现有15个方解石矿体，矿体规模大小不一，呈分散状分布。矿石成分单一，结构以自形－半自形结构为主，重结晶结构次之，构造有块状、晶簇状、脉状、放射状构造，少数环带状和皮壳状，晶体主要呈粒状、板状、放射状。浅表矿石受地表水淋滤作用影响，白度值较低，平均值为83%，SiO2、Fe2O3含量均小于1%，CaO含量均大于52%，整体矿石质量良好。

（2）方解石矿体的赋存受地层岩性和断裂构造的控制，有利的地层以二叠系栖霞至茅口组灰岩为主，其次为石炭系黄龙组灰岩、白云质灰岩。断裂为热流体的运移提供通道，为矿体的赋存提供空间，有利的断裂主要以NE、NW向的逆断层为主。

（3）在新断裂形成或前期断裂再次活动的情况下，原有的地质平衡被打破，热流体压力得到释放，热流体顺着断裂运移至有利的封闭空间及有利的储存位置结晶、沉淀、成矿，形成典型的低温热液充填型方解石矿床。

（4）在松林坡、兴发、白果、威奢一带，碳酸盐岩分布广泛，断裂呈多方向发育，是有利的成矿区域，特别在碳酸盐岩地层与断裂构造的交切之处具有较好的成矿远景。

注 释

①贵州省地矿局108地质队.1972.1∶20万威宁幅[R].