湖南古丈凉亭坳重晶石矿地质特征与找矿潜力分析①

郭素雄 杨进军

湖南省有色地质勘查局二四五队，湖南 吉首 416007

古丈县凉亭坳矿区重晶石矿位于古丈县默戎镇凉亭坳-盘草村一带，区内重晶石矿点多有出露,主矿脉走向延伸稳定，矿石成分单一。2013～2014年，湖南省有色地质勘查局二四五队对该区万岩-翁草一带开展了重晶石矿普查工作，估算重晶石矿石资源量45 万t。本文根据该矿区矿床地质特征，结合以往地质工作成果进行综合研究，初步总结了该区重晶石矿成矿规律，结合成矿地质条件及最新找矿工作成果分析了该矿床边深部找矿潜力，以期为该区周边同类型重晶石矿找矿工作提供参考。

1 区域地质背景

古丈凉亭坳重晶石矿位于武陵山新华夏隆起带的南东部，上扬子陆块东南缘之“江南古陆”北西缘。区内出露地层有板溪群（Pt3bnm）、震旦系（Z）、寒武系（Є）、志留系（S）、白垩系（K）和第四系（Q）。

区域褶皱发育，褶皱轴线主要为北东向，万岩溪背斜自古丈毛坪寨经古丈、万岩、龙堡塞向南逐渐尖灭，该背斜轴部在区内延长36 公里，其核部地层为板溪群五强溪组，由于褶皱脊线起伏和地形切割关系，使板溪群断续出露于轴部，在万岩一带还有基性岩（辉绿岩）分布，北部受古丈逆断层破坏，翼部依次出露有震旦系下统南沱组（Z2n）、陡山沱组（Z2ds）、留茶坡组（Z2l）、寒武系（Є）[1]。区域断裂活动强烈，主要断裂走向均为北北东向，主要有古丈逆断层、石家寨-铜金坡逆断层、葫芦寨正断层等（图1），断层主要形成时期为燕山期及喜马拉雅期[2]。区域性大断裂中与万岩重晶石矿关系密切的断裂为古丈逆断层，该断裂破碎带有硅化、黄铁矿化、褪色化等现象。

图1 区域构造纲要图 Fig.1 Regional structure outline map

区域岩浆活动微弱，仅在岩牛营-龙鼻咀-四方山一带见橄榄玄武岩、辉绿岩及橄榄石岩体（床）出露[3]，沿万岩溪背斜核部侵入，岩体全长5.7Km，在万岩一带呈岩盆形态产出，岩盆呈椭圆形，长轴约2.5Km，短轴约1.5Km，NW 端岩体倾角较陡25°～30°，SE 端较平缓，约20°～25°。长轴两端的岩体较薄（50～100m），而短轴线附近的岩体较厚（100～480m），超基性岩相分凝较好。

区域内矿产有铜、锰、钒、铅锌、磷、石煤、水泥石灰岩、重晶石及辉绿岩等，重晶石矿从古丈万岩-吉首马颈坳一带多有出露，该区域70 年代中后期曾开采过重晶石矿，先后均有民采，但均未进行系统的矿床勘查评价工作。湖南省有色地质勘查局二四五队于2013 年在古丈县自然资源局委托下对该区万岩-翁草一带开展重晶石矿地质调查工作，但工作程度较低。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区有元古界板溪群马底驿组（Pt3bnm）：紫红色粉砂质板岩；下震旦统南沱组（Z1n）：青灰色冰碛泥砾岩，厚度193m。与上覆地层呈假整合接触；上震旦统陡山坨组(Z2ds)：下段为黑色页岩，底部为含锰白云岩，厚度35m，中段为灰、黑灰色磷块岩及黑色页岩夹泥质白云岩，厚度1～3m，上段为浅灰色中厚层灰岩夹泥灰岩，厚度60m；留茶坡组(Z2l)：黑色薄-中厚层硅质岩，厚度大于60m，上部夹黑色粉砂质页岩，含少量结核及星点状黄铁矿，下部为硅质岩夹灰色硅质页岩，与下伏陡山沱组为整合接触关系；第四系（Q）：第四系地层主要分布在山顶及山腰斜坡地带，为黄色、褐黄色砂质粘土夹大小不一的岩石碎块，顶部一般有厚0.2m 左右的灰黑色腐植土。

2.2 构造

区域古丈逆断层从矿区北西角通过，矿区内发现大小断裂共4 条，主要断裂构造为F1，断层走向为北东-南西向，与区域古丈逆断层大致平行，断层F1 特征如下：见于凉亭坳、盘草村一带，走向北东约45°，倾向北西，倾角约63º，全长2000余米，属正断层，其断距不详；断裂破碎带宽约1.58～1.72m，该断裂往北东方向至盘草村一带变窄并逐渐尖灭，断裂破碎带宽0.20～0.50m。

F1 上盘岩性为上震旦统陡山坨组(Z2ds)黑色页岩夹泥质白云岩，倾向300°～315°，倾角33°～46°；下盘岩性为上震旦统黑色页岩夹泥质白云岩、深灰色泥质白云岩，倾向240°～280°，倾角35°～63°。重晶石矿充填于F1及其支断层之构造破碎带中，偶尔可见方铅矿及黄铁矿颗粒，重晶石矿脉与围岩为突变接触，围岩蚀变有硅化、褪色化、碳酸盐化、黄铁矿化等。F2、F3为F1支断层，分别位于北东及南西段，与F1斜交（图2）。F4 位于桐木寨，走向与F1 基本平行，倾向北西，倾角45°，断层发育于陡山坨组(Z2ds)黑色页岩夹泥质白云岩中，Ⅳ号矿体赋存于该断裂破碎带中。

图2 凉亭坳矿区重晶石矿地质简图 Fig.2 Geological schematic map of barite mine in Liangtingao mining area

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

主要矿体呈脉状、透镜状赋存于北东向断层破碎带中，赋矿地层为陡山坨组（Z2ds），矿脉底板为泥质白云岩或泥质白云岩夹黑色页岩，顶板为黑色页岩夹泥质白云岩或泥质白云岩（图3）。

图3 凉亭坳重晶石矿体剖面示意图 Fig.3 Barite ore body profile of Liangtingao

重晶石矿脉形态主要受断裂构造控制[4]，同时受到地层岩性的影响，下寒武统牛蹄塘组下部到下震旦统南沱组冰碛岩中上部均见有重晶石矿脉产出。围岩刚性程度对矿体形态影响明显，刚性岩类中重晶石矿脉膨大，柔性岩类中矿脉变小，直至尖灭。证明地层内刚性岩类受挤压易碎裂形成容矿的空间大，而柔性岩类受挤压后可塑性强，形成的挤压空间小，呈波状弯曲直至尖灭（图4）。

图4 凉亭坳重晶石矿脉照片（BT1） Fig.4 Barite veins of Liangtingao(BT1)

区内见重晶石矿脉四条，重晶石主矿脉（Ⅰ）走向延伸较稳定，由凉亭坳分别向北东延伸至盘草，南西延伸至万岩，走向长约2000 余米，倾向北西，倾角约63°，目前依据民采老窿控制矿脉沿倾向延伸至80m。一般厚1.58～1.72m，平均厚1.65m，矿石呈现致密块状，硫酸钡含量57.05%～95.40%，平均84.33%[4]；Ⅱ号矿脉为Ⅰ号矿脉的支矿脉，与Ⅰ号矿脉在凉亭坳一带斜交，延伸至盘草村，倾向北西，倾角约40°，走向长约800m，矿体厚0.3～0.5m，BaSO4含量为82.63%～92.03%；Ⅲ号矿脉为Ⅰ号矿脉的支矿脉，在凉亭坳南西部与Ⅰ号矿脉斜交，向南西部延伸，走向长约200m，倾向北西，倾角30°，矿体厚0.20～0.40m；Ⅳ号矿脉分布于桐木寨附近，赋存于F4断层破碎带中，围岩为震旦系陡山沱组（Z2ds）黑色页岩及泥质白云岩，矿体厚度0.7～0.9m，矿体走向延伸不连续，不稳定，地表可见矿体走向延伸不足100m，矿化不均匀，矿石质量总体较差，矿化最好部位BaSO4含量为91.83%（表1）。

表1 各矿体样品分析结果（%） Table 1 Analysis results of ore body samples(%)

3.2 矿石质量特征

区内重晶石矿石结构为粗晶-细晶结构，粒径0.05～0.02mm，块状构造。矿石矿物成分较单一，以重晶石为主，矿脉及矿石节理裂隙内见少量石英、方解石团块、石英网脉及细粒星点状黄铁矿、微量方铅矿。矿石中有益组分主要为BaSO4，含量57.07%～95.40%，其它组分主要有SiO2、CaCO3、BaCO3、Fe2O3。

4 矿床成因分析

4.1 成矿要素

中低温热液成因重晶石矿成矿作用四要素（即：矿源层、导矿、容矿构造、热液来源）缺一不可。本区重晶石矿成矿具有明显的层控性特征[5-10]，围岩主要为黑色页岩、灰岩，矿脉形态严格受构造断裂带控制，成矿介质来源主要有大气降水、岩浆热液等。与本区重晶石矿成矿作用关系密切的岩浆岩则是基性（辉绿岩）岩体，岩浆的侵入作用仅为成矿提供成矿介质及热源。

4.1.1 成矿物质来源

晚震旦世至早寒武世时期，随着海侵的不断扩大，湿热的古气候条件和相对宁静的水动力条件及海底通道、海底热水交换作用等为微生物活动提供了良好的环境，菌、藻类及腕足类生物大爆发，在强还原、滞流及海盆沉降条件下，大量含有机炭与硫酸盐的藻类、细菌的腐泥大量堆积，使这一时期地层中含有丰富的钡、镍、钼、钒、铬等元素[1]。

4.1.2 构造条件

本区构造是重晶石矿主要成矿因素。在区域构造应力作用下，矿区形成北东走向断裂，区内发现断裂构造4 条，主要断裂（F1）走向北东约45°，倾向北西，倾角63º，断层与区域古丈逆断层大致平行。由于构造应力的持续作用，万岩溪背斜核部形成层间滑脱构造-形似岩盆的扩散空间，深部重熔岩浆沿古丈-吉首-凤凰基底断裂侵入、上升，在万岩溪背斜轴部两侧与翼部转换部位，形成基性辉绿岩体（盆），万岩辉绿岩体（盆）为该区重晶石矿的形成提供了持续不断的热源，北东向断裂为成矿物质的运移、富集提供了有利的空间，是该区重晶石矿主要导矿和容矿构造。

4.2 矿床成因

震旦系陡山沱组（Z2ds）黑色页岩及泥质白云岩是主要成矿物质的来源[12-15]。在大气降水及热源（基性岩浆）的共同作用下，黑色岩系中的Ba、S 等成矿元素析出，转变成含矿热液在断裂破碎带内运移，随着温度、压力等环境变化（降低），成矿元素在断裂破碎带内结晶、富集成矿。

重晶石矿充填于该构造破碎带中，矿体呈脉状、网脉状、透镜状产于上震旦统陡山坨组（Z2ds），产状和顶底板基本一致，局部和顶底板斜交，围岩为白云岩、碳质页岩。矿体受断裂及地层、岩性控制，层控特征明显。

围岩蚀变主要为重晶石化、硅化、碳酸盐化和黄铁矿化，说明研究区内重晶石矿为低温热液型矿床[11]。

5 找矿潜力分析

该区重晶石矿脉走向延伸较稳定，主矿体由凉亭坳分别向北东延伸至盘草村，南西延伸至万岩，走向延伸约2000m，在凉亭坳南东向桐木寨也见重晶石矿点出露。据湖南省湘西工程勘察院测试中心测试结果及以往勘查成果报告[4]：重晶石含量均达到工业指标要求。

根据相关低温热液矿床蚀变带矿物测温结果，低温热液矿床成矿温度一般都小于200℃，浅成低温热液矿床的矿化深度最深为地表以下1000m，平均矿化深度约为350m，Sb、Ti、Hg、Ba、As、F 等元素的矿化主要集中在近地表的浅部[16]，重晶石矿在深部矿化将逐渐减弱并消失。从区内Ⅰ号矿体地表重晶石与民采老窿内的重晶石特征对比可以看出，深部重晶石质量明显较差，重晶石矿深部由民采老窿控制，已知最深为80m，深部矿体平均厚度1.15m，Ⅰ号矿体深部重晶石找矿具有较好的前景，通过对走向及深部系统工程揭露和控制后，预计凉亭坳重晶石矿可达到中型-大型矿床规模。

该区重晶石矿成矿模式对于湘西地区重晶石矿找矿工作具有重要的参考意义，可在上震旦统-下寒武统黑色岩系中构造有利地段寻找同类型的矿床。

6 结论

（1）区内重晶石矿属层控型低温热液矿床，主矿体赋存于上震旦统陡山沱组断裂破碎带中，呈脉状、透镜状产出，矿体形态受断裂构造及地层岩性控制。

（2）主矿体走向延伸稳定，且向深部有一定的延伸，矿脉往北东向有变薄趋势，矿石矿物成分主要为重晶石，BaSO4平均含量84.33%，品位变化小。

（3）区域下寒武统牛蹄塘组下部到下震旦统南沱冰碛岩组中上部均见有重晶石矿点产出，区域成矿条件良好，区内及周边地区具有较大的找矿潜力。