湖北鹤峰县杨家坪滑石矿地质特征及其成因探讨

赵 军, 李哲武, 陈 林, 曹文胜, 方喜林

(1.湖北省地质局第二地质大队,湖北 恩施 445000;2.资源与生态环境地质湖北省重点实验室(湖北省地质局),湖北 武汉 430034)

0 引言

鹤峰县杨家坪滑石矿区位于湖北省鹤峰县东南直距约45 km 处走马镇杨家坪一带。2019—2020年,湖北省地质局第二地质大队在杨家坪矿区开展了滑石矿详查工作,通过勘查,发现中型滑石矿床1处[1]。根据杨家坪矿区滑石矿的勘查成果,对杨家坪滑石矿床地质特征进行阐述,并对矿床成因进行分析。

1 区域地质背景

杨家坪滑石矿所在区域大地构造位于扬子陆块区上扬子古陆块南部被动边缘褶冲带八面山台地褶皱带长阳—秀山台褶束(图1),自元古代以来遭受了较为强烈的构造运动,最近一次的燕山运动形成了现今的构造格局,区域主体构造线方向为NNE—NEE向[2-3]。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露下寒武统天河板组—下震旦统陡山沱组二段等沉积岩地层,区内未见岩浆岩和变质岩。

下寒武统天河板组(∈1t): 浅灰绿色薄层泥质粉砂岩,局部可见泥质粉砂质透镜体,具水平及波状层理。分布于矿区南西部。矿区内天河板组与下伏石牌组呈断层接触关系。厚度大于100 m。

下寒武统石牌组(∈1s): 上部为青灰色中—厚层灰质泥岩,下部为浅灰、灰绿色薄—中层粉砂质泥岩,局部夹灰色条带状泥晶灰岩,部分条带灰岩中见鲕状结构。分布于矿区中偏南部。厚16～76 m。

下寒武统牛蹄塘组(∈1n): 黑色炭质硅质页岩,局部夹顺层泥质条带,新鲜面见黄铁矿颗粒,层理面多见黄褐色铁锰质薄膜,局部呈锖色。矿区内仅零星出露。厚7～33 m。

上震旦统—下寒武统灯影组(Z2-∈1d): 上部为浅灰色、灰色中—厚层状白云岩、硅质白云岩,中部为浅灰色薄层状白云岩、硅质白云岩,下部为浅灰色厚层状夹燧石条带硅质白云岩、白云岩。分布于矿区中部。厚15～70 m。

陡山沱组第三段(Z1d3): 浅灰、灰色中厚层硅质白云岩,该段中上部夹一层黑色滑石矿,局部黑滑石之上7～10 m另见一层较薄的白滑石。分布于矿区中偏北部,厚16～80 m。

下震旦统陡山沱组第二段(Z1d2): 岩性主要为灰黑色、黑色薄层状含炭白云岩、泥质灰质白云岩。分布于矿区北部,厚度大于100 m。

2.2 构造

矿区处于东山峰—走马坪复式背斜南东翼,地层产状110°～170°∠11°～30°,总体呈一SE倾向的单斜式构造。矿区内主要发育3条整体呈NE向的断裂,分别是矿区中部的孟家沟—清官渡断层(F1)、南部的屋场包断层(F101)、北部的栗家湾断层(F102)(图2)。

图2 杨家坪矿区地质图

走马—东山峰背斜位于土地垭—东山峰,轴向60°,轴面近直立,北东段位于湖南境内,核部为震旦系,两翼为寒武系,核部纵向断裂发育,地层微微南东倒转,背斜南西端位于江坪河附近倾伏封闭,北西翼倾向NW,倾角27°～30°,南东翼倾向SE,倾角18°～30°,为一直立对称背斜[4]。

孟家沟—清官渡断层(F1): 位于走马坪背斜核部偏南,断裂具早期压性、中期压扭性、晚期压扭性。断裂具多期活动。断裂走向50°～65°,断面倾向NW (局部倾向SE),倾角60°～88°。北西盘上升,南东盘下降,断层性质为逆断层。

屋场包断层(F101): 总体倾向SE,倾角60°～68°,断层性质为正断层,北西盘上升,南东盘下降。断距30～50 m。属于F1断层的伴生平行断层。

栗家湾断层(F102):倾向NW,倾角45°～62°,断层性质为逆断层,北西盘上升,南东盘下降,断距约150 m。

3 矿体特征

矿体赋存于下震旦统陡山沱组三段(Z1d3)中,该地层主要出露于孟家沟—清官渡断层北西盘,倾向120°～210°,倾角6°～49°,主体为一套浅灰色、灰白色中厚层状白云岩、硅质白云岩。滑石矿分布于整个矿区,呈SW—NE向展布。矿体直接顶板为浅灰色厚层状鲕粒状弱滑石化硅质白云岩,直接底板为浅灰—灰色厚层状鲕粒、豆粒硅质白云岩。顶底板围岩中的鲕粒、豆粒多轻微形变,呈椭圆状,具定向排列特征。

矿区内产出黑色和白色两层滑石矿,黑滑石矿(K1)位于陡山沱组三段中上部,局部地段(A和1勘查线之间)顶部夹一层厚度小于1 m的白滑石(K2),两者上下间距7～10 m(图3)。

图3 0勘查线剖面图

黑滑石矿(K1)为主矿体,赋存于陡山沱组三段中上部。矿区内黑滑石矿赋存高程+1070 m至+777 m。

矿体产状总体上与赋矿地层产状一致,倾向110°～250°,倾角6°～48°,沿走向长约1760 m,且沿走向两端有延伸至工作区外的趋势,沿倾向方向延伸53～209 m。矿层厚0.70～7.88 m,平均厚度2.64 m,变化系数为72.46%,矿体厚度变化不稳定。厚度受揉皱影响较大,揉皱转折部厚度较大,最厚处达5 m左右,翼部厚度较薄,最薄处仅约1 m。滑石含量36.23%～59.86%,平均含量44.69%,品位变化系数为13.51%,品位变化均匀。

白滑石矿(K2)位于黑滑石矿层之上,赋存于陡山沱组三段顶部。矿石呈灰白色,局部呈米黄色、肉红色鳞片状、片状,主要由滑石、白云石组成,含少量石英。矿区内白滑石矿赋存高程+1030 m至+950 m。矿体走向呈SW—NE向,仅在矿区局部地段出露。产状与K1矿体基本一致,沿走向方向控制约400 m,主要分布于0～2勘查线之间,沿倾向方向120 m。矿体厚度不大,仅0.20～0.46 m,平均厚度0.33 m,厚度变化系数为39.39%,滑石含量46.02%～59.85%,平均含量52.94%,变化系数为13.06%。

4 矿石特征

黑滑石矿的矿物组成主要有滑石(Tlc)、石英(Srp/Cln)、白云石(Dol)及少量方解石(Cal)、炭泥质、磷灰石(图4、表1)。黑滑石矿石结构主要为鲕粒—变形鲕粒状结构,黑滑石片径0.05～0.3 mm,一般在0.1～0.2 mm之间,矿石构造为波纹状、条带状构造,为滑石片状集合体,大致定向分布而成。主要化学成分:w(SiO2)为37.61%～57.72%,平均47.67%;w(MgO)为18.44%～22.58%,平均20.51%;w(CaO)为7.21%～20.98%,平均14.10%;w(Fe2O3)为0.040%～0.186%,平均0.113%;烧失量为9.78%～20.96%,平均15.37%(表2)。矿石工业类型细分为白云石-滑石型。

表1 黑滑石X射线衍射分析结果统计

表2 杨家坪矿区滑石矿化学全分析结果

图4 杨家坪滑石矿照片

白滑石矿的矿物组成主要有滑石、白云石、石英、方解石及少量磷灰石。主要为鳞片状结构,滑石片径一般为0.01～0.02 mm,个别颗粒片径较大,为0.1～0.5 mm,矿石构造主要为块状构造、波纹状构造。化学成分和黑滑石矿基本一致,w(SiO2)为37.61%～57.72%,平均47.67%;w(MgO)为18.44%～22.58%,平均20.51%;w(CaO)为7.21%～20.98%,平均14.10%;w(Fe2O3)为0.040%～0.186%,平均0.113%;烧失量为9.78%～20.96%,平均15.37% (表2)。矿区内白滑石矿体整体厚度小于最低可采厚度(<1 m),不具工业价值。

5 矿床成因

滑石的成因具有多样性,可在多种时代、多种母岩、多种不同地质背景条件下通过不同机制形成[5-7]。研究表明本矿区滑石矿为沉积改造型滑石矿床。

矿区滑石矿体主要呈层状、似层状产出,与上下围岩呈整合接触关系,滑石与围岩具有相似的矿物组合,如都含有白云石和石英,且具有典型的沉积鲕粒粒屑结构,而“鲕粒”是指一种由核心或围绕核心的包壳组成的球形或椭球形的颗粒,一般被认为在水体动荡的浅海环境中沉积形成,鲕状结构经常出现在碳酸盐岩中[8-9],说明滑石矿可能为海相沉积成因。

据表3和图5,矿区滑石与白云岩的稀土配分模式具有相似性,并具有海水特有的负铈异常,进一步证明滑石和白云岩形成于海相环境,均为同生海相沉积成因[11-12]。

表3 滑石、白云岩、海水、热液的稀土参数统计

图5 稀土元素配分模式图(PASS数据,据文献[10])

矿区滑石矿石和围岩白云岩中并未出现明显的交代结构和蚀变矿物,排除了滑石矿是交代蚀变作用形成的可能性。滑石矿的片理化构造应该是沉积之后的变质变形作用造成的。

因此,杨家坪滑石矿矿床类型为沉积改造型滑石矿床。

6 结论

(1)杨家坪滑石矿矿体赋存于下震旦统陡山沱组三段中上部,分为黑滑石、白滑石两层矿,两者上下相距7～10 m,均呈似层状大致与围岩整合产出。矿石自然类型为块状滑石、片状滑石,黑滑石矿工业类型为白云石-滑石型,白滑石矿不具备工业价值。

(2)杨家坪滑石矿矿床类型为沉积改造型滑石矿床。