0 引言
绿松石是一种呈显微隐晶质或显微晶质含水的铜铝磷酸盐矿物集合体,颜色鲜艳娇嫩,是人们喜爱的玉石品种之一[1]。我国玉石级绿松石主要产于早寒武纪和早志留纪炭质、硅质板岩的构造破碎带中,常有石英、多水高岭石、水铝英石和褐铁矿等伴生[2]。虽然绿松石矿在我国较多地区都有分布,但以湖北西北部绿松石矿最为丰富,质量最为上乘[3]。经过初步地质调查,截止2016年底鄂西北地区已发现绿松石矿(点)25处,主要分布于竹溪县、竹山县、白河县、旬阳县、平利县、镇坪县等地域[4]。该地区比较著名的绿松石矿有月儿潭绿松石矿、云盖寺绿松石矿、秦古绿松石矿。从大地构造位置来看,绿松石矿床(点)主要分布于武当古陆西缘断裂、石泉—安康断裂附近所分布的寒武系地层中[5],含矿地层主要为下寒武统,含矿构造为发育于区域性断裂构造及其旁侧的层间断裂破碎带,含矿岩性及其组合主要为含炭硅质板岩与炭硅质岩[6]。该地区比较大的绿松石矿几乎均发现于20世纪,资源量已经接近枯竭,急需寻找新的绿松石矿产资源。笔者通过对本区域内16个绿松石矿床的实地考察,发现区内绿松石矿床的分布与放射性异常、Cu化探异常、区域断裂构造具有很好的相关关系,通过总结该处绿松石的成矿条件,并结合该区域的物探、化探资料和地质背景,对该地区的绿松石成矿远景区进行了预测,以期能为绿松石的找矿提供参考。
1 区域地质背景
秦岭造山带是中国大陆一条复杂的构造带,对中国大陆的构造演化史的研究具有重要的意义,同时它也是一条重要的成矿带,存在丰富的矿产资源[7]。以商丹断裂带为界,秦岭造山带分为北秦岭和南秦岭两部分,南秦岭以宁陕断裂为界又可分为东、西两段[8]。东南秦岭造山带基底为中—新元古代变质变形地层,区域内出露武当、平利、凤凰山古老地层,形成隆起,围绕古隆起发育盖层,其上部以新元古界和古生界地层为主。盖层以被动大陆边缘沉积和陆缘裂谷沉积为主,形成一套沉积岩组合。震旦系主要以台地相和浅海陆棚相沉积为主,形成一套碎屑岩和碳酸盐岩。寒武—奥陶系地层扩张裂陷,发育裂谷,形成了一套陆棚—半深海盆地相硅质岩、含炭硅质板岩、炭质泥岩为主的岩石组合。该地区断裂构造发育,以NW向为主,比较大的断裂有十堰断裂、安康断裂、勉略缝合带(图1)。
图1
图1
武当隆起地区区域地质图
NSF—宁陕断裂;SHYF—十堰断裂;AKF—安康断裂;MLS—勉略(勉县 -略阳)缝合带;Pt—元古宇;P—二叠系;T—三叠系;J—侏罗系;K—白垩系;Pt3-Pz1—新元古界 -下古生界;γPt—元古宙花岗岩;γPz—古生代花岗岩
Fig.1
Regional geological map of Wudang uplift area
NSF—Ning Shan fault;SHYF—Shi Yan fault;AKF—An Kang fault;MLS—Mian Lue(Mianxian-Lueyang) suture;Pt—Proterozoic;P—Permian;T—Trias;J—Jurassic;K—Cretaceous;Pt3-Pz1—Neoproterozoic-Early Paleozoic;γPt—Proterozoic granite;γPz—Paleozoic granite
2 研究区地质构造
研究区位于扬子地台北部被动大陆边缘,隶属于东南秦岭造山带,出露地层主要为古元古界和古生界,最古老的地层为中—新元古界武当群,其次为新元古界耀岭河群(图2)。武当群主要出露在研究区的东部,与上覆耀岭河群呈构造面理平行整合接触。耀岭河组紧沿着武当古陆西缘边部出露,主要岩性为绢云长石石英片岩、岩屑钠长绿帘绿泥片岩、钠长绿帘绢云千枚岩。武当古陆西部边缘白河县一带出露的地层主要为下寒武统,包括竹山组、庄子沟组和杨家堡组,岩性为一套以硅质岩、含炭硅质岩、炭硅质板岩为主的黑色岩系。志留系梅子垭组在研究区分布最为广泛,除中间地区出露NW向条带状新元古界、震旦系、寒武系、奥陶系、泥盆系间杂分布的地层外,其余大部分皆为梅子垭组(图2)。
图2
图2
武当隆起西缘地质简图
Fig.2
Geological schematic map of western margin of Wudang uplift
区域内断裂以NWW向为主,次为近EW向和NW向。区域性断裂主要有安康断裂、公馆—白河断裂、吕河—茅坪断裂、仓上断裂,区域性断裂与构造线一致,断层破碎带一般较为明显,断层两侧地层产状明显不一致且具牵引褶皱。区域性断裂多为同生断裂,并具有多期次活动的特点[9]。
3 绿松石矿床地质特征
武当隆起西缘的白河县、鲍峡、云盖寺、郧西、竹山地区的一套下寒武统地层是形成风化淋滤型绿松石矿的重要层位。该套地层类型主要为含炭岩系,岩石类型以炭硅质岩、含炭绢云母片岩、含炭石英岩、炭(硅)质泥板岩、砂质泥岩为主。以白河月儿潭绿松石矿为例,绿松石的含矿层位主要为含炭硅质岩,其他层位绿松石矿较少产出。
月儿潭绿松石矿床位于秦岭褶皱带仙河口—穆英寨倒转背斜东段倾没端。矿区内节理、裂隙发育,主要有120°~140°∠78°~88°,10°~30°∠62°~82°,40°~50°∠78°~80°三组,为主要赋矿构造。矿区出露的地层为寒武系,其中上寒武统蜈蚣垭组(∈3w)岩性为结晶灰岩夹绢云母灰质片岩;中寒武统岳家坪组(∈2y)岩性为石榴石石英绢云母片岩(含蓝晶石)、硅质岩夹结晶灰岩、含炭绢云母石英片岩夹炭质硅质岩(含绿松石) 、含炭石英绢云母片岩、含炭石英绢云母片岩;下寒武统水沟口组(∈1s)岩性为绢云母石英片岩夹结晶灰岩透镜体、含炭硅质岩(含绿松石)、绢云母灰质片岩。绿松石主要分布于下寒武统水沟口组中(图3)。
图3
图3
月儿潭矿区地质图
1—第四系;2—上寒武统蜈蚣垭组;3—中寒武统岳家坪组;4—下寒武统水沟口组;5—倒转背斜轴;6—绿松石矿点
Fig.3
Geological map of Yue’ertan mining area
1—Quaternary; 2—upper Cambrian Wugongya formation; 3—middle Cambrian Yuejiaping formation; 4—lower Cambrian Shuigoukou formation; 5—revered anticline; 6—Turquoise deposits
绿松石矿体主要赋存于含炭硅质岩、硅质岩和石英片岩中,沿层面呈脉状产出,一般长80 m ,宽12 m,最大的脉长250 m,宽10 m。绿松石在矿体中集结成矿囊,一般长20~100 cm,厚1~20 cm,延深10~80 cm,多为不规则状、透镜状,含矿率29.7 kg/m3,含矿面积20 km2。绿松石矿石为细粒结构(粒径<0.1 mm)和粗粒结构(粒径>0.1 mm),葡萄状、环带状、块状构造。矿石自然类型有两种,一种是简单矿石,以绿松石为主,少量炭质粉末与之共生;另一种是多矿物集合体,由多水高岭石、含炭多水高岭石、炭质粉末、褐铁矿、绿碎、绿松石共生组合而成。
图4
图4
武当隆起西缘断裂构造解释航磁阴影
Fig.4
Aeromagnetic shadow of fault structure in the western margin of the Wudang uplift
4 绿松石矿床找矿标志
前人对产于湖北省竹山县—陕西省白河县的绿松石矿床(点)从矿床地质构造、地球化学特征等方面进行综合研究,认为绿松石矿床(点)主要受控于地层、岩性组合及断裂构造控制。绿松石的赋矿层
4.1 层位及岩性
本文地层的划分主要依据湖北省地质调查院2009年完成的1∶250 000十堰市幅区域地质调查报告,报告中水沟口组被解离为3个岩组,分别为杨家堡组(∈1y)、庄子沟组(∈1z)、竹山组(∈1oz)。杨家堡组(∈1y)岩性单一,主要为灰黑色中厚层状硅质岩夹少量薄层含炭硅质岩。庄子沟组(∈1z)主要为黑色炭质板岩、炭质硅质板岩和透镜状泥灰岩。竹山组(∈1oz)主要为深灰色炭质、钙质泥质千枚岩与薄—厚层状细晶灰岩、灰泥岩互层,夹少量泥质粉砂岩、硅质灰岩和含钙质炭质硅质岩。综上,杨家堡组(∈1y)、庄子沟组(∈1z)、竹山组(∈1oz)中的炭质、硅质岩是绿松石的重要赋矿岩层。
鄂西北绿松石资源较为丰富的地区有郧县、郧西县、竹山县。该地区老硐、采坑甚多,含矿岩系为下寒武统。中国自然资源航空物探遥感中心对该区地层中的U含量进行实际测量,测量仪器为GR-320便携式γ能谱仪,测量精度为1×10-6,测量采样周期为2 ms。测量时选取岩石平整干燥平面,将测量探头垂直于测量面,稳固测量120 s,读取测量结果。具体测量结果列于表1。
表1 湖北绿松石矿区部分实测地层的U含量
Table 1
| 点号 | 经度 | 纬度 | w(U)/10-6 | 地质概况 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 110°20’01″ | 32°42’16″ | 3.9 | 含长石的辉绿岩 |
| 2 | 109°57’12″ | 32°29’44″ | 4.4 | 云母石英千枚岩片岩 |
| 3 | 109°51’33″ | 32°28’44 | 2.8 | 灰绿片岩 |
| 4 | 109°30’27″ | 32°19’54″ | 5.4 | 粗面岩 |
| 5 | 109°15’58″ | 32°54’01″ | 3.1 | 绢云母千枚岩 |
| 6 | 109°13’38″ | 32°55’28″ | 1.2 | 泥质灰岩 |
| 7 | 109°20’32″ | 32°44’26″ | 7.7 | 含石英条带的含炭硅质片岩 |
| 8 | 109°20’22″ | 32°43’44″ | 23.9 | 有褐铁矿化的含炭硅质片岩 |
| 9 | 109°20’22″ | 32°43’44″ | 58.1 | 硅质岩 |
| 10 | 109°20’22″ | 32°43’44″ | 105.1 | 含炭硅质板岩 |
| 11 | 109°30’25″ | 32°52’06″ | 3.4 | 千枚岩 |
| 12 | 109°42’21″ | 32°56’15″ | 6.8 | 含炭硅质片岩,含黄铁矿化 |
| 13 | 109°47’16″ | 32°52’53″ | 13.7 | 灰黑色含颗粒状黄铁矿化炭质、硅质片岩 |
| 14 | 110°18’27″ | 32°44’38″ | 15.9 | 含炭硅质板岩,含石英条带 |
| 15 | 110°18’24″ | 32°44’41″ | 7.8 | 含炭硅质板岩,含石英条带 |
| 16 | 110°18’20″ | 32°44’41″ | 13.7 | 厚层状含炭硅质板岩 |
| 17 | 109°57’31″ | 32°25’50″ | 14.39 | 含炭硅质板岩 |
| 18 | 109°57’36″ | 32°25’49″ | 12.63 | 含炭硅质板岩 |
| 19 | 109°57’36″ | 32°25’50″ | 104.07 | 含炭硅质板岩 |
结果表明,研究区含炭硅质岩系放射性元素U的含量明显高于其他岩系,含炭硅质岩系大部分位于下寒武统中,故U含量高值可以作为在本地区寒武系中寻找含炭硅质板岩、硅质岩的重要标志。
4.2 断裂构造
地表水沿着断裂构造产生的裂隙向下渗透,不断溶解基岩与围岩中的铜、磷、铝,含矿溶液在断裂构造产生的有利空间沉淀成矿。该区绿松石矿的含矿构造多为下寒武统的层间破碎带、裂隙与节理,一般认为高级绿松石是含矿溶液在构造裂隙中再沉淀而成。武当隆起西北缘下寒武统中发现大量绿松石矿床,但是在其北缘和东缘的同一地层中并没有发现绿松石矿床,推测武当陆块西缘处于旬阳—白河断陷盆地与武当古陆的交接部位,断裂构造比较发育,并且形态变化复杂,而武当地块的北缘和东缘断裂构造活动较弱,断裂数量少、规模小,不利于绿松石成矿。本区主要利用航磁ΔT化极等值线图对断裂构造进行推断,推断依据如上文所述,最终结果如图4所示。
4.3 地球化学标志
Cu是组成绿松石的重要元素,在由陕西省地矿局物化探队完成的1∶20万水系沉积物Cu含量异常图中(图5),可以发现实地考察的16处绿松石矿床中有10处产出于Cu含量异常区内,故Cu含量高值区可作为寻找绿松石的重要标志。
4.4 地球物理标志
图5
图5
武当隆起西缘绿松石与Cu含量异常区
Fig.5
Turquoise and abnormal content area of Cu in the western margin of Wudang uplift
图6
图6
武当隆起西缘绿松石与航空γ能谱U元素含量等值线图
Fig.6
Turquoise and gamma-ray spectrum isoline map of U element content in the western margin of Wudang uplift
5 绿松石矿成矿区预测
以上统计数据说明,绿松石矿主要产于U含量的高值区(强放射性区),在U、Cu高值区发现绿松石矿的概率会更高。U含量高值区可能是绿松石矿有利的赋矿层位(下寒武统含炭硅质岩、炭质板岩),也可能是U矿化区,可能伴生有与铀矿成矿条件相似的绿松石矿化。同时,形成绿松石还需要必要元素Cu,如果Cu的含量也比较高,那么该地区应是绿松石矿的重点成矿区。
图7
图7
武当隆起西缘U、Cu含量分布
Fig.7
Content of Cu and U in the western margin of Wudang uplift
表2 武当隆起西缘实地考察绿松石矿床特征统计
Table 2
| 特征指标 | 矿床数量/个 | 所占百分比/% |
|---|---|---|
| Cu异常、强放射性 | 9 | 56.25 |
| 强放射性 | 6 | 37.50 |
| Cu异常 | 1 | 6.25 |
通过对绿松石矿床地质特征、成矿条件及其物化探特征分析,确定圈定绿松石矿远景区的原则为:①大断裂及其次级构造带;②下寒武统含炭硅质岩、炭质板岩;③U含量高值区;④Cu含量高值区。
对绿松石成矿远景区的圈定分为两个级别:一级成矿远景区和二级成矿远景区。一级成矿远景区表示存在绿松石矿的可能性极高,二级成矿远景区表示具有较高的绿松石成矿的可能性。一级成矿远景区的确定原则为:下寒武统中U、Cu含量高值区,区内断裂构造发育;或者下寒武统中U含量高值区,并且区内有已知绿松石矿床(矿点)分布。二级成矿远景区的划分原则为:下寒武统中U含量高值区,并且区内断裂构造发育。由此确定的绿松石成矿远景区17处,其中一级成矿远景区12处,二级成矿远景区5处(图8)。
金花洞村—竹坪乡—水田坪村一带为一级成矿远景区,该区位于石泉—安康断裂带上,断裂构造发育。由航空γ能谱U含量图可以看出,该区U含量较高,大于8×10-6。且该区为Cu含量的异常区,区内有绿松石矿的分布,含矿地层为下寒武统。
神河镇—铜钱关镇为区内二级成矿远景区,该区位于石泉—安康断裂带上,断裂构造非常发育,该区地层为下寒武统;U含量较高,大于8×10-6。Cu含量无异常;同时区内无已知绿松石矿的分布。
6 结论
1) 武当古陆西缘绿松石的赋矿地层主要为寒武系,岩性主要为(含炭)硅质岩系,绿松石的成矿主要受层位、岩性、断裂构造因素的控制。
2) 武当古陆西缘绿松石的找矿标志为寒武系(含炭)硅质岩层、断裂构造发育、放射性强度高(U含量较高)、Cu含量高。
图8
3) 对武当古陆西缘绿松石的成矿远景区进行了预测,圈定了 17个成矿远景区,其中一级成矿远景区12处,二级成矿远景区5处。在金花洞村、竹坪乡、水田坪村、杨家河村、茄子垭、卡子村、大坪村、胡家营镇、惠家河村成矿远景区发现绿松石矿床概率较高。
致谢:中国自然资源航空物探遥感中心丛丽娟教授级高级工程师、徐崑教授级高级工程师在我本次论文的撰写过程中给予了很大帮助,在此表示感谢!
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DOI:10.3969/j.issn.1007-9386.2003.06.015
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[本文引用: 1]
绿松石矿床赋存于由海相含镁硅质的碳酸盐岩、泥岩、粉砂岩等碎屑岩经区域变质作用后形成的各种板岩、片岩、硅质岩、石英片岩中,组成葡萄石相绿纤石相板岩片岩建造.这一含矿建造产出时代属寒武纪和元古代.矿床分布在褶皱构造复杂而岩浆活动和断裂构造不发育区域;破碎带和节理裂隙是成矿和赋矿构造.风化淋滤型是绿松石矿床成因类型.绿松石矿体多为顺层脉状、透镜状、不规则状,连续性差,规模不大而矿点多,分布广.
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