劉坤，黃丹峰，柴建玉，李開文,2

(1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，鄭州 450001；2.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450001)

0 引言

方解石(CaCO3)是一種碳酸鹽礦物，多用于制造重質(zhì)碳酸鈣，由于其色純白、硬度低、無毒無味，被廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、油漆、造紙、食品等行業(yè)中[1]。

東秦嶺造山帶是揚(yáng)子陸塊與華北陸塊的重要拼合帶，其巖漿活動(dòng)、變形變質(zhì)十分強(qiáng)烈[2]。許多學(xué)者對(duì)東秦嶺成礦帶上金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)特征與基礎(chǔ)地質(zhì)演化方面進(jìn)行了大量的研究工作[3-4]，但對(duì)非金屬礦產(chǎn)，如螢石、石墨、方解石等方面的研究相對(duì)薄弱。近年在豫西東秦嶺造山帶發(fā)現(xiàn)了五峰頂方解石礦，經(jīng)勘查評(píng)價(jià)，該礦床方解石礦資源量(控制+推斷)達(dá)3200×104t，礦床規(guī)模為大型。本文基于五峰頂方解石礦床地質(zhì)勘查成果，對(duì)礦區(qū)地質(zhì)特征、控礦因素、礦床成因以及找礦標(biāo)志等方面進(jìn)行分析探討，以期為該地區(qū)后續(xù)找礦工作提供幫助。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

河南省南召五峰頂方解石礦床位于瓦穴子斷裂帶以南、朱夏斷裂帶以北地區(qū)，屬于秦祁昆地層區(qū)北秦嶺地層分區(qū)，加里東期巖漿活動(dòng)較為強(qiáng)烈，成礦條件較好(圖1)。

圖1 五峰頂方解石礦區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[5]，修改)Fig.1 Regional geological sketch of Wufengding calcite deposit1.中元古界寬坪巖群；2.下古生界二郎坪群；3.中.新元古界秦嶺巖群；4.閃長(zhǎng)巖體；5.花崗巖體；6.地質(zhì)界線；7.斷裂；8.礦區(qū)位置F1.商丹斷裂；F2.朱夏斷裂；F3.瓦穴子斷裂；F4.欒川斷裂(圖中年齡據(jù)文獻(xiàn)[5,8,14]、《河南省區(qū)域地質(zhì)志》(待出版))

區(qū)域上出露地層單元主要有中元古界寬坪巖群，中-新元古界秦嶺巖群以及下古生界二郎坪群。寬坪巖群位于秦嶺造山帶北側(cè)，為中淺變質(zhì)巖系，變質(zhì)程度達(dá)高綠片巖相-角閃巖相，原巖主要為基性火山巖、陸源碎屑巖等。秦嶺巖群為秦嶺造山帶的古老結(jié)晶基底，形成于早-中元古代，為中深變質(zhì)雜巖系，主要巖石類型為含石墨大理巖、片麻巖。二郎坪群主體為海相火山-沉積建造，其主要巖石組合為鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖、層狀鎂鐵質(zhì)熔巖與枕狀熔巖、石英角斑巖與凝灰?guī)r、放射蟲硅質(zhì)巖以及巨厚復(fù)理石層[6]。其自下而上劃分為大廟組、火神廟組、小寨組、抱樹坪組。其中，大廟組主要由碎屑巖和碳酸鹽巖組成，為火山沉積向正常沉積過渡的變質(zhì)沉積巖系；火神廟組以基性火山巖為主，夾少量硅質(zhì)巖及砂巖層，為弧后盆地型蛇綠巖組合；小寨組以泥質(zhì)碎屑巖為主，夾基性火山巖，為盆地邊緣沉積的類復(fù)理石建造；抱樹坪組原巖以砂泥巖與沉凝灰?guī)r互層為主，組成深水復(fù)理石建造夾細(xì)碧質(zhì)巖石[7]。

區(qū)域上脆性斷裂整體呈NW向展布，少量NE向和近EW向，斷層傾角多在40°～80°。區(qū)域上由于五垛山二長(zhǎng)花崗巖體和板山坪閃長(zhǎng)巖體的侵入，構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜，但總體構(gòu)造形態(tài)仍表現(xiàn)為以大廟組為核、火神廟組為兩翼、軸面北傾的復(fù)式背斜構(gòu)造。

區(qū)域上出露板山坪閃長(zhǎng)巖體和五垛山二長(zhǎng)花崗巖體。板山坪閃長(zhǎng)巖體主要巖石為閃長(zhǎng)巖、輝石閃長(zhǎng)巖等，其形成時(shí)代為486 Ma—496 Ma[8]。五垛山二長(zhǎng)花崗巖體主要巖石為黑云母二長(zhǎng)花崗巖，其形成時(shí)代為432 Ma—448 Ma[9-10]。區(qū)域上出露二郎坪群火山巖，呈NW向展布，以細(xì)碧巖為主，夾有角斑巖、石英角斑巖以及少量碳硅質(zhì)巖、斜長(zhǎng)角閃巖(次火山巖)，其形成時(shí)代為463 Ma—475 Ma[7]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

五峰頂方解石礦區(qū)內(nèi)主要地層單元為下古生界二郎坪群大廟組(Pz1d)，沿溝谷分布有少量第四系殘坡積物。大廟組(Pz1d)是含礦層位，為碳酸鹽巖沉積建造，巖層單斜產(chǎn)出，呈NW向展布，與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，傾向?yàn)?00°～240°，傾角較陡，局部近直立，傾角為60°～80°。自下而上(自北向南)劃分為4個(gè)巖性段(圖2)。

圖2 五峰頂方解石礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological sketch of Wufengding calcite deposit1.大廟組第一巖性段；2.大廟組第二巖性段；3.大廟組第三巖性段；4.大廟組第四巖性段；5.方解石礦體；6.青灰色大理巖；7.淺灰紅色大理巖與灰白色大理巖互層；8.變石英角斑巖；9.地質(zhì)界線；10.斷裂；11.層理產(chǎn)狀；12.勘探線；13.圖切剖面；14.斷裂編號(hào)；15.探槽；16.鉆孔；17.鉆孔編號(hào)/孔深；18.礦區(qū)范圍

大廟組第一巖性段(Pz1d1)分布于礦區(qū)北部，主要巖石為(劈理化)青灰色條紋狀中細(xì)粒石英大理巖。大廟組第二巖性段(Pz1d2)分布于礦區(qū)中部，主要巖石為淺灰黃色變石英角斑巖夾少量灰色變細(xì)碧巖，其與大理巖之間為韌性剪切接觸關(guān)系，接觸面向SW方向陡傾，其附近變石英角斑巖拉長(zhǎng)現(xiàn)象明顯。大廟組第三巖性段(Pz1d3)分布于礦區(qū)南部，主要巖石類型為(劈理化)淺灰紅色條紋條帶狀中細(xì)粒含石英大理巖與淺灰白色厚層狀中粗粒大理巖互層，夾少量灰色中厚層狀中粒含石英大理巖，該巖性段為方解石礦含礦層位，淺灰白色厚層狀中粗粒大理巖為方解石礦賦礦巖石。大廟組第四巖性段(Pz1d4)分布于礦區(qū)南側(cè)，主要巖石為淺灰黃色變石英角斑巖夾少量灰色變細(xì)碧巖，其與大理巖之間為整合接觸關(guān)系。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)可識(shí)別出兩期韌性剪切變形，第一期表現(xiàn)為自南向北的逆沖特征，第二期表現(xiàn)為右行走滑剪切略帶滑覆的特征。脆性斷裂不發(fā)育，規(guī)模較大的脆性斷裂F1，長(zhǎng)約1.3 km，斷裂走向175°，產(chǎn)狀近直立，貫穿礦區(qū)，將方解石礦體截切。斷層破碎帶寬約1～2 m，斷裂帶內(nèi)呈褐紅色，主要巖石類型為碎裂巖化大理巖，發(fā)育褐鐵礦化，存在擠壓透鏡，斷裂東盤存在拖曳褶皺，西盤發(fā)育羽狀剪節(jié)理，指示該斷層為右行走滑斷層。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖整體不發(fā)育，僅在礦區(qū)中部大理巖中可見集中發(fā)育的輝綠巖脈，偶見花崗斑巖脈、石英脈以及閃長(zhǎng)巖脈。輝綠巖脈寬約1～2 m，多順層產(chǎn)出，產(chǎn)狀整體向SW方向陡傾，其與大理巖發(fā)生同期變形。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 含礦層位特征

礦區(qū)內(nèi)方解石礦含礦層位分布嚴(yán)格受地層控制，產(chǎn)出于下古生界二郎坪群大廟組第三巖性段(Pz1d3)淺灰白色大理巖中。含礦層位呈NW向展布，走向長(zhǎng)約4 km，整體為向SW方向陡傾的單斜構(gòu)造，局部產(chǎn)狀略有變化，產(chǎn)狀約為223°∠75°。方解石礦體沿走向呈層狀連續(xù)分布，與圍巖為整合接觸，礦石為淺灰白色厚層狀中粗粒大理巖，w(CaO)平均為54.96%，平均白度89.8%。

3.2 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共圈定出方解石礦體2個(gè)，均賦存于下古生界二郎坪群大廟組第三巖性段(Pz1d3)大理巖中，主要巖石為淺灰白色厚層狀中粗粒大理巖。礦體內(nèi)局部節(jié)理發(fā)育，巖石相對(duì)破碎，偶見輝綠巖脈穿插。該礦體礦物成分以方解石為主，礦石顏色為淺灰白色、純白色，礦體圍巖主要為淺灰紅色條紋條帶狀細(xì)中粒含石英大理巖，顏色以淺灰紅色為主，圍巖CaO含量和白度不達(dá)標(biāo)(圖3)。

圖3 五峰頂方解石礦區(qū)Ⅱ01勘探線剖面示意圖Fig.3 Sketch of section of exploration line II01 of the deposit1.方解石礦體；2.灰白色大理巖；3.灰紅色大理巖；4.大理巖；5.孔深；6.鉆孔編號(hào)/開孔標(biāo)高；7.探槽編號(hào)/真厚度；8.鉆孔平面位置；9.探槽平面位置；10.層理產(chǎn)狀

方解石礦體形態(tài)相對(duì)規(guī)則，整體呈似層狀產(chǎn)出，形態(tài)簡(jiǎn)單，連續(xù)性好，厚度穩(wěn)定。礦體整體向SW方向陡傾，傾向217°～237°，傾角70°～81°，平均產(chǎn)狀為223°∠76°。

ⅡF2礦體：沿走向長(zhǎng)約2.0 km，最大垂深為203.61 m，最大斜深為231.46 m。礦體厚度13.33～84.16 m，平均厚度32.61 m，厚度變化系數(shù)60.53%，厚度總體變化不大，局部變化較大。礦石品位w(CaO)=52.20%～56.25%，平均54.77%，品位變化系數(shù)0.77%；白度85.0%～93.4%，平均89.3%，品位變化系數(shù)1.78%。該礦體資源量(控制+推斷)為1092.42×104t。

ⅡF3礦體：沿走向長(zhǎng)約3.2 km，最大垂深154.63 m，最大斜深165.77 m。礦體厚度11.91～85.22 m，平均厚度34.71 m，厚度變化系數(shù)40.14%，屬厚度變化較穩(wěn)定型，厚度總體變化不大，局部變化較大。礦石w(CaO)=52.21%～55.99%，平均54.04%，品位變化系數(shù)0.33%；白度85.0%～93.9%，平均90.1%，品位變化系數(shù)0.81%。該礦體資源量(控制+推斷)為2096.57×104t。

3.3 礦石特征

(1)礦石物質(zhì)組成

方解石礦石主要巖石類型為淺灰白色厚層狀中粗粒大理巖。礦石礦物基本全為方解石，含量為100%，遇稀鹽酸劇烈起泡，茜素紅染色顯紅色。礦石中不存在次要礦物與微量礦物。礦石具粒狀變晶結(jié)構(gòu)、碎斑結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造、定向構(gòu)造。方解石呈變晶粒狀，晶體因應(yīng)力作用雙晶彎曲變形，并且邊部?；?，形成碎斑及碎基，碎斑含量在65%左右，粒徑1.2～3.6 mm，長(zhǎng)軸大致定向分布；碎基變質(zhì)重結(jié)晶呈變晶粒狀，粒徑0.02～0.05 mm，大致定向分布在碎斑周邊(圖4)。

圖4 五峰頂?shù)V區(qū)方解石礦石照片F(xiàn)ig.4 Photos of the calcite ore of Wufengding calcite deposita.巖芯礦石特征照片；b.野外礦石特征照片；c.礦石鏡下特征照片(+)；d.礦石鏡下特征照片(-)

(2)礦石化學(xué)成分

礦石主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、MgO、Al2O3、Fe2O3、MnO。其中，礦石w(CaO)=53.07%～56.13%，平均55.37%；w(SiO2)=0.09%～3.27%，平均0.75%；w(MgO)=0.30%～0.49%，平均0.42%；w(Al2O3)=0.07%～1.17%，平均0.31%；w(Fe2O3)=0.05%～0.13%，平均0.08%；w(MnO)=0.003%～0.036%，平均0.02%(表1)。整體表明礦石主量元素變化不大，相對(duì)穩(wěn)定，與圍巖相比較，礦石CaO含量較高，其余元素含量較低，尤其是SiO2相差較大。

表1 五峰頂?shù)V區(qū)方解石礦化學(xué)分析結(jié)果Table 1 Chemical analysis of the ore of Wufengding calcite deposit

從表1、表2不難看出，礦石中CaO與SiO2、Al2O3、K具有負(fù)相關(guān)性，這與潘明等對(duì)栗柴壩組碳酸鹽巖主量元素的研究成果具有一致性[15]，說明SiO2、Al2O3、K會(huì)抑制方解石礦物的沉淀。此外，礦石中MgO含量較低，前人研究認(rèn)為方解石生產(chǎn)受Mg含量影響較大，Mg的存在會(huì)抑制方解石生長(zhǎng)[16]，且Mg對(duì)溫度的變化較為靈敏，其含量與溫度呈正相關(guān)[17]，由此推測(cè)五峰頂方解石礦屬于低鎂方解石，且在成礦過程中存在溫度驟降的過程，致使Mg含量劇減。

表2 五峰頂?shù)V區(qū)方解石礦石多項(xiàng)分析結(jié)果Table 2 Multiple items analysis of the ore of Wufengding calcite deposit

3.4 圍巖特征

方解石礦體圍巖主要為淺灰紅色條紋條帶狀細(xì)中粒含石英大理巖。礦體與圍巖呈整合關(guān)系，接觸面較為平直，與礦體產(chǎn)狀一致，整體向SW方向陡傾。

圍巖較礦石顏色明顯變深，且CaO含量相對(duì)降低，其w(CaO)平均為46.48%，白度平均為73.28%。

此外，圍巖體積密度為2.70 g/cm3，吸水率為0.09%，干燥壓縮強(qiáng)度為79 MPa，水飽和壓縮強(qiáng)度為74 MPa，干燥彎曲強(qiáng)度為13.0 MPa，水飽和彎曲強(qiáng)度為12.6 MPa，耐磨性為12 l/cm3，達(dá)到了方解石大理石類飾面石材物理性能一般要求，可用于飾面石材。

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 礦床成因

(1)礦床類型

方解石在自然界中廣泛分布，已知的成因類型主要有5種：①海水中CaCO3達(dá)到過飽和時(shí)可沉積塊狀方解石；②中低溫?zé)嵋好}或晶洞中存在粒狀、晶簇狀方解石；③巖漿成因的碳酸鹽和碳酸熔巖中，方解石為主要造巖礦物，常與金云母、白云石共生；④河流、湖泊中風(fēng)化沉積CaCO3可形成方解石；⑤生物介殼中部分CaCO3也可形成方解石[18]。作為重質(zhì)碳酸鈣原料的方解石礦床，其礦床類型主要分為2種：區(qū)域變質(zhì)型；接觸變質(zhì)型[1]。

二郎坪群大廟組大理巖為五峰頂方解石礦含礦母巖，礦體產(chǎn)出嚴(yán)格受到大廟組大理巖控制，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致。其與貴州省黔西南地區(qū)低溫?zé)嵋撼涮钚头浇馐V床不同[16]，五峰頂方解石礦床為區(qū)域變質(zhì)型礦床。

(2)成礦時(shí)代

前人對(duì)二郎坪群構(gòu)造屬性、形成時(shí)代等方面進(jìn)行了大量的研究工作，取得了較多認(rèn)識(shí)。二郎坪群形成時(shí)代從火山巖同位素年齡與沉積巖層中生物化石兩方面進(jìn)行限定，主要有5種觀點(diǎn)：①二郎坪群底部細(xì)碧角斑巖中獲得708 Ma±63 Ma和822 Ma±80 Ma的Sm-Nd年齡[19]；②利用侵位于二郎坪群火山巖中的西莊河花崗巖體U-Pb年齡，限定其形成時(shí)代為480 Ma[20]；③二郎坪群基性火山巖形成年齡475 Ma—463 Ma[4,7]；④二郎坪群玄武巖夾層硅質(zhì)巖中存在早中奧陶世的放射蟲和牙形石[21]；⑤二郎坪群變泥質(zhì)碎屑巖沉積時(shí)代為500 Ma—475 Ma，火山巖形成時(shí)代為475 Ma—463 Ma[22]。

整體而言，二郎坪群形成于早古生代的認(rèn)識(shí)目前已趨于一致[23]。由此，推測(cè)五峰頂方解石礦床成礦時(shí)代應(yīng)為早古生代，約500 Ma—475 Ma。

(3)成礦模式

二郎坪群構(gòu)造屬性一直存在爭(zhēng)議，前人在此方面進(jìn)行了深入研究，代表性觀點(diǎn)主要有3種：二郎坪群海相火山-沉積巖系為秦嶺造山帶內(nèi)蛇綠巖雜巖之一；根據(jù)二郎坪群火山巖的地球化學(xué)特征，認(rèn)為其形成于島弧環(huán)境；根據(jù)二郎坪群鎂鐵質(zhì)火山巖具有N-MORB、E-MORB的特征，認(rèn)為其形成于弧后盆地[6,23-25]。

圖5 五峰頂方解石礦床成礦模式圖(據(jù)文獻(xiàn)[24]，修改)Fig.5 Metallogenic model of Wufengding calcite deposit1.二郎坪群；2.其它地質(zhì)體；3.洋；4.斷裂；5.地質(zhì)界限

綜上，五峰頂方解石礦成礦模式：490 Ma之前秦嶺巖群向北增生過程中形成了島弧火山巖及其沉積蓋層，為二郎坪群的基底；450 Ma—400 Ma商丹洋向北俯沖演化為弧后盆地；320 Ma—300 Ma發(fā)生弧-陸碰撞事件，洋殼玄武巖與沉積物拼貼到商丹縫合帶南緣；240 Ma—200 Ma揚(yáng)子陸塊與華北陸塊拼合，該時(shí)期五峰頂方解石礦最終形成(圖5)。

4.2 找礦標(biāo)志

(1)方解石礦體位于二郎坪群大廟組第三巖性段(Pz1d3)淺灰白色大理巖中，礦區(qū)內(nèi)淺灰白色大理巖為直接找礦標(biāo)志。

(2)方解石礦石類型為淺灰白色厚層狀中粗粒大理巖，礦石新鮮面呈淺灰白色、灰白色，方解石含量近100%，礦石顏色與礦物成分為重要找礦標(biāo)志。

(3)方解石礦體內(nèi)輝綠巖脈不發(fā)育，局部節(jié)理發(fā)育，但層理產(chǎn)狀穩(wěn)定，均向SW方向陡傾。因此，輝綠巖脈不發(fā)育、層理產(chǎn)狀穩(wěn)定的大理巖可作為間接找礦標(biāo)志。

5 結(jié)語(yǔ)

五峰頂方解石礦床為區(qū)域變質(zhì)型礦床，大廟組中淺灰白色大理巖為直接找礦標(biāo)志。

(1)五峰頂方解石礦床產(chǎn)于二郎坪群大廟組第三巖性段大理巖中，含礦巖石為淺灰白色厚層狀中粗粒大理巖。

(2)礦區(qū)內(nèi)初步圈定方解石礦體2個(gè)，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)條件與礦體特征，其深部成礦潛力巨大，具有良好的找礦前景。

(3)五峰頂方解石礦床為區(qū)域變質(zhì)型礦床，其產(chǎn)出嚴(yán)格受大廟組控制，該礦床的發(fā)現(xiàn)對(duì)今后豫西東秦嶺造山帶尋找方解石礦床具有重要的借鑒意義。

(4)地質(zhì)找礦標(biāo)志：大廟組淺灰白色大理巖為直接找礦標(biāo)志，大廟組中輝綠巖脈不發(fā)育地段可作為間接找礦標(biāo)志。