鄒洪印，朱興葛，陳志斌

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊，遼寧 沈陽 110004）

遼東地區(qū)早元古代變質(zhì)巖系富鎂質(zhì)碳酸鹽巖建造，是我國中大型菱鎂礦、滑石、玉石等非金屬礦床的主要含礦建造。已知有大型、超大型菱鎂礦礦床6 處,中型礦床2 處,礦點30 余處,儲量占全國總儲量的80%及世界總儲量的約30%；大型、超大型滑石礦床4處,中型礦床5處,礦點40余處，儲量占全國總儲量(不含黑滑石)的50%及世界總儲量的近20%；玉石礦體近80 余處，儲量300×104t 以上，年產(chǎn)量6000 多噸，占全國玉石總產(chǎn)量的60%以上[1]；而且具有工業(yè)價值的水鎂石礦床也主要集中于遼寧東部地區(qū)。前人關(guān)于菱鎂礦、滑石、玉石等非金屬礦床的成礦條件及成礦規(guī)律研究主要集中在礦床規(guī)模較大、分布較集中的地區(qū)，如營口大石橋—遼陽吉洞峪的菱鎂礦、滑石礦床，岫巖的玉石礦床，而對其他地區(qū)的小型礦床研究甚少。本文結(jié)合在寬甸地區(qū)的非金屬礦地質(zhì)找礦工作，從大地構(gòu)造背景、區(qū)域地質(zhì)背景、巖相古地理、成礦物質(zhì)來源、礦床成因、成礦規(guī)律等方面進一步討論遼東寬甸地區(qū)鎂質(zhì)非金屬礦床的成礦要素及分布規(guī)律。

1 大地構(gòu)造背景

遼東地區(qū)大地構(gòu)造單元歸屬于柴達木—華北板塊、華北陸塊、遼東新元古代—古生代坳陷帶。按傳統(tǒng)大地構(gòu)造理論將其劃分至膠遼臺隆的范疇[2]，也有部分研究者認為是古元古代的邊緣活動帶，形成于穩(wěn)定克拉通的邊緣海環(huán)境和巖漿弧環(huán)境[3]。20世紀(jì)80年代以來的研究表明，遼東地區(qū)的古陸核邊緣在古元古代曾發(fā)生裂谷性質(zhì)的活動，稱為遼東裂谷[4]。裂谷帶由北向南分為3個構(gòu)造單元，即北緣斜坡帶、中央裂陷帶和南緣淺臺帶[5]（圖1）。遼東裂谷這一特定的構(gòu)造環(huán)境和演化進程既控制了遼河群的沉積和區(qū)域變質(zhì)作用，又由此控制了與鎂質(zhì)碳酸鹽巖成礦有關(guān)的非金屬礦床的成礦條件及分布規(guī)律。

圖1 遼東裂谷構(gòu)造分布略圖

2 區(qū)域地質(zhì)背景

2.1 地層

遼東寬甸地區(qū)位于遼東裂谷中央裂陷帶內(nèi)鳳城凸起的東緣，出露的地層主要為古元古界遼河群里爾峪組（Pt1lr）、高家峪組（Pt1g）、大石橋組（Pt1d）、蓋縣組（Pt1gx）（圖2）。

圖2 遼東寬甸地區(qū)區(qū)域地質(zhì)及鎂質(zhì)非金屬礦產(chǎn)地分布簡圖

（1）里爾峪組（Pt1lr）：呈北西西向狹長帶狀分布于區(qū)域的中、東部和南部，多以背斜核部產(chǎn)出，出露寬度200～3000m，巖性特征方面，下部以變粒巖組合為特征，上部以淺粒巖組合為特征。巖石以粒狀變晶結(jié)構(gòu)為主，塊狀構(gòu)造，由海底火山沉積巖系經(jīng)區(qū)域角閃巖相變質(zhì)作用而成。賦存硼礦、磁鐵、黃鐵、含鈷黃鐵礦以及水鎂石、蛇紋石大理巖等。

（2）高家峪組（Pt1g）：呈北西西向狹長帶狀分布于區(qū)域的中、東部和南部，多出露于向斜、背斜的翼部，出露寬度150~2000m，巖性特征方面，下部以復(fù)雜鈣硅酸鹽巖為主，夾硅酸鹽巖，上部為黑云斜長片麻巖、二云母片巖等。巖石以粒狀、纖維狀變晶結(jié)構(gòu)為主，塊狀、片麻狀構(gòu)造，由陸相—湖沼—閉塞海灣相沉積巖系經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成。賦存石榴石、矽線石、石墨等礦產(chǎn)。

（3）大石橋組（Pt1d）：呈北西西向狹長帶狀分布于區(qū)域的中、東部，多出露于向斜核部，出露寬度150～2500m，巖性特征方面主要為白云質(zhì)大理巖、白云石大理巖、透閃白云石大理巖、菱鎂礦大理巖和含墨方解石大理巖等碳酸鹽巖，巖石以中—粗粒變晶結(jié)構(gòu)為主，局部夾纖維狀、鱗片狀、針柱狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。由濱淺?！逼合喑练e巖系經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成。賦存菱鎂礦、滑石、玉石、水鎂石、飾面用大理巖、白云石、方解石等礦產(chǎn)。

（4）蓋縣組（Pt1gx）：呈北西西向帶狀分布于區(qū)域的西南角，出露于向斜核部，出露寬度800m，巖性主要為二云片巖、含墨黑云片巖、黑云斜長片麻巖等。巖石以粒狀、纖維狀變晶結(jié)構(gòu)為主，塊狀、片狀、片麻狀構(gòu)造，由湖沼—閉塞海灣相沉積巖系經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成。賦存石墨、矽線石等礦產(chǎn)。

鎂質(zhì)非金屬礦產(chǎn)主要賦存在古元古界大石橋組（Pt1d）。

2.2 構(gòu)造

該地區(qū)的構(gòu)造特點是以北西西向的褶皺和北北東向的斷裂為主。褶皺均由遼河群里爾峪組、高家峪組及大石橋組反復(fù)褶曲構(gòu)成，背斜核部為里爾峪組，向斜核部為蓋縣組、大石橋組或高家峪組，軸向呈北西西向或近東西向延伸，褶皺形態(tài)呈緊密線狀，軸線具仰起及下伏，褶曲形態(tài)復(fù)雜，有的具有復(fù)式褶曲特點，褶曲寬一般1~5km，翼部傾角一般在40°~50°左右，局部具倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

斷裂主要為北北東向壓性或壓扭性斷裂，少量的北西西向張扭性斷裂。斷裂長幾千米至十幾千米，其中太平哨斷裂自北東向南西斜貫全區(qū)，為區(qū)域性深大斷裂。該斷裂長90余千米，走向25°~40°之間。整個太平哨斷裂在地貌上的反映是明顯的溝谷，斷裂行跡突出，擠壓片理發(fā)育，斷層泥受擠壓后顯現(xiàn)為明顯的擠壓擦痕，破碎帶兩側(cè)巖石呈擠壓狀態(tài)，局部形成構(gòu)造角礫巖，部分地段沿構(gòu)造帶有泉水涌出。該斷裂以壓性為主兼具有扭性特征，基本控制了寬甸縣東南部地區(qū)的斷裂構(gòu)造行跡，其伴生的次生斷裂也十分發(fā)育，為后期的熱液蝕變型鎂質(zhì)非金屬礦床提供了良好的導(dǎo)熱通道和足夠的容礦空間，對于區(qū)域成礦作用影響深遠。

2.3 侵入巖

該地區(qū)侵入巖以早元古代和燕山期侵入巖為主，多呈巖株狀、席狀侵入古元古界遼河群地層之中。早元古代侵入巖多為花崗巖、花崗斑巖，均已混合巖化，呈條痕狀混合巖（M）及混合花崗巖（Mγ）。燕山期侵入巖多在白堊紀(jì)早期侵入，巖性主要為二長花崗巖（ηγK1）、花崗斑巖（γπK1）、鉀長花崗巖（ξγK1）、石英二長巖（ηοK1）和閃長巖（δK1）。其中，古元古界條痕狀混合巖（M）及混合花崗巖（Mγ）與玉石、滑石、水鎂石等熱液蝕變型礦床關(guān)系密切，既為后者提供了交代作用中的硅質(zhì)來源，也提供了成礦作用中所必需的變質(zhì)熱液。

3 巖相古地理

古地磁研究表明，大石橋組沉積時期，遼東裂谷處于古緯度較低(北緯17°~28°)的干旱的熱帶或亞熱帶環(huán)境[6]，北緣斜坡帶西段（大石橋—隆昌）的大石橋組中可見變余的層理、層紋、斜層理、豆?fàn)?、結(jié)核狀、波痕、雹痕、滑坡等構(gòu)造[7]，說明處于海水較淺、且在沉積中時而裸露水面的陸緣環(huán)境中。此外，菱鎂礦大理巖中有大量疊層石出現(xiàn)，顯示沉積時水深不大，因為疊層石的生存多是在深度較小的水體上部透光層中[8]；同時，疊層石的生長需要溫暖、潔凈的水體環(huán)境，大理巖中能有大量疊層石出現(xiàn)，表明淺海地帶的水體溫暖、清澈透底。綜上所述，大石橋組沉積時期，遼東寬甸地區(qū)乃至整個遼東裂谷，都處于一個氣候炎熱干燥，水體較淺、水溫較暖、且水質(zhì)清潔的濱淺?！逼骸獮a湖環(huán)境。

4 成礦物質(zhì)來源

菱鎂礦為鎂質(zhì)碳酸鹽礦物，其主要化學(xué)成分為碳酸鎂（MgCO3）；滑石、玉石（蛇紋石玉）屬含水鎂質(zhì)硅酸鹽礦物，其主要化學(xué)成分為含水硅酸鎂｛Mg3[Si4O10](OH)2、Mg6[Si4O10](OH)8｝；水鎂石屬氫氧化合礦物，是自然界含鎂最高的礦物，其主要化學(xué)成分為氫氧化鎂[Mg(OH)2]?？梢?，Mg、Si、CO2是鎂質(zhì)非金屬礦床必不可少的成礦元素。

據(jù)目前研究，鎂質(zhì)主要有3 種來源，一是來源于太古宙古陸塊物質(zhì)的風(fēng)化、剝蝕，二是來源于古元古代深源的火山噴發(fā)和巖漿侵巖[9]，三是海相疊層石等生物來源[10]。無論哪種來源為主導(dǎo)，大量的Mg2+都會從礦物中解離出來進入裂谷海盆中，致使大石橋組時期海水中Mg2+濃度急劇升高，為后期形成的鎂質(zhì)碳酸鹽巖沉積提供了充足的鎂質(zhì)來源。

盡管現(xiàn)代沉積環(huán)境中Ca2+普遍存在，Mg2+相對匱乏，大氣中CO2含量相對稀少。但是古今對比研究表明，現(xiàn)代沉積環(huán)境與古代沉積環(huán)境是有明顯差別的，元古代早期全球海水富鎂、氣候炎熱干燥、大氣中缺氧并富集CO2[11]。這一特定的古氣候環(huán)境，以及海水中高Mg2+/Ca2+比值，構(gòu)成了鎂質(zhì)碳酸鹽巖沉積的有利條件。

元古代晚期，區(qū)域應(yīng)力轉(zhuǎn)為擠壓為主，遼東裂谷逐漸消亡，并轉(zhuǎn)為碰撞－造山活動，全區(qū)被卷入北西西向的區(qū)域性褶皺隆起及北北東向的韌—脆性斷裂，同時伴有較大規(guī)模的中基性巖漿巖侵入，這些富含硅質(zhì)的巖漿熱液既為玉石、滑石等鎂質(zhì)硅酸鹽礦床提供了充足的硅質(zhì)來源，也為礦物間的交代反應(yīng)提供了熱水溶液。

5 礦床成因及成礦規(guī)律

遼東寬甸地區(qū)鎂質(zhì)非金屬礦主要為滑石、玉石、水鎂石及菱鎂礦，賦存于古元古代大石橋組白云石大理巖中，主要分布在寬甸縣城的東部和南部。雖然礦種豐富，礦點眾多（圖2），但礦床規(guī)模較小，未見有大中型非金屬礦床，與營口大石橋—遼陽吉洞峪的菱鎂礦、滑石礦床，岫巖的玉石礦床相比，礦床規(guī)模相差很大。這與元古代早期的古地理環(huán)境關(guān)系密切。

元古代早期，中央裂陷帶內(nèi)的鳳城凸起，將遼東裂谷分割兩種沉積環(huán)境：鳳城凸起以西的大石橋—岫巖一帶為開闊海沉積環(huán)境，水體清澈、穩(wěn)定，海源物質(zhì)供給充分，沉積時間長，容易形成厚層的白云石、菱鎂礦及方解石；鳳城凸起以東的寬甸地區(qū)為半封閉海灣—瀉湖沉積環(huán)境，海源物質(zhì)供給受限，并伴有陸源物質(zhì)加入，古地形亦相對復(fù)雜，普遍沉積了硅質(zhì)含量較高、厚度不穩(wěn)定的白云石。在后期區(qū)域變質(zhì)及熱液交代變質(zhì)作用改造下，形成了眾多的小型鎂質(zhì)非金屬礦床。

5.1 菱鎂礦

5.1.1 礦床成因

經(jīng)過多年的菱鎂礦地質(zhì)勘查和研究工作，人們對遼東地區(qū)菱鎂礦的成因提出了多種觀點，先后提出了沉積期蒸發(fā)成礦[12]，成巖期富鎂鹵水交代成礦[13]，變質(zhì)期鎂質(zhì)熱液交代成礦[14]等觀點。但基本都承認了蒸發(fā)沉積階段是菱鎂礦床形成的主要時期。其依據(jù)主要有4 個方面：①菱鎂礦和白云石大理巖稀土元素總量相近[15]，說明在沉積作用過程中稀土元素強烈均一化，在相同的地質(zhì)作用中，使它們的稀土元素相對豐度差別小，因此具有同生成因特點。②菱鎂礦和白云石大理巖δ13CPDB的平均值均趨近于零[16]，表明二者在相同環(huán)境下形成，均屬海相沉積成因。③在大石橋附近的大嶺菱鎂礦采場菱鎂礦礦層附近的灰黃綠色泥質(zhì)碳酸鹽巖中發(fā)現(xiàn)有40~50cm 厚的透鏡狀石膏夾層，石膏礦石裂隙中還有2~5cm 厚的白色纖維石膏。石膏或硬石膏均為結(jié)晶礦物，含量可達60%以上，石膏硫同位素δ34SVCDT為23.9‰~26.5‰。這些證據(jù)說明該石膏不是火山熱液成因的石膏,而是海相沉積蒸發(fā)巖系的標(biāo)志[16]。④菱鎂礦晶體在顯微鏡下常常出現(xiàn)波狀消光，白云石的雙晶紋有時發(fā)生彎曲[11]，均為礦物結(jié)晶以后的應(yīng)力變形現(xiàn)象，說明菱鎂礦、白云石等碳酸鹽礦物的結(jié)晶早于構(gòu)造變形。依此推測，遼東裂谷發(fā)育早期，因當(dāng)時氣候炎熱干燥，大氣中CO2充足，海水蒸發(fā)量較大，海水鹽度不斷提高，部分地段沉積有石膏和石鹽。蒸發(fā)環(huán)境下，疊層石吸收Ca2+、Mg2+首先形成白云石。在藍綠藻發(fā)育地段，Mg2+富集程度較高，通過蒸發(fā)作用可直接沉積或交代白云石形成菱鎂礦。這種菱鎂礦蒸發(fā)成礦作用與西藏班戈湖蒸發(fā)環(huán)境下菱鎂礦的成因類似[17]。

此外，w(CaO)/w(MgO)比值對能否形成大型菱鎂礦也起到一定的指示作用。以菱鎂礦為主(白云石5%,菱鎂礦95%)的碳酸鹽巖，w(CaO)/w(MgO)比值一般小于0.035,w(MgO)含量一般大于43%。結(jié)合本次地質(zhì)找礦工作，筆者在寬甸縣城東南部中蒿子溝地區(qū)共采集了53件白云石大理巖樣品，基本化學(xué)分析結(jié)果（表1）顯示CaO 含量介于3.78%~29.68%之間，平均17.13%；MgO含量介于2.67%~22.70%之間，平均17.13%；SiO2含量普遍高于5%，平均9.88%。w(CaO)/w(MgO)比值1.55%，為高硅高鈣型白云石大理巖，不利于菱鎂礦的形成。事實也證明，該地區(qū)的菱鎂礦并不發(fā)育，僅在白云石大理巖厚度大且穩(wěn)定的地區(qū)，呈透鏡體狀少量分布，且厚度相對較薄，一般在3～10m，平均6m左右。

表1 白云石大理巖基本化學(xué)分析統(tǒng)計表

5.1.2 成礦規(guī)律

遼東寬甸地區(qū)的菱鎂礦主要分布在寬甸縣中蒿子溝和望發(fā)溝地區(qū)，賦存于古元古界大石橋組中下部，容礦圍巖為白云石大理巖。元古代早期，該地區(qū)處于遼東裂谷中央裂陷帶鳳城凸起的東緣，東側(cè)為狼林地塊，海水分布受限，屬閉塞海灣—瀉湖沉積環(huán)境，陸緣供給較充分，Mg2+供給受局限，海水中w(Ca2+)/w(Mg2+)比值相對較高，不利于菱鎂礦的形成。僅在沉積水體相對穩(wěn)定、清澈，藍綠藻較發(fā)育的地段形成少量菱鎂礦沉積。后期又經(jīng)歷了綠片巖相—角閃巖相區(qū)域變質(zhì)—變形作用的改造，菱鎂礦發(fā)生了重結(jié)晶和二次聚集，形成晶質(zhì)菱鎂礦。區(qū)域性構(gòu)造變形使碳酸鹽巖地層產(chǎn)生較為復(fù)雜的層間褶曲，致使菱鎂礦局部富集變厚，局部變薄缺失，多以透鏡狀和連續(xù)的扁豆?fàn)钚问疆a(chǎn)出，規(guī)模較小。

5.2 滑石、玉石、水鎂石

5.2.1 礦床成因

與菱鎂礦蒸發(fā)沉積不同，滑石、玉石、水鎂石均屬后期變質(zhì)改造作用成礦。變質(zhì)成礦作用包括區(qū)域變質(zhì)成礦作用和后期的熱液蝕變成礦作用，其間發(fā)生了礦質(zhì)的進一步富集和新礦物的生成，即變質(zhì)改造成礦作用。兩個成礦亞系統(tǒng)雖然經(jīng)歷了相近的變質(zhì)和變形作用過程，但因礦源層物質(zhì)的差異，成礦系統(tǒng)產(chǎn)物也有所不同[18]。

根據(jù)遼東地區(qū)古元古界變質(zhì)巖共生組合及其變質(zhì)礦物的研究，大石橋組最初沉積的白云巖、菱鎂礦層形成后，隨著上覆沉積物的加厚和地?zé)崽荻鹊脑黾?，一些礦物重結(jié)晶，含水礦物脫水。呂梁運動使遼東裂谷閉合，遼河群褶皺變質(zhì)，沉積的菱鎂礦和白云巖在區(qū)域變質(zhì)—混合巖化過程中進行了第二次富集，白云巖、菱鎂礦分別被改造為白云石大理巖和晶質(zhì)菱鎂礦石。同時發(fā)現(xiàn)圍巖中的硅質(zhì)在區(qū)域變質(zhì)、動力變質(zhì)過程中有逐漸向擠壓斷裂帶集中的現(xiàn)象。表明分布在白云石大理巖、菱鎂礦大理巖中的原生硅質(zhì)，在長期的區(qū)域變質(zhì)和動力熱變質(zhì)中，朝著斷裂帶方向遷移、集中，造成了玉石、滑石成礦前的硅化作用。這種硅化是堿性變質(zhì)熱液淋濾圍巖中的硅質(zhì)，并攜帶其向擠壓斷裂帶附近運移的結(jié)果[19]。而斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造滿足形成玉石、滑石過程中體積增加（一般情況下增加60%）的需要，同時還降低了流體與鎂質(zhì)碳酸鹽巖反應(yīng)生成的CO2的分壓，有利于形成玉石、滑石礦體。

水鎂石的成因則是由于碳酸鹽巖中的大氣降水遭受變質(zhì)熱液的驅(qū)動形成淺成循環(huán)熱水，在極高的溫度場作用下，鎂質(zhì)碳酸鹽巖中首先出現(xiàn)方鎂石、鎂橄欖石、透輝石、透閃石等變質(zhì)礦物，繼而因循環(huán)熱水的作用廣泛出現(xiàn)蛇紋石化、滑石化、水鎂石化。水鎂石包體爆裂法測溫顯示，成礦溫度有兩個區(qū)間：310℃~380℃和205℃~260℃[20]。早期成礦溫度較高，形成塊狀水鎂石，并廣泛發(fā)育水鎂石交代菱鎂礦、白云石等現(xiàn)象，反映在堿性條件（pH=9~10）下水化、交代作用劇烈。后期成礦溫度較低，形成脈狀(纖維狀)水鎂石和水鎂石—水菱鎂礦—文石脈，充填于塊狀水鎂石之中。

5.2.2 成礦規(guī)律

滑石、玉石主要分布在寬甸縣中蒿子溝—二道杉松一帶，水鎂石主要分布在寬甸縣上趟子地區(qū)，賦礦層位均以古元古界大石橋組為主，容礦圍巖為白云石大理巖，成礦作用與區(qū)域變質(zhì)及熱液交代變質(zhì)作用關(guān)系密切。元古代晚期，伴隨著遼東裂谷的萎縮，造山運動的開啟，大量的富含硅質(zhì)的中基性巖漿熱液侵入，在區(qū)域變質(zhì)和混合巖化巖漿作用下，硅質(zhì)熱液與裂隙水形成了淺層熱水循環(huán)，在構(gòu)造有利部位，與鎂質(zhì)碳酸鹽巖發(fā)生了交代作用，廣泛出現(xiàn)了蛇紋石化、滑石化、水鎂石化。這種熱液交代型鎂質(zhì)非金屬礦床，其賦礦部位既受區(qū)域褶皺斷裂構(gòu)造控制，又與古元古代中基性侵入巖緊密相關(guān)，一般產(chǎn)于緊密線狀向斜的核部或兩翼層間擠壓破碎帶發(fā)育部位，周圍往往有古元古界混合巖較大面積出露，多數(shù)礦體表現(xiàn)為沿層走向、陡傾斜的產(chǎn)出特點。

6 結(jié)論

通過對遼東寬甸地區(qū)的鎂質(zhì)非金屬礦成礦地質(zhì)背景、礦床成因及成礦規(guī)律的研究，可以得出如下結(jié)論。

（1）遼東裂谷的演化進程控制了古元古代遼河群鎂質(zhì)碳酸鹽巖的的沉積，呂梁期的造山運動及區(qū)域變質(zhì)作用，控制了與鎂質(zhì)碳酸鹽巖成礦有關(guān)的非金屬礦床的成礦條件及分布規(guī)律。

（2）元古代早期炎熱干燥、海水富鎂、大氣中缺氧并富集CO2的古氣候環(huán)境以及遼東寬甸地區(qū)所處的閉塞海灣—瀉湖沉積環(huán)境，是鎂質(zhì)碳酸鹽巖形成的先決條件。

（3）蒸發(fā)沉積階段是菱鎂礦床形成的主要時期，區(qū)域變質(zhì)作用和熱液交代作用是滑石、玉石、水鎂石后期變質(zhì)改造作用的主要成礦因素。

（4）區(qū)域褶皺、斷裂構(gòu)造及古元古代侵入的中基性巖漿巖控制了滑石、玉石、水鎂石等熱液交代型鎂質(zhì)碳酸鹽巖礦床的賦礦部位及分布規(guī)律。