宋文琪, 毛曉冬, 徐翠微

(成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059)

重慶銅梁縣玉峽天青石礦床是一個(gè)超大型天青石礦床，其大地構(gòu)造位置屬揚(yáng)子陸塊→四川前陸盆地→川東南隔擋式褶皺西緣的華鎣山復(fù)式背斜。川東南隔擋式褶皺帶[1]經(jīng)喜馬拉雅期構(gòu)造地質(zhì)作用最終形成，是四川前陸盆地內(nèi)的一個(gè)主要構(gòu)造類型，受四川前陸褶皺-沖斷帶的上沖推覆構(gòu)造控制。其中華鎣山斷裂發(fā)育在華鎣山背斜的軸部，或倒轉(zhuǎn)翼，控制著華鎣山背斜的發(fā)育與展布。區(qū)域內(nèi)地層從寒武系到第四系均有較完整出露。玉峽天青石礦床含礦段位于華鎣山斷裂帶東緣復(fù)式背斜帶下三疊統(tǒng)嘉陵江組第二段(簡稱“嘉二段”，T1j2)地層之中(圖1)。

圖1 玉峽天青石礦床地質(zhì)簡圖Fig.1 The simplified geological map of Yuxia celestite deposit

1 礦床基本地質(zhì)特征

1.1 控礦構(gòu)造與地層圍巖

玉峽天青石礦床位于華鎣山大背斜西南的西山背斜北端，隸屬華鎣山NE-NNE向鍶礦控礦構(gòu)造帶[2]，屬于川東褶皺帶西沿前緣的復(fù)式背斜帶。西山背斜東翼產(chǎn)狀平緩，西翼較陡，嘉二段第1亞段(含礦段)發(fā)育在背斜軸部附近，層間剝離滑脫空間構(gòu)造發(fā)育，是后期熱鹵水改造成礦作用的必備地質(zhì)條件[3]。

玉峽天青石礦床出露的地層為三疊系和第四系。三疊系分布于背斜區(qū)，背斜軸部發(fā)育較老的嘉陵江組(圖1)，兩翼出露中三疊統(tǒng)雷口坡組(T2l)和上三疊統(tǒng)須家河組(T3x)；在地貌溝谷區(qū)有第四系出露。其中與鍶礦化有關(guān)的地層主要為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組、嘉陵江組及中統(tǒng)雷口坡組。

雷口坡組主要由微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、微晶白云巖和底部的黏土巖組成，與下伏嘉陵江組為整合接觸。

嘉一段灰?guī)r含鍶(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0.1%～0.15%，但未形成厚層天青石礦層；嘉二段為玉峽天青石礦床的含礦段，由微晶灰?guī)r、白云巖、礦化白云巖、天青石膏質(zhì)巖石等組成；嘉三段由微晶灰?guī)r和微晶白云巖、泥質(zhì)白云巖等組成，其鍶含量低于嘉一段；嘉四段由巖溶角礫巖、微晶白云巖夾灰?guī)r、細(xì)晶白云巖組成。

飛仙關(guān)組由泥巖和灰?guī)r組成，泥巖含鍶(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0.1%～0.15%，灰?guī)r含鍶(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0.2%～0.25%。

1.2 賦礦層位及含礦層劃分

玉峽天青石礦床的礦體賦存在嘉二段第1亞段(含礦段)，為一套海相碳酸鹽-硫酸鹽沉積組合。根據(jù)礦化特征、礦體的產(chǎn)出層位將含礦段分為3個(gè)含礦層(圖2)。

第一含礦層：位于含礦段下部，厚3～15 m。下部為灰色中厚層狀微晶白云巖，見瓣鰓類化石；頂部常見富含有機(jī)質(zhì)的疊層石，偶見硬石膏透鏡體；上部為條帶狀、層狀天青石礦層和白云質(zhì)天青石礦層。

圖2 玉峽天青石礦床含礦層位柱狀圖Fig.2 The column showing the ore-bearing layers of Yuxia celestite deposit

第二含礦層：位于含礦段中下部，厚2～7 m。下部為灰綠色水云母泥巖和微晶白云巖互層，泥巖中含有生物碎屑和小殼體瓣鰓化石；中部為亮晶球粒白云巖；上部為條紋條帶狀天青石礦層。

第三含礦層：位于含礦段中上部，厚1～7 m。下部為亮晶球粒白云巖、藻紋層白云巖；上部為淺灰色條帶狀天青石、塊狀天青石。其中礦層頂部可見去白云石化灰?guī)r透鏡體。

1.3 礦體產(chǎn)狀、數(shù)量及規(guī)模

礦區(qū)面積約6 km2，共圈定10個(gè)礦體。其中在礦區(qū)的北段和南段東翼各有3個(gè)疊置產(chǎn)出的天青石礦體，這6個(gè)礦體占礦區(qū)儲量的94%；礦區(qū)中段西翼有3個(gè)天青石-菱鍶礦礦體疊置產(chǎn)出，東翼1個(gè)菱鍶礦-天青石礦體，占礦區(qū)總儲量的6%。礦體的形態(tài)為層狀-似層狀、透鏡狀、長扁豆?fàn)?，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，受地層控制，呈北東-南西向，傾向南東，傾角較小，為5°～15°。上述礦體原來可能為3個(gè)疊置的礦體，因剝蝕、溶蝕僅殘留下4個(gè)地段，形成10個(gè)礦體[4]。

2 礦石的礦物組成及類型

2.1 礦石的礦物組成

玉峽天青石礦石中的礦石礦物主要為天青石和少量菱鍶礦，脈石礦物有白云石、方解石、石英、黏土礦物、石膏等。

天青石礦石在野外呈條帶狀、層狀、巨晶狀構(gòu)造，在手標(biāo)本上天青石呈白色、灰白色、淺藍(lán)色、灰黑色等，粒徑在0.5～10 mm，其中巨晶天青石粒徑可超過20 mm；薄片中呈無色，主要呈自形-半自形晶粒狀、他形晶粒狀、板條狀，部分可見2組解理；礦石結(jié)構(gòu)可見自形-半自形結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、交代穿孔結(jié)構(gòu)等；薄片中可見天青石晶粒間充填大量自形程度較好的白云石或方解石脈，部分天青石被白云石、方解石及表生期的菱鍶礦交代呈殘余孤島狀(圖3-E)。

菱鍶礦出現(xiàn)在玉峽天青石礦床的淺表部，多為表生期表生淋濾作用的結(jié)果；礦石呈網(wǎng)脈狀、皮殼狀、條紋條帶狀構(gòu)造；手標(biāo)本上菱鍶礦呈白色、淺灰色，粒徑通常在0.5 mm以下，在薄片中呈放射狀、纖維狀、針狀集合體(圖3-E,圖4-A)；交代早期形成的天青石呈不規(guī)則他形粒狀。

白云石是天青石礦石中最主要的脈石礦物，常充填在天青石或菱鍶礦的晶間空洞中，呈脈狀、團(tuán)塊狀。手標(biāo)本中白云石呈淺灰色、灰白色、灰黑色等，薄片中無色，自形程度較好，一般為自形-半自形，常見自形的菱形切面，發(fā)育斜交的2組解理，一部分呈集群狀分布在天青石晶?？p隙中(圖4-E)，或嵌布在大顆粒天青石礦物中，也有一些嵌布在方解石中(圖3-H)。

方解石常與白云石共生，手標(biāo)本上呈灰白色、淺灰色，常充填在天青石、菱鍶礦顆粒間，多呈他形結(jié)構(gòu)、不規(guī)則粒狀或脈狀分布在天青石顆?？p隙或交代天青石(圖3-D、圖4-D)，并保留天青石假象(圖3-G)，少量可見兩組斜交的菱形解理。

礦石中可見呈零星分布的他形粒狀石英(圖3-H)，與方解石脈伴生；在表生的菱鍶礦中可見少量呈自形-半自形粒狀的表生石英與之共生。

2.2 礦石類型

根據(jù)天青石和菱鍶礦的含量可分為貧礦石和富礦石，二者質(zhì)量分?jǐn)?shù)>60%的為富礦石，在20%～60%的為貧礦石。根據(jù)菱鍶礦和天青石的相對含量又可分為4類礦石：天青石礦石、天青石-菱鍶礦礦石、菱鍶礦-天青石礦石和菱鍶礦礦石。根據(jù)構(gòu)造特征又可分為：條紋條帶狀天青石礦石、層狀天青石礦石、脈狀天青石礦石和團(tuán)塊狀天青石礦石。重慶玉峽條帶狀天青石高鈣、高鎂，且BaO含量低，有利于鍶的提取[6]。

自然界含Sr的礦物大概有25種，其中天青石(SrSO4)和菱鍶礦(SrCO3)是主要的可采工業(yè)礦物[7]。工業(yè)上Sr必須通過碳酸鹽形式才可以利用，但自然界中菱鍶礦很少，礦床儲量不多，所以菱鍶礦是很重要的Sr礦床類型，工業(yè)上主要以天青石精礦來生產(chǎn)碳酸鍶[8]。

圖3 玉峽天青石礦石顯微鏡下特征Fig.3 Microphotographs showing celestite ore characters of the Yuxia celestite deposit

圖4 玉峽天青石礦石顯微鏡下特征Fig.4 Microphotographs showing celestite ore characters of the Yuxia celestite deposit

3 礦石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

3.1 礦石結(jié)構(gòu)

根據(jù)手標(biāo)本和顯微鏡下薄片觀察，玉峽天青石礦石結(jié)構(gòu)主要有自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等。

自形-半自形晶粒結(jié)構(gòu)(圖3-A、D,圖4-D)：該結(jié)構(gòu)是天青石礦石的主要結(jié)構(gòu)，粒徑在0.4～10 mm，鏡下可見條狀、粒狀、短柱狀的天青石，晶體發(fā)育較好，不同成礦階段的天青石呈穿插狀；方解石呈脈狀沿粒間貫入并交代穿切天青石。

他形粒狀結(jié)構(gòu)(圖3-B、圖4-C)：該結(jié)構(gòu)中天青石礦物粒徑較?。豢梢姺浇馐?xì)脈穿插其中。

交代殘余結(jié)構(gòu)(圖3-C、E、F、G、H,圖4-A、B、E)：早期形成的天青石礦物顆粒被后期的碳酸鹽礦物交代蠶蝕；在表生期又被菱鍶礦交代，殘留個(gè)別的晶面，呈孤島狀分布。

交代穿孔結(jié)構(gòu)：沉積階段形成的天青石，被后期形成的天青石、半自形白云石或他形方解石交代穿孔或交代殘余(圖3-C,圖4-B、E)；在表生階段，部分天青石被纖維狀菱鍶礦交代穿孔或穿切(圖4-F)。

早期沉積形成的天青石呈自形-半自形晶粒結(jié)構(gòu)，在后期覆蓋地層的壓力下，被含礦熱液交代，形成交代穿孔、蠶蝕或殘余結(jié)構(gòu)。經(jīng)過后期地殼運(yùn)動，天青石含礦層被抬升至地表附近，經(jīng)過空氣中的水與CO2等作用，形成纖維狀或放射狀集合體的菱鍶礦交代早階段天青石，形成交代穿切、穿孔或殘余結(jié)構(gòu)。

3.2 礦石構(gòu)造

礦物集合體的不同造成了礦石構(gòu)造的千變?nèi)f化，不同的成礦期與成礦作用也造就了不同的構(gòu)造。玉峽礦區(qū)的礦石構(gòu)造類型主要有條紋條帶狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、次生淋濾構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造[9]等。

條紋條帶狀構(gòu)造：在玉峽天青石礦區(qū)，條紋條帶狀構(gòu)造是礦石最主要的構(gòu)造類型，可分為粗條帶和細(xì)條帶2種。其暗色條帶和白色條帶相間分布，條帶間近于平行。暗色條帶呈灰色，粒度較細(xì)，由顆粒狀天青石、白云石、黏土礦物、有機(jī)質(zhì)等組成；白色條帶由粗晶天青石組成，晶粒純凈。條紋條帶狀構(gòu)造的礦石大致平行于白云巖層理，并且暗色條帶被白色條帶穿切。鏡下還可見顯微條帶狀構(gòu)造(圖4-C)，其中細(xì)條帶中天青石顆粒較細(xì)，多呈不規(guī)則粒狀；粗條帶中的天青石顆粒大，呈板條狀、條狀。

脈狀構(gòu)造：該構(gòu)造主要在主成礦期后，沿節(jié)理和裂隙貫入圍巖中，整體分為2類:一類脈壁規(guī)整且脈體部位高，與圍巖的界線清楚，無明顯交代蝕變現(xiàn)象，脈壁邊緣粒度較細(xì)，中部粒度較粗；另一類脈壁不規(guī)整且脈體部位較低，含礦流體交代礦化白云巖，其中天青石出現(xiàn)次生加大的現(xiàn)象，交代和重結(jié)晶程度比第一類礦體要高，這種構(gòu)造的天青石多不具開采價(jià)值。

角礫狀構(gòu)造：在第二、第三含礦層，可見一些呈角礫狀分布的天青石，天青石呈灰白色。其成因可能是在主沉積成礦期后，埋藏蝕變的過程中成礦流體溶蝕部分天青石，沿構(gòu)造裂隙在裂隙交叉部位就位，結(jié)晶沉淀，并交代圍巖，形成角礫狀構(gòu)造的礦石，此類礦石具有工業(yè)價(jià)值。

團(tuán)塊狀構(gòu)造：該構(gòu)造的形成可能是含礦流體交代早期形成的角礫狀構(gòu)造礦石，或是在重結(jié)晶作用下幾個(gè)角礫狀構(gòu)造礦石疊加而成的；也可能是在準(zhǔn)同生-同生成巖階段，條帶狀構(gòu)造礦石受不均勻重結(jié)晶作用演化為團(tuán)塊狀構(gòu)造的礦石。這類礦石主要賦存在礦化白云巖中，且品位較高。

4 礦物生成順序、成礦期及成礦階段

根據(jù)玉峽天青石礦床產(chǎn)出的地質(zhì)背景分析、礦床宏觀基本地質(zhì)特征野外調(diào)查與研究，結(jié)合礦石的典型礦物組合、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物之間的交生關(guān)系，推斷礦物的生成順序及成礦期、成礦階段劃分如圖5所示。

圖5 玉峽天青石礦床礦物生成順序及成礦期、成礦階段劃分Fig.5 Mineral forming sequence and division of metallogenetic period and stage for Yuxia celestite deposit

4.1 沉積成礦期

該成礦期指海水鍶元素初步富集、沉淀的過程，也是玉峽天青石礦層形成的主成礦期，主要受早三疊世川東地區(qū)古地理環(huán)境的影響，即嘉二段沉積時(shí)的巖性、巖相古地理是天青石礦層形成的主控因素。

圖6 四川盆地早三疊世晚期古地理略圖Fig.6 The simplified paleogeographic map of the late stage of early Triassic in Sichuan Basin

4.2 成巖改造成礦期

成巖改造成礦作用是原生沉積天青石礦層在埋藏、壓實(shí)的成巖變化過程中發(fā)生的，主要受礦區(qū)斷裂構(gòu)造、節(jié)理、巖石裂隙控制。原生天青石礦層在嘉二段沉積作用過程中形成，絕大部分礦石中具有典型的沉積作用形成的沉積層理構(gòu)造，證明了主要天青石礦層的主成礦作用是蒸發(fā)沉積作用，天青石礦層是蒸發(fā)鹽類礦床的產(chǎn)物。嘉二段沉積之后，又在其上沉積覆蓋了嘉三段、嘉四段，以及侏羅紀(jì)以來巨厚的地層。天青石礦層經(jīng)受著上覆地層的壓力以及地溫梯度造成的溫壓變化。對所采集的樣品進(jìn)行包裹體均一溫度的測試證實(shí)了礦床在成巖改造階段所發(fā)生的變化，礦體是在一個(gè)較低溫的環(huán)境中形成的(138～191℃)，這與地溫梯度對礦床在成巖階段的改造有著密切聯(lián)系。在成巖改造階段，由于地表水或者地下水的滲流，以及一些晶間水的析出，在地溫梯度的熱力作用和構(gòu)造動力的驅(qū)動下，流體被活化，形成具有一定Sr2+濃度的成巖流體，流經(jīng)含礦層或礦化層時(shí)，這種流體或多或少都會與先期形成的天青石礦層、石膏層之間發(fā)生水-巖交換反應(yīng)，形成花朵狀、纖維狀、放射狀、晶洞狀天青石。這類天青石與原生沉積的天青石明顯不同，纖維狀、放射狀的天青石集合體充填在先期形成的自形-半自形天青石晶粒之間，充分證明了玉峽天青石礦床的形成經(jīng)歷了原生沉積作用和成巖改造成礦作用。

成巖流體中介質(zhì)水主要來自大氣降水、地表水、地下水及晶間析出水，在地溫梯度、華鎣山斷裂的多期活動、上覆地層壓力等驅(qū)動下，活化形成成巖流體。華鎣山斷裂的再活動和地?zé)狍w系為后期含Sr2+鹵水的運(yùn)移提供了能量和熱。其中華鎣山斷裂也為熱鹵水的運(yùn)移提供了通道，并擴(kuò)大了含礦流體與早期天青石礦石的接觸帶，有利于成巖流體的運(yùn)移，對先期沉積形成的天青石礦層進(jìn)行交代、改造，主要沿?cái)嗔褞С涮钚纬筛咂肺绘J礦石。這個(gè)階段以重結(jié)晶、交代、充填為主要方式，或充填在先形成的天青石礦物顆粒間。鏡下可見大量成巖改造成礦期形成的天青石穿插先期沉積形成的天青石。

成巖改造成礦作用形成的天青石礦體主要發(fā)育在西山背斜軸部或近軸部、層間剝離構(gòu)造帶，疊加并穿插早期天青石礦層和白云巖層。成巖改造成礦期形成的天青石的顏色隨著礦體出露位置的不同而有所差異，有白色→乳白色→灰白色→淺藍(lán)色→天藍(lán)色的變化。礦石構(gòu)造為條紋-條帶狀、角礫狀，主要呈透鏡狀、脈狀、塊狀產(chǎn)出；礦石結(jié)構(gòu)主要為自形-半自形晶粒結(jié)構(gòu)，晶體往往是粗大的巨晶天青石，基本上穿插了條紋狀-條帶狀構(gòu)造的天青石礦石，中細(xì)晶粒的天青石條紋、條帶構(gòu)成沉積層理(水平層理、平行層理、板狀交錯(cuò)層理)，而粗晶天青石疊加或穿插細(xì)粒天青石條帶。

成巖改造成礦期礦體隨深度的增加而增大，礦石中天青石晶體也逐漸加大，主要礦物天青石的顏色也有規(guī)律地呈現(xiàn)從白色到淺藍(lán)色、天藍(lán)色的變化。成巖改造成礦期一定程度上受構(gòu)造控制，因此在礦區(qū)內(nèi)的斷裂中基本都有該期礦體的延伸。

4.3 表生期

在表生期，被抬升到地表淺部的天青石礦體，經(jīng)過大氣降水的滲透、淋濾、溶蝕等作用，在地表淺部或構(gòu)造破碎較強(qiáng)烈的地帶形成碳酸鍶礦(菱鍶礦)，主要附著在天青石和白云石的表面。

地表淺部的菱鍶礦主要呈針狀、毛發(fā)狀細(xì)-中粒結(jié)構(gòu)、疏松狀結(jié)構(gòu)；鏡下呈放射狀、纖維狀、針狀結(jié)構(gòu)，可見呈交代殘余結(jié)構(gòu)的天青石；呈網(wǎng)脈狀、團(tuán)塊狀、斑點(diǎn)狀構(gòu)造；主要礦物為菱鍶礦、天青石、方解石，鏡下可見少量泥質(zhì)礦物充填。

5 礦床成因

通過上述對天青石礦體宏觀地質(zhì)特征、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組合特點(diǎn)的研究，認(rèn)為玉峽天青石礦床是非常典型的海相碳酸鹽-硫酸鹽蒸發(fā)沉積(鹽類)礦床，其沉積成礦模式大致可以描述如下。

玉峽天青石礦床的主要控制因素是四川盆地早三疊世奧倫尼克期的古氣候條件、古地理?xiàng)l件。晚二疊世川滇黔地區(qū)的大規(guī)模玄武巖噴發(fā)，將大量的地幔鍶帶入四川盆地。在早三疊世四川盆地古地理環(huán)境為碳酸鹽臺地(塞卜哈環(huán)境)，隨海水不斷蒸發(fā)，盆地內(nèi)Ca2+、Mg2+離子濃度不斷提高，首先沉積了嘉一段碳酸鹽沉積(白云巖)，進(jìn)而水體內(nèi)Sr2+濃度不斷增加，達(dá)到天青石結(jié)晶沉淀的條件，即在嘉二段形成天青石沉積礦層和白云巖層；海水蒸發(fā)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于海水補(bǔ)給量，如此往復(fù)，形成了3層天青石礦層。

在沉積形成天青石礦層之后，在成巖壓實(shí)階段又覆蓋了嘉三段、嘉四段，以及中-上三疊統(tǒng)、侏羅系。在上覆地層的壓力、地溫梯度等因素影響下，地下水、晶間水被活化演變?yōu)槌蓭r流體，與先期形成的天青石礦層發(fā)生水-巖交換反應(yīng)，為成巖改造期對原有沉積天青石礦層進(jìn)行了改造。

6 結(jié) 論

a.玉峽天青石礦床賦存在華鎣山復(fù)式背斜的西山背斜中，礦體產(chǎn)出狀態(tài)與地層產(chǎn)狀完全一致。

b.玉峽天青石礦床成礦期可劃分為沉積成礦期、成巖改造成礦期和表生期。

c.玉峽天青石礦床含礦巖系為一套海相碳酸鹽-硫酸鹽沉積組合，礦層之下為薄層-中層狀白云巖，礦層上部為白云巖和薄層膏溶角礫巖。含礦段(嘉陵江組第二段)沉積時(shí)的早三疊世為塞卜哈相(蒸發(fā)臺地)，礦層為蒸發(fā)環(huán)境下結(jié)晶沉淀(沉積)形成，玉峽天青石礦床為蒸發(fā)沉積(鹽類)礦床。

d.沉積天青石礦層在埋藏壓實(shí)成巖作用過程中，受到成巖蝕變改造，在沉積巖層理、節(jié)理、裂隙、巖溶孔隙和孔洞等空間形成了部分脈狀和晶洞狀天青石礦體。表生期氧化環(huán)境下，有部分天青石被淋濾、溶蝕形成菱鍶礦。