文一卓， 田軍委， 孟雨紅， 許以明

(湖南省湘南地質(zhì)勘察院，湖南 郴州 423000)

鈣在自然界中分布很廣，在地殼中含量為3%，僅次于氧、硅、鋁、鐵，居第五位。鈣元素化學(xué)性質(zhì)比較活潑，多以離子或化合物形式存在，自然界中鈣多以碳酸鈣的形式賦存于各類巖石中。碳酸鈣是重要的無(wú)機(jī)多用途礦物原料，由于其特有的物理化學(xué)性質(zhì)，以及價(jià)格低、原料廣、無(wú)毒性等特點(diǎn)而被廣泛地用于造紙、塑料、橡膠、油漆涂料、膠粘劑和密封劑以及建材等領(lǐng)域，特別是在倡導(dǎo)環(huán)保與低碳經(jīng)濟(jì)的今天，碳酸鈣的應(yīng)用領(lǐng)域更加寬廣，需求量也不斷增長(zhǎng)。如近幾年，造紙行業(yè)碳酸鈣消費(fèi)量年增長(zhǎng)率就在8%左右，增長(zhǎng)勢(shì)頭明顯。近年來(lái)，由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及市場(chǎng)需求的多樣化，在生產(chǎn)技術(shù)方面也對(duì)碳酸鈣提出了更高的要求，相繼出現(xiàn)了微細(xì)、超微細(xì)、活性、高純和納米碳酸鈣等[1]。

郴州市地處南嶺成礦帶中段，有色金屬、特色非金屬、稀有金屬、貴金屬等礦產(chǎn)資源豐富。近年來(lái)，為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，挖掘碳酸鈣類非金屬礦產(chǎn)的利用潛力，提振郴州經(jīng)濟(jì)，助力郴州產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，將資源、區(qū)位、生態(tài)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，本文通過(guò)對(duì)郴州碳酸鈣類礦產(chǎn)資源進(jìn)行研究與探討，為本區(qū)尋找更豐富、更優(yōu)質(zhì)的碳酸鈣礦產(chǎn)資源提供找礦方向。

1 碳酸鈣礦產(chǎn)的分類

根據(jù)碳酸鈣生產(chǎn)方法的不同，可將碳酸鈣分為輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣和活性碳酸鈣、納米碳酸鈣、藥用碳酸鈣及食用碳酸鈣等。

本文中碳酸鈣類礦產(chǎn)主要是指重質(zhì)碳酸鈣中的方解石、大理石礦床。

2 郴州碳酸鈣類礦產(chǎn)分布特征

郴州市碳酸鈣類礦產(chǎn)廣泛分布于北湖區(qū)、蘇仙區(qū)、桂陽(yáng)縣、臨武縣、宜章縣等地。礦床主要產(chǎn)于加里東—燕山期大義山巖體南體、騎田嶺巖體、大東山巖體外接觸帶的泥盆系—石炭系—二疊系碳酸鹽巖地層中，具有分布面積廣、規(guī)模大、品質(zhì)好、易采選等特點(diǎn)(圖1)。礦種主要為方解石和大理石礦。根據(jù)碳酸鈣類礦產(chǎn)的分布特征，可在郴州市范圍內(nèi)劃分出大義山巖體(南體)礦集區(qū)、騎田嶺巖體礦集區(qū)、大東山巖體礦集區(qū)等三個(gè)礦集區(qū)，其中大義山巖體(南體)礦集區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)大小礦床5處(方解石礦床1處，大理石礦床4處),均分布于大義山復(fù)式巖體邊緣，賦礦地層以泥盆系及石炭系碳酸鹽巖沉積為主。騎田嶺巖體礦集區(qū)已發(fā)現(xiàn)大小礦床17處(方解石礦床5處，大理石礦床12處)，資源儲(chǔ)量大且分布集中，礦體均產(chǎn)于騎田嶺巖體邊緣，賦礦地層以石炭系及二疊系碳酸鹽巖沉積為主。在郴州市境內(nèi)大東山巖體礦集區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)大小礦床4處(方解石礦床3處，大理石礦床1處)，均分布于大東山巖體邊緣，賦礦地層以泥盆系碳酸鹽巖沉積為主。

截至2018年底，全市累計(jì)查明各類型碳酸鈣類礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量2.07億t，其中方解石礦資源儲(chǔ)量0.54億t，大理石礦資源儲(chǔ)量1.53億t。

圖1 郴州主要碳酸鈣資源分布略圖
Fig.1 Sketch map of the distribution of major calcium carbonate resources in Chenzhou
1.碳酸鈣類礦山；2.泥盆系；3.石炭系；4.二疊系；5.三疊系；6.晚侏羅世花崗斑巖；7.晚侏羅世花崗巖；8.中侏羅世花崗巖；9.早侏羅世花崗巖；10.晚三疊世花崗巖；11.晚二疊世花崗巖；12.深坑里礦區(qū)范圍。

3 典型礦床特征

3.1 礦區(qū)地質(zhì)概況

湖南省臨武縣深坑里礦區(qū)大理巖礦[2]位于臨武縣北東方向，距縣城直線距離約27 km，面積6.39 km2。區(qū)內(nèi)出露地層有石炭系中上統(tǒng)壺天群，二疊系下統(tǒng)當(dāng)沖組、棲霞組，二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M及第四系，褶皺斷裂較發(fā)育，巖漿巖主要是北部的騎田嶺巖體及中北部的一條花崗斑巖脈，礦區(qū)內(nèi)蝕變與騎田嶺花崗巖體密切相關(guān)，蝕變類型主要有大理巖化、綠泥石化和絹云母化，其中大理巖化是區(qū)內(nèi)最普遍,亦是與大理巖礦關(guān)系最密切的蝕變類型。

3.2 礦床特征

深坑里礦區(qū)位于騎田嶺巖體南西部外接觸帶(圖1)，賦礦圍巖主要為石炭系壺天群碳酸鹽巖，往往壺天群碳酸鹽巖就是大理巖礦(化)體。該類型大理巖礦在湘南地區(qū)印支期—燕山期的花崗巖體與上古生代地層的接觸部位幾乎都有分布，礦(化)體平面形狀多不規(guī)則，常因接觸關(guān)系的不同而變化，隨著與接觸帶距離的增大，可見(jiàn)到在大理巖—大理巖化灰?guī)r—灰?guī)r，彼此之間呈過(guò)渡關(guān)系：離花崗巖體近而至純的灰?guī)r，經(jīng)熱變質(zhì)重結(jié)晶后，多形成質(zhì)高色純的方解石礦；距離巖體稍遠(yuǎn)或巖石中有泥質(zhì)等雜質(zhì)的碳酸鹽巖，則形成云霧狀圖案和深淺不一的條紋、條帶，如云霧、寧白玉、金灰玉等品種；靠近巖體邊部接觸帶，則由于交代作用的影響產(chǎn)生矽卡巖化而形成芝麻白等品種。湘南地區(qū)大理巖體一般分布在接觸帶附近或距巖體300～500 m范圍內(nèi)，由于礦區(qū)內(nèi)巖體往南傾角僅20°，在巖體外接觸帶2 km處仍有大理巖出露地表。

該區(qū)大理巖礦系由壺天群灰?guī)r和白云巖熱變質(zhì)而成，其分布特征主要受地層及與巖體分布距離控制，厚>310 m，其形態(tài)、產(chǎn)狀與地層基本一致，呈層狀、似層狀產(chǎn)出。其中方解石大理巖礦體只分布在壺天群(C2+3ht)地層上部，礦體形態(tài)以似層狀、層狀為主，次為透鏡狀、不規(guī)則狀。礦體內(nèi)夾數(shù)層白云石大理巖，絕大部分界線明顯，少數(shù)呈漸變關(guān)系。礦層走向北北東，傾角一般為45°～65°。

3.3 資源量估算

資源儲(chǔ)量估算采用的工業(yè)指標(biāo)為：CaO≥52%，白度≥85%，可采厚度≥2 m，夾石剔除厚度≥1 m。

經(jīng)估算探獲了332+333方解石大理巖礦石資源儲(chǔ)量1 272.7萬(wàn)t，其中332資源儲(chǔ)量562.0萬(wàn)t，占比44.2%；332+333白云石大理巖礦石資源儲(chǔ)量3 819.4萬(wàn)t，其中332資源儲(chǔ)量1 188.8萬(wàn)t，占比31.1%。提交了一處大型的方解石大理巖礦床。

4 控礦因素

區(qū)內(nèi)碳酸鈣類礦產(chǎn)受地層巖性與巖漿巖聯(lián)合控制，為熱接觸變質(zhì)型礦床。

(1) 地層：區(qū)內(nèi)地層出露較齊全，與成礦關(guān)系密切的主要有泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組、上統(tǒng)佘田橋組與錫礦山組、石炭系下統(tǒng)石磴子組與梓門橋組、中上統(tǒng)壺天群、二疊系下統(tǒng)棲霞組等淺海相碳酸鹽巖地層。碳酸鈣類礦產(chǎn)主要分布在上述碳酸鹽類沉積巖與花崗巖體的外接觸帶中。

(2) 巖漿巖：區(qū)內(nèi)巖漿巖甚為發(fā)育，巖石類型復(fù)雜，產(chǎn)狀以巖基或巖株為主，其次為巖枝、巖脈、巖墻，出露面積約3 713 km2。其中，大義山、騎田嶺、大東山等中酸性巖體均呈巖基或巖株?duì)町a(chǎn)出，規(guī)模大，巖漿的侵入釋放了大量的熱能，為本區(qū)碳酸鈣類礦產(chǎn)的形成提供了豐富的熱力條件。①印支期巖漿巖。區(qū)內(nèi)出露為印支期第二階段巖漿巖，主要分布于桂陽(yáng)北部和北湖、蘇仙、宜章的交界處等，主要呈巖基或巖株產(chǎn)出，如大義山、騎田嶺。大多數(shù)巖體侵入于加里東隆起核心部位，部分侵入于加里東隆起帶與印支褶皺坳陷帶的接壤部位。巖性主要為黑云母二長(zhǎng)花崗巖，次為黑云母花崗巖。礦物成分以石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石為主，次為黑云母?？傮w為偏酸、偏鈣堿性或鈣堿性巖體。本期巖體與區(qū)內(nèi)碳酸鈣類礦產(chǎn)有成因上的聯(lián)系。②燕山早期巖漿巖。主要分布于本區(qū)南部，較大的有騎田嶺、大東山、大義山等巖體。呈巖基、巖株、巖枝產(chǎn)出。巖體與圍巖呈侵入接觸關(guān)系。由于燕山運(yùn)動(dòng)的多階段性，使得燕山早期巖體礦物成分復(fù)雜，巖石種類多樣性明顯，主要有黑云母二長(zhǎng)花崗巖、黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖、黑云母花崗巖、黃玉霏細(xì)斑巖(香花石)等，屬鈣堿性巖體。

燕山早期區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)最為頻繁，規(guī)模巨大，區(qū)內(nèi)重要的碳酸鈣類礦產(chǎn)的形成，在時(shí)間和空間上都與本期巖漿活動(dòng)密切相關(guān)。如石蓋塘大理石礦及深坑里方解石礦就與區(qū)內(nèi)燕山期騎田嶺巖體關(guān)系密切。

5 找礦方向

根據(jù)區(qū)內(nèi)碳酸鈣類礦產(chǎn)資源的礦床成因及分布特征大致可在研究區(qū)內(nèi)劃分出三個(gè)找礦靶區(qū)：騎田嶺巖體找礦靶區(qū)、大義山巖體找礦靶區(qū)及大東山巖體找礦靶區(qū)。

5.1 騎田嶺巖體找礦靶區(qū)

靶區(qū)內(nèi)出露地層比較簡(jiǎn)單，以石炭系、二疊系為主，主要賦礦層位為石炭系壺天群、梓門橋組(C1z)、石磴子組(C1s)，二疊系棲霞組(P2q)。石炭系地層往往分布于褶皺構(gòu)造的軸部，二疊系地層分布于兩翼，石炭系中上統(tǒng)壺天群碳酸鹽巖地層分布廣、厚度大，并有利于熱力烘烤，經(jīng)熱接觸變質(zhì)作用后巖石中的方解石、白云石發(fā)生褪色和重結(jié)晶形成規(guī)模不等的方解石、大理石礦床，是區(qū)內(nèi)重要的賦礦層位。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造總體為北東走向的褶斷帶，褶皺構(gòu)造以北東向復(fù)式背斜為主，其總體向南傾伏；斷裂構(gòu)造以北東向和北西向?yàn)橹?，又以北東向規(guī)模較大，以逆斷層和逆掩斷層為主，傾向南東，傾角40°～80°，區(qū)內(nèi)騎田嶺巖體及部分巖脈(巖墻)均沿該組斷裂侵入，為區(qū)內(nèi)碳酸鈣類礦產(chǎn)的形成提供了大量的熱能，同時(shí)也為部分脈狀方解石礦產(chǎn)的形成提供了良好的儲(chǔ)礦空間，對(duì)區(qū)內(nèi)非金屬礦產(chǎn)的空間分布起著重要的控制作用。

騎田嶺巖體為中酸性復(fù)式花崗巖體，沿北東向—近南北向構(gòu)造侵位于石炭系—二疊系地層中，呈巖基產(chǎn)狀。該巖體具有多期次、多階段侵入的特點(diǎn)，從中三疊世至晚侏羅世都有活動(dòng)，但以晚侏羅世為主。巖體與圍巖接觸界線大都呈港灣狀，接觸面產(chǎn)狀較平緩，傾角一般在30°～50°之間，局部呈巖脈、巖枝、巖舌狀沿地層層面或裂面貫入地層中。沿巖體與圍巖接觸面及附近往往見(jiàn)有規(guī)模不等的大理巖化、矽卡巖化、硅化等蝕變現(xiàn)象，其中大理巖化與區(qū)內(nèi)碳酸鈣類礦產(chǎn)的形成關(guān)系密切[3]。

綜上所述，騎田嶺巖體外接觸帶的石炭系與二疊系碳酸鹽巖分布區(qū)為該區(qū)找礦有利區(qū)段。

5.2 大義山巖體找礦靶區(qū)

靶區(qū)內(nèi)出露地層比較簡(jiǎn)單，以泥盆系、石炭系地層為主，其中泥盆系上統(tǒng)錫礦山組(D3x)、佘田橋組(D3s)、中統(tǒng)棋梓橋組(D2q)，石炭系上統(tǒng)馬坪組(C3m)、大埔組(C2d)、下統(tǒng)梓門橋組、石磴子組等為區(qū)內(nèi)碳酸鈣類礦產(chǎn)的賦礦層位。

區(qū)內(nèi)大義山花崗巖體呈巖基產(chǎn)出，為燕山早期第一次侵入體，巖性主要為灰白—淺肉紅色黑云母二長(zhǎng)花崗巖。巖漿巖的侵入為碳酸鹽巖變質(zhì)成礦作用提供了豐富的熱能[4]。

受大義山巖體的影響，區(qū)內(nèi)泥盆系、石炭系地層內(nèi)的碳酸鹽巖普遍見(jiàn)有程度不等的大理巖化及矽卡巖化等蝕變現(xiàn)象，在花崗巖體外接觸帶的泥盆系碳酸鹽巖中，大理巖化蝕變帶往往寬300～800 m不等，當(dāng)蝕變較為強(qiáng)烈、巖石內(nèi)方解石重結(jié)晶和褪色完全時(shí)，往往形成方解石礦體[5]。

因此大義山巖體外接觸帶的泥盆系與石炭系碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)，為找礦有利地區(qū)。

5.3 大東山巖體找礦靶區(qū)

靶區(qū)位于南嶺緯向構(gòu)造帶中段北緣，耒陽(yáng)—臨武南北向構(gòu)造帶南段。區(qū)內(nèi)出露地層比較簡(jiǎn)單，以泥盆系、石炭系地層為主，泥盆系錫礦山組、佘田橋組、中統(tǒng)棋梓橋組，石炭系壺天群、梓門橋組、石磴子組等為區(qū)內(nèi)碳酸鈣類礦產(chǎn)的賦礦層位。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，從加里東期—印支、燕山期都有活動(dòng)，并且具明顯的階段性和繼承性。加里東期形成北西向或近東西向基底構(gòu)造格架，基底由寒武系組成，大都被后期構(gòu)造破壞；區(qū)內(nèi)褶皺主要有宜章—梅田復(fù)式向斜，向斜核部地層為石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階孟公坳組，向兩邊分別為泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組、上統(tǒng)佘田橋組。褶皺軸線整體呈北北西向展布，受東西向應(yīng)力的影響，部分地段形成弧頂向西的弧形展布。區(qū)內(nèi)斷裂不甚發(fā)育，僅見(jiàn)有少量北北西向斷層[6]。

本區(qū)出露的大東山巖體，呈巖基產(chǎn)出，該巖體以燕山早期侵入為主，巖性為細(xì)粒斑狀黑云母花崗巖和中粒斑狀黑云母花崗巖。巖漿巖的侵入為碳酸鹽巖變質(zhì)成礦作用提供了熱能。

區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖受大東山巖體影響，蝕變程度較高，往往見(jiàn)有大理巖化、矽卡巖化、硅化等,其中大理巖化多分布于花崗巖體接觸帶外側(cè)泥盆系碳酸鹽巖中，因受熱變質(zhì)普遍具重結(jié)晶，環(huán)接觸帶及斷裂發(fā)育地段部分巖石發(fā)生褪色變化。該類型蝕變與成礦關(guān)系密切，在褪色作用和重結(jié)晶強(qiáng)烈地段往往形成礦體[7]。

大東山巖體外接觸帶的泥盆系與石炭系碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)，為找礦有利地區(qū)。

6 結(jié)論

郴州坐擁南嶺成礦帶，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈且規(guī)模大，碳酸鹽巖地層分布廣、層位多、厚度大，具有良好的成礦條件，碳酸鈣類礦產(chǎn)資源找礦潛力巨大。找礦方向建議以騎田嶺、大義山、大東山巖體外接觸帶碳酸鹽巖地層分布地段為主，其他巖體周邊碳酸鹽巖分布地段亦可以作為后備找礦基地。