湘北地區奧陶系含鉀巖石成礦模式及找礦標志

摘 要 含鉀巖石是指含有不同程度的鉀元素、且均屬含硅酸鹽礦物的非水溶性鉀的巖石，可用于制造鉀肥（硫酸鉀、碳酸鉀、鉀鈣肥）、鈣鎂磷鉀肥、鈣鎂鉀肥等復合肥料以及土壤調理劑（或土壤活化劑）等。隨著科學技術飛速發展，現在國內在開發利用含鉀巖石試制鉀肥的綜合利用研究工作方面碩果累累，生產技術日趨成熟。湘北地區含鉀巖石分布廣泛，加強綜合開發利用以補充鉀肥資源的不足變得很重要。本文簡述了湘北地區奧陶系含鉀巖石的成礦模式及找礦標志。

關鍵詞 湘北;含鉀巖石;成礦模式;找礦標志

中圖分類號：P624.6 文獻標識碼：A

Ordovician Potassium-Bearing Rocks in Northern Hunan? Metallogenic Models and Prospecting Markers

Wei Yibin

（Team 403， Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Hunan Province， Changde Hunan 415000）

Abstract： Potassium bearing rock refers to the rock containing different degrees of potassium element and are not water-soluble potassium containing silicate minerals. It can be used to manufacture potash fertilizer （potassium sulfate， potassium carbonate， potassium calcium fertilizer）， calcium magnesium phosphate potassium fertilizer， calcium magnesium potassium fertilizer and other compound fertilizer， as well as soil conditioning agent （or soil activator）. With the rapid development of science and technology， in the aspect of development and utilization of potassium-bearing rock trial-made comprehensive utilization of potassium-bearing rock， research achievements are got， production technology is increasingly mature. Potassium-bearing rocks are widely distributed in the northwest of Hunan， so it is important to strengthen their comprehensive exploitation and utilization to supplement the deficiency of potassium fertilizer resources.A brief account of the metallogenic model and prospecting criteria of the ordovician potassium-bearing rocks in the northwest area of Hunan， is shown in this paper.

Keywords： northwest Hunan; potassium-bearing rocks; metallogenic models; prospecting marker

我國土壤普遍缺鉀，特別是可溶性鉀鹽資源嚴重不足。我國也加強了鉀礦勘探，特別是國外資源的勘探及收購，同時加強了不溶性鉀礦綜合利用的研究。現在國內科研部門在開發利用非水溶性鉀巖試制鉀肥的綜合利用研究工作方面碩果累累。湘北地區奧陶系非水溶性含鉀巖石資源豐富， 對其巨大的資源進行勘探、開發和利用，將有效緩解鉀肥供應的緊張局面，為我國戰略性資源儲備尋求可靠的保障。

1 成礦地質背景

湘北地區（慈利、石門、澧縣）位于羌塘-揚子-華南板塊（Ⅳ、一級構造單元）、揚子陸塊（Ⅳ-4、二級構造單元）、湘北斷褶帶（Ⅳ-4-5、三級構造單元）、石門-桑植復向斜（Ⅳ-4-5-1、四級構造單元），見圖1。

區域主要出露地層有冷家溪群、板溪群、南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及第四系，總厚度大于7 895.4 m。其中，新元古界冷家溪群為一套次深海—深海濁流沉積;板溪群為地槽型復理石、類復理石建造和沉積火山碎屑巖建造;南華系主要是冰川—冰海相碎屑巖建造;震旦系—下古生界為淺海相泥質、泥砂質及碳酸鹽巖沉積;上古生界—中生代早期為濱海—濱海沼澤洋相碎屑巖及煤層、淺海相碳酸鹽巖;中生代中晚期—新生代則為陸相碎屑巖沉積。

在漫長的地質發展歷史中，區內主要經歷了武陵運動、雪峰運動、加里東運動、印支運動、燕山運動及喜山運動等多期次構造運動，不同時期的構造運動均在區內留下強度各異的構造形跡，形成了本區域以元古代冷家溪群為褶皺基底、板溪群至中三疊統為蓋層、中生代侏羅系及白堊系為代表殼斷陷盆地，層次清晰的構造格局。

根據區域地層沉積角度不整合接觸關系，結合不同時代沉積建造、構造變形、變質作用特點等，區內地層可劃分為武陵構造層（冷家溪群）、雪峰構造層（板溪群）、加里東構造層（南華系—志留系）、海西—印支構造層（泥盆系—中三疊統）、燕山構造層（白堊系）、喜山構造層（第四系）。

區域構造表現為一系列的近東西向褶皺和斷裂，形成了東山峰復背斜、石門—桑植復向斜及清官渡斷裂帶、耳華山—子良坪、金家山—大同山斷裂等。這些大斷裂是區內的主要導礦構造，其旁側的次級斷裂為礦液的運移提供了有益的通道和有利的儲集空間，是區內的主要容礦構造。

2 鉀元素地化特征

2.1 鉀元素在主要地層單元中的地化特征

根據1∶20萬石門幅和桑植幅水系沉積物測量成果，鉀元素在湘北地區各組地層中的平均含量為：第四系為1.94%，古近系—侏羅系為1.79%，三疊系—二疊系為2.08%，石炭系—泥盆系為1.08%，志留系為2.88%，奧陶系—寒武系為2.47%，前寒武系為1.82%。

奧陶系地層也屬鉀元素含量較高的地層（僅次于志留系），可能主要與奧陶系含鉀巖石有關，間接反映出奧陶系含鉀頁巖地球化學背景對成礦有利。

區內奧陶系地層出露較全，主要出露于東山峰背斜南翼、大同山背斜及黃廠背斜兩翼，總厚度大于3 808.1 m。含鉀巖石賦存于下奧陶統南津關組（O1n）、分鄉組（O1f）中（即相當于桐子組O1t），含鉀巖石自然礦石類型為灰綠色頁巖，在上述地層中見有6～10層不等，單層厚度為0.30～5.00 m，一般為1.00～4.00 m，K2O含量一般為7.61%～10.26%，少數已達11.27%～11.31%。

2.2 鉀元素地化異常區

區內鉀元素異常（或高背景區）分布較明顯，主要分兩處：一是黃廠鉀元素異常區，二是水南渡—大同山—東山峰背斜東段鉀元素高背斜區及異常區。

2.2.1? ?黃廠鉀元素異常區

該鉀元素異常形態呈近東西向條帶狀，異常面積17.90 km2，鉀元素含量平均值為3.32%，最高值為3.57%，異常下限為3.16%，襯度為1.05，面金屬量為（NAP值）18.81。該異常涉及的主要地層為奧陶系，次為志留系及寒武系。該鉀元素異常與As，Hg，Fe2O3，Li，La，Be，Cs，Sr，Pb，Th和Sb元素共同組成綜合異常（HS31），其元素組合反映了本區域低溫熱液鹵水滲濾交代充填型雄黃礦的典型地化特征。而K2O元素異常，則可能更多反映了奧陶系含鉀巖石有利的沉積環境和相對較豐富的成礦物質來源，見圖2。

2.2.2水南渡—大同山—東山峰背斜東段鉀元素異常（高背景）區

該異常區分布范圍較大，南起大同山背斜、東至東山峰背斜東段。鉀元素異常區（K2O含量超過3.16%）主要位于所市向斜核部大片出露的志留系地層區，K2O含量最高值為3.32%。而鉀元素高背景區（K2O2.51%～3.16%）則主要分布于奧陶系至寒武系露頭區。異常的延伸方向與地層走向基本一致，總體呈北東東向展布。區內奧陶系地層中K2O的高背景可指示作為含鉀巖石找礦的有利地層之一，見圖2。

3 典型礦點特征

3.1 黃廠礦點特征

該點位于黃廠鉀元素異常區內，1973年403隊在石門縣黃廠礦區雄黃礦生產坑道及地表下奧陶統地層中所夾的頁巖進行了逐層取樣，對含鉀巖石層位及品位進行了概略了解。

3.1.1? 含鉀巖石礦層特征

該礦區含鉀巖石賦存于下奧陶統桐梓組第二段（O1t2）、第四段（O1t4）中。區內含鉀巖石大致可分為3個礦層，從下而上各礦層特征如下。

（1）Ⅰ礦層（Ⅰ）：賦存于含礦巖系桐梓組第二段（O1t2）第③分層的下部，大致由4層眼球狀頁巖與3層泥質條帶狀石灰巖互層組成。眼球狀頁巖單層最厚為1.30～1.50 m，累厚大于3.00 m，在原雄黃礦生產坑道中取樣分析結果為K2O含量為7.32%～8.10%（地表K2O含量為5.5%），屬次要含鉀礦層。該礦層頂板為灰—深灰色中厚層狀細粒泥質波紋狀石灰巖;底板為淺灰色厚層狀細—中晶含生物屑石灰巖。

（2）Ⅱ礦層（Ⅱ）：賦存于含礦巖系桐梓組第二段（O1t2）第⑤分層的底部。含鉀頁巖厚度為2～3 m，K2O平均含量為9.20%，層位厚度均較穩定，是區內的主要含鉀礦層。該礦層頂板為灰色薄層—中厚層狀泥質波紋狀石灰巖;底板為泥質條帶狀石灰巖、泥質波紋狀石灰巖。

（3）Ⅲ礦化層（Ⅲ）：為賦存于桐梓組第四段（O1t4）中的灰綠色頁巖，夾透鏡狀灰巖，頂部夾有少量硅質頁巖。該組厚度超過10.70 m，厚度變化較大，K2O含量為5%～6%（平均5.54%），為區內次要含鉀礦層。該礦層頂板為紅花園組（O1h）灰—深灰色厚層狀中粗晶含燧石灰巖;底板為桐梓組第三段（O1t3）淺灰—灰色中厚層狀含云質條帶灰巖。

3.1.2? ?含鉀巖石礦石質量

該礦點含鉀巖石自然礦石類型為灰綠色頁巖，局部夾硅質頁巖。礦石為泥質結構，頁狀構造。礦物成分主要為黏土礦物。主要有用組分K2O含量一般為7.32%～9.22%（Ⅲ礦層為5%～6%），其他化學組分主要為SiO2，Al2O3，CaO，MgO和Fe2O3。

3.2 曾家埡礦點特征

該礦點位于大同山—東山峰背斜東段鉀元素異常（高背景）區，主要含鉀巖系為桐子組第二段（O1t2），含鉀巖性為夾于中厚層石灰巖之間的灰綠色頁巖，K2O含量相對較高;次要含鉀巖系為桐子組第四段（O1t4），其灰綠色頁巖中K2O含量相對較低。

主要含鉀巖系中含鉀頁巖3～5層，單層厚度0.30～5.00 m不等，K2O含量為6.91%～11.31%。次要含鉀巖系中頁巖3層，單層厚為0.30～3.30m，K2O含量為1.11%～5.45%。詳見圖3。

3.3 金山寺礦點特征

該礦點位于大同山—東山峰背斜東段鉀元素異常（高背景）區內，含礦層位為桐子組第二段（O1t2）和第四段（O1t4），沿東山峰背斜南翼呈北東東向展布。灰綠色頁巖夾層相對較發育，已知有8～11層，單層厚度0.30～5.00 m不等，呈層狀延伸較穩定。其中主要含鉀巖系位于桐子組第二段（O1t2），含鉀頁巖4～8層，單層一般厚0.80～4.00 m，在金山寺剖面K2O含量為7.88%～11.27%;次要含鉀巖系位于桐子組第四段（O1t4），灰綠色頁巖3～4層，單層厚0.30～5.00 m，K2O含量4.07%～4.23%。詳見圖4。

4 含鉀巖石成礦模式

晚寒武世末期，中國東部普遍受到地殼上升運動的影響。主要表現雪峰山地區在震旦紀—寒武紀經受長期海侵以后，推測于中、晚寒武紀已經存在的洞庭古陸與黔陽古陸，當時中間被雪峰海峽隔開;至早奧陶世開始，雪峰海峽也隆起為陸，使原來兩塊不相鄰的古陸合并為一體而形成雪峰古陸，海水局限于湘西北海、湘東南海及雪峰山以東地區，并在安化鄰近地區形成“安化海灣”（見圖5）。

早奧陶世，本區屬于雪峰古陸北西的湘西北海，這個海區屬于所謂“揚子海”的一部分。從晚寒武世末，雖亦有海退現象，但從早奧陶世開始，湘西北海逐漸向外開放，改變了晚寒武世咸化海環境，形成正常的淺海環境。且由于本區東南雪峰古陸隆起地形并不很高，碎屑物質供給不多，加上地殼間歇性振蕩，因而沉積了結晶石灰巖、生物碎屑石灰巖、泥質灰巖并夾有數層含鉀頁巖的淺灘相—臺緣斜坡相碳酸鹽巖。其中數層含鉀頁巖處于弱還原至弱氧化的近濱—淺灘、潮坪—瀉湖相沉積環境，高鹽度、氣候潮濕、炎熱導致B，Ba，F，K2O，MgO和CaO等相對富集，尤其是K2O含量高（1.38%），含量為3.16%的等值線范圍基本可圈定在頁巖的分布范圍。頁巖中的K2O應主要來源于雪峰古陸巖漿巖中的長石、長石砂巖等風化產物。由于含鉀頁巖成礦的早奧陶世地殼只是間歇性振蕩，并無明顯的升降，海侵變化不大，所以含鉀頁巖賦存層位及發育程度在本區域大范圍內較穩定。與之伴生的生物群屬于介殼灰巖相，盛產筆石、腕足類、頭足類等。

5 找礦標志

5.1 巖相古地理標志

具備靠近古陸、地殼有間歇性振蕩的淺海沉積古地理環境。沉積巖相應屬于淺灘相—臺緣斜坡相碳酸鹽巖，并發育筆石、腕足類、頭足類生物群。

5.2 含礦層位標志

下奧陶統桐子組（O1t）是本區含鉀巖石已知賦礦層位，該地層分布區域應為含鉀巖石找礦區域。

5.3 巖性特征標志

下奧陶統桐子組中的灰綠色頁巖是本區K2O含量相對較高的巖石，也是有可能形成含鉀巖石礦層的重要巖石。特別是當頁巖中夾有少量薄層硅質巖時，可能更有利于K2O的富積。

6 結語

湘北地區分布有2處鉀元素異常區，異常區指示奧陶系地層鉀元素含量較高，經過收集多個礦點資料證實奧陶系下統桐子組（O1t）中的灰綠色頁巖是本區K2O含量相對較高的賦礦層位。頁巖中的K2O含量主要來源于雪峰古陸巖漿巖中的長石、長石砂巖等風化產物，含鉀頁巖賦存層位及發育程度在本區域大范圍內較穩定，因此奧陶統桐子組（O1t）中灰綠色頁巖是本區含鉀巖石的找礦標志。

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