我国重晶石矿绝大多数采用露天开采,采矿、洗矿过程中产生许多泥水,污染河流,雨季时还会污染农田。由于绝大多数矿山由乡镇企业民采,采矿点多而分散,直接治理不容易实施且难度较大,广西石化厅采取集中洗矿的办法
重晶石是我国重要的优势矿产之一,我国重晶石资源丰富,储量和产量均居世界首位,也是世界上最大的重晶石出口国,在世界上具有举足轻重的地位。我国重晶石矿床有沉积型、层控(内生)型、热液型、火山-沉积型和风化型(残坡积型)五种,但主要是沉积型矿床,其矿石储量占统计储量的60%,其次为层控型、火山-沉积型和热液型,其矿石储量分别占统计储量的15%,13%和10%,残积坡积型重晶石矿资源较少。沉积型、火山-沉积型和残积坡积型重晶石矿容易识别,层控型重晶石矿系指那些矿体赋存于某一地层层位内,矿体形态总体上呈层状、似层状或透镜状,而重晶石矿体常切穿层理和随机延伸,呈充填交代脉状、浸染状、囊状等形式产出。根据资源潜力预测评价的要求,综合考虑我国重晶石矿床的成因类型和工业类型,将重晶石矿床划分为五个矿床类型(表2-1)。
表2-1 中国重晶石矿床类型划分方案
重晶石矿床形成与大陆裂谷系、弧-盆系和内陆挤隆系构造环境有关,成矿时代主要为震旦纪、寒武纪、奥陶纪,其次为泥盆纪、三叠纪和白垩纪(李文炎等,1991)。矿床多形成于每个构造旋回的早期,加里东旋回是最重要的成矿期,矿床资源储量约占77%,华力西旋回约占11%,印支、燕山旋回约占12%。外生成因重晶石矿床主要分布在扬子板块南、北缘及华夏板块。扬子板块重晶石矿床成矿时代为晚震旦世—早寒武世,常形成大型、特大型单一重晶石矿床,华南造山带中重晶石矿床成矿时代为晚泥盆纪。内生成因重晶石矿床主要分布在华夏板块、扬子板块上扬子坳陷带,以及华北板块行山断裂带、郯城-庐江断裂带内,成矿时代以古生代为主,中生代次之,多为多金属矿床共伴生重晶石矿。
一、沉积型重晶石矿床
我国南方各省,沉积型重晶石矿床规模大,是目前我国最重要的一种类型。
沉积型重晶石矿床的特点:矿体产于一定的地层中,受地层及岩性严格控制,矿体呈层状、似层状及透镜状产出,矿石结构构造具有明显的沉积特征,沉积层理清楚,具微层理构造、条带状构造、结核状构造、豆状构造,有的还具有明显的缝合线构造。矿物粒度细,多为细粒或微粒结构,往往不同矿区相同层位可以互相对比。矿物组合比较简单,以重晶石为主,此外还有硅质、碳酸盐类矿物与之共生,有的还掺杂少量泥质、炭质及磷酸盐类矿物。一般矿层内部与近矿围岩没有热液蚀变现象。
二、层控(内生)型重晶石矿床
层控(内生)型重晶石矿床在我国各地分布比较广泛,矿床的矿体往往是成群成带出现,规模大,矿脉长度一般为几百米,最长的可达以1km上。矿床储量比较集中。更主要的是矿石品位高,一般不需要选矿或仅需经过简单手选即可达到商业矿石的要求,所以容易被开采利用。该类型矿床是我国目前主要的开采对象,其开采量远远居于其他类型之上。
层控(内生)型重晶石矿床特点:矿体是在围岩断裂破碎带中或裂隙中以充填方式形成的。矿体的产出严格受地层层位的控制。矿区内和附近没有与重晶石有直接成因关系的火成岩体存在。矿体成群成带分布,往往一个矿田或矿区里有几个、几十个矿带,一个矿带内有几十个、几百个矿体。这些矿体的分布方向有一定的规律性。矿体多数呈脉状,少数也有囊状、不规则状等。矿物组合比较简单,以重晶石为主,其他还有石英、方解石、萤石、金属硫化物等与之共生。矿石结晶程度较好,一般重晶石多呈粗大的板柱状晶体。我国层控(内生)型重晶石矿床很多,控矿地层的时代广泛,从震旦纪到二叠纪均有层控(内生)型矿床产出。其中以寒武纪和泥盆纪最为重要。
三、热液型重晶石矿床
该类型重晶石矿床,在我国主要分布在山东、广西、青海、甘肃,矿床的成因,一般认为是直接由岩浆热液形成。
热液型重晶石矿床特点:矿体以充填方式形成于围岩的断裂破碎带和裂隙中。矿体形状,以脉状为主,也有似层状、扁豆状、囊状、柱状及不规则状。矿体大小相差悬殊,大者长可达几百米,甚至上千米,小者长不足一米。矿体附近往往有与其有成因联系的岩浆岩分布,一般为酸性岩体或中酸性岩体,也有基性岩体。矿物成分复杂,除重晶石外,还有较多种金属硫化物与之共生。
该类型矿床的矿物组合比较复杂,有的呈单独的重晶石脉,有的则和石英、萤石共生,更多的则是和多种金属硫化物共生,甚至以金属硫化物为主,重晶石则成为伴生矿物。与岩浆岩关系密切,成矿热液来自岩浆。例如山东都城县房庄矿区,重晶石矿体产于沂沭大断裂带两侧次一级断裂中,矿体的形成与石英斑岩、花岗斑岩、流纹斑岩有直接关系。矿物组合有重晶石、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿和石英。又如湖南衡阳谭子山矿区,矿体的形成与附近的花岗斑岩和花岗闪长岩的硅化作用有密切关系。矿物组合有重晶石、石英、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、方铅矿、闪锌矿和黄铁矿。四川安县、江油一带的重晶石矿与侵入邱家河组的辉绿岩脉有成因联系,重晶石矿脉充填于辉绿岩与沉积岩的接触带上。矿物组合有重晶石、方解石、白云石、萤石、黄铜矿、闪锌矿和黄铁矿。从成因关系分析,热液型重晶石矿床是由酸性、中酸性岩浆岩分异形成的,而有些矿区亦可由基性岩浆分异形成。这类重晶石矿床和岩浆岩在时间上、空间上、成因上有密切的联系。在矿床成因分类上,属于岩浆期后热液矿床。成矿温度属中低温热液矿床的范围。
四、火山-沉积型重晶石矿床
根据目前已知资料,该类矿床在我国不多见,以镜铁山矿规模最大,矿体最长可达2000m以上,最厚可达150m,矿体呈层状、透镜体状产出。该矿床重晶石和镜铁矿共生,往往两者呈条带状相间产出。
火山-沉积型重晶石矿床的特点:矿体呈厚层状夹于地层之中。矿层与围岩产状一致,界线明显。结构、构造反映出火山沉积特征,矿石以具微细粒状结构和层纹状构造为特征。矿物成分比较复杂,重晶石往往与火山岩型矿物密切共生,即和镜铁矿、碧玉、铁白云石、钠长石、黄铁矿、黄铜矿等共生。重晶石往往不能单独产出,可作为其他矿产的副产品回收。矿区附近有大量火山岩体存在。重晶石矿床的物质来源,即与该火山作用有关。
五、风化(残坡积)型重晶石矿床
风化(残坡积)型重晶石矿床多形成于脉状重晶石矿体上面,由原生重晶石矿体风化堆积而成。
由于重晶石化学性质十分稳定,极不易被水溶解,相对密度较大,因此在重晶石矿床的近地表部分,由于风化残留的原因,则可以形成风化(残坡积)型矿床。该类型重晶石矿床的形成与地貌条件关系十分密切,多分布于第四系残坡积层的缓坡地形上,而在地形切割十分厉害的陡峻地区,则不易形成该类型重晶石矿床。该类重晶石矿床往往反映了原生重晶石矿床的存在。其规模大小、分布范围、品位高低均取决于原生矿床的规模和矿石品位。
该类矿床在我国南方分布较多。我国具有代表性的风化(残坡积)型重晶石矿床,如广西象州县寺村矿区、安徽含山县距子山矿区和海南岛儋县水岭矿区等。多数属于小型规模,储量有限。
中国重晶石矿成矿区带的划分是依照《中国成矿区带划分方案》(徐志刚等,2008)对成矿区带划分和研究的要求及原则,在综合研究并总结中国重晶石矿成矿规律基础之上提出的。成矿区带的划分以1:250万地质图及最新重晶石矿资料为基础,以重晶石矿区域成矿地质背景和成矿规律特点为依据,参照地质背景研究项目组提出的《中国大地构造单元划分》方案,和区域成矿规律研究项目组最新提出的《中国成矿区带划分图》中全国Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级成矿区带划分方案,提出中国重晶石矿三级成矿区带划分方案。
一、成矿区(带)划分原则
1)遵循成矿区带划分原则
Ⅰ区域矿产空间分布的集中性和区域成矿作用的统一性;
Ⅱ逐级圈定的原则;
Ⅲ成矿区(带)与矿床成矿系列的对应关系;
Ⅳ地球化学场、地球物理场资料对厘定成矿区(带)的边界有参考意义。
2)综合考虑Ⅲ级构造单元、全国成矿区带与重晶石矿矿集区三者之间的关系,依照重晶石矿成矿构造环境、成矿规律及地质分布划分全国重晶石矿单矿种的成矿区带。
3)重晶石矿三级成矿区带一般不跨越全国二级构造单元和成矿省,并尽量与三级构造单元及三级综合成矿单相一致。
4)重晶石矿三级成矿区带的划分,必须符合地质实际,具有总结重晶石矿产成矿规律及指导找矿预测工作的意义。
二、成矿区(带)分级及命名
1)按照全国成矿区(带)三分法的划分方案,将全国重晶石矿成矿区带划分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级。
2)一、二级成矿区带名称及编号采用全国统一的编号。
3)三级成矿区带暂以地理要素为主进行命名,按照统一的命名方法命名。
4)为与其他单矿种及全国综合成矿区带区分,重晶石矿三级成矿区带编号上加符号“Ba”表示重晶石矿成矿区带。
三、Ⅲ级成矿区(带)划分方案
重晶石单矿种Ⅲ级成矿区(带)划分方案,参见表8-2和图8-1。全国共划分了九个成矿省、23个Ⅲ级成矿区带。
(1)伊犁成矿省(Ⅱ-3)
ⅢBa-1伊犁成矿带。
(2)塔里木成矿省(Ⅱ-4)
ⅢBa-2卡瓦布拉克成矿带;
ⅢBa-3北山南部(甘-蒙)成矿带。
(3)华北陆块成矿省(Ⅱ-14)
ⅢBa-4太行成矿带;
ⅢBa-5中条山-王屋山成矿带;
ⅢBa-6胶东成矿带。
(4)阿尔金-祁连成矿省(Ⅱ-5)
ⅢBa-7北祁连成矿带。
(5)昆仑成矿省(Ⅱ-6)
ⅢBa-8柴达木盆地北缘成矿带。
(6)秦岭-大别成矿省(Ⅱ-7)
ⅢBa-9秦岭成矿带。
(7)喀喇昆仑-三江成矿省(Ⅱ-9)
ⅢBa-10义-香格里拉成矿带;
ⅢBa-11昌都成矿带。
(8)扬子成矿省(Ⅱ-15)
ⅢBa-12龙门山成矿带;
ⅢBa-13湘鄂西-黔中南成矿带;
ⅢBa-14滇东-川南-黔西成矿带;
ⅢBa-15江南隆起西段成矿带;
ⅢBa-16江南隆起东段成矿带;
ⅢBa-17武功山-杭州湾成矿带。
(9)华南成矿省(Ⅱ-16)
ⅢBa-18桂西-黔西南-滇东南北部成矿带;
ⅢBa-19桂中北成矿带;
ⅢBa-20钦州成矿带;
ⅢBa-21南岭中段成矿带;
ⅢBa-22粤中成矿带;
ⅢBa-23永安-梅州-惠阳成矿带。
表8-2 Ⅲ级成矿区(带)划分表
图8-2 中国重晶石矿成矿区带划分方案
山东省矿山地质环境问题较多,重要类型为地质环境污染和地质灾害。
一、水土污染
(一)地下水串层污染
1串层污染现状与危害
淄博市煤炭资源经过长期的开采,特别是20世纪的大规模开采,淄博煤田已进入衰老期,境内矿山相继闭坑,目前已闭坑的矿山有6处共18个井口。根据设计服务年限,在今后5~10年内,淄博市境内的所有统配煤矿都将闭坑停产。煤矿闭坑、停排矿坑水,改变了地下水系统的原有状态,对地下水水动力场和水化学场产生重大影响,并引起地下水水质恶化,给当地居民生活和工农业生产带来不利影响。
淄博市矿区的地下水“串层”污染早在20世纪90年代初便已形成。据1990年12月提交的《淄博市矿区水资源污染调研及防治措施研究》,龙泉428号井奥灰水受上部煤系地层地下水“串层”污染,各组分的含量较其他地段的奥灰水发生了明显变化。进入90年代末,随着煤炭资源的日渐枯竭,闭坑停采的国营矿井亦随之增多,其中以淄川境内闭坑的矿井最多,该区共有国营煤矿7个,独立生产井13眼,截止到1996年已有7眼报废,其他各井亦都属衰老矿井,也将先后停采报废。目前已停采的7个独立井口其开采范围从北部罗村镇的聂村和双沟镇的双沟一线,南到龙泉镇的麓村和南旺一带,西部以王母山断层为界,东部沿10层煤风化带为界,面积约57km2。部分矿井停止排水后,地下水位急剧上升。如原寨里煤矿北斜井1996年2月初停止抽水时,矿井水位由-24m急剧回升,至今已上升至+24m左右。矿坑水位的大幅度上升已对矿区煤系下伏奥灰水及上部砂岩裂隙水形成了不同程度的污染。其中以洪山煤矿大吊桥至小吊桥一带的奥灰水受污染最为严重,地下水中SO2-4平均含量12654mg/L,超出生活饮用水标准506倍,总硬度平均含量1517mg/L,超标337倍。其含量不但远远高出外围地段的奥灰水,而且较矿区部分井孔终孔时奥灰水质发生了明显变化。大吊桥133号孔,1993年7月份的水质分析结果表明,奥灰水中SO2-4含量已达132082mg/L,总硬度16640mg/L。很显然,矿井水(包括煤系劣质裂隙水)位的上升,已对矿区部分地带的奥灰水形成了“串层”污染。
2污染通道
矿坑水污染岩溶水属串层污染,其中必有污染通道,在洪山煤矿区矿坑水与岩溶水可能沟通途径有3种:一是断层构造;二是坑道钻孔;三是供水井。据初步调查,洪山矿区周边虽为断裂构造包围,但矿区内断裂不发育,存在少量小规模断层,有的未能沟通两者水力联系,对采矿有威胁的断裂在开采过程中已实施了有效的注浆封堵,因而在开采期间未发生大的突水事故。洪山煤矿确实存在坑道供水钻孔,但随地面供水井的施工,为保证矿山安全生产,该矿从1979年到1982年先后5次对井下钻孔实施了有效封堵,共减少坑道涌水量173088m3/d。封堵各类充水水源是矿山的一贯做法,其目的就是为了减少排水成本,保证安全生产。因此,沟通矿坑水与岩溶水的主要途径就是供水井。如前所述,本区开采岩溶水的供水井多数要穿越煤系地层,但早期施工的供水井和部分农灌井根本没有止水措施。有些供水井成井质量低劣,止水效果不好。另有部分供水井止水套管被矿坑水腐蚀或因煤矿采空区地层变形井孔扭曲,导致止水工艺失效。所有这些,都沟通了优质岩溶水与劣质煤矿矿坑水的水力联系。
尽管早已存在奥陶系含水层与矿坑水沟通的事实,但在煤矿正常生产期间,由于疏干排水,矿坑水位被降得很低,远低于同期奥陶系岩溶水水位(两者水位差多在40~50m),岩溶水补给矿坑水,因而不存在矿坑水串层污染岩溶水问题。但一旦煤矿闭坑,停止疏排矿坑水,导致矿坑水水位的急剧抬升,当矿坑水水位高于岩溶水时,首先在沟通水井部位产生串层污染,之后污染不断扩散,污染范围也逐渐增大,直接危及生活和工农业生产供水(图9-5)。
淄博煤田洪山煤矿正常开采期间,矿坑水位被降至-24m以下,同期奥陶系岩溶水位在30~50m。1994年4月洪山矿批准报废,1996年7月矿坑水位已升到+45m,1997年8月矿坑水位上升到+73m水平,矿坑水沿斜井自流地表,而此时岩溶水位却因过量开采降至5m左右,矿坑水位高于岩溶水位近70m,从而导致大量矿坑水反向补给岩溶水,造成供水井串层污染,水质急剧恶化,洪山煤矿所在的罗村一带居民吃水困难,工农业供水发生危机,社会影响极大。
3串层污染成因
石炭、二叠系煤系地层一般由砂岩、页岩、灰岩、煤层等互层组成,煤层是相对隔水层,在天然条件下,煤系地层中各含水层因煤层的阻隔,使彼此之间的水力联系较弱。煤层采出后,矿层顶板(含老顶板)产生断裂并错动,层位发生位移(塌陷),且在采动影响带内出现大量裂隙,甚至使上下含水层与河水发生水力联系,破坏了地下水赋存条件。矿井停止排水或排水量减少后,随着含水层地下水位的不断上升,一方面使浅埋区优质地下水通过各种导水裂隙充入采空区转化为矿坑水形成污染,或矿区深部承压含水层的劣质水通过采空区与上部含水层发生水力联系,造成对地下水(煤系砂岩裂隙水)的“串层”污染;另一方面,当劣质矿坑水水位高于下伏优质奥陶系灰岩岩溶水水位时,将渗漏补给并对其形成“串层”污染。
淄川区位于孝妇河流域的中上游地带,是淄博煤田的主要集中分布区,矿井的大面积闭坑与停止排水,不仅对矿区及下游的工农业生产和人们生活造成严重影响,同时对流域生态环境将造成严重破坏,因此,如何妥善处理矿井排水与污染之间的矛盾,有效地遏制矿坑水对地下水环境的污染,已是目前的当务之急。
(二)油气开采区散落油污染
山东省油气资源丰富,主要分布在东营市及滨州市。多年来,油气开采活动对区内地表水、地下水和土壤环境已造成不同程度的污染。
1东营市采油污染现状
石油开采业为东营市首要污染行业,其污染负荷占全市跨行业污染负荷的495%。据东营市地质环境监测报告(1996~2000年),在该市常年监测的11条河流中,除黄河污染较轻外,织女河、阳河、淄河、小清河、广利河等10条河流污染较重,其中石油类检出率和超标率均高达100%,平均含量1314mg/L,最大超标倍数(地表水环境质量标准Ⅲ类)70余倍。近岸海域石油类检出率亦较普遍,且多有超标现象,如盐业养殖区和自然保护区内石油类超标倍数皆为2倍多。
东营市地下水污染尤其是石油污染非常普遍,由于广泛分布不能饮用的咸水,故危害并不突出,但在浅层淡水分布区此种危害较明显。1999年对淄河沿岸地下水污染现状调查表明,淄河沿岸浅、深层地下水均受到不同程度污染,污染因子以油类为主,其次为CODCr、矿物质等。浅层地下水受污染面积458~525km2,深层地下水中油类检出最大值为132mg/L。
图9-5 闭坑矿山串层污染示意图
2滨州市采油污染现状
据滨州市地质环境监测报告(1996~2000年),对区内小清河、朱龙河、孝妇河、支脉沟、德惠新河等10条河流水质监测表明,河水中石油类检出率及超标率(按地下水Ⅲ类标准)高达100%,平均含量1667mg/L,最大超标倍数100余倍。下河、单寺、杜店、小营、纯化5个集中采油区地下水已遭受石油类污染。
二、矿山地质灾害
目前山东省矿区地质灾害问题较为突出的矿种为煤、铁、金、建材、石膏、滑石矿等。主要灾害有采空塌陷、岩溶塌陷、矿坑突水等。
(一)采空塌陷
采空塌陷是山东省矿区最主要的地质灾害,涉及煤矿、金矿、铁矿、石膏、滑石等矿种,其中以煤矿采空塌陷造成的危害最为突出。伴随采空塌陷出现的往往还有地裂缝、山体开裂等。采空塌陷主要分布于煤矿采空区,其次是金、铁矿及石膏、滑石矿等采空区,但从突发性和对人民的生命财产安全上来讲,又以金、铁、石膏、滑石矿更为严重。全省17个城市中有10个存在规模不同的采空塌陷。塌陷面积规模较大的依次为泰安(主要分布于煤炭资源丰富的新泰、宁阳、肥城三地)、济宁(主要分布于兖州及济宁煤田)、枣庄(主要分布于滕州及陶枣煤田、峄城及底阁石膏矿区)、莱芜(四大国有煤矿区、张家洼及小官庄铁矿区、莱芜铁矿马庄矿区)、烟台(主要分布于金矿资源开采强烈的招远、莱州、牟平及龙口煤矿区)。
采空塌陷是由于矿层(体)采出后,采空区上方岩层在重力作用下发生弯曲、离层以致冒落形成的。按岩石的破坏程度,自采空区地表可划分3个不同的变形影响带,即冒落带、裂隙扩展带和弯曲变形带。有关资料表明,冒落带与裂隙带影响高度是矿层开采厚度的十倍甚至数十倍,当采空区冒落带影响到地表时,地表出现塌陷坑;若只有裂隙带发育到地表,则地表以地裂缝为主;当三带均发育时,弯曲变形带上方地表往往形成塌陷盆地,盆地中心下沉深度最大,边缘最小。由于塌陷体的四周断面与水平面的夹角较大,故塌陷盆地面积一般略大于采空区面积。
采空塌陷的影响因素错综复杂,其发生发展过程及地表形态特征主要取决于矿层条件、顶板岩性特征、地质构造和采高、开采条件等。
采空塌陷是危害极大的矿区地质灾害之一,它使地表植被、土壤及地层结构遭到破坏,严重恶化了自然生态环境,其所造成的经济损失是巨大的,直接影响着人们的生活、生产环境,严重威胁着人们的生命财产安全,制约着国民经济可持续发展健康发展。对人们生产、生活产生重大影响,山东省煤炭资源大多集中分布于山前平原及山间平原内,这些地段土地肥沃,地势平坦,又常是村镇集中、人口稠密的地段。因此,采矿引发的地面塌陷不但使其影响范围内的大量村庄被迫迁移、建筑物遭受破坏,而且使大面积良田因受地形起伏过大、地面积水、地裂缝等影响而荒废或绝产,浪费巨大的人力物力财力,甚至发生死亡事故。除去因煤炭开采而搬迁居民地的费用不计,按每亩年创收2000元计算,每年新增塌陷地约20km2,每年损失就达6000万元;荒废5年就会损失3亿元。根据经验,塌陷地若要实现复垦,每亩需投入资金平均在10000元以上,因而每年因采煤引起的地面塌陷所造成的经济损失,在不包括道路维修、建筑物拆迁费用前提下,仍在1亿元以上,这是一个非常可观的数字。采空塌陷还严重破坏公共设施、道路交通,对深部采矿构成威胁,对地表水及地下水资源产生破坏。
据近几年调查资料,山东省各类矿山采空塌陷面积为40301km2,其中煤矿采空塌陷最大,占采空塌陷面积的97%。各主要矿种的采空塌陷现状分述如下:
1煤矿区采空塌陷
山东省采煤历史悠久,开采方式从以往的小规模开采转入现今的机械化深部大规模开采,随着采空面积和采空范围的不断扩大,各采煤区相应的发生了一系列规模不等、形状各异的采空塌陷。据不完全统计,全省因采煤造成的采空塌陷已达800余处,累计塌陷面积392625km2,其中农作物绝产面积大于50km2,平均万吨煤地面塌陷率达00037km2。山东省煤矿区采空塌陷情况见表9-3。
表9-3 山东省煤矿区采空塌陷情况统计表
塌陷的平面形态多为圆形、椭圆形的塌陷盆地,盆地中心下沉深度各地不一,最大下沉深度125m(肥城王瓜店),最小下沉深度01m(枣庄黄庄煤矿)。其中塌陷区最大下沉深度小于15m,地表形态相对变化较轻的塌陷面积累计1246km2,占全省总塌陷面积的3174%;塌陷区下沉深度大于15m,地表形态相对变化较大的塌陷面积累计26803km2,占全省总塌陷面积的6826%。后一类塌陷分布区,地表地形起伏较大,在第四系沉积厚度较大或地下水位埋深较浅的地段,常形成季节性乃至常年性积水洼地,导致土地复垦困难或不能复垦。据不完全统计,目前,全省部分老塌陷区的常年积水面积已达482km2以上,造成了耕地的大面积绝产。
由于各地区成煤条件(厚度、埋深、顶底板岩性等)的差异,以及各采煤区开采方式的不同,使得各采区采空塌陷的发育规模差异较大。省内济宁、枣庄、泰安、龙口、临沂、淄博和坊子七大采煤区,除淄博采煤区的采空塌陷的发育规模较小外,其他地区的采空塌陷均较严重。尤其以济宁、枣庄、泰安三地市所辖煤田区的采空塌陷最为严重,累计塌陷面积达31281km2,占全省采空塌陷总面积的7967%,不但塌陷分布面积大,下沉深度深,而且积水面积广,造成的损失和社会影响亦极大。
(1)济宁煤矿区
主要包括兖州煤田、济宁煤田,可采煤层2~3层,煤层倾角8°~12°,厚度8~12m,最大1877m,煤层埋深200~1000m不等。现有煤矿矿山企业40个。自1968年以来,各矿井陆续建成投产,现年生产能力达4838万t,开采深度100~600m。近年来,因长期大规模开采地下煤层,导致了采空区地面塌陷的相继发生。据不完全统计,区内采空塌陷面积已达12796km2,占矿区总面积的991%,其中已复垦面积36km2。下沉深度一般25~75m,最大达92m。由于塌陷区下沉深度普遍较深,地形起伏较大,而且塌陷区第四系沉积厚度大,因此,各塌陷多为常年或季节性积水盆地。据不完全统计,塌陷区累计积水面积达20km2,平均积水深度4m。
(2)枣庄煤矿区
枣庄矿区采空塌陷主要分布于区内的西北部、中部、东南部的山前平原区,区内煤田有:陶枣煤田、官桥煤田、滕州煤田和韩台煤田,矿区面积1546km2。可采煤层6层,其中以石炭系太原组第十四层煤(煤层厚度14m左右)和二叠系山西组第三层煤(煤层厚度3~8m)为主要开采层,煤层埋深20~500m不等。矿区内现有采煤矿山企业18个,自1965年至今相继发生采空塌陷,累计塌陷面积达7901km2,占矿区总面积的51%。目前,采空塌陷主要集中于陶枣煤田,塌陷面积45km2,其次是滕州煤田和官桥煤田,塌陷面积分别为2751km2、65km2,塌陷区下沉深度一般为1~23m,最深9m(柴里煤矿)。
(3)泰安煤矿区
泰安市是山东重要的煤炭生产基地,煤矿主要分布于肥城、新泰、宁阳等地,含煤面积840km2,占全市总面积的108%,可开采面积240km2。可采煤层5~8层,煤层平均总厚度25~8m。全市现有煤矿矿山企业81个。采空沉陷主要分布于肥城市、新泰市及宁阳县煤田开采区,以肥城煤田沉陷面积最大,对地质环境、工农业生产及城乡建设破坏最为严重。目前,全市累计沉陷面积已达10584km2。
2铁矿区采空塌陷
省内铁矿采空塌陷相对较轻,尽管目前济南、莱芜、淄博等铁矿主要产地的矿山开采已具规模,但由于矿石采出后对采空区大都进行了尾矿充填,因此,铁矿采空塌陷的发生得到了有效地控制。据调查,至2002年底,全省仅发生3处采空塌陷,莱芜2处、淄博1处,累计塌陷面积2673km2。
(1)淄博黑旺铁矿朱崖矿区庙子区采空塌陷
发生于1987年10月7日,塌陷的形成具有突发性特点,塌陷的平面形态呈长条状,长310m,宽8~12m,深6~8m。坑内陷入8户人家,死、伤各12人,百余间民房遭受不同程度破坏。
(2)莱芜张家洼小官庄铁矿区采空区塌陷
小官庄铁矿采空区塌陷发生于小官庄东、西采区,累计塌陷面积23km2,塌陷的平面形态呈圆形盆地状,其形成过程具渐变特征。塌陷盆地形成之初,首先在采空区上方产生小范围的地表沉降变形,之后,地表变形范围及沉降量由边缘向中心逐年增大,年沉降率069m(西采区),至沉降中心出现圆桶状塌坑。塌坑直径10~30m,深20m,塌后坑中有积水,塌坑发生后地面沉降仍呈继续发展趋势。
(3)马庄铁矿采空区塌陷
马庄铁矿采空区塌陷发生于马庄铁矿区内,累计塌陷面积037km2,塌陷区沿采空区呈条带状延展1000m分布,最大塌陷坑深达10m,现塌陷已呈稳定状态。目前,马庄采空区采用了尾矿充填新技术,采空塌陷得到了有效控制,今后一般不会发生采空塌陷。
3金矿采空区塌陷
金矿采空塌陷主要分布于胶东金矿区的招远、莱州、牟平、威海等地。据不完全统计,到目前为止,金矿开采区发生采空塌陷160多处,累计塌陷面积约0851km2。塌陷的形态多为条形塌坑,走向与矿脉走向一致。塌坑两侧边坡陡立,地表岩体内沿矿脉走向的张性裂隙发育,裂隙宽度可达20cm,受矿脉地质特征和开采规模的控制,塌坑的发育规模(长、宽、深)差异悬殊。塌坑长度一般十余米至数十米不等,最长达800m。
4石膏、滑石等矿区采空塌陷
山东省石膏矿储量十分丰富,石膏生产量呈逐年上升,产量供大于求,因此矿区采空塌陷也越发突出。目前采空塌陷主要分布于临沂市平邑县、苍山县石膏矿区和枣庄底阁石膏矿区,累计塌陷面积1774km2。2001~2002年度临沂市、枣庄市国土资源局成功预报了两起石膏矿采空塌陷,避免了重大的人员伤亡和财产损失。
(1)平邑石膏矿区采空塌陷
面积0038km2,2001年8月26日,平邑县卞桥镇石膏矿采空区发生地面塌陷,面积1万多平方米,中心区塌坑深5m多,塌陷上方正对着小东庄30多户村民住宅。由于预报成功,避免了小东庄116户村民的人员伤亡和财产损失。
(2)枣庄底阁石膏矿区
现有石膏矿山21个,多数矿山已有近20年的开采历史,开采规模已基本趋于稳定。采空沉陷始于1990年,现有塌坑16处,沉陷坑多呈东西向长条状,采空塌陷面积172km2,塌陷区下沉深度一般05~25m,最深处达7m。2002年5月20日21时,峄城区底阁镇市联营石膏矿区发生一次大规模地面塌陷,一次连片塌陷面积达214亩,后又续塌40余亩。由于监测准确,预报成功,避免了正在作业的6个矿井的400余名矿工的伤亡,避免经济损失460余万元。
(3)滑石矿采空区塌陷
主要分布于栖霞、莱州等地,现已发生采空塌陷3处。最大的一处发生在莱州市滑石矿采空区,塌陷形态为椭圆形盆地状,面积约045km2,塌陷中心下沉深度3m左右,该塌陷的发生对位于其西部的莱州市滑石矿构成了很大威胁,目前矿院围墙已有多处倾斜开裂,墙体裂缝最宽可达10cm。
(4)重晶石矿采空区塌陷
临沂、潍坊等地在开采重晶石矿的过程中,曾先后发生较大规模的采空塌陷,并造成了严重的人员伤亡事故。1981年10月,临沂市临沭县曹庄镇大哨村南500m的重晶石矿区发生采空塌陷,致使井下正在采矿的工人6人伤亡;潍坊高密市王吴乡东南西化山村附近的重晶石矿区,1982年至1986年间,亦发生两次采空塌陷,塌陷的平面形态为条带状,塌陷中心最大塌陷深度5m,累计塌陷面积45km2。其中1982年发生地面塌陷时致使4人死亡,直接经济损失20余万元;1986年矿区又形成一宽5m,长50~60m,深4~5m的塌坑。塌陷发生后,对部分地段进行了回填,到目前为止,矿区未再发生地面塌陷。
(二)岩溶地面塌陷
岩溶地面塌陷是一种发生在隐伏碳酸盐岩地区的突发性地质灾害。全省因开采固体矿产而引发的岩溶塌陷面积约306544hm2。相对于采空塌陷,岩溶塌陷面积较小,目前只局限于莱芜铁矿区、蒙阴洪沟煤矿区、沂南金矿区3个矿区。
1莱芜铁矿区
矿区内分布着十余处不同规模的热液交代式铁矿,自20世纪50年代末相继建矿开采。塌陷最早发生于谷家台矿区,1973年谷家台矿区大抽水,当水位降深224m,涌水量21385m3/d,赵庄“天窗”及其附近,沿张公清断裂东侧发生走向北北东向的突发地面塌陷群,较明显的塌陷有12处。目前,矿区地面塌陷已发展到117处,累计塌陷面积6320m2。塌陷的形态多为井筒状或坛状,直径04~35m,可见深度04~13m。塌陷造成了部分农田被毁,房屋开裂,给人们生命财产安全造成很大威胁。据调查,受岩溶塌陷影响,矿区范围内至今已有10个自然村328户被迫搬迁,不需搬迁但要维修的危房户有996户。
2蒙阴洪沟煤矿区
1991年5月28日,洪沟煤矿地下150m处巷道发生突水事故,巷道内地下水位以24m/h的速度上升,次日凌晨矿井全部被淹。与此同时,距突水点04km的洪沟村西南、洪沟河东岸出现塌陷坑69个,形成塌陷高峰。随后,5月30日~6月3日又相继发生地面塌陷,使矿区塌陷达到78处,最后1处发生于1992年3月18日。塌陷坑群沿洪沟古河床东侧分布,在长2000m、宽400m的范围内出现塌坑148个。形态多为圆形井筒状,直径2~10m,可见深度3~5m,最深15m,最浅05m,累计塌陷面积约03km2。
3沂南金矿区
1992年3月21日晚,沂南金矿发生突水,之后突水点上部地面即发生地面塌陷。塌陷分布于铜井镇东南1000m的铜井河床内,共有塌陷坑13个,直径15~7m不等,可见深度4~10m,累计塌陷面积约224m2,塌陷区内的塌陷坑现已填平。
(三)崩、滑、流等重力地质灾害
采矿引发的岩体开裂、崩塌、滑坡等重力地质灾害主要分布于胶西北中低山金矿开发区,金矿脉沿山体被采出后,如果不及时进行回填处理等,即可引发上覆岩体开裂、崩塌等。目前,在烟台市的招远、龙口、莱州、牟平等金矿区,此类重力地质灾害非常普遍,金矿毛石、尾矿不合理堆放引发的渣石流在区内也时常发生。另外,石材开发易造成边坡失稳,产生崩塌、滑坡等,此类地质灾害主要分布于鲁中南、鲁东石材开发区。
1矸石堆引发的重力地质灾害
矸石堆自然安息角38°~40°,在人为开挖和降雨等外力作用下,易失稳引发重力灾害,如渣石流、坍塌等。自20世纪80年代以来,省内已发生较严重的矸石堆重力灾害10多起,造成20多人死亡,多人受伤。山东省枣庄煤矿北煤井一矸石堆于1994年发生坍塌,导致17人死亡、7人受伤。2002年,枣庄蒋庄煤矿一座高50余米的自燃矸石山发生塌落事故,主要原因是矿主经营煤矸石山却无任何保护措施,山体下部被挖成垂直状,上部因震动向下滑动,造成一辆汽车被埋烧焦,1人被烧焦,4人严重烧伤的严重事故。目前,全省多处矿山存在矸石堆重力地质灾害,如淄博矿业集团有7处矸石堆存在坍塌隐患。夏庄矿矸石堆坍塌,已危及附近居民的安全,应引起有关部门的重视。
2尾矿坝引发的重力地质灾害
尾矿坝失稳造成的灾害在全省矿山中时有发生,主要分布于胶东金矿区。尾矿稳定性危害表现形式有两种:
1)水和风力的常规搬运作用造成的水土流失;
2)尾矿渣石流及尾矿库坝等重力稳定性问题。
其中以后者危害更为严重。1997年8月,招远金矿玲珑选矿厂尾矿库排水斜槽盖板发生断裂损坏,山洪挟尾矿砂顺流而下,冲毁台上村果园10余亩,农田25亩,淤塞小型水库一座,17户村民无家可归。1989年,招远金矿九曲蒋家矿区太坑巷道大量涌水,涌水把蒋家村尾矿库坝冲毁造成渣石流,造成直接经济损失50多万元。九曲蒋家村另一座尾矿库坝由于设计及施工质量差,也曾在汛期发生塌滑事故,造成较大经济损失。玲珑镇罗山河两岸堆放着几十座尾矿库,每年汛期都有大量尾矿砂淤积到界河床中,需花费大量的人力、物力清淤,给当地的经济发展造成很大影响。
三、资源毁损
(一)矿业开发占用及破坏土地资源
目前,全省矿山企业矿区总面积约804976km2,占全省国土总面积的51%。矿山开发建设占用及破坏土地的类型主要为耕地。矿山开发占用及破坏土地的方式主要有露天采矿场、固体废料场、尾矿场、地面塌陷区等。山东省土地利用率较高,2007年全省耕地面积707万hm2,人均耕地1066亩,低于全国人均水平。近几年耕地面积逐年下降,由1990年的103013万亩降至2007年的9480万亩。
(二)地貌景观的破坏
近年来,山东工程建设高速发展(全国水泥生产第一大省及高速公路通车里程最多省份),对水泥、砂石料等各种建筑材料需求量大增,特别是建材矿山数量迅速增多,其点多、面广,影响范围几乎涉及城乡各地,其开发引发的植被破坏、水土流失、景观损失等生态环境问题十分突出,矿山生态环境恢复工作难度非常大。长期的露天采石、采砂、采土和工程施工建设,留下或正形成许多采石(砂、土)坑、挖掘面、滚石带和众多废石(土)堆,严重破坏了地质地貌形态,使原本美丽天然的地质地貌景观变得满目疮痍,恶化了自然生态环境。
中国的重晶石矿床在各个地质时代都有产出,主要集中在寒武纪、泥盆纪、奥陶纪和中生代的地层中。层状重晶石矿床主要集中于寒武系,其次是泥盆系。脉状矿床多产在奥陶系、泥盆系和三叠系。层状重晶石矿床主要产于构造活动褶皱带(区)和地台区的深水盆地中。脉状重晶石矿床主要产在地质构造较稳定的碳酸盐岩地台区的碳酸盐岩台地中。
中国重晶石矿床中下寒武统层状矿床总规模十分巨大。层状矿床与同沉积的活动性大断裂空间关系亦很明显,说明矿床与构造关系密切。脉状重晶石矿充填于中、小型断裂、裂隙中,明显受构造控制。
形成重晶石的沉积盆地与成矿有着密切的关系,一类是较深的还原性静水盆地,沉积物颗粒细小,碳酸盐含量少,有机质含量高,形成层状矿床。另一种盆地为浅水、氧化、动荡的盆地,以碎屑岩和浅水碳酸盐沉积为主。这种盆地在沉积时期形成含Ba高的矿化层,但只有在后期地质作用改造下才能富集成脉状矿床。
重晶石矿床的含矿岩系也各有特色,层状矿床的含矿岩石为含有机质的碎屑岩、硅质岩,并具有眼球状构造;脉状重晶石矿床的围岩常为含燧石的碳酸盐岩与沉积初期的碎屑岩,普遍有明显的硅化蚀变。层状与脉状重晶石均与SiO2有密切关系。
重晶石矿床的矿物组分相当一致,化学成分简单而稳定。层状重晶石矿床矿物组合以重晶石、石英、粘土矿物为主,脉状重晶石矿床矿物组合中主要矿物为重晶石、石英和碳酸盐。 中国重晶石矿床分为层状型、层状、脉状型、改造型脉状及堆积型四种矿床类型。层状重晶石矿床受地层和岩相的控制非常明显,大多数的脉状重晶石矿床在区域上大都与一定时期的地层有关。在一些地区,层状重晶石矿床和脉状重晶石矿床都产在同一时代的地层中。
中国重晶石资源丰富,全国26个省,市自治区均有分布,主要集中在南方,贵州省占全国总储量三分之一,湖南、广西分别居全国第二、第三位,中国重晶石不但储量大,而且品位高,BaSO4>928%。富矿储量占全国富矿总量的994%,大中型矿储量占全国总量884%,截止95年底,中国已探明重晶石储量46亿吨。
(一) 层状型重晶石矿床
层状重晶石矿床产于一定的地质时代,受地层及岩性严格控制,矿体呈层状、似层状及透镜状整合产于沉积地层中,矿石具有明显的沉积构造和结构。
中国主要的大型与特大型层状重晶石矿床主要集中在寒武系,其次是泥盆系,而且集中产于秦岭和华南地区。层状重晶石矿床沉积盆地可以是地壳活动性很强的秦岭褶皱带和活动性较强的东南沿海褶皱带,也可以是较稳定的江南古陆两侧地台型凹陷,但都是深水、半深水停滞性的静水还原性盆地,有机质含量高。
层状重晶石的含矿地层以细碎屑岩为主,具有眼球状构造,核部为块状重晶石,两侧为条纹状、条带状重晶石,再外侧为硅质岩,最外层为细碎屑岩。
层状重晶石矿床与深大断裂带关系密切,例如湖南新晃贡溪矿区就位于控制岩相突变的活动性大断裂附近,有些矿区有明显的火山喷发和潜火山岩脉。
层状重晶石矿床的矿石矿物大多为单一的重晶石。重晶石岩及与其关系密切的硅质岩中微量元素的种类及含量均很少,而细碎屑岩中微量元素丰富,具有固定的元素组合如P、V、Mo、U等。重晶石及其围岩有机质含量高,主要由低等浮游生物所形成,这表明沉积环境为较深的、停滞的静水还原性盆地。
(二) 层状-脉状型重晶石矿床
此类重晶石矿床指在矿区范围内同一时代地层中既有层状重晶石矿床,也有脉状重晶石矿床,两种矿床都有工业意义,且具有密切的成因和空间联系,是同一成矿过程在不同环境的不同表现形式。如广西来宾和广西象州重晶石矿田(床)等。
在一个矿区或同一沉积盆地范围内由若干矿床组成的矿田中,存在同一地质时代的层状重晶石矿与脉状重晶石矿。空间上,层状矿层位在上,脉状矿层位在下,脉状矿分布的地层范围基本上不超过层状矿的层位。层状矿与脉状矿的矿物成分、矿石结构、构造有密切的成因联系,并表现系统演化的趋势。层状矿与脉状矿的成矿物理化学条件一致,并有符合地质环境的规律性的演变关系。总之,层状矿与脉状矿是统一的成矿作用的不同表现形式。
(三) 改造型脉状重晶石矿床
改造型脉状重晶石矿床指重晶石及共生矿物沿各种构造裂隙和非构造裂隙如破碎带、断裂和层理面,以充填和交代方式形成的形状不规则的矿床。
中国改造型脉状重晶石矿床在各个地质时代都有产出,含矿围岩多种多样,以沉积碳酸盐岩和碎屑岩中的脉状重晶石矿床较为重要。改造型脉状重晶石矿床常成群分布,矿脉众多而单个矿脉规模有限。由于它容易发现和识别,易采选,便于乡村集体民采,目前仍是中国的主要开采对象,产量十分可观,但地质研究程度较低。
中国从中、新元古界到三叠系,碳酸盐岩都很发育,形成大面积分布的巨厚碳酸盐岩建造,许多省(区)都有产于碳酸盐岩中的重晶石矿床,其中较重要的有河南奥陶系、黔东南寒武系—奥陶系、川东南奥陶系、广东的泥盆系—石炭系、四川和贵州的三叠系中的重晶石矿床。
(四) 堆积型重晶石矿床和与其他矿伴生的重晶石矿床
堆积型重晶石矿床是指那些产在未固结松散沉积物中的重晶石矿床。中国许多重晶石矿床,特别是以碳酸盐岩和碎屑岩为含矿围岩的矿床,在其附近的松散沉积物中,都有多少不等的堆积型重晶石矿床。这种矿床是原基岩矿床经近代风化作用在原地或经短途搬运而形成的。代表性矿床如广西象州寺村的古兰岭、火把岭和上山等三个矿段。
在许多金属和非金属矿床中常伴生有重晶石,有些重晶石比较富集,甚至可以构成单独的矿体,一般说来,这些在主矿矿石中分散存在的重晶石矿物或可圈出重晶石矿体,多不具单独开采价值,但在开采主矿时,可综合回收利用。代表性矿床如甘肃镜铁山铁矿床的伴生重晶石矿。 广西是中国最大的重晶石生产基地,重晶石生产广泛分布在象州,武宣,三江,永福,扶绥,鹿寨等20余个县区域内。自治区重晶石矿年产量在100万t以上,以象州县产量最高,达45万t,永福次之,产量14万t,扶绥思同重晶石矿产量36万t广西重晶石矿产量高,质量好,在国内外市场上享有较高的知名度,出口和内销量均居全国榜首。矿床属脉状型重晶石矿床,矿区水文地质条件简单,矿体围岩为硅化泥质粉砂岩,界线清楚,围岩稳固,开采条件简单。
2 贵州
贵州重晶石矿资源丰富,约占全国重晶石储量的60%,是中国重晶石第二大生产基地。主要分布在天柱,麻江,黄平,凯里,施秉5市其中天柱县大河边重晶石矿区为特大型矿床,已探明D级储量1088104万t,麻江县境内探明D级储量1600万t,黄平,凯里,施秉3县市探明D级储量达1000万t左右。贵州重晶石矿品质较好,其中BaS含量超过85%以上的富矿占70%,其品位完全符合工业化生产要求。贵州重晶石储量全国第一,但目前开采量及出口不及广西,目前全省共有重晶石矿山80多个,如正常开采,年采出矿石量可达1000万t以上。开采原矿的多,深加工企业少,目前只有100万t河北辛集化工集团年产18万t碳酸钡项目2004年3月28日在贵州省天柱县建成投产,将使贵州重晶石产量超过广西,成为中国最大的重晶石生产基地。
3 湖南
湖南省重晶石矿区主要分布在衡南,新晃和浏阳等地。全省重晶石矿业极为发达,湖南怀化地区重晶石年产量即达80万t,其中湖南新晃侗族自治县重晶石储量28亿吨,为全国特大型优质矿床。湖南衡南潭子山重晶石矿床赋存于上白垩统红色陆相沉积中,矿床规模大型。单矿体长100~700m,宽30~135m,厚5~65m矿体重晶石含矿率775%~2043%矿石品位一般为85%左右。矿山以斜坡露采为主,采用重选和手选选矿。
4 湖北
湖北省拥有丰富的重晶石矿产资源,广泛分布在随州松滋,枝城,五峰山等地区。湖北随州柳林是特大型重晶石矿床矿区包括田家冲—谢家店,六合湾和金桥岭三个矿段。六合湾和金桥岭矿段由湖北随州柳林重晶石矿开采,于1978年正式投产,年产量约15t/a
5 陕西
陕西省重晶石矿主要集中在安康地区,东接湖北省,南邻四川省,踞巴山,临汉水,而且古老的秦岭地槽造就了以重晶石,硫铁矿为主的丰富的非金属矿产资源。境内赋存有大型重晶石矿床。矿带位于古秦岭地槽褶皱带内,元古界震旦系变火山碎屑凝灰岩构成了该矿区基底构造,寒武—奥陶系碳质硅质岩建造构成了上构造层,期间为角度不整合接触,重晶石矿体受层位和古地理环境控制,主要沉积于弱碱性氧化介质条件的浅海边缘的寒武—奥陶下部岩性段中,为单一的重晶石矿体。已探明重晶石储量为2400万t,矿体中的主要成分是重晶石,次为石英,并见少量粉尘状碳质,矿石构造主要为紧密镶嵌,致密块状,次为层状构造,矿石工业类型均为重晶石型硫酸钡品位90%~98%,平均品位94%,最高达9933%,密度42g/cm3以上,最大达到45,具有储量大,品位高,易开采的优点,是重晶石出口和加工重晶石粉的可靠基地。
6 福建
已探明的重晶石储量主要集中在福建永安市李坊矿区,矿床为沉积型矿床,该区包括四个矿段,年生产能力为40万t,年出口20万t
一、重晶石矿的空间分布规律
中国重晶石矿床在空间上的分布具有广泛而又相对集中的特点。截止到2011年底,探明储量的矿区有220余处,广泛分布于全国25个省(区),全国总共查明重晶石矿资源29亿t。就省(区)而论,以贵州省重晶石矿最多,占全国总量的321%,湖南、广西、甘肃、陕西、浙江等省(区)次之。以上六省查明资源储量合计占全国总量的86%以上。
沉积型重晶石矿床主要分布湖南、贵州、湖北、广西、甘肃、陕西和西藏等省(区),集中在扬子地块的南缘和北缘,多为大中型规模,是开采和计划开采重要矿床类型。层控型重晶石矿床多产于贵州、四川、广东、湖北、河南、山西等地,集中在扬子地块和华北地块的碳酸盐岩地台区,规模常为中到大型。热液型矿床主要分布在山东、湖南、贵州及广东等省,在我国西北也有少量矿床(点)产出,集中在深大断裂附近(如郯庐断裂),矿床规模多为中型和小型。火山-沉积型矿床出现在地槽处,重晶石常是共伴生矿,是综合利用产品,四川白玉呷村和甘肃肃南桦树沟镜铁山为重要产地,规模为大型。风化(残坡积)型矿床主要分布于我国南方地区,原生矿体的附近。
二、重晶石矿的时间分布规律
中国重晶石矿床主要有沉积型、层控(内生)型、热液型、火山-沉积型和风化型(残坡积型)五种。沉积型重晶石是中国最重要成因类型,主要产于寒武纪或震旦纪—早寒武世中,其次是奥陶纪、志留纪、泥盆纪和石炭纪,少数产于中生代白垩纪。层控型重晶石主要产于晚寒武世—早奥陶世的沉积地层中。热液型重晶石主要产于中生代白垩纪,以及古生代奥陶纪、泥盆纪等。火山-沉积型重晶石主要产于前寒武纪元古宙弧-盆中微型古陆和印支旋回三叠纪岛弧中。
由此可见,中国的重晶石矿床在各个地质时代都有产出,主要集中在寒武纪、泥盆纪、中生代的地层中。从构造旋回上看,主要与加里东旋回、华力西旋回、印支旋回和燕山旋回有关。在重晶石成矿的演化时序上,大多出现于每一个旋回的底部或下部(图8-1)。
从图8-1明显看出加里东旋回的下部寒武纪是中国沉积型重晶石矿床的一个重要的成矿时代。已知产于下寒武统底部的沉积重晶石矿床的探明储量,占中国重晶石总探明储量的60%左右。
产于华力西旋回下部泥盆系的重晶石矿床有沉积型的(广西来宾、贵州镇宁)、热液型的(广西象州、山东安邱、湖南衡南)。产于印支旋回的主要是三叠系火山-沉积重晶石矿床(四川呷村)。产于燕山旋回的有白垩系沉积重晶石矿床(西藏类乌奇)。
上述各个旋回沉积重晶石矿床,多位于硅质岩、炭泥质岩和碎屑岩建造向碳酸盐岩建造的过渡地带。说明沉积重晶石矿床的形成、受控的实质不局限于具体的地层时代,而是取决于所处的地质构造旋回部位,既受控于不整合面或沉积间断面之上的陆相碎屑岩层与海相碳酸盐岩之间的过渡地带,或最大海侵的底部。
必须指出,多数层控型矿床,虽然控矿地层时代较老,如武陵-苗岭重晶石成矿带受控地层主要为上寒武统—下奥陶统;太行-中条重晶石成矿带受控主要地层亦为上寒武统—中奥陶统及更老的地层,但是它们的成矿时代,多集中于燕山期。
图8-1 我国重晶石矿床
(据李文炎等,1991)
从成矿时序看,沉积型重晶石矿床由寒武纪—白垩纪有逐渐减弱的趋势,热液型重晶石矿床多以印支期和燕山期为主要,如表8-1所示。
表8-1 各类重晶石矿床成矿时序
资料来源:中国重晶石矿床。
三、成矿控制
沉积型重晶石矿床产于一定的地质时代或地层序列中,受地层及岩性严格控制。矿体呈层状、似层状及透镜状整合产于沉积地层中,矿石具有明显的沉积构造和结构,矿石多为单一重晶石类型。层控型重晶石是明显受地层层位控制的呈层状或热液脉状产状的矿床。其沉积环境多为陆内裂谷的断陷盆地中碳酸盐台地,有的产于盆地的边缘,临近控制岩相突变带的同沉积断裂一侧。层状重晶石多数产于硅质岩中,脉状矿多数产于碎屑岩和碳酸盐岩中。矿床附近无明显岩浆活动。脉状矿在平面上有分带性。层状矿、脉状矿的矿物成分、矿石的结构构造、矿物的物理化学参数等,呈有规律性的系统演化关系,即有相互过渡,又有清楚的垂直分带性。垂直分带性与水平分带性的趋势一致。围岩蚀变多为硅化,矿体向上蚀变减弱。矿石类型多为单一重晶石,部分为多金属重晶石、白钨矿重晶石、萤石重晶石和硫化物重晶石。据分析成矿溶液性质为Na-K-SO4-Cl型,为混合源的地层水性质。热液型重晶石矿床形成与构造岩浆活动有关。火山-沉积型重晶石沉积相环境为海相火山喷发-沉积岩系,产于前寒武纪元古宙弧-盆中微型古陆重晶石与基性-超基性岩浆活动有关,重晶石矿产于铁矿之中,产于印支旋回三叠纪岛弧中重晶石与钙碱性岩浆活动有关,重晶石矿石类型为Ba-Pb-ZnCu-Ag-Au多金属重晶石,该类型矿层多呈条带状和似层状与围岩产状一致。
四、成矿系列
重晶石的形成与大地构造背景、沉积相带环境、地史旋回阶段和岩浆活动密切相关。因而,根据不同类型重晶石矿的成矿地质构造背景,成矿地质发展阶段和成矿地质作用特征等,划分了成矿系列。
1沉积型重晶石成矿系列
(1)单元素系列
即重晶石单矿床,其他有用元素甚微或无,如寒武纪的永安李坊、晚泥盆世的来宾古潭、镇宁乐纪等矿床。
(2)多元素系列
扬子地块南缘沉积型重晶石矿床,在皖、赣、浙边应属裂谷带火山-气液喷溢沉积成因,在湘、黔等地可能属壳层重熔或裂谷带碱性-碱性超基性岩浆活动的气液上涌沉积成因。由于均位于海盆,可概括为海底喷气热液沉积成因或海底热泉(喷气)沉积成因。这种壳层重熔源或裂谷带的火山活动的气液直接上涌到海盆的观点,只是强调它的主导作用,并不排除有其他方面的物质来源。譬如火山-气液沿地壳裂隙上升,在路过基底层时,势必要捕获基底层的某些物质组分加入,只是量多量少的问题。这种气液直接上涌到海盆的沉积成因观点,只是根据有限地质学方面资料作出的推论。
形成于扬子地台北缘的沉积型重晶石矿为裂谷环境,受裂谷带构造和岩相古地理环境控制,属海底火山热泉(喷气)沉积成因,重晶石形成于酸性的地球化学环境,毒重石则形成于碱性的地球化学环境。本成矿带沉积型重晶石矿床受裂谷带或裂陷槽的深断裂、同断陷带和盆地斜坡为主的古构造、古地理岩相条件的综合控制。
扬子地台南缘、北缘成矿带是一个由P-Ba-U-Th-LREE-Ni-Mo-V-Pt族等组成的火山气液源成矿系列,位于 界线附近。另外,在南方黑层中Cu,Pb,Zn,Ag的丰度在有些地区偏高,其中Ag品位在黔东大河边重晶石矿床中为10~33g/t,平均165g/t。上述成矿系列在时序上变为:先是沉积磷块岩、铀、稀土等,接着沉积重晶石,之后沉积镍、钼、钒、银等多金属元素和石煤,最后沉积钾,由下到上构成以清晰的Pu-REE-Ba-Ni-Mo-V-Ag-K的垂向序列。
2层控(内生)型重晶石成矿系列
常见多元系列,主要有①Ba-Pb-Zn-Cu系列(象州、武宣地区,太行-中条成矿带);②Ba-W-Sb系列(粤北韶关);③Ba-F-Cu-Pb-Zn-Hg系列(武陵-苗岭成矿带)。这些成矿系列在宏观上具有区域的水平分带和垂直分带特征。如象州、武宣地区,象州为重晶石单矿床,Cu,Pb,Zn仅见微弱矿化,但到武宣则变为铅锌-重晶石复矿床,具明显的水平分带;又如武陵-苗岭成矿带,重晶石-萤石矿产于下奥陶统红花园组—上寒武统,在下寒武统清虚洞组产汞矿和铅锌矿,在区域上由上到下构成一个Ba-F系列(上)和Hg-Pb-Zn系列(下)的垂直分带。
3热液型重晶石成矿系列
主要有两个成矿系列:①Ba-Pb-Zn-Cu系列,如山东安邱、湖南衡南等地,已知与酸性岩浆岩有关;②Ba-Fe系列,如广西靖西一带,已知与基性岩浆岩有关。
不同地区的矿石特点不一样。
山东某重晶石矿属于热液型
矿石组成以重晶石为主, 含少量萤石、石英、长石。
矿石结构以半自形柱粒状晶体结构为主, 其余为残余结构。
矿石构造主要的见有条带状、斑杂状、块状, 其次为角砾状, 近矿围岩处偶见侵染状、晶洞状构造。
条带状构造由白色及粉红色重晶石集合体与无色至淡蓝色半自形、他形萤石集合
体相间呈条带状。在上述粗晶萤石与重晶石的条带间, 有顺条带充填的细粒石英, 紫色萤石、重晶石的集合体出现。
斑杂状构造半自形、他形淡蓝色萤石集合体呈聚斑晶状, 不均匀地出现在重晶石或细粒石英、萤石、重晶石中, 偶见重晶石聚斑晶在细粒石英、萤石、重晶石中出现。
块状构造由板柱状、柱状粉红色重晶石集合体构成。在板柱状及柱状晶间, 常有少量细粒硅化石英出现。
主要矿物特征
重晶石。白色及粉红色, 镜下无色透明,少量呈板柱状, 粒径较大, 约(46 mm)。由于成矿阶段不同, 柱状较大颗粒粒径在(021一054)mm之间。一群小柱状或残晶状的重晶石粒径在(00502)mm左右。在条带构造中, 有较晚阶段生成的石英、淡紫色萤石、重晶石集合体充填交代。重晶石边缘呈不规则状, 少数颗粒呈残晶状, 局部粗粒重晶石中见有纤维状玉髓集合体, 呈放射状小球粒或它形的石英颗粒星散出现。
萤石。淡蓝色或淡绿色, 紫色较少, 见有立方体及立方体与八面体聚形, 镜下的淡蓝色或淡绿色萤石为无色透明。在条带状、斑杂状构造中为它形粒状构造, 粒径较大, 在(12一6)mm间, 集合体分别呈条带状及聚斑晶, 被重晶石包裹交代, 其边缘呈不规则状, 被石英交代则常呈残晶状。
石英。自形、半自形柱粒状, 在块状构造中重晶石颗粒间或出现在条带状构造粒径较粗的重晶石中, 充填的石英呈他形。粒径细小在(005一001)mm之间。与萤石、重晶石呈条带状出现, 或在角砾状及斑杂状构造中呈柱粒状出现。粒径多在(00302一00406)mm之间。内部常见萤石及重晶石的细小包体。
贵州天柱-湖南新晃超大型重晶石矿属于沉积型
深灰色厚层块状重晶石岩矿石,主要由重晶石组成,含其他成分很少。重晶石具有粒状镶嵌结构、粉晶一细晶结构、不等粒变晶结构。沿走向可变为灰黑色厚层块状重晶石岩, 含少量层纹状碳质。石英、方解石及微粒星点状黄铁矿, 常以化学成分层理形式出现, 极薄层状一层纹状, 当SiO2>5%时, 称为硅质重晶石岩。它们是重晶石主矿层的主要组成, 系由硫酸盐型(富BaSO4)热水同生沉积所形成, 整体成层状产出, 在矿区外围相变为重晶石硅质岩硅质岩层。
灰黑色条带条纹状含碳重晶石岩,主要由重晶石条带和少许层纹状一条纹状碳质组成。
灰黑色厚层块状重晶石菱铁矿岩,主要由菱铁矿(>50%)和重晶石(25%士)组成, 少量黄铁矿、闪锌矿、铁白云石及石英。细粒一粉晶结构、不等粒变晶结构, 硫化物呈极薄层状和层纹状。地表风化后以褐铁矿为主, 发育淋失孔构造。沿走向可相变为粘土质页岩夹磷灰岩结核体无矿地段, 向重晶石矿层方向, 沿走向可相变为厚层块状菱铁矿重晶石厚层块状重晶石铁白云岩硫化物重晶石岩重晶石岩。这种沿走向迅速相变成不同岩(矿)石类型是由不同成分的热水混合同生沉积作用所形成
灰黑色厚层块状硅质岩,主要分布于重晶石矿层的下部或上盘围岩及重晶石矿层沿走向的尖灭部位。成分较纯的硅质岩由雏晶状石英组成, 贝壳状断口、岩石致密坚硬,受后期构造作用发生碎裂岩化。重晶石矿层下盘常为重晶石硅质岩、含碳重晶石硅质岩。沉积物软泥在没有完全固结时,由于同生断层活动而触发重力流沉积, 发育层间同生滑移褶皱构造及沉积物软变形构造。