江苏邳州花山子古锆砂矿地质特征及找矿方向

摘要： 通过研究江苏邳州花山子古锆砂矿的成矿地质背景、矿区地质特征、矿石类型、矿物组成、化学成分和放射性异常特征，借鉴现代锆砂矿成矿机制，进一步探讨花山子古锆砂矿的地质特征及找矿方向。花山子古锆砂矿是沉积砂矿床类型，赋存于中寒武世徐庄组中上部粉砂岩中，放射性元素钍含量高于一般粉砂岩钍含量，是古锆砂矿重要的找矿标志。徐庄组主要分布在徐州北部地区，汴塘耿庄、大泉焦庄和台儿庄高山等地区具有较好的找矿前景。

关键词： 古锆砂矿;地质特征;找矿方向;江苏邳州

中图分类号：P618.85;P611.2

文献标识码：A

文章编号：2096-1871（2020）03-256-09

锆在地壳中的含量十分丰富，但因冶炼工艺复杂而难以被经济有效地提取，因此被称为“稀有金属”[1]。我国锆资源相对稀缺，储量仅为世界锆储量的0.64%[2]。矿石类型主要有砂矿型和岩矿型，其中岩矿型占70%以上，但是因技术手段不成熟，目前岩矿型砂矿还无法开发利用，可开发利用的是分布于沿海地区的滨海型砂矿[3-4]。花山子古锆砂矿是古滨海沉积型砂矿[5-6]，从矿石钙质、泥质胶结的物理及化学特征分析，如果选矿前增加破碎、酸洗或酸磨两道工序，则选矿过程与现代滨海沉积型砂矿基本相同，其开发利用前景较好。因此，笔者从花山子古锆砂矿的地质特征入手，探讨古锆砂矿的成矿规律及找矿方向，以期进一步扩大锆矿规模，推动地方经济发展，为我国锆矿勘查工作提供参考。

1 区域地质背景

研究区位于郯庐断裂带西侧，徐州—宿州弧形断褶带北端（图1），属华北陆块区徐淮陆表海盆地，地层属于华北地层大区、徐淮地层分区、徐（州）宿（州）地层小区。新太古代泰山（岩）群山草峪组是该区最古老的地层，在山东省及江苏省丰沛地区近EW向断隆带钻孔中均有发育，为一套中深区域变质杂岩，主要为黑云斜长片麻岩、绿帘黑云斜长片麻岩、角闪岩、混合岩化黑云斜长片麻岩、斜长混合岩、钾长混合岩和二长混合岩等。上覆地层有新元古代青白口纪土门群，属于稳定的泻湖相-海相碎屑岩夹碳酸盐岩沉积组合;震旦系—古生界，其中震旦系自下而上為碎屑岩和碳酸盐岩，属陆表海沉积，厚度>2 500 m;古生界寒武系—中奥陶统主要为碳酸盐岩夹碎屑岩沉积建造，构成徐州地区主要山体，总厚度约1 500 m。在断陷盆地继承沉积中生代晚侏罗世—晚白垩世陆相碎屑岩-火山沉积岩和古近纪湖相碎屑岩-蒸发盐岩，累计厚度>4 000 m [4]。

区域上主要发育NE向、NW向和近SN向断裂，其中NE向断裂发育最早，是徐州—宿州弧形断褶带，具推覆性质;NW向断裂发育次之，切割了早期NE向断裂与褶皱;近SN向断裂发育最晚，切割NE向和NW向断裂及推覆体，并具多期活动性，多数为逆平移断裂，断层面较陡，属郯庐断裂带西侧派生的次级断裂。

区域岩浆岩分布广泛。元古代以变质侵入岩及辉绿岩为主，中生代（燕山期）以中酸性侵入岩及喷出岩类为主，新生代（喜山期）以橄榄玄武岩、煌斑岩、金伯利岩、安山玢岩等脉岩为主。区域矿产主要有白云岩、灰岩和石膏等，金属矿产主要有钛铁矿（砂矿）、锆石和独居石等。

2 研究区地质特征

2.1 地层

研究区主要为剥蚀残丘地貌，北部和东部外围被第四系覆盖，基岩出露面积约占总面积的50%，出露地层主要为寒武系，由北西向南东，由老到新依次分布早寒武世馒头组，中寒武世毛庄组、徐庄组、张夏组和晚寒武世崮山组（图2）。

（1）馒头组出露于岗子村北灌溉渠，倾向195°，倾角约8°。主要为土黄色砂屑灰岩、浅灰色瘤状泥质灰岩、灰色鲕粒灰岩夹紫色页岩、泥灰岩及紫红色砂页岩夹紫红色鲕粒灰岩。

（2）毛庄组分布在花山子山北部及岗子村北，倾向157°～185°，倾角7°～15°。自下而上主要为灰岩、粉砂质页岩和粉砂岩，呈反韵律重复出现，韵律层厚7.83～11.03 m。

（3）徐庄组主要分布在花山子山附近，倾向150°～170°，倾角5°～22°。钻孔资料表明，徐庄组厚53.58 m，以含海绿石灰岩为界分为上、下两部分：上部以中厚层浅灰色、灰黄色、土黄色钙质或泥质粉砂岩为主，夹青灰色页岩薄层，是锆石等重矿物的主要富集段;下部自下而上分别为砂质灰岩、粉砂质页岩、粉砂岩，锆石等重矿物含量较少。该层地表出露区或第四系覆盖区Th异常明显（图2）。

（4）张夏组分布在鲁山南部，倾向130°～180°，倾角8°～22°，主要以深灰色厚层鲕粒灰岩为主，夹豆状灰岩、块状灰岩、豹皮状灰岩。目前，该层主要作为水泥用灰岩进行开采。

（5）崮山组分布在岗子村南，倾向SE，倾角约20°，为灰色中厚层泥质条带状灰岩，夹薄层灰岩及鲕状灰岩，鲕粒多呈红色，厚24.78～31.32 m，平均厚29. 95 m。

2.2 构造

研究区位于燕子埠向斜北西翼，是由寒武系组成的缓倾斜NE向单斜，倾向SE。主要发育F4、F5和F6等3条断层（图2）。F4断层分布在矿区南部，走向65°～70°，向南东侧倾斜，倾角65°，为正断层，东、西两端被F6和F5断层相截，因断层规模较小，对矿体破坏不大。F5断层横穿虎提山东坡，为陡倾斜右行平移逆断层，断层面西倾，倾角约70°。在虎提山北坡断层西盘仅出露张夏组，缺失馒头组、毛庄组和徐庄组，且张夏组发生扭转，走向由NE向变为NW向，对矿体影响较大，推测西盘矿体被错断至虎提山以北，且隐伏于第四系之下。F6断层经岗子村西侧纵贯该区中部，为右行平移逆断层，走向0°～5°，东倾，倾角较陡，水平断距约150 m，倾向断距约20 m，对矿体具有一定的破坏作用。

2.3 岩浆岩

研究区未见大面积岩浆岩分布，仅在研究区南约5 km处出露约3.5 km2的燕子埠辉绿岩体，岩体侵位于震旦纪倪园组上部。辉绿岩SiO2含量为42.36%～46.97%，平均值为45.73%;Al2O3含量为12.40%～14.43%，平均值为13.69%;Fe2O3含量为3.14%～4.69%，平均值为4.00%;TiO2含量为1.81%～3.04%，平均值为2.23%;CaO含量为3.56%～10.54%，平均值为8.18%;MgO含量为5.32%～7.19%，平均值为6.50%（表1）。

2.4 矿床特征

花山子古锆砂矿位于邳州花山子山附近。在花山子山北坡有露头分布，南坡隐伏于张夏组灰岩之下。矿体呈平行层状分布在徐庄组中上部，自下而上由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ4个矿体组成（图3）。矿体均呈NE向展布，略向南东缓倾斜，倾向约160°，倾角5°～22°。矿体形态均呈板状，长约1 700 m，宽约260 m。其中Ⅳ矿体最厚，厚约4.35 m，锆石平均品位0.21%，其余矿体厚度一般为1.47～3.95 m，锆石平均品位0.07%～0.20%。Ⅰ与Ⅱ矿体垂向间距约1.5 m，Ⅱ与Ⅲ矿体垂向间距2～4 m，Ⅲ与Ⅳ矿体垂向间距6～10 m。

2.5 矿石

2.5.1 矿石自然类型

主要为泥质或钙质粉砂岩，由陆源砂、生物碎屑和填隙物组成。陆源砂包括石英（约40%），长石（约15%）和岩屑（5%～10%）等，磨圆度中等，主要呈次圆状、次棱角状，大小一般为0.05～0.15mm，少数为0.15～0.20 mm，杂乱分布。生物碎屑约占2%～3%，主要呈壳瓣状，大小一般为0.4～3 mm，沿长轴定向排列，相对富集，呈条纹条带状分布，组成矿物为方解石。填隙物包括钙质胶结物（30%～35%）、海绿石（2%～3%）及少量硅质胶结物。重矿物主要有锆石、独居石、金红石和钛铁矿等。

2.5.2 矿石物理性质

灰黄色，粉砂质结构，中薄层状，层厚5～10 cm，个别层厚>15 cm。在自然含水条件下，单轴抗压强度为28.32～34.31 MPa，属中等硬度岩石，稳固性较好。

2.5.3 矿石化学成分

花山子古锆砂矿矿石主量元素含量见表2。矿石SiO2含量为46.14%～67.96%，平均值为63.01%;Al2O3含量为6.48%～11.57%，平均值为8.87%;Fe2O3含量为1.53%～2.90%，平均值为1.90%，TiO2含量为0.52%～1.38%，平均值為0.70%，ZrO2含量为0.17%～0.31%，平均值为0.22%。

2.5.4 主要重矿物特征

（1）锆石分为黄粉色和玫瑰色锆石，其中黄粉色锆石约占80%，晶形呈半自形柱状、短柱状、次棱角粒状，透明，弱金刚光泽，高硬度，表面较光滑，断口有熔蚀痕迹，磨圆度为次棱角—次圆状，分选性较好。粒径主要为0.01～0.1 mm，少数为0.1～0.2 mm，伸长系数主要为1.2～2.3，少数为2.3～4.5（图4）。电子探针分析结果（表3）表明，黄粉色锆石TiO2含量平均值为0.009%，SiO2含量平均值为33.310%，HfO2含量平均值为2.046%，FeO含量平均值为0.005%， ZrO2含量平均值为64.887%。玫瑰色锆石含量较少，约占20%，呈次椭圆状或滚圆粒状，磨圆度和分选性较好。透明—半透明，毛玻璃光泽，断口有熔蚀痕迹。粒径主要为0.01～0.08 mm，少数为0.08～0.15 mm，伸长系数主要为1.0～1.5、少数为1.5～3.0（图5）。玫瑰色锆石 TiO2含量平均值为0.003%，SiO2含量平均值为33.176%，HfO2含量平均值为1.798%，FeO含量平均值为0.012%， ZrO2含量平均值为65.102%（表3）。根据化学组成及ZrO2含量，黄粉色锆石和玫瑰色锆石均定名为锆英石[6]。

（2）独居石呈桔黄色，次椭圆状—次圆扁粒状，透明—半透明，油脂光泽，中硬度，粒径为0.02～0.10 mm（图6）。独居石UO2含量平均值为0.471%，ThO2含量平均值为9.772%，PbO含量平均值为0.336%，P2O5含量平均值为28.999%，F含量平均值为0.51%，Y2O3含量平均值为1.369%，SiO2含量平均值为0.934%，Gd2O3含量平均值为3.791%，Sm2O3含量平均值为2.647%，Pr2O3含量平均值为2.482%、Nd2O3含量平均值为8.944%，Ce2O3含量平均值为25.881%，La2O3含量平均值为11.615%（表4）。

（3）金红石呈棕红色、黑色，半自形次圆柱状、次棱角块状，半透明—微透明，油脂光泽，高硬度，粒径为0.01～0.25 mm（图7）。金红石TiO2含量平均值为98.437%、SiO2含量平均值为0.008%、SnO2含量平均值为0.166%、FeO含量平均值为0.610%、Nb2O5含量平均值为0.615%（表5）。

2.6 锆石源区

锆石206Pb/238U同位素年龄测定结果见表6。 TW1和TW2样品采自顶部Ⅳ号矿体，TW3样品采自底部Ⅰ号矿体。TW1样品LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析数据总体略分散，206Pb/238U年龄为510～590 Ma，谐和年龄为（552.5±13）Ma，属于晚震旦世（图8）。TW2样品LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析数据较复杂且分散，206Pb/238U年龄总体集中在1 400～2 200 Ma年龄段，少量年龄分布在2 200～2 600 Ma年龄段，属中元古代—新太古代晚期（图9）。TW3样品LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析数据总体较集中，206Pb/238U年龄为1 200～1 800 Ma，谐和年龄为（1 215±23）Ma，属于中元古代晚期（图10）。苏北岩体辉绿岩K-Ar同位素年龄为550～750 Ma[7-8];新太古界泰山（岩）群山草峪组变质岩基体K-Ar同位素年龄为2 013～2 342 Ma，长英质脉体同位素年龄为1 021～2 000 Ma[9]。由上可知，下部矿体锆石来源相对单一，可能来源于泰山（岩）群山草峪组变质岩的侵入脉体;上部矿体锆石来源相对复杂，可能来源于震旦纪辉绿岩和泰山（岩）群山草峪组变质杂岩及混合岩。

3 找矿方向

花山子古锆砂矿锆石、独居石等重矿物放射性元素U、Th含量较高，尤其是Th含量高于正常岩石含量的2～32倍，且常伴生放射性异常[10]。徐庄组上部含矿部位裸露至浅覆盖分布区的放射性异常是最有利的找矿标志。根据前人资料[11-15]，在贾汪东部—燕子埠中寒武世徐庄组分布区，除邳州花山子异常（编号：苏F-84-4）已提交小型锆矿床外，还有铜山大泉焦庄异常（编号：苏DF-84-4）、铜山汴塘耿庄异常（编号：苏DF-84-14）和山东台儿庄高山异常（编号：鲁DF-84-20），异常形态均较好，Th含量为（12～17）×10-6，这些异常规模均远大于花山子异常规模，具有较好的找矿前景。

4 结 论

（1）花山子古锆砂矿是以锆石为主，兼具独居石、金红石、钛铁矿等重矿物的复合型滨海相沉积古砂矿。矿石类型主要为泥质粉砂岩或钙质粉砂岩，产出层位为中寒武世徐庄组，是碳酸盐岩-碎屑岩沉积建造。主要有黄粉色和玫瑰色锆石，锆石有多源性，成矿物质可能来源于附近震旦纪辉绿岩和新太古代泰山（岩）群山草峪组变质杂岩基底和混合岩化長英质脉体。

（2）徐庄组在徐州地区伴有放射性异常，呈缓倾地层，地表裸露面积大，异常规模较大，地层与伴生放射性异常是锆矿重要的找矿标志。

（3）徐州汴塘耿庄、大泉焦庄和台儿庄高山等地区徐庄组粉砂岩均大规模出露，放射性异常明显，具有较好的找矿前景。

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Abstract：On the basis of metallogenic geological background， ore type， mineral composition， geochemical composition and radioactive anomaly of the ancient zircon placer in Huashanzi， Pizhou， Jiangsu Province， this study further discussed the geological characteristics and prospecting direction of the ancient zircon placer， combined with the metallogenic mechanism of the modern zircon placer. The Huashanzi ancient zircon placer is a new type of sedimentary sand deposit， which occurs in the siltstone of middle and upper Xuzhuang Formation of Middle Cambrian. Its thorium content higher than the normal value of ordinary siltstone is an important prospecting indicator of ancient zircon placer. The Xuzhuang Formation widely distributed in the north of Xuzhou is of better prospecting conditions， while preferential areas for ore exploration are concentrated in Gengzhuang of Biantang， Jiaozhuang of Daquan and Gaoshan of Taierzhuang.

Key words：ancient zircon sand placer; geological characteristics; prospecting directions; Pizhou， Jiangsu Province