南沙海槽南部海域砂矿的成矿远景区

南沙海槽南部海域砂矿的成矿远景区

南海是中国最大的海岸带。它不仅拥有丰富的海床石油、天然气和天然气水合物，而且拥有丰富的砂矿资源。我国对南海砂矿资源的调查和研究,主要集中在华南的广东、广西、海南三省区的滨浅海海域,已确定了砂矿的类型、规模、分布特征和成矿规律,并划分和圈定了具有潜在经济价值的异常区。对南海周缘的东部、南部和西部海域的资源研究,先前主要集中在石油和天然气资源方面,近年来已逐步进行砂矿资源调查和研究1,但调查规模较小、研究程度较低。这些砂矿资源和其他矿产资源一样,对维护我国海洋权益、保证国家的能源安全、维持社会经济的可持续发展以及创造良好的生存环境,均具有重要的战略意义。本文利用我国南沙专项调查资料以及文献资料,讨论了我国管辖的南沙海槽南部海区(7°N以南至曾母暗沙浅滩,112°E以东至加里曼丹岛大陆坡)共80余个站位的目的重砂矿物钛铁矿、金红石、锆石、独居石的分布、沉积物成矿元素特征及砂矿资源远景区划(站位见图1)。1沉积物类型与沉积物沉积物1.1不同地貌单元沉积物特征本区地形地势复杂,展布有大陆坡、大陆架、深海盆地以及浅滩、台阶、礁盘、海山、槽谷等地貌单元。沉积物底质类型以黄褐色粘土、粉砂为主,粘土含量为50%~70%,粉砂含量为25%~50%,砂含量为5%~20%;生物碎屑含量非常丰富,高达40%~60%,主要为钙质生物,如有孔虫和钙质超微化石等,少量为硅质生物,如放射虫、硅藻等2。参照海洋调查规范(GB/T13909-92)修正谢帕德三角图表法及JOIDES分类命名方案,本区表层沉积物可划分为7类12种沉积物类型:(1)含钙生物粘土(Y(Ca));(2)粉砂质粘土:①钙质生物粉砂质粘土(TYCa),②含硅钙生物粉砂质粘土(TY(Si、Ca)),③含硅钙质生物粉砂质粘土(TY(Si)Ca),④含钙硅生物粉砂质粘土(TY(Ca、Si)),⑤含钙硅质生物粉砂质粘土(TY(Ca)Si);(3)粘土质粉砂:①含钙硅质生物粘土质粉砂(YT(Ca)Si),②含硅钙质生物粘土质粉砂(YT(Si)Ca);(4)钙质生物粘土—粉砂(Y-TCa);(5)钙质生物砂(SCa);(6)钙质生物砾质极粗砂(GCSCa)以及(7)珊瑚碎屑(CR)2(各类型的分布见图1)。研究表明,不同的地貌单元沉积物具有不同的物源环境和沉积作用。南沙海槽西北大陆架、大陆坡海域沉积物,来源于巽他陆架早期滨海的陆源沉积和火山喷发的火山碎屑,多为残留沉积;海槽槽底海域的沉积物有多种来源,主要有来自巽他陆架早期或加里曼丹岛现代的陆源物质、火山沉积等,是多期、多源沉积叠合而成的混合沉积;加里曼丹岛大陆架沉积物,主要为来自现代的陆源碎屑沉积以及自生沉积、火山碎屑等,陆源碎屑多为短源河流的残留成因。1.2沉积相与分布碎屑矿物是海洋沉积物的重要组成之一,记录着砂矿沉积环境演变的信息。本海区73个站位重砂矿物鉴定以沉积物0.063~0.125mm粒度组为载体。鉴定结果表明,沉积物组分以轻矿物(石英、长石及火山玻璃)为主,重矿物常见有普通角闪石、普通辉石、黑云母、绿帘石、石榴石,其次为赤铁矿、白钛石、榍石、电气石、兰晶石、红柱石、褐帘石,少见斜黝帘石、黝帘石、阳起石,偶见锡石、铬铁矿、磷钇矿、尖晶石和自生矿物黄铁矿、海绿石、铁锰结核等。重矿物主要分布于海槽尾翼和西北大陆架海域,其次为海槽东南大陆架海域和海槽槽底。重矿物的分布反映了物质来源环境和水动力环境,南沙海槽尾翼和西北大陆架海域重矿物沉积受古巽他河、湄公河影响较大,因其源远流长,流域广泛分布有沉积岩、火成岩和变质岩,副矿物种类较多,在河海水动力作用下,长距离搬运沉积;而海槽东南大陆坡海域,由于加里曼丹岛河流短小,流域以火成岩为主,岩石类型简单,副矿物经河海搬运沉积,反映了火成岩型重矿物沉积为主的特点。重砂矿物赋存于沉积物各种矿物的组合群体中,主要有磁铁矿、钛铁矿、锐钛矿、锆石、电气石、独居石、石榴石、金红石等,具有远景的有用矿物为钛铁矿、金红石、锆石、独居石等。钛铁矿是本区分布较多的目的重砂矿物,主要分布于北康暗沙和南康暗沙一带的钙质生物砂中,少量分布于加里曼丹岛大陆坡的粘土质粉砂中,此外在曾母暗沙浅滩的钙质生物砾质极粗砂中也有零星分布。锆石主要分布于北康暗沙和南康暗沙一带的钙质生物砂中,此外在曾母暗沙浅滩附近钙质生物砂中也有零星分布。独居石和金红石的分布很少,其中独居石分布于北康暗沙和南康暗沙一带以及曾母暗沙浅滩西海域,金红石则分布于南康暗沙和曾母暗沙浅滩西海域沉积物中(图1)。2成矿元素和成矿景观2.1基本粒子及微量元素特征成矿元素分布反映元素来源及搬运、沉积过程,对追踪成矿物质来源、搬运、富集规律以及成矿预测均具有重要意义。本区与目的重砂矿物有关的成矿元素主要为Fe、Ti、Zr。元素Fe和Ti由沉积物氧化物含量换算而得,Zr元素采用X荧光法测定(图2)。Fe元素变化范围为0.455%~3.99%,高含量点(>3.5%)主要分布于北康暗沙和南康暗沙一带,与这一区域钛铁矿的分布有关;此外,在南沙海槽槽底2000m以深也有高含量点。中等含量点(3%~3.5%)主要分布于海槽的大陆坡和槽底,海槽大陆坡和槽底零星分布高含量点和广泛分布中等含量点,可能既与这一区域粉砂质粘土中粘土吸附作用有关,又与广泛分布的铁锰结核/结壳有关。低含量点(<3%)主要分布在曾母浅滩海域,与这一区域广泛分布自生矿物黄铁矿等有关。Zr元素变化范围为14.4×10-6~329×10-6,高含量点(>100×10-6)主要分布于北康暗沙和南康暗沙一带,与这一区域锆石分布有关。中等含量点(50×10-6~100×10-6)主要分布于海槽的大陆坡和槽底,而低含量点(<50×10-6)既分布于海槽的大陆坡和槽底,又分布于北康暗沙和南康暗沙一带。这是由于锆石可能是受陆源碎屑物质的影响,Zr处于矿物晶格结构的严格位置,又受粘土矿物影响,以微颗粒方式吸附于粘土中。Ti元素变化范围为0.03%~0.462%,高含量点(>0.25%)和中等含量点(0.2%~0.25%)主要分布在海槽的大陆坡和槽底,而低含量点(<0.2%)在整个区域均有分布。由图1和图2可知,Ti元素的含量与重砂矿物钛铁矿或金红石的分布没有直接的关系,这是由于重砂矿物仅鉴定0.063~0.125mm粒度组分,而Ti元素含量主要与沉积物0.008~0.004mm和0.004~0.002mm粒度组分相关,相关系数分别达0.63、0.69,而与0.063~0.125mm粒度组分的相关系数仅为0.44,这表明本区与Ti有关的重矿物,如钛铁矿、金红石、锐钛矿等,呈细粒状态存在,主要赋存于0.008~0.004mm和0.004~0.002mm的粒度组分中,今后应重视细粒组分中含钛矿物的调查和研究。2.2矿物质及工物值特征各有用矿物换算成砂矿品位。根据砂矿品位评价要求34,以及本海区有用重砂矿物钛铁矿与锆石、独居石、金红石等伴生,且分布相对比较集中的特点,各有用重砂品位划分级别及样品数见表1。钛铁矿虽然是站位数出现最多的重砂矿物,但仅有两个站位的品位达到工业品位,其分布于曾母暗沙和南康暗沙南海域,异常品位点有3个,分布于北康暗沙和南康暗沙一带,其余站位品位均低于异常品位,也分布于北康暗沙和南康暗沙一带,表明钛铁矿成矿呈局部富集成矿特征。锆石是本区重要的重砂矿物,出现的站位数不多,但品位可观,7个站位达工业品位,2个达边界品位,1个达异常品位,主要分布于曾母暗沙、北康暗沙和南康暗沙一带;低于异常品位点仅有1个,因此,锆石是具有潜在资源远景的重要矿物,应高度重视其重要性。独居石仅1个站位达边界品位,2个达异常品位,主要分布于北康暗沙海域;低于异常品位的有2个站位,零星分布于曾母暗沙和南康暗沙海域。金红石达边界品位、异常品位和低于异常品位的站位均为1个,零星分布于曾母暗沙和南康暗沙海域(图1)。2.3砂矿远景区c研究区处于南沙—加里曼丹断块南部,是南海海洋砂矿床潜力最大之一的巽他陆架的东部部分。重矿物的分布特征、来源以及成矿元素分布特征,展现了已知矿物潜力的背景,南沙海槽可能存在潜在砂矿资源的新地区和新类型。以异常品位和成矿元素分布特征为基础,划分砂矿的异常区,并根据物质来源、有利砂矿赋存的地质地貌条件和具有形成砂矿的自然环境等条件,将南沙海槽南部海域砂矿划分为3个成矿远景区(图3):(1)北康暗沙锆石、独居石远景区:底质类型为钙质生物砂;成矿元素Fe、Zr含量高,具有富集特征;有用矿物以锆石砂矿为主,伴生独居石,可综合利用,具有较高的开采利用价值。(2)南康暗沙锆石、钛铁矿远景区:底质类型以钙质生物砂为主,其次为钙质生物粉砂质粘土;成矿元素以Fe、Zr含量高为主,其次为较高含量的Ti;有用矿物以锆石砂矿为主,其次为独居石,锆石和独居石可综合利用。(3)曾母暗沙锆石、钛铁矿、金红石远景区:底质类型为钙质生物砂;成矿元素以Ti高、Fe、Zr低为特征;主要砂矿种为锆石、钛铁矿,伴生砂矿有金红石等,为复合砂矿床,具有潜在经济价值。3砂矿成分及分布通过对南沙海槽南部海区80余个站位表层样重砂矿物研究表明,重矿物主要受古巽他河、湄公河及加里曼丹岛短源河流影响,具有多期、多来源沉积特点。钛铁矿、锆石、独居石和金红石是重要的有用砂矿,其主要分布于北康暗沙和南康暗沙一带、曾母暗沙浅滩海域的钙质生物砂中,重矿物沉积呈多期、多来源沉积特点。成矿元素Fe和Zr高含量点的分布,佐证了北康暗沙和南康暗沙一带海域具有钛铁矿和锆石可能富集和成矿的良好显示;Ti元素含量与沉积物0.008~0.004mm和0.004~0.002mm粒度组分相关,表明与Ti有关的重矿物如钛铁矿、金红石、锐钛矿等赋存于细粒组分中,今后应重视细粒组分重砂矿物调查和研究。砂矿品位和成矿元素分布表明,南沙