河南信陽平橋螢石礦床地質特征及成因探討

段金山，張曉輝，焦紫輝

(中化地質礦山總局河南地質局，河南 鄭州 450000)

螢石化學成分為氟化鈣(CaF2)[1]，又名氟石，是自然界常見礦物，主要用于制造氫氟酸及煉鋼的助熔劑等[2]。螢石作為工業重要礦物原料，被廣泛應用在冶金工業、光學工業、建材工業、化學工業、甚至醫學領域[3]。因此，開展螢石礦找礦及成礦規律研究，具有重要的現實及科學意義[4]。

我國的螢石礦床劃分為沉積改造型、熱液充填型、和伴生型三種礦床類型[5]。研究區的螢石礦主要產出于燕山晚期花崗巖體和謝灣巖組地層中，屬于熱液充填型礦床。通過對信陽平橋螢石礦區礦體地質特征和成因進行探討和歸納總結，為今后在該地區尋找同類型螢石礦床提供依據[6]。

1 區域地質背景

河南省螢石礦絕大多數分布在華北地臺與秦嶺褶皺帶的接合部位，螢石礦受大地構造控制作用十分明顯[7]。該區以欒川—維摩寺—明港斷裂為界，北部為華北地臺南緣，南部為秦嶺造山帶東段。礦區位于秦嶺造山帶北部，緊鄰欒川—維摩寺—明港斷裂帶(圖1)，構造錯綜復雜，巖漿活動頻繁，是螢石礦成礦的有利區域。

圖1 礦區大地構造位置圖

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區內地層屬秦嶺地層區北秦嶺分區。主要出露上元古界寬坪巖群謝灣巖組下段(Pt3x1)以及新生界第四系全新統(Qhal)地層(圖2)。從老而新簡述如下。

圖2 礦區地質簡圖

(1)上元古界寬坪巖群謝灣巖組下段(Pt3x1)。

出露于礦區東部，主要巖性灰綠色斜長角閃片巖、黑云石英片巖夾大理巖、黑云母大理巖、透輝石大理巖透鏡體，以及灰白色條帶狀大理巖。地層產狀350°～40°∠45°～85°，厚度374.18m。礦區北部及西側大面積的謝灣巖組被第四系所覆蓋，南部被花崗巖呈楔形侵入。

(2)新生界第四系全新統(Qhal)。

出露于沖溝及村莊低洼地帶，由粘土、松散砂礫石組成。厚度0 ～15m，一般10m，與下部地層呈不整合接觸關系。

2.2 構造

礦區構造較發育，主要為走向266°～305°的北西西向斷裂，控制了本區的蝕變和礦化。規模較大的為礦區中部的F3 和南部的F7，其中F7 是區內主要的成礦構造，為張性斷裂構造，地表出露寬度約0.5 ～2.5m(圖3a)，構造帶內充填石英及螢石角礫(圖3b)。礦區內各構造特征見表1。

圖3 F7 斷裂構造特征圖示

表1 礦區構造特征一覽表

2.3 巖漿巖

花崗巖體分布在礦區西南部，屬天目山—老寨山巖體的邊緣相。巖性為細中粒鉀長花崗巖，中細?；◢徑Y構，塊狀構造；主要礦物成分：鉀長石(50%～65%)，為條紋長石，他形—半自形晶；斜長石(10%～20%)，為更鈉長石，半自形，短柱狀、板狀，表面較明凈；石英(20%～30%)，他形粒狀，無色；黑云母(微～1%)，他形片晶，切面上面為淺棕黃色，在接觸處顏色變淺。巖石中礦物顆粒的粒徑一般為0.2 ～2.5mm。巖石中副礦物成分為磁鐵礦、鋯石、鈮鉭礦、錫石、白鎢礦、黃玉、鈮鐵礦等。區內分布有少量花崗巖脈、石英脈、角閃巖脈等。

2.4 變質作用和圍巖蝕變

礦區內變質巖分布廣泛，有區域變質作用形成的云母石英片巖、角閃片巖、石英巖及大理巖，主要分布于謝灣巖組中；動力變質作用形成的碎裂巖和構造角礫巖，多沿斷裂帶、構造破碎帶及擠壓帶兩側呈線狀展布；接觸交代作用形成的矽卡巖，主要分布于花崗巖體接觸帶及外接觸帶的破碎帶、大理巖中。

礦體頂、底板圍巖均遭受了強烈的熱液蝕變，范圍一般為數十厘米到幾米，蝕變種類因圍巖巖性不同而異[8]。圍巖為花崗巖時主要為螢石礦化、硅化、絹云母化，次為高嶺土化、黃鐵礦化、鉬礦化等；角閃片巖主要為螢石礦化、硅化、綠泥石化。

螢石礦化：圍巖中的螢石礦化主要成細脈狀、網脈狀不規則分布，顏色為白色、淡綠色、紫色等(圖4a)，脈寬0.1 ～6cm 不等，脈間距數厘米至數米，蝕變范圍由幾厘米至數米 (圖4b)，上下盤均有體現，離礦體越遠螢石礦化越弱，局部裂隙呈薄膜狀分布。

硅化：具有高能量的硅質與石灰巖發生接觸交代作用生成石英，產生硅質巖的地質作用[9]?；◢弾r硅化后具變余花崗結構，塊狀構造。硅化花崗巖分布極廣，其范圍由幾厘米到數米，最寬達十余米。一般礦脈下盤硅化較強，離礦脈較遠而減弱。局部硅化極為強烈，花崗巖蝕變為次生石英巖(圖4c)，某些礦脈常沿走向形成較大硅化帶。角閃片巖硅化后，亦很堅硬，硅質沿片理交代，巖石具條帶狀構造(圖4d)，硅化極強烈時具塊狀構造。

圖4 圍巖中的螢石礦化現象

3 礦床地質

3.1 礦體地質

礦區共圈定工業礦體7 個，編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ號礦體(表2)，各礦體嚴格受區內北西西向斷裂構造控制。Ⅰ、Ⅲ號礦體是礦區內規模大的礦體，是資源儲量分布最多的礦體，占整個礦區的資源量總數85%以上?，F以該Ⅰ、Ⅲ號礦體為代表，詳細介紹如下：

表2 平橋區螢石礦體特征表

(1)Ⅰ號礦體：分布于礦區南部，礦體呈脈狀產出，沿走向控制長度562m，西部延伸出界外，工程控制最大斜深175m，礦體賦存標高為-83 ～195m，礦體埋深0 ～278m，礦體斜深0 ～290m。礦體產狀與F7 斷裂帶基本一致，產狀為355°～35°∠65°～85°。礦體厚度1.22 ～5.24m，平均厚2.55m，厚度變化系數為48.12%，屬穩定型。CaF2含量25.30%～78.34%,平均42.53%,品位變化系數為34.58%，屬較均勻型。礦體連續性較好，無夾石，后期構造及脈巖對礦體基本無影響。礦體頂底板圍巖均為鉀長花崗巖。

(2)Ⅲ號礦體：分布于礦區中部，礦體呈脈狀產出，沿走向控制長度220m，東、西部深處均延伸出界外，工程控制最大斜深97m，礦體賦存標高為-120 ～30m，礦體埋深160 ～310m，礦體斜深175 ～342m。礦體產狀與F3 斷裂帶基本一致，產狀為15°～39°∠58°～72°。礦體厚度1.21 ～6.12m，平均厚3.84m，厚度變化系數為46.46%，屬穩定型。CaF2含量25.73%～40.99%,平均30.46%，品位變化系數為18.05%，屬均勻型。礦體連續性較好，無夾石，后期構造及脈巖對礦體基本無影響。礦體直接頂、底板圍巖主要為構造破碎帶，間接頂板圍巖為斜長角閃片巖、黑云石英片巖，間接底板圍巖為鉀長花崗巖。

3.2 礦石特征

(1)礦物組成及結構構造。

礦石中礦石礦物主要是螢石(17%～98%)，脈石礦物主要為石英(10%～60%)、方解石(5%～25%)及長石、絹云母、綠泥石、高嶺土等。根據礦石的礦物共生組合特征，區內螢石礦主要為石英—螢石型。塊狀螢石為他形變晶粒狀，d=0.2 ～7.5mm，多數d=2.0 ～7.5mm；角礫狀螢石為他形－半自形變晶粒狀，d=0.03 ～2.0mm，多數d=0.5 ～2.0mm，角礫狀相對聚集，零散分布。方解石為他形變晶粒狀，d=0.1 ～0.5mm，呈包裹體包布于螢石晶體，零星分布。石英為不等粒變晶粒狀、板條狀，d=0.02 ～1.5mm，多數d=0.3 ～1.2mm。

礦石結構為不等粒粒狀結構、中粗粒粒狀結構等。礦石構造主要為塊狀構造、角礫狀構造、條帶狀構造等，浸染狀、網格狀次之。根據礦石的構造特征，區內螢石礦分為塊狀礦石、條帶狀礦石和角礫狀礦石。

(2)化學成分。

本次工作主要對礦區南部的Ⅰ號礦體及中東部的Ⅲ、Ⅳ號礦體進行采樣分析，礦石的化學組份 以CaF2、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO 為 主，CaF2含 量 為27.18% ～93.08%，平 均36.78%，SiO2含量 為14.96% ～52.67%， 平 均29.85%，Al2O3含量 為0.32% ～3.72%， 平 均1.91%，Fe2O3含 量為0.15% ～2.10%， 平 均1.13%，MgO 含 量 為0.076%～0.86%，平均0.35%。含量較高的MnO 含量為0.052% ～0.72%，平均0.20%，TiO2含量為0.016%～0.13%，平均0.08%，均達不到綜合利用的技術指標。有害組分S 含量為0.026%～0.10%，平均0.06%，P2O5含量為0.00%～0.12%，平均0.04%，有害組分未超標。

3.3 礦體圍巖

區內7 個礦體嚴格受區內北北西向斷裂構造控制，其中Ⅰ號和Ⅱ號礦體產出于燕山晚期花崗巖的構造蝕變帶內，頂底板圍巖均為鉀長花崗巖；Ⅲ號礦體產出于謝灣巖組片巖和深部花崗巖接觸部位的構造蝕變帶內，頂板圍巖為黑云石英片巖、斜長角閃片巖，底板圍巖為鉀長花崗巖；Ⅳ號礦體產出于謝灣巖組片巖中的構造蝕變帶內，頂底板圍巖均為黑云石英片巖；Ⅴ、Ⅵ號礦體產出于謝灣巖組大理巖間的構造蝕變帶內，頂底板圍巖均為大理巖；Ⅶ號礦體產出于謝灣巖組片巖中的構造蝕變帶內，頂底板圍巖均為黑云石英片巖。

4 礦床成因

4.1 成礦物質來源

(1)富揮發分巖漿巖提供F。

與研究區螢石礦關系較緊密的巖體是早白堊世天目山—老寨山花崗巖體，花崗巖副礦物中有含揮發組分氟的磷灰石，為螢石礦的形成提供了重要的物質來源。根據現代有關巖漿活動與礦床成因的學說及氟的地球化學性質，可以認為螢石礦床的形成與燕山期晚期的酸性侵入活動有成因聯系，燕山期晚期花崗巖不僅是螢石礦床的主要圍巖，而且巖漿期后的熱水溶液是螢石礦床的成礦溶液[10]。燕山期酸性花崗巖中黑云母含F 最高，有利于螢石成礦[11]。

(2)圍巖的物質成分富Ca。

上元古界寬坪巖群謝灣巖組地層巖性為鈣質角閃片巖和大理巖，其中大理巖的礦物組成中方解石和白云石的含量一般都大于50%，為螢石礦的形成提供了較豐富的鈣物質成分。另外，根據劉紀峰等[12]河南方城劉營螢石礦稀土元素釹 (εNd ＜0)虧損，指示成礦物質殼源特征顯著，成礦物質中的Ca 來源于地殼確定無疑，測得螢石的成礦年齡為141Ma。

4.2 巖石地球化學特征與構造環境

巖石中SiO2含量較高，為74.44%～77.06%，平均75.93%；(Na2O+K2O)較富，為8.22%～9.05%，平 均8.50%， 且K2O/Na2O 比 值 均 大 于1， 為1.05%～1.56%，平均1.27%；CaO 含量較貧，為0.13%～0.91%，平均0.43%；MgO 含量較低，為0.04%～0.50%，平均0.19%；FeO/MgO 比值較高，一般為9.50%～17.32%，平均11.18%?？傮w顯示出高硅堿富鉀貧鈣低鎂的A 型花崗巖特征。分異指數(DI)為92.99 ～97.01，平均95.29，分離結晶程度較高；堿度率(AR)為4.00 ～5.75，平均4.97；鋁飽和指數(A/CNK)一般為0.99 ～1.08，平均1.03；CIPW 標準礦物中多有剛玉(C)分子出現。表明天目山花崗巖屬鋁質花崗巖。綜上所述，天目山巖體應屬于鋁質A 型花崗巖，形成于疊覆造山期后的板內非造山拉張環境，該環境為多期性螢石礦的形成創造了條件。

4.3 成礦空間

根據螢石礦床成因類型分類研究[2,5,13-15]，研究區內螢石礦主要呈脈狀賦存于斷裂構造破碎帶內，形態、產狀嚴格受斷裂構造控制；礦石結構主要為不等粒粒狀結構、中粗粒粒狀結構等；礦石構造主要為塊狀、角礫狀、條帶狀構造，次為網脈狀、細脈狀等；礦體與圍巖界線清晰，雖然硅化帶中的網脈狀礦體與直接圍巖硅質巖存在漸變過渡現象，但與賦礦構造間接圍巖界線截然分明，受斷裂構造控制明顯[16]。

4.4 圍巖蝕變特征

礦體頂底板圍巖均受強烈蝕變，蝕變種類主要為硅化、螢石礦化、絹云母化、高嶺土化，次為綠泥石化、碳酸鹽化、滑石化、黃鐵礦化等。蝕變范圍一般為數十厘米到幾米，蝕變種類隨圍巖巖性不同而異?；◢弾r時主要為螢石礦化、硅化、絹云母化，次為高嶺土化、黃鐵礦化、鉬礦化等；角閃片巖時主要為螢石礦化、硅化、綠泥石化。

5 結論

(1)礦區共圈定工業礦體7 個礦體。礦體嚴格受區內北西西向斷裂構造控制。Ⅰ、Ⅲ號礦體是本區的主礦體，礦石品位較富，CaF2含量22.75%～44.05%，平均35.86%，礦石結構主要為半自形—自形粒狀、半自形—他形粒狀、自形粒狀結構、碎裂結構，礦石構造主要為塊狀、角礫狀、條帶狀構造。螢石礦類型主要為石英—螢石型。

(2)礦床成因類型為巖漿期后熱液充填型礦床。

(3)通過分析礦區內螢石礦地質特征，研究礦床的成礦物質來源、成礦構造背景和環境、成礦空間等，總結了該區域螢石礦的找礦標志，即“富強揮發分F的燕山期巖漿活動+謝灣巖組地層存在+良好的北北西向斷裂構造的成礦空間”之三位一體的找礦模式。