豫西地區石龍溝重晶石礦床地質特征及礦床成因探討

王永紀，胡 偉，劉升武，英亞歌，梅鐵牛，余芳菲

(1.河南省有色金屬地質礦產局第三地質大隊，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心，河南 鄭州 450016)

重晶石是重要的非金屬礦產資源，是具有化學惰性的含鋇硫酸鹽礦物，其特點是密度大、折射率高和化學性能穩定。重晶石的三大用途是生產重晶石粉，制取鋇的化工產品，提取金屬鋇并生產鋇合金[1-2]。我國重晶石資源儲量居世界前列，是我國的優勢礦產之一，主要分布在貴州、廣西、湖南、湖北、陜西、福建、甘肅、浙江、河南、山東、青海等地，其中貴州、廣西、湖南、湖北、陜西、福建資源最為豐富，以上六省總儲量占全國的80%[3]。

前人曾對豫西陜州、澠池等地的重晶石礦開展過一定程度的地質特征和成礦規律研究，但對本區重晶石礦的控礦因素及礦床成因等方面的系統研究工作較少。本文在野外工作基礎上，通過總結石龍溝重晶石礦地層、構造、巖漿巖等地質特征，重點分析礦區控礦因素，探討礦床成因，以期找到該地區重晶石礦的找礦標志，為外圍進一步尋找同類型重晶石礦床提供參考。

1 成礦地質背景

研究區大地構造位置處于華北地臺南緣與北秦嶺造山帶的銜接過渡帶，成礦區帶位于中條山—王屋山Cu-Au-Fe-鋁土礦成礦亞帶內[4-5]，區內中元古界地層分布廣泛，斷裂構造發育，巖漿活動較活躍，具有較好的重晶石成礦地質條件[6](圖1)。

圖1 區域地質簡圖(據文獻[8]修改)

地層區劃為華北大區、豫西分區、熊耳小區和澠池—確山小區的過渡地帶，出露地層由老至新有中元古界熊耳群雞蛋坪組(Pt2j)、熊耳群馬家河組(Pt2m)，汝陽群云夢山組(Pt2y)、高山河群(Pt2g)，古生界寒武系(∈)、石炭系(C)、二疊系(P)及新生界第四系(Q)。區域地質構造比較簡單，屬典型的變質雜巖構造體系，醒目的構造形跡為近東西向的崤山短軸隆起，四周構成向外傾伏的寬背斜，核部由太華群地層組成，翼部由熊耳群地層組成，地層傾角在30°～60°內變化[7]。區內主大斷裂以近東西向、北西向為主，次級斷裂以近南北向為主，多以構造蝕變或破碎帶形式存在，多發育在中元古界熊耳群馬家河組(Pt2m)安山巖地層，傾向北東、南西。部分近南北斷裂被近東西斷裂扭斷，導致深部反傾。近南北向斷裂多被石英、重晶石、硫化物填充，也是本區主要的賦礦構造。區域巖漿巖較發育，表現為中元古代長城紀熊耳期中性—(中)酸性火山熔巖的噴發，在區域上形成了大面積出露的安山巖類火山巖，主要為馬家河組。區域上侵入巖不發育，僅在東北部有一個呈小巖株狀產出的燕山期閃長斑巖體。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區內出露地層較為簡單，主要為中元古界熊耳群馬家河組(Pt2m)，其巖性為中性火山巖，以安山巖為主，少量火山角礫巖、玻屑凝灰巖、凝灰質巖屑細粉砂巖。厚度大于1242m，層理不明顯[9-10]，傾向一般20°～30°，傾角35°。根據顏色、構造、成分和含量等特征，將本區安山巖主要分為3 類，分別為塊狀安山巖(圖2a、b)、杏仁狀安山巖(圖2c、d)、杏仁狀(氣孔)安山巖(圖2e、f)。在溝谷中和山坡平坦處廣泛分布著第四系(Q)，以黃色亞砂土和紅褐色亞粘土為主，大面積不整合覆蓋于中元古界熊耳群馬家河組(Pt2m)之上。

圖2 安山巖野外及鏡下照片

2.2 構造

礦區處于區域背斜構造的翼部，地層總體表現為向北東傾斜的單斜構造，地質構造比較簡單。區內斷裂構造不發育，僅有北北西—南南東向斷裂F1，斷裂以構造蝕變或破碎帶形式存在，發育在馬家河組地層中。F1 走向延伸近2000m，斷裂破碎帶寬度不一，最寬近10m，局部有扭曲現象，并在傾向上存在向下尖滅或反傾現象。斷裂破碎帶中部傾角近乎直立；南部傾向76°～95°，傾 角81° ～89°； 北 部 傾 向250° ～274°， 傾 角80°～87°。在斷裂破碎帶中，構造巖發育，具角礫狀構造，角礫成分為安山巖，被硅質所膠結。斷裂破碎帶為重晶石礦的導礦和容礦構造，在斷裂破碎帶膨脹部位，普遍有重晶石、石英脈充填，形成重晶石工業礦體。

2.3 巖漿巖

礦區內巖漿活動以火山噴發作用為主，大面積出露熊耳群中性噴出巖，未見侵入巖脈出露。

3 礦體地質特征

3.1 礦體特征

重晶石礦體產于F1 構造破碎帶中，共圈定兩條礦體(編號I-1 和I-2)，呈脈狀、豆莢狀、透鏡狀，礦體與頂底板杏仁狀安山巖界限明顯，邊界規則簡單(圖3)。

圖3 石龍溝重晶石礦床地質簡圖

Ⅰ-1 號礦體：呈脈狀、豆莢狀、透鏡狀，礦體控制長度240m，傾向延伸最大控制垂深92m，礦體賦存標高765 ～818m。礦體傾向76°～95°，傾角81°～89°。受構造影響，礦體局部產狀變化明顯，在走向上有扭曲現象，傾向上向下尖滅。礦體真厚度1.05 ～2.80m，平均1.90m，厚度變化系數51.15%。重晶石品位為33.10%～67.15%，平均品位57.15%。圍巖蝕變主要為硅化、綠泥石化、碳酸鹽化、褐鐵礦化和重晶石化等。

Ⅰ-2 號礦體：呈脈狀、豆莢狀、透鏡狀，嚴格受構造蝕變帶控制，礦體控制長度1172m，傾向延伸最大控制垂深128m,礦體賦存標高770 ～932m。受構造影響，產狀局部變化明顯，礦體產狀變化較大，在走向上局部有扭曲現象，傾向上向下尖滅。第7 勘查線至第3 勘查線礦體傾向76°～95°，傾 角81° ～89°；第0 勘 查 線 至 第12 勘 查 線 礦體 傾 向250° ～274°， 傾 角80° ～87°。 礦 體 真厚度0.83 ～2.56m，平均1.53m，厚度變化系數51.02%。重晶石品位為33.00%～85.30%，平均品位57.73%。圍巖蝕變主要為硅化、綠泥石化、碳酸鹽化、褐鐵礦化和重晶石化等。

兩條礦體內有少量夾石，個別夾層多是安山巖的捕虜體，沒有規律。礦體與圍巖均為侵入接觸，接觸關系明顯而規則。斷層巖脈不發育，整體連續性較好，兩條礦體中心部位和地表硫酸鋇含量高，邊部和深部含量降低。

3.2 礦石特征

(1)礦石礦物組成及結構構造。

礦石中礦物組分簡單，主要為重晶石，礦物含量平均約占58%，次要礦物為石英，含少量菱鐵礦。礦石結構為中—粗粒結構、交代殘余結構、填隙結構，礦石構造為致密塊狀構造。礦石結構、構造直接影響礦石品位，以中—粗粒結構、致密塊狀構造的礦石品位最高。

(2)礦石類型。

按照礦石的礦物組合、結構、構造，礦區礦石分為重晶石型、石英—重晶石型礦石兩種自然類型。

重晶石型：顏色為白—粉色，中—粗粒結構，塊狀構造。成分主要為重晶石，石英、方解石和微量褐鐵礦。重晶石呈板狀，粒徑0.2 ～40.0mm，無色，正中突起，解理完全，最高干涉色一級黃。石英呈他形粒狀，粒徑0.02 ～1.5mm，分布在大顆粒重晶石縫隙中。

石英—重晶石型：顏色為白—灰白色，粗—中粒結構，塊狀構造。成分由重晶石、石英組成。重晶石多為柱狀，結晶較粗，粒徑0.5 ～20mm，含量30.10%～91.54%。石英多為粒狀，粒度較粗，粒徑0.2 ～2mm，含量約70%。

(3)礦石化學成分。

礦石主要有益組分為BaSO4， 根據取樣測試結果， 全礦區礦石BaSO4含量一般在33.00% ～85.30%，最高含量達92.20%，最低含量為30.10%，礦體中心部位和地表硫酸鋇含量高，邊部和深部含量降低。常見的有害組分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO 等 含 量 較 低，對 礦 石質量影響不大，它們的平均含量如下：SiO2含量一般3.17% ～18.00%，最高含量達29.06%；Fe2O3含量一般0.04% ～0.32%；Al2O3含量一般0.63%～1.38%；CaO 含量一般0.05%～0.35%；MgO 含量一般0.04%～0.26%(表1)。

表1 礦石化學全分析結果表

重晶石礦石質量與小體重具有明顯的正相關性，主要礦物成分BaSO4含量越高，小體重越大，這也符合重晶石礦的基本質量特征。

3.3 圍巖蝕變特征

重晶石礦體賦存在馬家河組地層的含礦構造帶中，圍巖為杏仁狀安山巖，以紫紅色、紫綠色為主，靠近礦體的圍巖呈暗紫紅色，遠離礦體顏色逐漸變淺，初步分析是由于圍巖受熱液蝕變的程度不一樣而引起的。礦脈兩側有重晶石、石英、方解石細脈帶發育。近礦圍巖蝕變有硅化、綠泥石化、碳酸鹽化、褐鐵礦化等。綠泥石化與褐鐵礦化為礦區含礦地層較為普遍的蝕變現象，與礦化關系不大。與重晶石礦化關系最為密切的蝕變是硅化和碳酸鹽化。

硅化在含礦構造帶頂、底板和礦化體內普遍而強烈，這種蝕變往往使絕大部分原巖成分被石英取代[11]?？煞侄嗥?，早期較強，以石英為主，石英顆粒粗大，呈自形—半自形粒狀集合體以堆積狀或脈狀交代穿切巖礦石，未見或少見礦化；晚期硅化較弱，常見于重晶石與圍巖接觸帶，石英多呈他形粒狀交代圍巖，顯示圍巖的顏色，呈紫紅色或紅色，與礦化關系密切，常伴有重晶石化。

碳酸鹽化分布普遍且較強烈，延續時間也最長，可分為兩期，早期為半自形—他形粒狀集合體，呈細脈狀穿切巖石，或以薄片狀發育于巖石裂隙中；晚期碳酸鹽多呈粒狀或云霧狀分布于礦石之中，與重晶石化同時發生。

4 礦床成因及找礦標志

4.1 控礦因素

(1)地層對成礦的控制。

早期熊耳群地層中的鋇在區域變質作用中活化，向有利的部位遷移形成鋇的初步富集，熊耳群火山活動及其后的構造作用又使鋇再次遷移集中。研究區內中元古界熊耳群火山巖(安山巖為主)與礦石、蝕變巖在物質組分上存在密切的關系，鉛同位素組成特征十分相似，主要來自地幔和下地殼，具有較高的BaO、SO3豐度值，是區內重晶石成礦的重要礦源層之一[12]。

(2)構造對成礦的控制。

本地區發育的構造破碎帶為礦體發育提供了較好的導礦構造和容礦空間，因此，構造破碎帶發育的熊耳期古斷裂為來自深部的含礦熱液提供了良好的通道。礦化的富集程度與區域構造關系密切，較大的容礦空間、礦化富集程度較好。區內發育一條北北西—南南東向構造破碎帶，在走向上局部有扭曲現象，傾向上向下尖滅或反傾現象，中部傾角近乎直立，普遍有重晶石、石英脈充填，本區的重晶石主礦脈即產于該條走向長兩千米左右的構造破碎帶中。成礦方式主要充填方式，斷層裂隙為礦物提供良好的成礦場所，礦脈嚴格受斷層控制，礦體形狀與斷層裂隙一致。

(3)巖漿熱液對成礦的控制。

熊耳期大規模的中、酸性火山噴發及燕山期的巖漿活動為重晶石礦床的形成提供了充分的熱動力條件以及成礦物質，本區重晶石礦體與圍巖的侵入接觸關系表明重晶石成礦是在安山巖地層形成之后。安山巖形成后，遭受熊耳期古斷裂的構造運動，形成一條主要由安山巖組成的構造破碎帶，燕山期大規模的巖漿活動為礦床的形成提供了充分的熱動力條件以及成礦物質，含礦熱液帶的成礦物質通過導礦通道進入孔隙度大、滲透性好的構造破碎帶中，因物理、化學條件變化，BaSO4沉淀富集形成重晶石礦體。重晶石在水溶液中具有退化可溶性，重晶石的退化可溶性始于250℃，在低于250℃的條件下重晶石才能聚集形成，所以重晶石在地表淺部或高、中溫礦床環礦巖石比較低溫的地段。

4.2 礦床成因

(1)成礦物質來源。

研究區內多期次構造—熱液作用使礦源層中的礦物質活化、遷移和富集，其鋇源主要來自深部的火山—氣液，混合巖漿中派生出的含礦熱水溶液，當充填到裂隙中后，對巖石進行交代，從而使圍巖具有硅化、碳酸鹽化等蝕變特征。燕山期巖漿活動強烈，導致地殼深部的含礦熱液脫離母巖后在適宜的構造條件下，通過斷裂和裂隙等導礦通道，向壓力較低的區域流動，進入到物理性質有脆性、孔隙度、透水性較好的安山巖中的容礦斷裂隙內,隨著環境的變化和壓力、溫度等條件的降低，使所攜帶有成礦物質鋇、硫等元素的熱液在張性及張扭性斷裂中得以沉淀、富集形成重晶石礦體,形成了本區構造破碎帶中的重晶石。

(2)容礦構造。

斷裂構造帶為含礦熱液提供良好的賦存場所，NNW 斷裂產狀直立，切割地層較深，成為研究區內含礦熱液運移的良好導礦和儲礦構造，礦體與圍巖關系明顯而規則，并且是突變的，礦體嚴格受構造裂隙控制[13-15]。

(3)成礦類型。

根據重晶石退化可溶性溫度和聚集成礦溫度，認為重晶石形成于地表淺部或高、中溫礦床環礦巖石比較低溫的地段，礦床多在中、低溫階段，弱酸性向弱堿性過渡的氧化環境的硫酸鹽型成礦溶液中形成。屬于巖漿期后熱液礦床，成礦溫度屬中低溫熱液礦床的范圍。綜上，石龍溝重晶石礦床屬中低溫熱液型脈狀重晶石礦床，由熱液成礦作用形成，成礦方式主要為充填方式。

4.3 找礦標志

(1)斷裂構造標志。

區內礦層賦存于中元古界熊耳群馬家河組，重晶石礦嚴格受北北西—南南東向F1 斷裂構造帶控制，且有石英脈、方解石脈的充填，重晶石成礦作用對斷裂構造的多期次活動具有明顯的選擇性。在含礦斷裂膨大、產狀局部突變部位易成為重晶石礦體富集部位。

(2)圍巖蝕變標志。

本區重晶石礦近礦圍巖蝕變有硅化、綠泥石化、碳酸鹽化、褐鐵礦化等。綠泥石化與褐鐵礦化為礦區含礦地層較為普遍的蝕變現象，與礦化關系不大；與重晶石礦化關系最為密切的蝕變是硅化和碳酸鹽化。硅化在含礦構造帶頂、底板和礦化體內普遍而強烈，可以作為本區重晶石礦的間接找礦標志。

5 結論

(1)石龍溝重晶石礦床分布于中元古界熊耳群馬家河組安山巖中，受區內斷裂控制，巖漿熱液提供了熱動力條件和成礦物質，分析認為石龍溝重晶石礦床的控礦因素主要具有地層、構造、巖漿熱液的“三位一體”控礦模式，礦床成因屬中低溫熱液型脈狀重晶石礦床。

(2)本區尋找重晶石礦，應在斷裂構造帶發育地區，且有石英脈、方解石脈的充填，圍巖具有較為強烈的硅化、碳酸鹽化的蝕變地段，其中斷裂構造帶附近的圍巖硅化、碳酸鹽化蝕變越強，重晶石的品位越高。斷裂構造、圍巖蝕變是本區尋找重晶石礦的重要找礦標志。

(3)區域內第四系覆蓋地段未被揭露，今后可做進一步工作，尋找區內成礦斷裂帶。礦區周邊已有如西楊凹、宮前、鏵尖嘴重晶石礦床等，具有較好的成礦地質條件，對比周邊礦床的重晶石礦脈均有分枝復合及尖滅再現的規律，進一步在現有斷裂帶上沿走向追索，礦區外圍有可能發現新的礦體。