河南省龍頭寨重晶石礦床地質特征、礦床成因及找礦前景分析

朱 靜,王紅軍,裴海洋,任婧文,劉祖堯

(1.河南省第一地質礦產調查院有限公司,河南 洛陽 471000;2.自然資源部貴金屬分析與勘查技術重點實驗室,河南 洛陽 471000;3.河南省金銀多金屬成礦系列與深部預測重點實驗室,河南 洛陽 471000)

0 引言

重晶石是我國優勢礦種之一,儲量居世界第三[1-3]。據《中國礦產資源報告(2022)》統計,截至2021年,我國重晶石儲量為9 154.87 萬t。作為世界最大的重晶石生產國與供給國[4-7],我國每年重晶石產量約300 萬t[4],主要出口美國、澳大利亞等西方國家[2,8]。重晶石作為鋇最常見的礦物,是一種具多種用途的工業原料[5,9],主要用于石油鉆井泥漿加重劑、鋇化工及防核輻射、建筑、油漆以及醫藥原材料等多個領域,在世界范圍內應用廣泛[2,5,10-15],被美國、澳大利亞等世界主要經濟體均將重晶石列為關鍵礦產[8,16]。

中國重晶石礦具有分布廣泛但又相對集中的特點,主要分布在貴州、湖南、廣西等南方省份,儲量分別居全國前三位[3,5,7]。礦床成因主要有沉積型、層控型、熱液脈型、火山-沉積型和殘坡積型[15,17-24],以沉積型和熱液型儲量規模最為可觀,是目前最為重要的礦床類型[25]。沉積型礦床多分布于湘桂黔地區,儲量大、分布廣,如貴州天柱大河邊超大型重晶石[26];層控型礦床主要分布在中國南秦嶺—大巴山一帶,如南莊坪重晶石礦床、彭水郎溪重晶石礦床等[27-28];火山-沉積型礦床多形成于大陸邊緣海相盆地中,與海底火山活動關系密切,如甘肅肅南樺樹溝鏡鐵山重晶石礦床[29];殘坡積型重晶石礦床分布較少,主要分布在環太平洋成礦域,例如海南儋縣冰嶺重晶石礦床[30];熱液脈型礦床主要是與熱液活動有關的礦床,受一定的地層和構造控制,常以充填和交代的方式賦存于圍巖中,圍巖蝕變以硅化、碳酸鹽化、高嶺土化為特征,在我國華北地區山東、河南等地分布廣泛且占據絕對優勢,如山東房莊、河南大池山、劉樓重晶石礦等[6,31-35]。

河南省陜州區地處豫西腹地,華北克拉通南緣,位于張茅—段村重晶石成礦遠景區[6,36],是尋找重晶石礦較為有利的地區[21,25,34,37]。20世紀70年代,河南地質勘探隊在該區開展重晶石找礦工作,共提交王營重晶石礦IX號礦體C+D級礦石量64.840 2 萬t,平均品位55%;隨后一大批礦床、礦點被發現,如西楊凹、鏵尖嘴、宮前、石龍溝等重晶石礦床(點)[①]。河南省自然資源廳2019年度省財政地質勘查新立項目(豫自然資發〔2019〕22號),在該區龍頭寨發現含重晶石構造蝕變帶,并圈出重晶石工業礦體。本文在總結龍頭寨地區所處區域成礦背景、礦區地質、礦體地質特征的基礎上,通過與典型重晶石礦床地質特征進行對比,初步總結礦床成因、提煉找礦標志,對區內重晶石礦的成礦潛力和找礦前景進行論述,以期為今后該區重晶石礦的找礦勘查工作提供一定參考和指導。

1 區域地質概況

龍頭寨位于華北克拉通南緣,華熊隆起中段崤山斷隆東部。區內中元古界地層分布廣泛,巖漿巖發育,斷裂縱橫交錯,崤山背斜呈EW向從礦區南部經過,區內重晶石礦床(點)基本沿斷裂分布,具有較好的成礦構造條件(圖1)。

圖1 區域構造綱要圖①

區域地層屬華北地層區豫西地層分區,橫跨熊耳山和澠池—確山2個地層小區。主要出露中元古界熊耳群和汝陽群、新生界、第四系黃土。熊耳群為一套中基性—中酸性火山熔巖,分布于全區,巖性自下而上:許山組的主要巖性為灰綠色安山巖、大斑安山巖及斑狀安山巖,雞蛋坪組的主要巖性為紫紅色流紋巖、流紋斑巖,馬家河組的主要巖性為灰綠色、灰紫色安山巖夾斑狀安山巖、大斑安山巖及砂巖、泥巖);汝陽群的主要巖性為石英砂巖、頁巖、泥質粉砂巖、泥巖等淺海相沉積建造,出露面積較少,在區域東北部零星分布;新近系及第四系分布于區域東南部的溝谷和河谷中。

區域褶皺主要為軸向近EW向的崤山背斜,EW延長近60 km,呈軸面近直立,兩翼大致對稱,平緩開闊的褶皺類型,其向東傾伏端隱沒在宅延、羅凹一帶。區域斷裂按其活動規模及展布方向可分為3組:近EW向(70°～110°)、NE向(20°～70°)及NNW向(290°～340°),以近EW向和NE向斷裂最為發育,規模也最大,而NNW斷裂則主要控制區內銀鉛鋅等多金屬礦和重晶石等非金屬礦的形成和展布,是區內主要的控礦構造方向。該區巖漿巖發育,廣泛出露陸相噴發的熊耳群中基性中酸性火山熔巖,以熊耳群蓋層火山巖為主;侵入巖呈巖脈、巖株產出,巖性主要為中酸性侵入巖,時代跨度從太古代至中生代;以中生代燕山期花崗質巖體為主,主要有老里灣巖體、中河巖體和宅延巖體,控制老里灣、中河和宅延銀鉛鋅礦的產出和規模。

區域礦產以金屬礦為主,主要為中河銀鉛鋅礦和老里灣銀鉛鋅礦。

2 礦區地質特征

2.1 礦區地層

礦區出露地層主要為中元古界熊耳群許山組、雞蛋坪組、馬家河組(屬豫西地層分區熊耳山地層小區),東北部龍脖一帶出露汝陽群云夢山組、白草坪組、北大尖組、崔莊組、三教堂組、洛峪口組(屬豫西地層分區澠池—確山地層小區),東南角、東北角小面積出露新近系洛陽組砂礫巖,東部大面積出露第四系午城黃土、離石黃土。各群組間為噴發整合或不整合接觸,溝谷多為現代河床沉積物(圖2)。

許山組(Pt2x):主要分布在礦區西南部。為一套以陸相噴發為主的中基性火山熔巖。自下而上可分3個巖性段,區內出露中段和上段,中段(Pt2x2)巖性主要為大斑安山巖,局部夾安山巖及杏仁狀安山巖;上段(Pt2x3)巖性主要為安山巖,局部夾斑狀安山巖。

雞蛋坪組(Pt2j):主要分布在礦區中西部上岳莊—鳳凰山一帶,呈NW向展布。被馬家河組噴發不整合覆蓋,底部呈噴發不整合覆蓋在許山組之上,為一套酸性火山巖。巖性主要為流紋巖、斑狀流紋巖、石泡流紋巖、巖泡流紋巖、球粒流紋巖,中部夾安山巖。

馬家河組(Pt2m):主要分布在預查區北部王營—龍脖水庫一帶,NW向展布。呈噴發整合或不整合覆于雞蛋坪組之上,巖性為一套中性熔巖,巖性為安山巖、斑狀安山巖、杏仁狀安山巖、夾巖屑晶屑凝灰巖。

汝陽群出露于龍脖南部一帶,為一套礫巖、砂巖、泥巖組合,平行不整合覆于熊耳群馬家河組之上。自下而上出露云夢山組(Pt2y)、白草坪組(Pt2bc)、北大尖組(Pt2bd)、崔莊組(Pt2c)、三教堂組(Pt2s)和洛峪口組(Pt2ly)。西部與下伏馬家河組呈斷層接觸。

礦區礦體主要賦存于馬家河組安山巖和雞蛋坪組的流紋斑巖。

2.2 礦區構造

礦區位于華北克拉通南緣華熊斷隆區燕爾嶺—羅凹傾伏背斜NE翼,屬單斜構造,東部為洛寧新生代斷陷盆地,第四系黃土廣泛發育。構造以斷裂為主,按方向可分為NW向、NNW向、近SN向、近EW向4組斷裂。其中,NNW向和近SN向為區內主要含礦斷裂構造,控制該區主要銀鉛鋅等金屬礦床和重晶石等非金屬礦床的形成和展布。本次勘查新發現的8條含重晶石構造蝕變帶,有3條含礦性較好,分別為F21、F23、F36。

F21構造蝕變帶位于礦區中南部龍頭寨東呈黃褐色、灰白色。出露長約320 m,寬2～10 m,產狀242°～270°∠78°～90°,帶內填充碎裂巖、重晶石脈,碎裂結構,塊狀構造。主要蝕變有硅化、褐鐵礦化,部分角礫為重晶石。南北兩端被第四系覆蓋。

F23構造蝕變帶位于礦區中部,斷續出露,長約1.1 km,北段東傾,南段西傾。北段長約240 m,寬3～10 m,產狀100°∠80°～83°,帶內填充碎裂巖、黃褐色、灰白色的重晶石脈,呈碎裂結構,塊狀構造。主要蝕變有硅化、褐鐵礦化,部分角礫為重晶石。南段寬2～3 m,產狀282°∠75°,帶內填充碎裂巖、黃褐色、灰白色重晶石細脈,呈碎裂結構,塊狀構造。具硅化、褐鐵礦化。南北兩端及中部被第四系覆蓋。

F36構造蝕變帶位于礦區北部。該帶呈黃褐色、灰白色出露長約320 m,寬2.5～12 m,產狀82°～95°∠72°～82°,帶內填充碎裂巖、重晶石脈,碎裂結構,塊狀構造。主要蝕變有硅化、褐鐵礦化、赤鐵礦化,部分角礫為重晶石。南北兩端被第四系覆蓋,各構造蝕變帶特征見表1。

圖2 龍頭寨重晶石礦區地質簡圖

表1 含重晶石礦化斷裂構造特征

3 礦體地質特征

3.1 礦體特征

重晶石礦體賦存于構造蝕變帶內,礦體與圍巖邊界清楚。在F21、F23、F363條含礦構造帶內共圈出4個重晶石礦體,編號為F21-Ⅰ、F21-II、 F23-Ⅰ、F36-Ⅰ。各礦體特征見表2。

表2 龍頭寨重晶石礦體特征一覽

(1) F21-I號礦體:位于礦區中南部F21構造蝕變帶內。礦體呈脈狀,與圍巖邊界較清晰。沿走向長370 m,控制長度170 m,沿傾斜方向按地表工程推測斜深50 m(圖3)。礦體呈舒緩波狀,沿走向和傾向均未封閉。礦體頂板為碎裂巖,底板為流紋斑巖,蝕變以硅化、褐鐵礦化為主,部分角礫為重晶石。圍巖蝕變主要為硅化、弱褐鐵礦化,次為綠簾石化、綠泥石化、碳酸鹽化。

(2)F23-I號礦體:位于該區中部F23構造蝕變帶內。礦體呈脈狀,與圍巖邊界較清晰。礦體沿走向長320 m,控制長度120 m,沿傾斜方向按地表工程推測斜深50 m(圖4)。礦體呈陡立板狀,沿走向和傾向均未封閉。圍巖為安山巖,蝕變以硅化、褐鐵礦化為主,部分角礫為重晶石。圍巖蝕變主要為硅化、弱褐鐵礦化,次為綠簾石化、綠泥石化、碳酸鹽化。

(3)F36-I號礦體:位于礦區中北部F36構造蝕變帶內。礦體呈脈狀,與圍巖邊界較清晰。礦體沿走向長350 m,控制長度150 m,沿傾斜方向按地表工程推測斜深50 m(圖5)。礦體呈舒緩波狀,沿走向和傾向均未封閉。礦體頂板為碎裂巖,底板為安山巖,蝕變以硅化、褐鐵礦化、赤鐵礦化為主,部分角礫為重晶石。圍巖蝕變主要為硅化、弱褐鐵礦化,次為綠簾石化、綠泥石化、碳酸鹽化。

(4) F21-II號礦體:位于礦區中南部F21構造蝕變帶內,是F21-I號礦體的平行脈。礦體呈透鏡狀,與圍巖邊界較清晰。沿走向長46 m,沿傾斜方向按地表工程推測斜深50 m。礦體由單工程控制,控制程度較低。

圖3 龍頭寨礦區F21礦脈I號礦體投影圖

圖4 龍頭寨礦區F23礦脈I號礦體投影圖

3.2 礦石特征

(1)礦石結構、構造:礦石結構主要為細晶質結構,次為碎裂結構。礦石構造主要為塊狀構造,次為角礫狀構造(圖6)。

(2)礦物組成:礦石礦物主要成分為重晶石(Brt),其次為石英(Qz),少量方解石和金屬礦物。重晶石呈灰色,自形,柱狀為主,裂隙發育,主要粒徑5～20 mm。脈石礦物為石英、方解石等。石英,他形—自形,粒狀—柱狀,粒徑0.5～2 mm。方解石,他形、粒狀,粒徑0.02～0.05 mm。此外礦石中含微量的黃鐵礦和褐鐵礦。

圖5 龍頭寨礦區F36礦脈I號礦體投影圖

圖6 重晶石野外特征及鏡下照片

(3)礦石化學成分:礦石的化學成分主要為BaSO4、SiO2,BaSO4含量為71.78%～92.05%之間;SiO2含量為4.72%～18.91%,其次為Fe2O3、Al2O3等,Fe2O3含量為0.34%～0.79%,小于1%;Al2O3含量為0.33%～1.58%,小于2%。其他礦石礦物含量較小。礦石化學成分詳見表3。

表3 重晶石礦化學分析結果

(4)礦石類型和品級

① 礦石類型:按成分可分為重晶石型、石英—重晶石型;按構造可分致密塊狀重晶石型、角礫狀重晶石型。

② 礦石品級:依據重晶石礦工業指標w(BaSO4)≥50%,礦石經手選或簡單重選后符合一般石油勘探、醫藥、化工工業企業質量要求。

3.3 圍巖蝕變特征

重晶石礦賦礦地層為熊耳群火山巖。重晶石礦體與圍巖界限清楚,肉眼可以辨別,礦體受斷裂控制,礦石主要賦存在構造蝕變帶中。圍巖為安山巖和流紋斑巖,呈灰綠色—深灰色,隱晶質結構,塊狀構造,杏仁狀構造。圍巖蝕變以硅化、碳酸鹽化、高嶺土化、弱褐鐵礦化為主。經野外調查發現,重晶石礦的圍巖蝕變呈現較為規律的蝕變分帶現象,由內向外依次為硅化—碳酸鹽化—高嶺土化—褐鐵礦化,與成礦較為密切的蝕變主要為硅化和碳酸鹽化(圖7)。

圖7 圍巖蝕變特征圖

4 礦床成因

4.1 礦床成因類型

華北地區重晶石礦床(點)數量多但規模小,在空間分布上具有區域性集中的趨勢,主要分布在山東和河南,成因類型以熱液型和內生層控型2種類型為主,其中熱液型礦床無論是礦床數量還是儲量規模均占主導地位[6]。由于龍頭寨地區勘查程度較低,本文總結國內典型重晶石礦床的地質特征,如湖南古丈涼亭坳[38]、廣西平典[5]、澠池地區[34]、盧氏李家坡[7]、登封白土溝[39]、衛輝大池山[35]等,通過對比探討該區重晶石礦的成因類型。各礦床特征見表4。

通過與典型重晶石礦床地質特征進行對比分析,龍頭寨重晶石礦與河南澠池、盧氏、衛輝等地區重晶石礦地質特征、礦體特征、礦石礦物組合、圍巖蝕變特征類似,均嚴格受構造控制,礦體產于構造破碎蝕變帶內,受熱液活動控制明顯,呈脈狀或透鏡狀產出,屬熱液脈充填成因類型,根據區域構造活動歷史,可歸為內生成因巖漿熱液型重晶石礦床,與成礦燕山期巖漿活動直接相關。

4.2 成礦物質來源

巖漿熱液型重晶石礦床中的硫同位素值要普遍低于沉積型礦床中硫同位素的值,成礦物質一般來源于鎂鐵質火山巖、鈣堿性流紋質火山巖,具有多源性特點,是典型的后生礦床[22]。華北地區巖漿熱液型重晶石礦床中的成礦物質Ba、S多來源于中生代燕山晚期的巖漿活動所形成的熱液。成礦熱液地層中的Ba、S等元素,在熱液活動下活化遷移并隨成礦熱液在先期形成的斷裂通道內遷移富集,由于外部物理化學條件的變化,在張性斷裂中沉淀、富集,是陸內巖漿活動遠程巖漿熱液的產物。

4.3 成礦機制初探

晚中生代,燕山期巖漿活動頻繁且規模較大,巖漿在不斷上升侵位過程中使成礦元素Ba不斷富集、同時熱液活動使地層中的Ba、S等活化遷移,由于巖漿活動的持續進行,使地殼內部不同深度和性質的韌性或脆性斷裂發生活化和貫通,成礦物質沿著早期形成的斷裂遷移,當熱液通過近SN向、NNW向等壓扭性斷裂及裂隙等通道時,地表由于壓力、溫度等外部條件的變化,成礦物質發生卸載,最終在斷裂構造的合適部位沉淀成礦;礦體嚴格受斷裂構造控制,分布于斷裂蝕變帶中,呈脈狀產出,礦體的形成與展布與斷裂有密切聯系,近SN向、NNW向壓扭性斷裂及其伴生的次級斷裂為重晶石礦脈(體)的形成和賦存提供良好的空間,同時也是該地區銀鉛鋅等礦體的導礦和容礦構造。

5 找礦標志與成礦遠景

5.1 找礦標志

通過野外地質勘查工作,總結該區重晶石礦的找礦標志:

(1)含重晶石構造蝕變帶是找重晶石礦的直接標志:該類重晶石礦受斷裂控制較為明顯,礦體均賦存于構造蝕變帶,從構造與礦體的產狀判別,重晶石礦基本受NNW向和近SN向斷裂構造控制。該構造方向為區內主要的控礦構造方向,控制區內重晶石礦、中河銀鉛鋅礦、老里灣銀鉛鋅礦等礦體的形成和展布是主要的控礦斷裂。

(2)民采露頭為找重晶石礦的直接標志:區內重晶石礦化較好地段民采盛行,留下大量民采露頭、采坑、民硐是直接的找礦標志。

(3)與成礦有關的圍巖蝕變主要為硅化和重晶石化,此外?？梢娞妓猁}化和高嶺土化均可作為找礦標志。

5.2 成礦遠景

龍頭寨地區處于張茅—段村重晶石成礦遠景區,區內斷裂構造發育,已發現含重晶石礦構造蝕變帶8條,通過地表槽探工程初步控制3條主要含重晶石礦構造蝕變帶,圈出4個礦體,估算潛在資源量礦石量28.75 萬t。礦體兩端均為黃土覆蓋,地表僅由少量槽探工程控制,深部未開展工程驗證。由于前期勘查過程中并未將重晶石作為主攻礦種,投入工作量較少,故該區重晶石礦深部及外圍仍有較大的找礦空間和找礦潛力。通過開展鉆探等深部驗證工程,有望進一步擴大重晶石礦的資源儲量規模,且該區銀鉛鋅礦產資源豐富,周圍分布有中河、老李灣銀鉛鋅多金屬礦,它們均受控于近SN向和NNW向斷裂控制,因此該地區是尋找重晶石礦和銀、鉛、鋅、礦的良好地段。

6 結論

(1)龍頭寨重晶石礦賦礦圍巖為中元古界熊耳群馬家河組安山巖和雞蛋坪組流紋斑巖。礦體受NNW向和近SN向斷裂構造控制,產于斷裂帶內的構造蝕變巖中,礦體與圍巖界限清晰。通過地表工作新發現8條含重晶石構造蝕變帶,圈出4條礦體,估算重晶石潛在礦產資源礦石量28.75萬t。

表4 礦區與國內主要重晶石礦床特征對比

(2)通過與典型重晶石礦床地質特征進行對比分析,初步認為該區重晶石礦為巖漿熱液充填型脈狀礦床,成礦與燕山期巖漿活動關系密切,是陸內巖漿活動遠程巖漿熱液的產物。

(3)龍頭寨重晶石礦嚴格受構造控制,NNW向和近SN向斷裂構是主要控礦斷裂;區內民采活動盛行,留下較多采坑、采硐;與成礦有關的圍巖蝕變主要為硅化和重晶石化,風化地段?？梢姼邘X土化和碳酸鹽化。這些特征是尋找該區重晶石的主要找礦標志。

(4)龍頭寨礦區內已發現礦種主要為重晶石礦,目前工作程度較低,地表有少量探槽揭露,深部未進行工程控制,向深部及外圍仍有較大找礦潛力,具有較好的找礦前景,通過進一步勘查工作有望提交一處可供普查的大中型礦產地,且該區具有尋找銀鉛鋅等金屬礦種的潛力。

注釋：

① 畢炳坤 裴海洋 朱靜,等. 河南省三門峽市陜州區龍頭寨銀礦預查報告[R]. 鄭州:河南省地質礦產勘查開發局第一地質礦產調查院,2021.