胡呈祥

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院)



河南嵩县南坪地区萤石矿地质特征及成因

胡呈祥

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院)

摘要河南嵩县南坪地区萤石矿位于熊耳山—外方山成矿带中，在分析该区萤石矿体的成矿地质背景、矿床地质特征的基础上，对矿床成矿规律、矿床成因以及找矿标志进行了深入探讨，认为该矿萤石矿体的大小严格受地层和断裂构造规模大小的控制，矿床属低温热液成因，成矿物质主要来源于燕山期花岗岩，在构造有利部位富集成矿。

关键词萤石矿成矿地质背景矿床地质特征成矿规律矿床成因成矿物质来源找矿标志

河南嵩县南平地区萤石矿位于嵩县车村附近，其开采历史已有数十年之久，已积累了大量、较详细的地质成果资料，大量学者对该萤石矿的成矿机制、矿体特征进行了深入研究，成果丰硕[1-2]。为进一步指导区内找矿工作，在上述研究的基础上，本研究结合萤石矿成矿理论和系统的勘探工作成果，对该矿矿床地质特征及成因进行探讨。

1成矿地质背景

河南嵩县南平地区位于华北克拉通南缘的华熊地块东南部，熊耳山变质核杂岩及变质火山岩中，华熊沉降带中的嵴山—鲁山拱断束与栾川薄山陷褶断束的中段，南邻秦岭褶皱带，属于著名的秦岭多金属、非金属成矿带的一部分，与秦岭地槽北缘的北秦岭中元古褶皱带相接，地层分区为华北地层区豫西分区的熊耳山小区[2]。研究区主要赋矿地层为太古宇太华群深变质岩系和中元古界长城系熊耳群海相火山岩，另有新生界古近系，新近系及第四系。太华岩群主要出露于北部熊耳山区及南部木札岭一带，主要由变粒岩、片麻岩、混合片麻岩、混合花岗岩组成。中元古代熊耳群鸡蛋坪组火山岩在区域北部及北东部广泛发育，岩性主要为安山岩、流纹斑岩和英安斑岩，其SHRIMP锆石U-Pb年龄为(1 649±250)Ma[3]。太华群和熊耳群为区内萤石、金、银、钼矿的主要赋矿地层。区域上岩浆活动较频繁，主要表现为中元古代熊耳期的火山喷发(溢)及熊耳晚期、华力西期和燕山期的岩浆侵入。中生代燕山期岩浆岩是区内最大的一次岩浆活动，燕山期花岗岩大面积分布，主要为太山庙岩体和合峪岩体，两者构成伏牛山岩体。燕山期中—酸性岩浆大规模的侵入活动和岩体与围岩的接触部位为该区形成中—低温热液矿床(包括萤石矿床)提供了有利的岩浆热液、物质来源等条件[1]。矿区周边大面积出露太山庙岩体，岩性主要为黑云母二长花岗岩、黑云母钾长花岗斑岩，其SHRIMP锆石U-Pb年龄为(115±2)Ma，表明其侵位时代为早白垩世晚期，晚于区域上的南泥湖等花岗斑岩体和文峪、花山、合峪等花岗岩体，且属于铝质A型花岗岩。西部区域出露早白垩世合峪岩体，岩性主要为黑云母二长花岗岩、黑云母正长花岗岩，其SHRIMP锆石U-Pb年龄为(134.5±1.5)Ma[4]。太山庙岩体与西侧合峪岩体、北东侧熊耳群火山岩呈侵入接触关系，岩体外倾，倾角20°～45°。南部出露新元古代伏牛山岩体，岩性主要为片麻状细—粗粒二长花岗岩，与北部合峪岩体和太山庙岩体呈断裂接触。

区域构造以断裂为主，主构造线呈NW—SE向展布，局部形成不同方向、期次、类型、规模的断裂相交、重叠，形成纵横交错的构造格局。断裂构造与成矿具有极密切的内在联系，区域内不同规模和级别的断裂构造分别决定着矿液的运移、充填和矿体的赋存、产出，控制着区域萤石矿床(体)的空间展布规律。其EW向构造以鲁山—车村—庙子断裂带为主，NW向断裂构造以马超营断裂带及洛宁山前断裂为代表，NNE向构造以禅堂—汝阳断裂带为代表。其中鲁山—车村—庙子断裂带为华北地台与秦岭褶皱系的分界线，该断裂不仅是区域上的导矿构造，而且对下地壳物质重熔形成含矿岩浆的成岩作用具有重要意义。

2矿床地质特征

2.1矿体围岩特征

矿区鲁山—车村—庙子断裂北中部主要为燕山期花岗岩、钾长花岗斑岩，归属太山庙岩体，为伏牛山岩体的一部分。太山庙岩体为萤石矿床的主要储矿围岩，与萤石矿床的形成具有密切的时空关系，为萤石矿的形成创造了十分有利的地质条件[5-6]，其岩性为黑云母二长花岗岩，具有高SiO2，富K2O，贫Al2O3、CaO、MgO特点(表1)，w(K)/w(Na)为1.10～1.70，A/NCK为1.02～1.11，属富钾的铝质—过铝质花岗岩系。石英正长岩富Al2O3、FeO、CaO、MgO，在w(SiO2)-w(K2O)图上分属高钾钙碱性花岗岩和钾玄岩系(图1)。

表1　围岩的主要化学成分分析结果　%

图1　w(SiO2)-w(K2O)图解

围岩(La/Yb)N为6.12～26.71，δEu为0.21～0.69(表2)，具较低分馏程度及明显的Eu负异常，为轻稀土富集型。微量元素富集Nb、Ta、Ce、Y、Ga，亏损Sr、Ba，w(Rb)/w(Sr)、w(Rb)/w(Ba)分别为0.32～10.68、0.15～1.94(表2)。分析可得，其具有陆内造山作用后期拉张环境下岩浆活动的特征，该岩带的形成标志着陆内造山作用的结束[7]，靠近构造带位置的围岩蚀变作用较强烈，主要表现为硅化、钾化、绿泥石化，次生蚀变主要为高岭土化、褐铁矿化等。

表2　围岩稀土元素和微量元素分析结果　×10-6

2.2矿体形态特征

通过对该矿区开展工作，确定了数个矿体产状、形态及分布严格受构造控制，与控矿断裂产状基本一致，其形态多呈陡峭脉状，余为分枝状、透镜状、膨大收缩状等。矿体直接围岩为花岗岩、碎裂花岗岩，与围岩界线明显。矿区萤石矿体主要呈EW走向分布，矿脉倾角较陡，一般为65°～80°。萤石矿化带及矿体规模不定，不同矿体的差异较大，主要取决于控矿断裂带规模，主要矿脉延长约1 km，厚1～10 m，地表延深至100 m标高左右。

2.3矿石组分及化学特征

萤石矿石中矿物组分简单，主要为萤石，次为石英(或石髓)、方解石、高岭土、黄铁矿、绿泥石、铁锰质矿物等。矿石整体呈淡紫色、淡绿色、灰白色等，透明，具玻璃光泽，节理发育一般呈他形或半自形晶集合体，局部可见八面体结晶。石英为主要的脉石矿物，多呈白色或灰白色，自形—他形，部分为隐晶块状石髓。方解石总体较少，主要为白色片状或菱面体自然晶，与萤石共生。黄铁矿及铁锰质矿物多呈黄褐色，细—微粒浸染状附于萤石表面，或分布于萤石矿边缘。由于矿石类型在不同矿段存在差别，因此元素含量也有所变化。矿石化学成分主要为CaF2和SiO2，其他组分含量甚微，主要为Fe2O3、CaCO3、Al2O3、BaSO4等。经取样化验，获得矿石中不同化学组分的含量，见表3，其中CaF2为有益组分，Fe、S为有害组分。

表3　矿石中主要矿物化学组分含量　%

2.4矿石赋存状态

矿区矿石类型主要有块状萤石矿、胶结状萤石矿、条带状萤石矿、石英-萤石矿、细脉状萤石矿等，其CaF2含量依次降低。一般块状萤石矿中w(CaF2)75%～95%，肉眼看不见明显夹石或其他杂质，颜色主要为浅绿色，次为灰白色；胶结状萤石矿中w(CaF2) 55%～75%，可见零星蚀变花岗岩及硅石颗粒，颗粒大小一般为0.5～2 cm，主要呈灰白色，少量浅紫色、浅绿色；石英-萤石矿中w(CaF2) 40%～60%，可见明显石英条带和萤石条带交错杂乱分布，条带一般宽0.5～5 cm不等，颜色呈灰白色；细脉状萤石矿中w(CaF2) 20%～40%，主要表现为萤石条带穿插于蚀变花岗岩或硅石裂隙中，颜色以紫色为主。

2.5矿石放射性特征

通过利用HD-2000型地面伽马能谱仪对该区多个位置赋存的萤石矿体及其围岩的放射性进行了测量，并对得到的放射性测量数据进行了分析计算[8]，得到区内萤石矿体的放射性平均值为19.85 R/h ，并且放射性值随CaF2品位的增高而降低。赋矿围岩以蚀变花岗岩为主，其放射性平均值为30.18 R/h。经比较得知，萤石矿体的放射性元素含量远低于赋矿围岩所含的放射性元素。

3成矿规律

3.1成矿有利条件

矿区出露的岩性主要为燕山期花岗岩，归属太山庙岩体，主要为黑云母二长花岗岩。由于黑云母为花岗岩中F的主要携带者，因此，花岗岩中黑云母的多少及其成分变化，对F的地球化学行为，尤其对萤石等F矿物或含F矿物的形成与矿化具有重要作用。由表4可知：按岩性划分，酸性岩含F最高；按时代划分，燕山期花岗岩含F最高。可见，区内地层中F丰度值较高，为成矿提供了充分的物质条件[9]，因此，通常在酸性浸入岩或火山岩活动地区，有可能形成富含F的岩浆热液，有利于形成岩浆热液型萤石矿床。F作为化学性质活泼的卤族元素，易与金属化合物形成可溶性化合物，在岩浆中其浓度较小，但在热液阶段，F含量显著增加。当深熔花岗质岩浆沿着有利构造部位上侵时，在构造薄弱地带，富挥发性组分的流体可沿特定的构造部位运移达到沉淀所需的物理化学条件时富集成矿。区内矿床形成的另一重要因素是有矿液运移通道及成矿空间。萤石矿体的形态、产状与构造带一致，厚度亦随着构造破碎带宽度的变化而变化，具有明显的构造控矿特征。区内构造以张性断裂为主，强烈的构造活动为成矿元素的活化、转移、富集提供了有利的聚集空间及动力条件。

表4　不同岩性侵入岩和不同时代花岗岩的含F量　×10-6

3.2成矿过程

区内萤石矿的形成主要是在低温阶段，经包裹体温度测试，矿床形成温度为240～113 ℃，属中—低温热液萤石矿床[10]。首先由来自花岗岩体的热水溶液沿接触带上升，通过渗滤交代作用或扩散作用，在断裂带及岩体接触带附近矿化强烈，形成矿化体；其次原岩黑云母二长花岗岩内的黑云母或斜长石含F及Sn、W、Mo等金属元素，经碱交代或云英岩化后大量析出，之后进行交代形成钾长石-萤石矿石类型；最后为萤石低温热水萃取交代阶段，为该区最主要的成矿阶段[11]。含矿热液首先沿主断裂带运移上升，形成第1阶段以深紫色为主的小规模矿体；第2阶段由于断裂带范围的进一步扩大，提供了更加优良的成矿空间，使矿物富集，形成了以浅绿色、灰白色为主的主矿体，继主矿体形成后，构造活动逐渐减强弱，成矿作用也随之变弱，少量矿液充填至围岩及矿体不同方向的裂隙中形成了晚期的萤石细脉体。该矿床的围岩蚀变主要发生于中—低温阶段，如硅化、高岭土化、绢云母化、褐铁矿化。

4找矿标志

(1)地表出露萤石矿体以及受物理、化学风化作用形成的萤石砾、萤石块、萤石重砂异常。

(2)矿区萤石矿为构造控矿，在矿区EW走向的萤石矿体规模、品位均较好。

(3)沿断裂两侧且伴随有强烈的硅化、高岭石化和萤石矿化的次一级断裂破碎带。

参考文献

[1]河南省地质矿产局.河南省区域地质志[M].北京：地质出版社，1989．

[2]卢欣祥，于在平，冯有利，等.东秦岭深源浅成型花岗岩的成矿作用及地质构造背景[J].矿床地质，2002，21(2)：168-178．

[3]任富根，李惠民，殷艳杰，等.豫西地区熊耳群的地质年代学研究[J].前寒武纪研究进展，2002，25(1)：41-47．

[4]叶会寿，毛景文，徐林刚，等.豫西太山庙铝质A型花岗岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地球化学特征[J].地质评论．2008，54(5)：699-711．

[5]庞振山，徐文超，周奇明，等.河南省嵩县花山—合峪地区化探异常特征及找矿方向[J].矿产与地质，2004，18(6)：583-586．

[6]杨东潮，庞绪成，宗静，等.豫西嵩县南部鸡蛋坪组岩石地球化学特征及其成因意义[J].河南理工大学学报：自然科学版，2012，31(6)：679-686.

[7]刘振宏，王世炎，张良，等.华北陆块南缘燕山期陆内造山岩浆活动特征[J].地质调查与研究，2004，27(1)：35-42．

[8]邹灏，张寿庭，方乙，等.天然萤石的放射性元素含量及其影响[J].物探与化探，2014，38(3)：478-484．

[9]曹俊臣.中国与花岗岩有关的萤石矿床地质特征及成矿作用[J].地质与勘探，1994，30(5)：1-6．

[10]刘纪峰，王滑冰，杨荣芳，等.河南嵩县陈楼萤石矿矿体特征及成矿期次分析[J].资源导刊，2015(2)：17-19.

[11]古立峰.常山县高坞山萤石矿矿体地质特征与成因探讨[J].现代矿业，2012(10)：56-58．

(收稿日期2015-11-25)

胡呈祥(1965—)，男，高级工程师，450001 河南省郑州市高新区莲花街56号。