貴州沿河螢石礦稀土元素地球化學(xué)特征及成因探討

楊忠琴，趙 磊，賀永忠，安亞運(yùn)，盤應(yīng)娟

(貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽 550005)

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貴州沿河螢石礦稀土元素地球化學(xué)特征及成因探討

楊忠琴，趙 磊，賀永忠，安亞運(yùn)，盤應(yīng)娟

(貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽 550005)

為了研究沿河縣螢石礦成因，主要針對(duì)研究區(qū)內(nèi)具代表性的水田壩和豐水嶺兩個(gè)礦床地質(zhì)特征進(jìn)行研究，并運(yùn)用等離子質(zhì)譜(ICP-MS)對(duì)稀土元素進(jìn)行了系統(tǒng)分析。研究結(jié)果表明，圍巖的稀土總量、輕稀土和重稀土的含量遠(yuǎn)高于螢石礦石，但是螢石的稀土配分型式與圍巖相似。根據(jù)Moller等(1976)的Tb / Ca_Tb / La關(guān)系圖，結(jié)合礦體特征和區(qū)地質(zhì)背景研究，認(rèn)為該區(qū)螢石礦為熱水(熱鹵水)再造沉積巖(或礦床)。

稀土元素；螢石；成因；沿河縣

1 序言

螢石是一種具有戰(zhàn)略意義的非金屬礦產(chǎn)資源，隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源消費(fèi)與需求量不斷攀升，包括螢石在內(nèi)的非金屬礦產(chǎn)資源日益受到重視。我國(guó)的螢石資源豐富，礦床、礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)分布廣泛。隨著對(duì)螢石礦認(rèn)識(shí)程度的加深，很多學(xué)者對(duì)中國(guó)螢石礦的類型進(jìn)行了總結(jié)。王吉平[1]將中國(guó)螢石礦床劃分為熱液充填型、沉積改選型和伴生型三種類型。曹俊臣等[2]按螢石礦床的含礦巖系特征，把中國(guó)螢石礦床分為三種類型：即產(chǎn)于酸一中酸性巖漿巖及其接觸帶的礦床；產(chǎn)于火山巖及次火山巖中的礦床；產(chǎn)于碳酸鹽巖或其他沉積巖、火山沉積巖中的礦床。曹俊臣等進(jìn)一步提出產(chǎn)于沉積巖、火山沉積巖中的層控螢石礦床可分為沉積改造礦床和后成礦床。

沿河縣是貴州螢石礦的主要產(chǎn)地之一，螢石礦床產(chǎn)于碳酸鹽巖中。前人[3、4]對(duì)沿河縣豐水嶺螢石礦區(qū)進(jìn)行詳查和勘探工作，認(rèn)為豐水嶺螢石礦屬螢石、重晶石混合充填交代型礦床，查明了豐水嶺螢石礦的儲(chǔ)量，并確定其為中型礦床。趙磊等[5]對(duì)務(wù)川—沿河地區(qū)螢石礦中流體包裹體進(jìn)行研究認(rèn)為該區(qū)螢石礦主要形成于中低溫環(huán)境，屬中低溫?zé)嵋旱V床?，F(xiàn)對(duì)該區(qū)典型的礦床進(jìn)行稀土元素地球化學(xué)研究，探討礦床成因，為下一步的找礦工作提供依據(jù)。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于上揚(yáng)子地塊南部，屬華南板塊—揚(yáng)子陸塊—上揚(yáng)子地塊—黔北隆起區(qū)—鳳崗南北向褶皺變形區(qū)[6](圖1)。構(gòu)造形跡主要有褶皺、斷層及劈理等，線性構(gòu)造形跡方向主要為近南北向及北東向，北東向構(gòu)造晚于南北向構(gòu)造。褶皺形態(tài)背斜部位較為寬緩，向斜部位較為緊閉，顯示隔槽式褶皺組合特征，為典型的侏羅山式褶皺。一般向斜狹窄呈緊密槽狀，寬10余千米，背斜寬闊呈舒緩箱狀，寬30 km左右。單個(gè)褶皺軸在北東向斷層發(fā)育部位發(fā)生S型彎曲，同時(shí)，在開闊平緩背斜部位，發(fā)育雁行排列的次級(jí)褶皺，顯示出近東西向擠壓和左旋扭動(dòng)的應(yīng)力特點(diǎn)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置略圖(據(jù)代傳固、陳建書等 2010)

Fig.1 Geotectonic sketch of the study area

1—三級(jí)構(gòu)造單元界線；2—四級(jí)構(gòu)造單元界線；3—五級(jí)構(gòu)造單元界線；4—研究區(qū)

3 研究區(qū)地質(zhì)特征

3.1 礦區(qū)構(gòu)造

從平面地質(zhì)圖上看[7](圖2)，螢石礦礦體主要產(chǎn)于土地坳背斜、板場(chǎng)背斜北西翼的奧陶紀(jì)地層中；礦脈走向北西—南東，與褶皺軸跡近于垂直。在發(fā)育此構(gòu)造背景下的賦礦地層(紅花園組、桐梓組等)中，發(fā)育北西、北北西向節(jié)理、裂隙，為螢石的容礦場(chǎng)所；北西向的節(jié)理、裂隙為導(dǎo)礦、配礦構(gòu)造，同時(shí)北西向的節(jié)理裂隙為容礦構(gòu)造。而受區(qū)域上北東、北北東向大斷裂構(gòu)造控制不甚明顯。

圖2 研究區(qū)礦體平面特征分布圖(據(jù)賀永忠等2015略有簡(jiǎn)化)

Fig.2 Plane characteristics distribution of orebody in the target area

1—斷層；2—背斜；3—向斜；4—礦體及編號(hào)；5—礦床范圍；6—桐梓組+紅花園組

3.2 礦區(qū)地層

3.3 礦體特征

研究區(qū)內(nèi)螢石礦分布于沿河縣土地坳鎮(zhèn)和板場(chǎng)鄉(xiāng)。區(qū)內(nèi)礦床、礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)星羅棋布，達(dá)中、小型規(guī)模的螢石礦床達(dá)20個(gè)。下面主要針對(duì)具代表性的水田壩和豐水嶺兩個(gè)礦床進(jìn)行描述。

3.4 礦石特征

(1)礦物成分

此次研究主要針對(duì)水田壩礦床的主要礦脈S-9、S-10和豐水嶺礦床主要礦脈f-4進(jìn)行分別進(jìn)行采樣。樣品采用透明礦物制片方法，制成厚0.03 mm光薄片，通過偏光顯微鏡Leica DM4500P透射光、反射光觀察及鏡下顯微照相，以利于光性礦物學(xué)特征觀察。

結(jié)果表明，沿河螢石礦片區(qū)的螢石礦礦物組分較復(fù)雜，除了主要礦物螢石、重晶石外，還有少量金屬礦物閃鋅礦和方鉛礦等和非金屬礦物方解石、石英等。本次研究的礦石礦物為螢石。

(2)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石構(gòu)造主要有團(tuán)塊狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造(圖3、4)、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造。①螢石和重晶石等各自偏集呈團(tuán)塊狀產(chǎn)出，部分螢石呈團(tuán)塊狀充填于重晶石變晶形成的三角形格架孔隙中(圖5)；②螢石呈脈狀穿插重晶石集合體(圖)；③螢石、重晶石、石英相互穿插呈網(wǎng)脈狀構(gòu)造，此種礦石構(gòu)造在螢石貧礦體中常見；④主要是螢石、重晶石各自偏集分布構(gòu)成條帶狀構(gòu)造(圖6)；不同顏色(無色—淺紫色—紫色)螢石偏集呈條帶狀產(chǎn)出。由此可看成螢石礦均晚于重晶石結(jié)晶形成。

圖3 螢石呈脈狀穿插重晶石

圖4 螢石呈脈狀穿插重晶石

圖5 螢石充填于板柱狀重晶石形成的三角形格架孔隙

圖6 條帶狀構(gòu)造

3.5 圍巖蝕變

4 稀土元素特征

4.1 樣品分析方法及結(jié)果

本次樣品主要采了三件礦石樣和一件圍巖樣品，三件礦石樣分布采自水田壩礦床的主要礦體S-9、S-10和豐水嶺礦床的主要礦體f-4，圍巖樣采自水田壩礦床圍巖。

挑選出螢石單礦物樣品粉碎至0.074 mm(200目)并縮分后，由廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室用等離子質(zhì)譜(ICP-MS)對(duì)稀土元素進(jìn)行了系統(tǒng)分析，分析結(jié)果見表1。

表1 沿河不同礦區(qū)螢石稀土元素分析結(jié)果(w / 10-6)

注：稀土元素分析由廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室完成

4.2 稀土元素特點(diǎn)

球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化(圖7)表明，兩個(gè)礦區(qū)螢石的稀土配分樣式均為輕稀土相對(duì)富集、重稀土微弱虧損的右傾型，具有明顯的負(fù)Eu異常(Eu含量小于檢測(cè)限)。除La外，所有稀土元素的含量均小于、部分遠(yuǎn)小于球粒隕石。螢石的稀土配分型式與圍巖(結(jié)晶灰?guī)r)相似，只是其含量遠(yuǎn)低于灰?guī)r。

圖7 沿河縣不同礦區(qū)螢石礦石和圍巖稀土元素配分型圖

4.3 礦床稀土元素圖解

Tb / Ca-Tb / La關(guān)系圖是Moller等(1976)[7]在對(duì)全球150多個(gè)螢石樣品測(cè)試數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，以Tb / Ca、Tb / La的原子數(shù)之比為參數(shù)而做出的螢石礦床成因判別圖(圖8)，其縱坐標(biāo)(Tb / Ca比值)代表螢石形成的地球化學(xué)環(huán)境，橫坐標(biāo)(Tb / La比值)表示稀土元素的分餾程度。將研究區(qū)螢石礦石的相關(guān)數(shù)據(jù)(表2)投入該圖，樣品均位于熱液區(qū)和沉積區(qū)交界處，其原因可能與該螢石礦形成過程中，熱液對(duì)作為其圍巖沉積碳酸鹽巖有關(guān)。

5 礦床成因探討

綜上所述，沿河縣螢石礦為低溫?zé)嵋号c圍巖相互作用的產(chǎn)物。主要證據(jù)如下：

礦體呈透鏡狀、脈狀、團(tuán)塊狀產(chǎn)出，其形態(tài)、產(chǎn)狀和規(guī)模受構(gòu)造裂隙的控制作用十分明顯。在發(fā)育此構(gòu)造背景下的賦礦地層(紅花園組、桐梓組等)中，發(fā)育北西、北北西向節(jié)理、裂隙，為螢石的容礦場(chǎng)所；北西向的節(jié)理、裂隙為導(dǎo)礦、配礦構(gòu)造，同時(shí)北西向的節(jié)理裂隙為容礦構(gòu)造。而受區(qū)域上北東、北北東向大斷裂構(gòu)造控制不甚明顯。

圖8 螢石礦的Tb / Ca-Tb / La關(guān)系圖

同時(shí)，礦床還明顯受地層的控制。在成礦過程中，含礦熱液受上覆地層湄潭組泥巖的遮擋在地層中成礦，且紅花園組地層裂隙節(jié)理發(fā)育及其發(fā)育，故礦床明顯分布于紅花園組地層中。在Tb / Ca_Tb / La關(guān)系圖和Y+La_Y / La關(guān)系圖中可看出，所采集的礦石樣品分布在熱液區(qū)和沉積區(qū)交界處，說明成礦熱液與沉積巖關(guān)系密切。

表2 沿河縣不同礦區(qū)螢石礦Tb、La、Ca的含量及其相關(guān)數(shù)據(jù)

在流體中由于氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致REE離子電價(jià)和離子半徑的變化[8]，從而導(dǎo)致Eu、Ce相對(duì)其他REE元素發(fā)生顯著的分餾，形成Eu、Ce的異常。在這種物理化學(xué)條件下，Eu3+不同于其他稀土元素，易于被還原為Eu2+，從而不會(huì)與其他的三價(jià)稀土元素共同沉淀在含鈣礦物的晶格中，導(dǎo)致Eu負(fù)異常。而Ce的通常是于Eu呈相互消長(zhǎng)關(guān)系，但Ce的負(fù)異常與此相矛盾，說明Ce的負(fù)異常可能反映了成礦流體本身就是虧損Ce的，或者是成礦流體在經(jīng)由灰?guī)r交代后繼承了灰?guī)r的性質(zhì)。

沿河地區(qū)紅花園組生物碎屑灰?guī)r及含燧石結(jié)核灰?guī)r中的螢石礦為典型的層控礦床，其形成受燕山期褶皺、斷裂構(gòu)造控制，礦層產(chǎn)出受固定的層位和特點(diǎn)的巖石組合條件制約，礦床的礦物組分以螢石、重晶石為主，伴生有少量低溫金屬礦物方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦等，因而螢石成因應(yīng)屬地下熱水(熱鹵水)再造沉積巖(或礦床)。

6 結(jié)論

(1)沿河縣螢石礦礦體呈透鏡狀、脈狀、團(tuán)塊狀產(chǎn)出，其形態(tài)、產(chǎn)狀和規(guī)模受構(gòu)造節(jié)理、裂隙的控制作用十分明顯。

(2)沿河地區(qū)紅花園組生物碎屑灰?guī)r及含燧石結(jié)核灰?guī)r中的螢石礦為典型的層控礦床。

(3)結(jié)合研究區(qū)礦石和圍巖的稀土元素特征，可看出沿河縣的螢石礦為輕稀土元素略微富集、具弱Ce負(fù)異常和Eu負(fù)異常的平緩曲線與結(jié)晶灰?guī)r的配分型式相似。成礦流體在經(jīng)由灰?guī)r交代后繼承了灰?guī)r的性質(zhì)。

(4)根據(jù)Tb / Ca_Tb / La關(guān)系圖和Y+La_Y / La關(guān)系圖，可看出所采集的礦石樣品分布在熱液區(qū)和沉積區(qū)交界處，成礦熱液與沉積巖關(guān)系密切。

(5)沿河縣螢石成因應(yīng)屬地下熱水(熱鹵水)再造沉積巖(或礦床)。

[1] 王吉平，商朋強(qiáng)，牛桂芝.中國(guó)螢石礦主要礦集區(qū)及其資源潛力探討[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2010，32(2)：87-94.

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Geochemical Characteristics of Rare Earth Elements and Genesis of Fluorite Deposits in Yanhe，Guizhou

YANG Zhong-qin，ZHAO Lei，HE Yong-zhong，AN Ya-yun，PAN Ying-juan

(GuizhouAcademyofGeologicSurvey，Guiyang550005，Guizhou，China)

In order to study the genesis of fluorite deposit in Yanhe area，mainly aimed at the geologic characteristics of Shuitianba and Fengshuiling fluorite deposit，and use plasma mass spectrun for analysis the REE.The results shows that total amount of rare earth in surrounding rock，light rare earth and heavy rare earth is much higher than fluorite.But the type of rare earth distribution in fluorite is similar to surrounding rock.According to fig of Tb/Ca_Tb/La，unite the characteristics of orebody and research geological background of the area，think that the fluorite deposit is hot water(hot brine)recycled sedimentary rock(or deposit).

REE；Fluorite；Genesis；Yanhe

2016-07-18

貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局青年地質(zhì)科學(xué)研究項(xiàng)目《貴州省務(wù)川-沿河片區(qū)螢石礦特征及其成因分析》(黔地礦科合(2014)13號(hào))、貴州省國(guó)土資源廳組織實(shí)施《貴州省礦產(chǎn)資源整裝勘查找礦戰(zhàn)略選區(qū)項(xiàng)目》中的一個(gè)子項(xiàng)目《貴州省務(wù)川-沿河螢石(鉛鋅)找礦戰(zhàn)略選區(qū)項(xiàng)目》黔國(guó)土規(guī)劃院發(fā)[2014]4 號(hào)。

楊忠琴(1982—)，女，貴州金沙人，高級(jí)工程師，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)研究工作。

P619.21+5

A

1000-5943(2016)03-0199-06