八面山螢石礦床圍巖地球化學特征

徐少康

（中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，北京 100101)

八面山螢石礦床是近年發(fā)現(xiàn)的新型大型螢石礦床，主要礦石呈黑色，貌似灰?guī)r。Xu等[1]針對紋層狀礦石進行了深入研究，提出了“新型熱水沉積巖—磁鐵螢石巖的概念”，此后又對礦石類型、成礦作用及期次、成礦溫度進行了深入研究[2-5]；閆飛等[6]對液相包裹體成分及同位素特征進行了論述。為了查明成礦物質(zhì)來源，明確找礦方向，本文在以往研究基礎上，對圍巖微量元素和稀土元素特征和成因進行了研究分析，并與礦石進行了對比。

1 礦床概況

八面山螢石礦床位于浙江省常山縣城北北東方向約23km處，大地構造位置處于中國東南沿海構造帶[7]。

與成礦關系密切的地層及主要巖性為：楊柳崗組(∈2y)灰?guī)r和泥灰?guī)r，華嚴寺組(∈3h)大理巖、大理巖化灰?guī)r、灰?guī)r及泥灰?guī)r，西陽山組(∈3x)灰?guī)r、泥灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r及大理巖化灰?guī)r。礦區(qū)構造主要為一條軸向北東—南西的短軸背斜，巖漿巖主要為巖株狀侵入于背斜核部的燕山期花崗巖體、次為北東—南西向產(chǎn)出的脈狀花崗斑巖。

礦區(qū)螢石礦體共70余個，多為隱伏—半隱伏礦體。礦體呈似層狀、透鏡狀、脈狀產(chǎn)于花崗巖與圍巖的接觸帶、華嚴寺組、西陽山組及楊柳崗組中，規(guī)模以大中型為主。礦石類型有四大種：①黑色細粒塊狀礦石；②淺色細粒塊狀礦石；③黑色鐵質(zhì)紋層狀礦石；④彩色粗巨晶礦石。成礦期次有4次：第1次，屬中低溫熱液成礦作用，形成了黑色細粒塊狀礦石；第2次，為高溫氣液蝕變作用，形成了淺色細粒塊狀礦石，未形成工業(yè)礦體，僅形成了含螢石的蝕變巖脈；第3次，為低溫熱液成礦作用，形成了黑色鐵質(zhì)紋層狀礦石；第4次，屬中低溫熱液成礦作用，形成了彩色粗巨晶礦石。礦床規(guī)模屬大型[2-5]。

2 巖石地層化學成分特征

2.1 華嚴寺組

(1) 微量元素：各類巖石中Rb、Sr、Ba、S及Cl元素含量均較高，此外，灰?guī)r的Sn、Ni、Cs及Zr元素，大理巖化灰?guī)r的Sn、Ni及Cs元素，泥灰?guī)r的Be、Ni及Zr元素，泥質(zhì)層的W、Ni、Th及Zr元素含量明顯較高(表1)，根據(jù)綜合分析對比，本文確定的高含量微量元素標準為：含量≥或接近10-6。

(2) 稀土元素：泥質(zhì)層多數(shù)稀土分量最高，分布模式與其他巖石明顯不同，輕稀土(La-Eu)呈凸型，重稀土(Eu-Lu)總體上呈平緩的右傾型。泥灰?guī)r各稀土分量高于灰?guī)r，二者分布模式基本相同，輕稀土(La-Eu)呈較陡的右傾型，重稀土(Eu-Lu)總體上接近平坦型。大理巖化灰?guī)r與灰?guī)r相比，多數(shù)稀土分量明顯較低，少數(shù)相近，重稀土(Eu-Lu)分布曲線斜率明顯較大(圖1)。

表1 八面山礦區(qū)圍巖及礦石微量元素含量

圖1 八面山礦區(qū)華嚴寺組巖石稀土元素分布模式

2.2 西陽山組

(1) 微量元素：各類巖石的Rb、Sr、Ba、S及Cl均相對較高，此外，灰?guī)r和大理巖化灰?guī)r的Ni、泥灰?guī)r的Sn、Ni及Zr、瘤狀灰?guī)r的Co、Ni、Th及Zr、泥質(zhì)層的W、Co、Ni、Th及Zr明顯較高(表1)。

(2) 稀土元素：泥質(zhì)層的各稀土分量最高，分布模式與其他巖石明顯不同，輕稀土(La-Eu)呈凸型，重稀土(Eu-Lu)總體上呈平緩的右傾型。泥灰?guī)r和瘤狀灰?guī)r各稀土分量高于灰?guī)r，二者分布模式基本相同，輕稀土(La-Eu)呈較陡的右傾型，重稀土(Eu-Lu)總體上接近平坦型(圖2)。

圖2 八面山礦區(qū)西陽山組巖石稀土元素分布模式

大理巖化灰?guī)r與灰?guī)r相比，多數(shù)稀土分量明顯較低，少數(shù)相近，輕稀土(La-Eu)段均呈較陡的右傾型，灰?guī)r的重稀土(Eu-Lu)段分布曲線總體上呈較平緩的左傾型，大理巖化灰?guī)r的重稀土(Eu-Lu)段分布曲線接近平坦型(圖2)。

2.3 楊柳崗組

(1) 微量元素：各類巖石Rb、Sr、Ba、Cl及S元素含量均較高，此外，灰?guī)r的W、Ni及Zr元素，泥質(zhì)層的W、Sn、Co、Ni、Th、U及Zr元素，泥灰?guī)r的W、Ni及Zr元素含量明顯較高(表1)。

(2) 稀土元素：泥質(zhì)層多數(shù)稀土分量最高，分布模式與其他巖石明顯不同，輕稀土(La-Eu)段呈凸型，重稀土(Eu-Lu)段總體上呈平緩的右傾型。泥灰?guī)r多數(shù)稀土分量略高于灰?guī)r，少數(shù)相近，二者稀土元素分布模式均呈平緩的右傾型(圖3)。

2.4 巖漿巖

花崗巖的Rb、Sr、Ba、S、Cl、Th、Zr及U元素，花崗斑巖Rb、Sr、Ba、S、Cl、Th、Zr、Sn、Be及Cs元素含量較高，其他微量元素及F均較低，均不含螢石(表1)。花崗斑巖各稀土分量均高于花崗巖；二者分布模式接近，均呈Eu高度虧損型(圖4)。

圖3 八面山礦區(qū)楊柳崗組巖石稀土元素分布模式

圖4 八面山礦區(qū)不同巖組稀土元素分布模式對比

3 不同巖類、巖性、成因?qū)Ρ确治?/h2>

3.1 沉積巖類對比

3．1．1 泥質(zhì)層與灰?guī)r對比

(1) 微量元素對比：現(xiàn)代正常海水中Rb、Sr、Ba、S及Cl元素明顯較高、其他微量元素明顯較低[9]，因此，稱Rb+Sr+Ba+S+Cl為正常海水型組合。Zr、W、Co、Th、U、Ni、Sn、Be、Cs元素在現(xiàn)代正常海水中含量極低，而在熱液中易于富集和遷移，因此，稱Zr+W+Co+Th+U+Ni+Sn+Be+Cs為熱水型微量元素組合[9]。

高含量微量元素組合：灰?guī)r主要為正常海水型，少量熱水型；泥質(zhì)層主要為熱水型，次為正常海水型。泥質(zhì)層熱水型微量元素的種類及含量均明顯高于灰?guī)r。

(2) 稀土元素對比：泥質(zhì)層與灰?guī)r的稀土元素特征明顯不同，主要表現(xiàn)在兩方面：①泥質(zhì)層的多數(shù)稀土分量及稀土總量均明顯高于灰?guī)r(圖5、表2)；②分布模式：泥質(zhì)層輕稀土(La-Eu)呈凸型、重稀土(Eu-Lu)段總體上呈平緩的波狀右傾型，灰?guī)r輕稀土(La-Eu)段呈較陡的左傾型、重稀土(Eu-Lu)段接近平坦型(圖5)。

圖5 八面山礦區(qū)不同類型沉積巖稀土元素分布模式對比

明顯不同的化學成分特征反映了各自獨特的成因?；?guī)r為正常海相化學沉積，沉積過程中有熱水的輕度參與。泥質(zhì)層為熱水化學沉積成因，熱水在運移過程中受到了正常海水的混染。海洋地質(zhì)構造復雜，存在與深部相連的通道，深源的熱水由通道可進入海水[10-12]。

泥質(zhì)層的熱水化學沉積成因，也獲得巖石微觀組構的支持。泥質(zhì)層具細中粒半自形粒狀板狀結構，薄層狀構造，礦物成分主要為輝石和鉀長石、次為方解石和螢石，少量鐵質(zhì)礦物、綠泥石和金紅石等。層有淺灰色和深灰色兩種，兩種層呈互層狀，淺灰色以方解石和螢石為主，深灰色以輝石和鉀長石為主。礦物呈半自形粒狀或板狀，不具搬運磨蝕特征，相互之間呈鑲嵌接觸關系。本礦區(qū)螢石形成溫度為中低溫[4-5]，所以，泥質(zhì)層為中低溫熱水化學沉積成因，形成過程大致為：源于深部的富硅鋁鉀氟的熱水，在運移過程中受到正常海水的混染，變?yōu)楦还桎X鉀氟鈣碳的熱水，降溫過程中，不同的礦物交替析出，形成以輝石、鉀長石、方解石及螢石為主的礦物組合，并具薄層狀構造的泥質(zhì)層。

表2 八面山礦區(qū)不同類型沉積巖化學成分特征對比

3．1．2 泥灰?guī)r與泥質(zhì)層和灰?guī)r對比

泥灰?guī)r的高含量微量元素組合、稀土分量、總量及分布模式、F和螢石CaF2介于泥質(zhì)層和灰?guī)r之間，偏近于灰?guī)r，實質(zhì)是泥質(zhì)層和灰?guī)r的組合(表2、圖5)，由正常海相化學沉積作用與熱水化學沉積作用交互形成，以前者為主。需說明的是：本處的泥灰?guī)r包括前述的瘤狀灰?guī)r(后述同)，瘤狀灰?guī)r實質(zhì)也是泥灰?guī)r，不同點在于泥質(zhì)呈瘤狀產(chǎn)出。

3．1．3 大理巖化灰?guī)r與灰?guī)r對比

大理巖化灰?guī)r與灰?guī)r對比，微量元素差別不大，各稀土分量及總量明顯低于灰?guī)r，分布模式與灰?guī)r基本相同，F(xiàn)和螢石CaF2低于灰?guī)r(表2、圖5)。巖石微觀組構顯示，大理巖化作用常伴有微弱的熱液活動，使稀土元素、F和螢石有不同程度的帶出。

3.2 巖性單位對比

(1) 沉積巖組對比：華嚴寺組、西陽山組及楊柳崗組正常海水型高含量微量元素組合相同，熱水型高含量微量元素組合有相同部分，同時存在差異。華嚴寺組和西陽山組的接近，說明三者均形成于海相環(huán)境，沉積過程中均有熱水的參與，但熱水的化學成分不完全相同，華嚴寺組和西陽山組的接近(表3)。

稀土元素含量、F及螢石CaF2，華嚴寺組與西陽山組的差別不明顯，楊柳崗組明顯高于華嚴寺組和西陽山組(表3)。稀土元素分布模式：西陽山組與華嚴寺組的接近；楊柳崗組、西陽山組和華嚴寺組的差別明顯，主要差別為重稀土(Eu-Lu)段的斜率明顯不同，西陽山組和華嚴寺組重稀土段近水平，楊柳崗組重稀土段明顯向右傾(圖4)。進一步說明三個組沉積時參與的熱水化學成分不完全相同。

表3 八面山礦區(qū)圍巖與礦石化學成分特征對比

(2) 巖漿巖組對比：花崗巖和花崗斑巖的高含量微量元素組合略有差異，前者稀土總量明顯低于后者。二者稀土元素分布模式接近，均呈Eu高度虧損型，但存在明顯系統(tǒng)差異，花崗斑巖的曲線似以右端為中心向上旋轉了幾度。花崗斑巖的F明顯高于花崗巖，二者均不含螢石CaF2(表3、圖4)。二者是同一次巖漿活動不同演化階段的產(chǎn)物，在巖漿演化過程中，化學成分發(fā)生系統(tǒng)的小幅度變化，氟在后期階段富集。螢石屬中低溫礦物，不可能由巖漿中直接結晶析出，氟主要以類質(zhì)同象形式存在。

(3) 沉積巖與巖漿巖對比：高含量微量元素組合主要差別為Ni、Co及W元素僅在沉積巖中出現(xiàn)，U元素僅在巖漿巖中出現(xiàn)，巖漿巖稀土總量明顯高于沉積巖?？傮w上看，沉積巖的F高于巖漿巖，沉積巖含螢石CaF2，巖漿巖不含，稀土元素總量及分布模式截然不同。上述明顯差異，由完全不同的兩種地質(zhì)作用所致(表3、圖4)。

3.3 與成礦的關系

不同期次形成的礦石稀土元素分布模式和稀土總量與巖漿巖的截然不同，與沉積巖(特別是華嚴寺組和西陽山組)的較接近(圖6)。巖漿巖特有的高含量微量元素U在礦石中未出現(xiàn)，沉積巖特有的高含量微量元素Ni和W在礦石中出現(xiàn)。所以，成礦物質(zhì)源于沉積巖。

圖6 八面山礦區(qū)螢石礦石稀土元素分布模式

進一步分析，第1、4期次礦石高含量微量元素組合與華嚴寺組和西陽山組的接近，第2、3期次礦石高含量微量元素組合與華嚴寺組、西陽山組及楊柳崗組的接近。所以，第1、4期次礦石物質(zhì)主要源于華嚴寺組和西陽山組，第2、3期次礦石物質(zhì)主要源于華嚴寺組、西陽山組及楊柳崗組。

就巖性對比，礦石高含量微量元素組合與泥質(zhì)層和泥灰?guī)r的最接近，此外，泥質(zhì)層的F含量最高，所以，成礦物質(zhì)主要源于泥灰?guī)r中的泥質(zhì)層。而礦石的稀土元素分布模式與泥質(zhì)層差異較大，主要原因為成礦介質(zhì)運移過程中，在溶蝕泥質(zhì)層的同時，也溶蝕灰?guī)r物質(zhì)所致。

4 結論與討論

(1) 主要沉積巖類(泥質(zhì)層，灰?guī)r，泥灰?guī)r，大理巖化灰?guī)r)化學成分特征及成因存在明顯異同。

灰?guī)r高含量微量元素組合主要為正常海水型、少量熱水型，稀土元素分布模式呈“右傾型+近平坦型”，稀土總量、F及螢石CaF2較低，由正常海相化學沉積作用形成，沉積過程中有源于深部熱水的輕度參與。泥質(zhì)層高含量微量元素組合主要為熱水型、次為正常海水型，稀土元素分布模式呈“凸型+右傾型”，稀土總量、F及螢石CaF2最高，為熱水化學沉積成因，熱水源于深部，運移過程中受到正常海水的混染。泥灰?guī)r化學成分特征介于灰?guī)r和泥質(zhì)層之間、偏近于灰?guī)r，由正常海相化學沉積作用與熱水化學沉積作用交互形成，以前者為主。大理巖化灰?guī)r與灰?guī)r的微量元素組合和稀土元素分布模式差別不大，前者稀土總量、F及螢石CaF2明顯低于后者，伴隨大理巖化的微弱熱液活動，是使化學成分差異的主要原因。

(2) 不同巖性單位化學成分特征存在明顯異同，華嚴寺組和西陽山組的化學成分特征接近，楊柳崗組與二者差異明顯，三者均形成于海相環(huán)境，沉積過程中均有熱水的參與，但熱水的化學成分不完全相同。

花崗巖和花崗斑巖的化學成分特征接近，二者以高含量微量元素含U，不含Ni、Co及W元素。稀土總量高，稀土元素分布模式呈Eu高度虧損型，F(xiàn)含量較低，不含螢石而區(qū)別于沉積巖。

(3) 與成礦關系：第1、4期次礦石物質(zhì)主要源于華嚴寺組和西陽山組泥質(zhì)層，第2、3期次礦石物質(zhì)主要源于華嚴寺組、西陽山組及楊柳崗組泥質(zhì)層。找礦方向主要為華嚴寺組和西陽山組，次為楊柳崗組。