肅南黃螢溝螢石礦成礦條件及成因初探

應(yīng)方業(yè)，沈作剛，郭 勇

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心甘肅總隊(duì)，甘肅 天水 741000)

肅南黃螢溝螢石礦位于甘肅省武威市西營鎮(zhèn)南西方向約16km，礦區(qū)周邊半陽河—焦家莊一帶螢石礦主要分布在下石炭統(tǒng)臭牛溝組(C1ch)長石石英砂巖、泥灰?guī)r、上寒武統(tǒng)大黃山組(∈2-3d)變質(zhì)砂巖以及志留紀(jì)堿長花崗巖(ξγSa)中，研究該螢石礦的成礦條件、控礦因素和礦床成因，對(duì)指導(dǎo)本區(qū)進(jìn)一步開展螢石礦找礦工作具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黃螢溝螢石礦大地構(gòu)造地處北祁連新元古代—早古生代溝弧盆系—走廊弧后盆地(Ⅲ-2-2-1)[1]，屬酒泉—永昌—皇城的鐵-金-銅-鉛-鋅-錫-鎢-硼-重晶石-螢石-磷成礦亞帶(Ⅳ-20①)。

區(qū)域成礦亞帶上螢石礦床(點(diǎn))多賦存于上寒武統(tǒng)大黃山組(∈2-3d)變質(zhì)砂巖、下石炭統(tǒng)臭牛溝組(C1ch)長石石英砂巖、泥灰?guī)r及志留紀(jì)多斑狀堿長花崗巖(ξγSa)中，礦體產(chǎn)出受到斷裂構(gòu)造控制。截止目前，成礦亞帶上已有27個(gè)螢石礦床(點(diǎn))，其中大型1處、中型2處、小型及礦點(diǎn)24處。區(qū)域西北地段螢石多賦存于上寒武統(tǒng)大黃山組∈2-3d)變質(zhì)砂巖，有焦家莊、照路溝、西石門、聯(lián)柄螢石礦等6處，其中焦家莊、照路溝等螢石礦已開發(fā)利用；區(qū)域中部螢石多賦存在志留紀(jì)堿長花崗巖(ξγSa)中，有大沙溝、大全溝、黃螢溝、老鴉溝螢石礦等8處，其中大全溝螢石礦已被開發(fā)利用；區(qū)域南部螢石礦床多位于白羊圈—半陽河一帶，多賦存于堿長花崗巖、下石炭統(tǒng)臭牛溝組(C1ch)長石石英砂巖中，有半陽河、干沙鄂博、大五溝螢石礦等13處，其中半陽河、大五溝礦點(diǎn)已被開采?？傮w來看螢石礦點(diǎn)分布密集，成礦前景較好。

區(qū)域內(nèi)出露地層主要有：上侏羅統(tǒng)享堂組(J3x)和中侏羅統(tǒng)龍鳳山組(J2l)、中下三疊統(tǒng)五佛寺組(T1-2w)、下二疊統(tǒng)大黃溝組(P1d)、上石炭統(tǒng)羊虎溝組(C2y)以及第四系(Qp3)。地層總體展布方向?yàn)楸蔽鳌蠔|向，與區(qū)域構(gòu)造線相一致。

區(qū)域內(nèi)斷層較為發(fā)育，主要發(fā)育有5條，主要為恒緒大坂逆斷層、走向逆斷層、雙腰灣西逆斷層、大口子正斷層、前頂山南正斷層。其中與礦區(qū)螢石成礦較為緊密的為F2恒緒大坂走向逆斷層，走向?yàn)楸蔽?，傾向北東，傾角＞45°，延伸長約4km，寬約數(shù)十米，花崗巖體覆于上石炭統(tǒng)之上，巖層產(chǎn)狀紊亂，沿?cái)鄬泳€發(fā)育有螢石礦脈。斷裂構(gòu)造均具有壓扭性，控礦構(gòu)造主要為北西向斷裂，推斷其為成礦熱液上升運(yùn)移通道，主構(gòu)造旁的次級(jí)構(gòu)造多為容礦構(gòu)造。

區(qū)域內(nèi)巖漿巖活動(dòng)發(fā)育，從寒武系—奧陶系—志留系均有巖漿活動(dòng)，發(fā)育了一套基性—酸性—偏堿性的巖石組合，主要侵入時(shí)期為加里東期。螢石礦產(chǎn)于志留紀(jì)花崗巖巖體的中心相部位，以多斑狀堿長花崗巖(ξγSa)為主，大面積分布的志留紀(jì)堿長花崗巖(ξγSa)為后期螢石成礦提供了豐富的鈣質(zhì)來源。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為上石炭統(tǒng)羊虎溝組(C2y)，主要為石英砂巖與炭質(zhì)頁巖互層。砂狀結(jié)構(gòu)，接觸式膠結(jié)，塊狀構(gòu)造。主要由碎屑(98%)、填隙物(2%)組成，并含有極少量金屬礦物。碎屑主要為石英，粒徑以0.1～2mm為主，少量較大。野外實(shí)地觀察到石炭系(C2y)地層石英砂巖裂隙表面見有薄膜狀螢石脈體填充，表明該區(qū)螢石礦床形成晚于石炭系(圖1)。

圖1 黃螢溝螢石礦地質(zhì)圖

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，斷裂主要發(fā)育為南北向構(gòu)造帶，目前已發(fā)現(xiàn)的較大斷裂有4條，分別為F2、F3、F4、F5斷裂，均具有壓扭性，其中與螢石成礦關(guān)系較為緊密的有F2、F5號(hào)斷裂。F2號(hào)斷裂位于FL3號(hào)礦體南側(cè)，走向?yàn)楸蔽飨?，沿走向延伸約為320m，直至延伸進(jìn)入第四系覆蓋，被硅質(zhì)脈體充填，脈體中零星見有團(tuán)塊狀螢石礦化，厚度大，分布極不均勻。F5號(hào)斷裂為主要斷裂，走向北西—南東向，延伸長度為2km，推斷其為主要的成礦熱液運(yùn)移通道，控制的螢石礦體主要有FL2、FL4、FL5三個(gè)礦體。FL2、FL4、FL5號(hào)礦體沿走向方向均延伸到該斷層。F3、F4號(hào)斷裂實(shí)地均見有斷層殘痕，對(duì)礦體的富集與破壞影響不大。通過對(duì)區(qū)內(nèi)螢石礦分布特征分析，螢石礦主要賦存在主干斷裂的次級(jí)構(gòu)造中。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)出露巖漿巖主要為志留紀(jì)淺肉紅色多斑狀堿長花崗巖，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由鉀長石(63%)、斜長石(5%)、石英(20%)、角閃石、黑云母(8%)、榍石(1%)、磷灰石(1%)等組成，并含有金屬礦物(1%～2%)。沿構(gòu)造裂隙仔細(xì)觀察有細(xì)小螢石礦脈及螢石石英脈。大面積分布的志留紀(jì)堿長花崗巖(ξγSa)為螢石形成提供了豐富的鈣質(zhì)來源。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

黃螢溝螢石礦多賦存在志留紀(jì)多斑狀堿長花崗巖(ξγSa)中，礦體分布較為零散，與斷裂構(gòu)造關(guān)系較為緊密，產(chǎn)出受斷裂構(gòu)造控制。礦區(qū)共圈定螢石礦(化)體12條，其中礦體7條、礦化體5條，主要礦體有FL1、FL3和FL8號(hào)礦體，次要礦體有FL2、FL6、 FL7和FL10號(hào)礦體(表1)。

3.1.1 主要礦體特征

FL1礦體產(chǎn)于勘查區(qū)西北部F1號(hào)斷層中，由PD171、TC101、TC131三個(gè)工程控制。礦體呈脈狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀為60°∠70°，長300m，厚度 0.94 ～ 0.99m，平均厚度 0.97m，厚度變化系數(shù) 2.63%；CaF2品位 22.61% ～ 89.99%，平均44.81%，品位變化系數(shù)68.16%。礦石類型屬螢石型。

FL3礦體產(chǎn)于沙子泉溝東F7號(hào)斷層中，由TC301、TC321、TC341和TC361四個(gè)工程控制。礦體呈脈狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀為88°∠70°，長200m，厚度0.82～3.73m，平均厚度1.99m，厚度變化系數(shù) 57.53%；CaF2品位 21.21% ～ 39.74%，平均25.91%，品位變化系數(shù)23.23%。礦體兩側(cè)見有綠泥石化、綠簾石化等。礦石類型屬螢石—石英型。

FL8礦體產(chǎn)于勘查區(qū)南部F12號(hào)斷層中，由TC801和TC841兩個(gè)工程控制。礦體呈脈狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀為0°∠75°，長200m，厚度0.99～5.56m，平均厚度2.79m，厚度變化系數(shù)87.26%；CaF2品位12.2%～60.29%，平均29.19%，品位變化系數(shù)47.75%。礦石類型屬石英—螢石型。

表1 黃螢溝螢石礦(化)體特征

3.1.2 次要礦體特征

FL2礦體產(chǎn)于沙子泉溝西灘陽坡F6號(hào)斷層中，由TC201控制。礦體呈脈狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀為105°∠71°，長130m，厚度2.40m；CaF2品位49.37% ～ 58.12%，平均 53.75%，品位變化系數(shù)11.51%。礦石類型以紫色塊狀螢石為主。礦體地表大面積被第四系覆蓋。

FL6礦體產(chǎn)于勘查區(qū)南部F10號(hào)斷層中，由TC601一個(gè)工程控制。礦體呈脈狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀為183°∠75°，長120m，厚度0.96m；CaF2品位53.79%。

FL7礦體產(chǎn)于勘查區(qū)南部F11號(hào)斷層中，由TC701、TC721兩個(gè)工程控制。礦體呈脈狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀為180°∠74°，長100m，厚度1.23～2.05m，平均厚度1.64m，厚度變化系數(shù)60.00%；CaF2品位20.00%～27.88%，平均23.57%，品位變化系數(shù)15.35%。

FL10號(hào)礦體產(chǎn)于勘查區(qū)南部F13號(hào)斷層中，由TC1001一個(gè)工程控制。礦體呈脈狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀為140°∠63°，長100m，厚度5.92m；CaF2品位16.87%～48.74%，平均28.03%，品位變化系數(shù)41.63%。

3.2 礦石特征

礦石類型按礦石的礦物組合可分為螢石型、石英—螢石型、螢石—石英型三類[2]，礦石礦物為螢石，粒度在1～20mm，脈石礦物主要為石英及隱晶質(zhì)泥質(zhì)、硅質(zhì)物等。

按礦石構(gòu)造特征可劃分為角礫狀、塊狀礦石。根據(jù)不同構(gòu)造的礦石，其礦物成分也相應(yīng)不同。角礫狀螢石礦石一般為角礫狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要分布于 FL3、FL4、FL6、FL7、FL8、FL11、FL12礦體中。礦石主要由碎屑(68%)、膠結(jié)物(30%)組成，并含有金屬礦物(1%～2%)。巖石中的碎屑一般為花崗質(zhì)巖屑、砂礫巖巖屑、硅質(zhì)巖屑等，粒徑在2mm到幾十毫米不等，次棱角狀。膠結(jié)物為相互混雜的土狀螢石和粒狀螢石，部分粒狀螢石圍著巖屑生長。塊狀螢石礦石一般為粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造[2]，主要分布于FL1、FL2、FL5、FL9、FL10礦體中。礦石主要由螢石(64%)、硅質(zhì)、石英、長石(35%)等組成，并含有金屬礦物(1%)。礦石中的螢石以大小不等的粒狀為主，有的切面為方形，少量為隱晶質(zhì)，呈近不透明狀，呈小團(tuán)霧狀分布于粒狀螢石的邊緣或其中。硅質(zhì)為隱晶質(zhì)—顯微晶質(zhì)，相互聚集，或與他形粒狀石英、板粒狀長石、大小不等的片狀黑云母(具蝕變)、白云母等相互混雜，呈團(tuán)條狀，或與螢石顆粒相互穿插或包含。

4 成礦地質(zhì)條件與控礦因素

4.1 構(gòu)造條件

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，螢石礦體的分布、規(guī)模和形態(tài)均受斷裂構(gòu)造所控制。在構(gòu)造對(duì)螢石成礦的控制作用中，褶皺與斷裂相比，斷裂為主，褶皺次之[3]。區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)18條斷裂，控礦斷層性質(zhì)為壓扭性質(zhì)，對(duì)礦體具有明顯的控制作用。主要分為導(dǎo)礦和控礦斷裂。主要發(fā)育的導(dǎo)礦斷裂為F5，具有延伸長、寬度大、硅化強(qiáng)、礦化弱的特點(diǎn)。斷裂延伸長度2km，寬度1～7.8m，在斷裂帶兩側(cè)見少量螢石礦化。導(dǎo)礦斷裂兩側(cè)派生的次級(jí)構(gòu)造非常發(fā)育，且與主構(gòu)造相通，規(guī)模較小，延伸一般，是礦體賦存的有利部位。F5號(hào)斷裂派生的次級(jí)斷裂(容礦斷裂)為F6、F8、F9、F16、F17五條，控制的礦(化)體有FL2、FL4、FL5號(hào)礦體。區(qū)內(nèi)容礦斷裂以北東、北西向最發(fā)育，東西、南北向次之，南西、南東向更次之。北東、北西向斷裂長度122～422m，寬度1.2～6.99m，螢石品位20.00%～89.99%，平均品位48.14%。東西、南北向斷裂長度155～377m，寬度0.9～7.41m，螢石品位20%～60.29%，平均品位34.01%。南西、南東向斷裂長度84～486m，寬度0.5～1.52m，螢石礦化體品位16.44%～23.64%，平均品位20.04%。礦體兩側(cè)圍巖強(qiáng)烈高嶺土化、綠簾石化、褐鐵礦化(圖2)。礦體與斷層面完全一致，斷層面呈舒緩的波狀，礦體也隨之變化，遠(yuǎn)離斷層圍巖中沿羽狀裂隙充填石英螢石細(xì)脈逐漸減少至消失。礦體沿走向有中部厚，向兩側(cè)逐漸變薄直至尖滅，沿傾向方向有膨大縮小的特點(diǎn)，呈串珠狀，從厚度與品位上中間部位稍好于兩側(cè)。

圖2 黃螢溝螢石礦探槽素描圖

斷裂構(gòu)造為含礦熱液提供了良好通道，使得含礦熱液沿?cái)嗔焉仙炄氤傻V有利部位，通過交代、結(jié)晶及分離作用，有用組分析出，形成礦體，后經(jīng)多次構(gòu)造活動(dòng)的破壞和重結(jié)晶作用，最終形成了有經(jīng)濟(jì)價(jià)值可開采的礦床。區(qū)內(nèi)多數(shù)派生的次級(jí)構(gòu)造被深部上升的熱液充填而形成石英脈或螢石礦脈，在螢石礦形成后，斷層曾多次復(fù)活對(duì)礦體有一定的破壞作用，見有螢石礦體被錯(cuò)斷位移，并有圍巖成分呈角礫出現(xiàn)在礦體中，造成了局部礦石質(zhì)量下降[4]。

4.2 巖漿巖條件

黃螢溝螢石礦賦存于志留紀(jì)多斑狀堿長花崗巖中，該時(shí)期巖漿侵入規(guī)模大，分布相對(duì)集中。該巖體為一富鈣巖體，經(jīng)化學(xué)全分析測(cè)試后，螢石成礦所需的Ca元素表現(xiàn)特征為由圍巖到礦體呈現(xiàn)含量逐漸由大變小的趨勢(shì)，在礦體中富集交代含量最高(表2)，為螢石成礦提供了豐富的物質(zhì)來源，又為構(gòu)造的形成提供動(dòng)力[5-6]。其含氟熱液來源于海西末期隱伏的巖漿活動(dòng)，全分析測(cè)試中，雖圍巖中含有極少量的F元素，該類型的F元素來源同樣為后期巖漿活動(dòng)充填的螢石細(xì)脈。在該區(qū)中未見出露。海西末期隱伏的巖體不斷向上侵入，溫度逐漸變低，巖漿開始冷卻結(jié)晶形成堿長花崗巖的過程中形成殘余熱液，另一方面，在巖漿向上侵入的過程中，在圍巖以及已經(jīng)冷卻的巖漿中形成一系列構(gòu)造，殘余熱液順著已經(jīng)形成的構(gòu)造運(yùn)移，并在多數(shù)構(gòu)造中形成螢石礦脈及石英脈。巖漿活動(dòng)是本區(qū)螢石礦形成的必不可少的條件，無論是物質(zhì)來源，還是物質(zhì)運(yùn)移通道和儲(chǔ)存空間，都有著直接的關(guān)系。

表2 黃螢溝螢石礦和堿長花崗巖化學(xué)成分

5 成因探討

關(guān)于成礦時(shí)代，從上石炭統(tǒng)羊虎溝組長石石英砂巖中出現(xiàn)薄膜狀螢石細(xì)脈(圖3)判斷，螢石成礦形成晚于石炭系。

加里東—海西期伴隨著大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使地殼深部的混合巖發(fā)生部分熔融，形成地殼重熔花崗巖漿，由此分異出來的富含揮發(fā)分和成礦物質(zhì)的中酸性、酸性巖漿，沿主干斷裂由深部向地表遷移，形成了廣泛分布的花崗巖體[7]，堿性斑巖巖漿和熱液中攜帶了大量的F、CO2等揮發(fā)性氣體組分，沿?cái)鄬舆\(yùn)移，從堿長花崗巖的斜長石中奪取鈣，形成CaF2[8]。關(guān)于熱液礦床成礦溫度，一般認(rèn)為300～500℃為高溫、200～300℃為中溫、50～200℃屬低溫。對(duì)比甘肅省馬銜山螢石礦成礦溫度為127.3℃(80～260℃)[9]可知，該區(qū)螢石礦屬中—低溫?zé)嵋航淮涮铑愋汀?/p>

圖3 黃螢溝礦區(qū)石炭系石英砂巖螢石礦化素描圖

6 結(jié)論

肅南黃螢溝螢石礦位于酒泉—永昌—皇城的鐵-金-銅-鉛-鋅-錫-鎢-硼-重晶石-螢石-磷成礦亞帶。礦體賦存在志留紀(jì)多斑狀堿長花崗巖中的斷裂構(gòu)造中，主構(gòu)造兩側(cè)的次級(jí)構(gòu)造非常發(fā)育，是礦體賦存的有利部位，區(qū)內(nèi)含氟熱液來源于海西末期隱伏巖漿活動(dòng)，志留紀(jì)多斑狀堿長花崗巖提供了豐富的鈣質(zhì)來源，為中—低溫?zé)嵋航淮涮钚臀炇V。