福建建陽回潭螢石礦床地質(zhì)特征及成因探討

李澤俊

(邵武市自然資源局，邵武，354000)

閩北地區(qū)螢石礦床非常發(fā)育，主要集中在邵武、光澤、浦城等地，目前共發(fā)現(xiàn)有43個螢石礦，其中大型礦床3處，包括邵武南山下[1]、浦城羊角尾[2]和順昌南舟[3-4]，絕大多數(shù)螢石礦體都受斷裂構(gòu)造嚴格控制，以北東向為主、北西向次之，屬于熱液充填成因[5-7]。建陽回潭礦區(qū)的勘探工作始于1966～1971年，并在1979年探明礦石儲量39.2萬t，其中露采儲量19.6萬t。該礦床的開采工作始于1984～1987年，進行過小規(guī)模露天開采，采出的礦石量約4.5萬t。2014年，贛州市地質(zhì)隊受采礦權(quán)人委托，對回潭礦區(qū)進行資源儲量核實工作，主要針對調(diào)查、勘察收集礦山各種地質(zhì)資料，重新圈定資源儲量并進行估算(礦石量63.94萬t，CaF223.88萬t)。在詳細地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，首次運用螢石單礦物Sm-Nd同位素年代學(xué)定年，結(jié)合相關(guān)微量元素、同位素與成礦流體研究，以期充分認識回潭螢石礦床的成礦過程與模式，為該區(qū)域的螢石找礦工作提供一定的參考價值。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

回潭螢石礦床位于閩西北隆起帶武夷山成礦帶。區(qū)域地層分布相對較為單一，主要有新元古代、中生代侏羅紀及零星分布的三疊紀地層。新元古代地層主要包括萬全(巖)群黃潭(巖)組、馬面山(巖)群大嶺(巖)組、龍北溪(巖)組，巖性主要為云母石英片巖、角閃片巖、石英巖、變粒巖、黑云石英片巖等，且常呈不同程度的混合巖化。各組地層均呈片理平行疊置，地層走向北東，傾向南東或北西，傾角一般為30°～70°。侏羅紀地層主要由梨山組、長林組、南園組組成。梨山組由炭質(zhì)泥巖、粉砂巖、砂巖、砂礫巖組成，夾煤線與焦坑組為不整合接觸；長林組主要巖性為凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖、礫巖和凝灰?guī)r，南園組巖性為中酸性熔巖夾火山碎屑巖，與長林組呈噴發(fā)不整合接觸。地層走向北東，傾向南東或北西，傾角15°～35°。長林組與南園組呈噴發(fā)不整合接觸。三疊紀地層主要為焦坑組，主要巖性為炭質(zhì)泥巖、粉砂巖、砂巖，夾煤線。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，主要斷裂有縱貫全區(qū)的呈北東30°～45°走向的五夫—興田和大將—崇雒壓扭性斷裂，以及北西走向的張性斷裂。斷裂切穿了燕山期巖漿巖和前中生代所有地層。褶皺構(gòu)造主要發(fā)育在基底變質(zhì)巖中，常形成北東走向的線形褶皺，呈緊密的復(fù)式向斜、背斜。中生代地層一般呈北東走向，寬展的單斜或開闊的向斜、背斜，在斷裂帶附近，局部產(chǎn)生較強烈的褶皺。

區(qū)內(nèi)巖漿侵入活動比較強烈，中酸性巖廣泛分布，主要有加里東期中細粒白云二長花崗巖、二云正長花崗巖和燕山晚期石英閃長巖、花崗斑巖、英安玢巖等。此外，區(qū)域內(nèi)亦分布著大量的脈巖，有花崗細晶巖、花崗偉晶巖、正長斑巖、石英斑巖、霏細斑巖等。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)地層較單一，除第四系殘坡積、沖洪積層外，僅見前新元古代馬面山(巖)群大嶺(巖)組，主要分布于礦區(qū)的東南部，為殘留體，走向北東45°～50°，其巖性主要為黑云變粒巖，次為黑云石英片巖(圖1)。

圖1 建陽回潭螢石礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Huitan fluorite deposit in Jianyang city1—第四系沖洪積層;2—新元古代大嶺(巖)組;3—燕山晚期花崗斑巖;4—加里東期中細粒白云二長花崗巖;5—閃長玢巖;6—花崗細晶巖;7—花崗偉晶巖;8—霏細斑巖;9—石英脈 ;10—花崗質(zhì)構(gòu)造角礫巖;11—構(gòu)造角礫巖;12—花崗質(zhì)碎斑巖;13—礦體及其編號;14—斷裂；15—勘探線剖面

區(qū)內(nèi)出露巖漿巖主要為加里東期(志留紀)中細粒白云母二長花崗巖，屬回潭巖體的一部分，該巖體是主要的貯礦圍巖。巖石呈灰白色，中-細粒結(jié)構(gòu)(1～3 mm)，主要由斜長石(25%～30%)、鉀長石(28%～33%)、石英(30%～35%)以及白云母(10%～15%)組成。巖石受熱液蝕變影響多發(fā)生絹云母化、葉蠟石化、綠泥石化等。其次為燕山晚期花崗斑巖，呈巖株狀侵入于加里東期中細粒白云母二長花崗巖中。巖石為灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要由斜長石(10%～15%)、鉀長石(3%～6%)、石英(10%～15%)組成，基質(zhì)主要為長英質(zhì)，靠近破碎帶的巖石發(fā)育絹云母化、葉蠟石化、綠泥石化。此外，少量中基性、中酸性巖脈呈北東向分布，主要有閃長玢巖、安山玢巖、花崗偉晶巖、花崗細晶巖及霏細巖。脈巖產(chǎn)狀受北東向構(gòu)造控制，多沿北東30°～50°方向展布。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，以北東向壓扭性斷裂為主，是礦床的主要控礦斷裂。該斷裂縱貫全區(qū)，地表長超過1 000m，最寬處達87 m，最窄處為7.5 m，一般寬為45～65 m；總體表現(xiàn)長透鏡狀的構(gòu)造破碎帶，呈上寬下窄，橫剖面上似長楔形，深部已控制的最大斜深為390 m?？傮w產(chǎn)狀為走向北東45°～55°、傾向南東、傾角55°～60°。構(gòu)造破碎帶的巖性主要為破碎的細粒白云二長花崗巖，由于熱液蝕變與膠結(jié)作用，形成構(gòu)造角礫巖。北東向斷裂經(jīng)受多次活動，形成了寬大的構(gòu)造破碎帶，螢石礦體充填其中。該斷裂延伸至礦區(qū)西南部，走向逐漸向南偏20°～30°，呈北北東15°～25°，產(chǎn)狀約為55°～65°/SE∠60°～70°，破碎帶寬5～8 m，走向上呈舒緩波狀，向西南延伸較遠，推測長度達3 000 m。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

回潭螢石礦床屬單脈型的螢石礦床，在主礦體旁側(cè)見4個相伴小礦體。小礦體均未出露地表，呈透鏡狀，產(chǎn)狀與主礦體基本一致。主礦體在地表出露最高標高為291 m，最低標高為188 m；深部已控制的最低標高為-18 m，推測最低標高為-40 m。截至2014年2月底，回潭螢石礦床保有(111b+122b+333b)礦石量63.94萬t，CaF2礦物量23.88萬t，平均品位為37.35%。

礦體形態(tài)簡單，頂?shù)捉缑嫜刈?、傾向上呈舒緩波狀，總體形態(tài)呈長透鏡體狀。在傾向上，礦體形態(tài)主體上呈長楔形，局部為透鏡狀。礦體具分叉現(xiàn)象，深部分叉部位略膨大(圖2)。傾角在地表和深部(140 m標高以下)較陡，一般在60°～70°。在140 m、100 m、50 m中段，礦體走向為北東41°～55°、傾向南東、傾角57°～67°。在礦區(qū)西南部，礦體走向向南偏轉(zhuǎn)20°～30°，呈北東15°～30°。礦體西南端收斂角約為60°、東北端的收斂角約為30°。礦體總體上東北淺、西南深。礦體厚度從地表往深部由厚變薄，屬中等變化類型。

圖2 建陽回潭螢石礦區(qū)6號勘探線剖面圖Fig.2 Diagram showing the geological profile in the No.6 exploration line of Huitan fluorite deposit in Jianyang city1—新元古代大嶺(巖)組;2—加里東期中細粒白云二長花崗巖;3—花崗質(zhì)碎斑巖;4—構(gòu)造角礫巖;5—礦體及編號;6—斷層及編號; 7—鉆孔編號/孔口標高;8—采空區(qū)

礦體的圍巖主要為加里東期中細粒白云二長花崗巖，其直接頂?shù)装鍘r性主要為硅化構(gòu)造角礫巖，其次為硅化花崗質(zhì)碎斑巖，局部為黑云變粒巖及混合花崗巖等。地表頂?shù)装鍘r石風(fēng)化程度較強，多呈黃褐色的砂狀土。礦體與圍巖、夾石的接觸界線清楚，界面一般較平直，屬充填關(guān)系；但局部為過渡關(guān)系，如網(wǎng)脈狀礦石、少部分角礫狀礦石與圍巖的界線呈漸變。圍巖蝕變主要為一套低溫?zé)嵋何g變，包括硅化、綠泥石化、絹云母化、葉蠟石化、碳酸鹽化等蝕變。

3.2 礦石特征

礦石礦物為螢石，主要呈翠綠色、淺綠色，其次為淺紫色、淡白色(照片1)。脈石礦物主要為石英，少量方解石、綠泥石、蛋白石、黃鐵礦、葉蠟石、絹云母等。

照片1 建陽回潭螢石礦床代表性礦石手標本照片Photo.1 Photograph of hand specimen of representative ore of Huitan fluorite deposit in Jianyang city

礦石構(gòu)造主要為塊狀，其次為角礫狀、脈狀、網(wǎng)脈狀、條帶狀、斑團狀，偶見腦紋狀、晶簇狀。礦石主要有他形板狀結(jié)構(gòu)、角礫狀結(jié)構(gòu)，次為半自形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)，偶見自形晶結(jié)構(gòu)、放射狀結(jié)構(gòu)。礦石品級與礦石的自然類型相關(guān)，塊狀礦石的84%為富礦，少數(shù)為貧礦；角礫狀礦石的85.7%為貧礦，少數(shù)達富礦；含角礫塊狀礦石變化較大，但富礦偏多，占比57.9%；網(wǎng)脈狀礦石的96.8%為貧礦。

礦石的化學(xué)成分主要為CaF2、SiO2，包含少量的CaCO3、Fe2O3及微量BaSO4、S、Pb、Zn。

(1)有益組分：有益組分為CaF2。全區(qū)單樣最高含量為94.41%(CaF2含量，下同)，最低為20.05%，一般50%～60%。單工程最高含量為79.54%，最低含量為29.43%，一般含量為45%～65%。平均品位為37.76%。

(2)有害組分：有害組分主要為SiO2，主要來自石英和蛋白石。其次為CaCO3和Fe2O3，CaCO3主要以方解石礦物產(chǎn)出，F(xiàn)e2O3主要來自黃鐵礦。BaSO4、S、Pb、Zn含量極微，主要貯存于螢石等礦物中。據(jù)光譜分析未見鈹、鎵、鐿等稀散元素。

4 礦床成因探討

4.1 成礦時代

從5件螢石樣品中挑選出的螢石單礦物顆粒的Sm-Nd同位素測試結(jié)果顯示(表1)，Sm含量在2.469×10-6～4.831×10-6，Nd含量在8.192×10-6～17.24×10-6，147Sm/144Nd比值為0.1 623～0.1 934，以及143Nd/144Nd比值為0.511 951～0.511 978，因此獲得螢石的Sm-Nd等時線年齡為(110±15.6)Ma(圖3)，由于MSWD較大，該等時限年齡存在一定誤差，大致可以代表回潭螢石礦床的成礦年齡為早白堊世晚期，與礦區(qū)燕山晚期花崗斑巖具有成因聯(lián)系。

表1 回潭螢石礦床螢石Sm-Nd同位素組成

圖3 建陽回潭螢石礦床螢石Sm-Nd等時線年齡Fig.3 Sm-Nd isochronal age of the fluorite of Huitan fluorite deposit in Jianyang city

4.2 成礦物質(zhì)來源

螢石礦石的微量元素特征(表2)表明，回潭螢石礦石相對富集Th、La、Nd和Y，而虧損Nb、Sr及Zr的特點。螢石礦石的稀土元素總量較低(129.1×10-6)，略小于燕山晚期花崗斑巖(211.1×10-6)。螢石礦石的球粒隕石標準化REE分配模式曲線略呈右傾或近似水平的重稀土富集(圖4)，與已發(fā)表的螢石的配分模式相似[8]。該配分模式與礦區(qū)內(nèi)花崗斑巖相似，但是δEu的差別極大，二者的δEu值分別為0.74和0.05?；◢彴邘r的稀土元素配分模式圖中，Eu異常處顯示極為明顯的“V”形谷，顯示出典型的巖漿強烈分異作用特點。相較花崗斑巖和變粒巖的稀土元素配分特征，螢石礦石的稀土元素配分模式與花崗斑巖的稀土元素配分模式具有較為明顯的相似性，顯示了螢石礦石與花崗斑巖的親和性。

表2 建陽回潭螢石礦床巖礦石微量元素與稀土元素特征

圖4 建陽回潭螢石礦床巖礦石球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖[9]Fig.4 Map of mineral chondrite standardized rare earth element distribution model of Huitan fluorite deposit in Jianyang city

鍶同位素分析結(jié)果顯示，螢石礦石的87Sr/86Sr初始比值為0.716 910，花崗斑巖的8rSr/86Sr初始比值為0.724 288，以及石英云母片巖的87Sr/86Sr初始比值為0.772 975。螢石礦石與花崗斑巖的87Sr/86Sr初始比值十分相近，而與石英云母片巖的鍶同位素值差距甚遠，表明螢石中鍶的來源與花崗斑巖密切相關(guān)，顯示螢石成礦可能與燕山晚期花崗巖侵入有關(guān)。區(qū)內(nèi)燕山晚期花崗斑巖、花崗細晶巖、花崗偉晶巖等具有富硅、富堿、貧鈣鎂的特點，其中的F含量可高達0.19%，表明深部巖漿的F含量十分豐富，可為螢石礦的形成提供充足的成礦物質(zhì)。而新元古代圍巖中，含鈣較高( CaO 1.97%)，則為成礦提供所需的物質(zhì)來源。此外，加里東期花崗巖類巖石也可能為礦床的形成提供了部分物質(zhì)來源。綜合分析回潭螢石礦床中的F很可能來自燕山晚期的花崗巖類巖石，巖漿演化晚期所聚集的巖漿熱液流體攜帶著大量的揮發(fā)分F沿著裂隙運移，并萃取了圍巖地層中的鈣。因此，礦區(qū)內(nèi)的燕山晚期花崗斑巖與新元古代地層均提供了成礦所需的必要物質(zhì)。

4.3 成礦流體特征

螢石礦石中包裹體較為發(fā)育，主要為成帶狀分布，少部分為成群分布，其中以呈透明無色-灰色的富液包裹體為主，呈透明無色的鹽水包裹體次之，部分視域內(nèi)可見呈深灰色的氣體包裹體或呈淺灰色的富氣包裹體(圖5)。

圖5 建陽回潭螢石礦床螢石中流體包裹體巖相學(xué)特征與均一溫度直方圖Fig.5 Histogram of petrographic characteristics and homogeneous temperature of the fluid inclusions of Huitan fluorite deposit in Jianyang city

對于螢石中分布廣泛、形態(tài)較為規(guī)則的富液相流體包裹體進行了均一溫度與冰點溫度的測試，結(jié)果顯示均一溫度集中于114～160 ℃，平均141 ℃，指示了回潭螢石礦床成礦熱液為低溫?zé)嵋骸Ｓ杀c溫度計算而得到的流體包裹體的鹽度在0.88～13.82 wt% NaCl.eq.，平均6.33 wt% NaCl.eq.。普遍低的鹽度值表明，形成該礦床的成礦流體是一種相對稀或稀釋了的含礦熱水溶液，可能反映了流體在運移和沉淀過程中有大氣降水補給(表3)。

表3 建陽回潭螢石礦床螢石流體包裹體特征

續(xù)表3

螢石的氫、氧同位素結(jié)果顯示δD為-89.7‰，δ18Ov-SMOW為9.80‰，采用流體包裹體溫度(141℃)計算得到成礦流體中δ18OH2O為-1.54‰，位于δD-δ18OH2O圖解上的Craig大氣降水線的右下方，巖漿水的左下方，而遠離且明顯低于巖漿水和變質(zhì)水的δD和δ18O分布區(qū)。這樣的結(jié)果與大多數(shù)的螢石礦床的H-O同位素特征相似[8-10]，說明回潭螢石礦床的成礦流體經(jīng)歷了明顯的大氣降水混合作用。

5 成礦模式與找礦意義

五夫—興田斷裂通過花崗巖類等剛性巖石分布地段時，產(chǎn)生規(guī)模較大的強烈構(gòu)造破碎帶?；靥段炇V床的礦體主要貯存于構(gòu)造破碎帶中，受斷裂構(gòu)造控制十分明顯，因此，斷裂構(gòu)造是該礦床形成的主要控礦因素。礦脈沿構(gòu)造破碎帶的裂隙充填，與圍巖的接觸界線清楚，具有充填式特征，屬于典型的熱液充填型螢石礦床[11-12]。礦體的圍巖主要為加里東期中細粒白云母二長花崗巖以及新元古代地層。近礦蝕變相對較為簡單，主要為一套低溫?zé)嵋何g變，包括硅化、絹云母化、方解石化、葉蠟石化、綠泥石化等。礦石稀土與微量元素以及Sr同位素特征顯示，螢石礦石與礦區(qū)內(nèi)廣泛分布的燕山晚期花崗斑巖具有親緣性。結(jié)合區(qū)域資料，顯示礦區(qū)燕山晚期花崗巖類巖石侵入過程中攜帶了成礦所需的F，而新元古代地層以及部分加里東期花崗巖可能提供了成礦所需的成礦物質(zhì)。流體包裹體特征與H-O同位素結(jié)果顯示，成礦流體為低溫、低鹽度流體，且有大氣降水的明顯混合，暗示大氣降水混合作用導(dǎo)致溫度等物理化學(xué)條件急劇變化可能是螢石迅速沉底成礦的原因造成的。因此，結(jié)合螢石Sm-Nd同位素年代學(xué)結(jié)果，認為回潭螢石礦形成于早白堊世晚期(約110 Ma)，成礦流體可能來自于同期花崗斑巖，受斷裂構(gòu)造控制，深部巖漿房結(jié)晶分異出的富F流體在運移過程中活化遷移了新元古代圍巖地層，以及部分加里東期花崗巖中的物質(zhì)(如Ca)，在上升運移過程中與大氣降水混合，導(dǎo)致成礦流體的溫度降低，斷裂面呈舒緩波狀，在有利空間內(nèi)受到早期強烈硅化作用而造成良好的封閉條件，最終在斷裂破碎帶中聚集沉淀、成礦。因此，回潭螢石礦床的成因類型屬于低溫?zé)嵋撼涮钚?圖6)。

圖6 回潭螢石礦床成礦模式圖Fig.6 Metallogenic pattern map of Huitan fluorite deposit1—新元古代大嶺(巖)組；2—加里東期花崗巖；3—燕山晚期花崗斑巖；4—螢石礦體；5—構(gòu)造破碎帶；6—斷層；7—熱液流動方向

由于先于氟化鈣沉淀的強烈硅化作用造成良好的封閉條件，因而礦體的規(guī)模和富集一般與構(gòu)造巖的規(guī)模和硅化強度成正比關(guān)系；反之，則礦體規(guī)模小、品位低。因此，硅化發(fā)育的斷裂構(gòu)造特征是區(qū)內(nèi)主要的找礦標志。此外，在硅化強烈及構(gòu)造巖發(fā)育地段多形成正地形也是找礦的輔助標志。

6 結(jié)論

回潭螢石礦床的成礦時代大致為早白堊世晚期(110±15.6)Ma。燕山晚期花崗斑巖與圍巖地層分別提供了螢石成礦所必需的F與Ca。成礦流體來源于巖漿熱液，明顯受到大氣降水的混合，顯示中低溫、低鹽度特征。斷裂構(gòu)造是該礦床形成的主要控礦因素成礦，礦床的成因類型屬于低溫?zé)嵋撼涮钚偷V床。