河南羅山定遠(yuǎn)一帶牢山寨巖體地球化學(xué)特征與螢石礦成礦關(guān)系

孫春曉，張廣山，馬 群，陳傳剛，李永良，周 輝，王紀(jì)平

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河南總隊(duì)，河南 信陽 464000)

螢石作為含氟量最高的礦物之一，被廣泛應(yīng)用于冶金、水泥、玻璃等傳統(tǒng)行業(yè)外，在新能源、國(guó)防、醫(yī)療、半導(dǎo)體等新興領(lǐng)域中應(yīng)用也愈加廣泛。螢石作為一種不可再生礦產(chǎn)資源，先后被中國(guó)、美國(guó)、歐盟等國(guó)家或地區(qū)納入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)或關(guān)鍵性礦產(chǎn)[1-3]，體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)螢石礦資源的重視。近年來，前人對(duì)螢石礦礦床地質(zhì)特征、成礦規(guī)律及成因等方面做了不少研究，為螢石礦找礦工作了提供重要參考依據(jù)。但是，研究大多集中在螢石礦本身，很少涉及到與螢石礦成礦有關(guān)的巖體，然而，我國(guó)大部分螢石礦集中于巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈?guī)?，因此，巖漿巖與螢石礦成礦關(guān)系密切。本文通過對(duì)牢山寨巖體地球化學(xué)特征的研究，結(jié)合前人研究成果，總結(jié)該巖體與螢石礦成礦關(guān)系，并以此為類似地質(zhì)背景區(qū)尋找螢石礦床提供線索。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于秦嶺大別造山帶，該帶是一個(gè)經(jīng)歷了多期次、多階段構(gòu)造演化的復(fù)雜的大陸碰撞造山帶[4-5]，巖漿活動(dòng)較為強(qiáng)烈，為各類礦產(chǎn)的形成、成礦物質(zhì)的遷移、聚集提供了有利條件。帶內(nèi)以龜山—梅山斷裂為界，北側(cè)屬北秦嶺弧盆系，南側(cè)屬南秦嶺陸鵬—陸坡帶和桐柏—大別高壓—超高壓變質(zhì)巖帶[6-7]，牢山寨巖體位于南秦嶺陸鵬—陸坡帶中部，區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈。

研究區(qū)內(nèi)出露地層有中新元古界龜山巖組下段(Pt2g1)和上段(Pt2g2)，下段巖性主要以斜長(zhǎng)角閃(片)巖、(含榴)絹云(白云)石英片巖為主，上段巖性以斑點(diǎn)狀黑云二長(zhǎng)變粒巖夾斜長(zhǎng)角閃片巖及大理巖透鏡體為主，巖石普遍具殘斑結(jié)構(gòu)和石英多晶條帶結(jié)構(gòu)、云母魚構(gòu)造，剪切褶皺發(fā)育；泥盆系南灣組(Dn)，巖性主要為殘余微細(xì)韻律層理發(fā)育的黑云變粒巖、含方解石綠簾二云石英片巖、砂板巖；第四系(Q)主要為河床沖積物和洪積物，為黃土、亞砂土等[8]；區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要有近EW向的韌性剪切帶和NE向正斷層，EW向韌性剪切帶貫穿全區(qū)；區(qū)內(nèi)巖漿巖為牢山寨花崗巖，巖體內(nèi)節(jié)理發(fā)育，NE-SW向和NW-SE向節(jié)理縱橫交錯(cuò)，該巖體展布形態(tài)受EW向韌性剪切帶和NE向斷裂構(gòu)造控制，以EW向斷裂控制尤為明顯，致使巖體長(zhǎng)軸呈EW向(圖1)。

圖1 牢山寨巖體一帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 礦體地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

研究區(qū)內(nèi)有K1、K2兩條礦體，均賦存于牢山寨巖體內(nèi)的節(jié)理中，受節(jié)理控制，呈脈狀或帶狀產(chǎn)出，礦體走向均呈北西—南東向，其中K1礦體長(zhǎng)約500m，出露寬度0.5～2.3m，連續(xù)性較好，礦體厚度1～1.8m，傾角72～80°。K2礦體斷續(xù)延長(zhǎng)約600m，出露寬度約2m，礦體厚度0.2cm～2.0m，傾角較陡多在80～83°之間，中間部位礦體較厚，向兩端逐漸變薄或尖滅，礦石品位一般在20%～40%之間，最高可達(dá)60%。

2.2 礦石特征

區(qū)內(nèi)礦體的礦石礦物組成基本相同，主要礦石礦物為螢石，呈淡綠色、灰紫色等，半透明—透明，脈石礦物主要有石英、方解石等。

礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形晶狀不等粒結(jié)構(gòu)，構(gòu)造以塊狀構(gòu)造為主，伴有條帶狀、角礫狀構(gòu)造。

礦石的主要化學(xué)成分為CaF2、SiO2，CaF2含量56.28%～77.40%，SiO2含量10.06%～25.84%。

3 牢山寨巖體巖石學(xué)及地球化學(xué)特征

3.1 樣品采集及測(cè)試

本次選用的3件元素分析樣品均采自牢山寨巖體，樣品新鮮無風(fēng)化。主量元素采用等離子體發(fā)射光譜儀及紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定，稀土元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀及X-射線熒光光譜儀測(cè)定，由河南省巖石礦物測(cè)試中心完成。

3.2 巖體巖石學(xué)特征

牢山寨巖體巖性為中粒黑云二長(zhǎng)花崗巖，巖體出露面積113.7km2。侵位于南灣組變質(zhì)地層中，接觸面傾向圍巖，界線清晰，接觸帶破碎，圍巖蝕變強(qiáng)烈，主要為綠簾石化、硅化、螢石礦化等，局部可見烘烤現(xiàn)象。

巖石呈肉紅色—黃灰色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分以更長(zhǎng)石(35%～45%)、鉀長(zhǎng)石(25%～40%)、石英(25%～35%)為主，還含有少量的黑云母(2%～5%)、黝簾石(1%～2%)及磁鐵礦、綠簾石、磷灰石、獨(dú)居石等。其中更長(zhǎng)石粒徑1～4mm，半自形板狀、聚片雙晶；鉀長(zhǎng)石粒徑多在3mm以上，自形板狀，一般為微斜條紋長(zhǎng)石，常見卡氏雙晶及格子雙晶，晶體內(nèi)常見有細(xì)粒更長(zhǎng)石包體，石英粒徑2～4mm，他形粒狀。

3.3 巖體地球化學(xué)特征

巖體主量元素結(jié)果見表1所示。巖體中SiO2含量74.02%～75.50%，遠(yuǎn)高于中國(guó)花崗巖[9]71.63%；TiO20.12%～0.15%，低于中國(guó)花崗巖[9]0.29%；P2O50.032%～0.034%，低于中國(guó)花崗巖[9]0.09%。巖體中較高的SiO2含量，表現(xiàn)為巖體具較強(qiáng)的酸性；較低的TiO2含量和P2O5含量，反映了巖體中鈦鐵礦、磷灰石等礦物較強(qiáng)的分離結(jié)晶作用。巖體總體上表現(xiàn)為高硅、低鈦磷等特征。

表1 牢山巖體主量元素含量(%)及相關(guān)地球化學(xué)參數(shù)

巖體中Al2O3含量13.36%～14.30%，K2O含量3.89%～4.50%，Na2O含量3.94%～4.40%，

在SiO2-AR圖解中(圖2)，所有樣品均落入堿性區(qū)。里特曼指數(shù)σ1.89～2.46＜3.3，屬于鈣堿性巖。在SiO2-K2O圖解中(圖3)，所有樣品均落入高鉀鈣堿性系列，屬于高鉀鈣—堿性系列巖。巖體中鋁飽和指數(shù)A/NK1.17～1.40，A/CNK1.08～1.27，鋁飽和指數(shù)能有效判別過鋁質(zhì)花崗巖和準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖，在A/NK-A/CNK圖解中(圖4)，所有樣品均落入過鋁質(zhì)花崗巖區(qū)，屬過鋁質(zhì)花崗巖。

圖2 SiO2-AR圖解

圖3 SiO2-K2O圖解

圖4 A/NK-A/CNK圖解

巖體稀土元素結(jié)果見表2所示。稀土元素總量(∑REE)93.05×10-6～106.11×10-6，輕稀土元素(LREE)含 量83.32×10-6～97.65×10-6，重 稀土 元 素(HREE)含 量8.46×10-6～9.73×10-6，輕、重 稀 土 比 值(LREE/HREE)8.56～11.54，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，銪異常系數(shù)(δEu)0.43～0.51，為Eu負(fù)異常，表明巖體在成巖過程中發(fā)生過明顯的斜長(zhǎng)石和富輕稀土礦物(磷灰石、獨(dú)居石)的分離結(jié)晶，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式圖上呈現(xiàn)左高右低向右傾斜的海鷗型[10](圖5)。

圖5 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解

表2 牢山巖體稀土元素含量(×10-6)及相關(guān)地球化學(xué)參數(shù)

4 牢山寨巖體與成礦關(guān)系討論

花崗巖型螢石礦是指與花崗巖有緊密聯(lián)系的熱液型螢石礦，螢石大多數(shù)隨著巖漿演化而趨于不斷富集，花崗巖不僅是螢石成礦的重要物質(zhì)來源，也是重要成礦場(chǎng)所。區(qū)內(nèi)螢石礦體主要賦存于牢山花崗巖體中，巖體的地球化學(xué)特征和物質(zhì)組成與其含礦性密切相關(guān)。

4.1 巖體地球化學(xué)特征

前人研究成果[11]表明：豫南地區(qū)與螢石礦成礦有關(guān)的花崗巖巖體多為高鉀鈣—堿性系列巖石，具有明顯的高硅富堿特征；巖體礦石礦物中黑云母質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般＞2%；輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，Eu虧損，標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線呈右傾的“海鷗型”特征。這與前面得出的牢山寨巖體特征相吻合，因此該巖體地球化學(xué)特征與螢石礦成礦關(guān)系密切，具備此類地球化學(xué)特征的巖體也是尋找螢石礦床的重要依據(jù)。

4.2 成礦物質(zhì)來源

螢石的主要成礦元素為氟元素，不同時(shí)期不同巖性巖體含氟量見表3[9]，由表3知：燕山期酸性巖含氟量最高。巖體U-Pb同位素年齡測(cè)定為133±2Ma[12]，屬燕山期早白堊世巖體，巖體中SiO2含量較高＞65%，屬酸性巖類，由此得知：該巖體含有豐富的氟元素，為螢石礦成礦提供了物質(zhì)來源，黑云母為氟元素的主要攜帶者[10]。

表3 不同巖性及不同時(shí)代花崗巖含F(xiàn)量

4.3 成礦空間

螢石礦體賦存于牢山寨巖體內(nèi)，與巖體在空間上有密切關(guān)系。該巖體屬于燕山期花崗巖，燕山期巖漿活動(dòng)較為頻繁，巖體冷凝收縮形成構(gòu)造空間，并能致使早期形成的構(gòu)造空間進(jìn)一步擴(kuò)大，為螢石礦賦存提供了場(chǎng)所。

5 結(jié)論

(1)牢山寨巖體具有明顯的高硅(SiO2平均含量74.69%)特征，從巖體地球化學(xué)特征、SiO2-AR圖、SiO2-K2O圖，A/NK-A/CNK圖知：巖體具堿性、低鈦磷、過鋁質(zhì)等特點(diǎn)，巖體中稀土元素總量(∑REE)93.05×10-6～106.11×10-6，LREE/HREE比值8.56～11.54，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，銪異常系數(shù)(δEu)0.43～0.51，為Eu負(fù)異常，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式圖上呈現(xiàn)左高右低向右傾斜的海鷗型，該特征與產(chǎn)螢石花崗巖所具備的特征一致。

(2)螢石礦體賦存于牢山寨巖體內(nèi)，受巖體中的節(jié)理控制，礦體走向與節(jié)理方向一致。主要礦石礦物為螢石，呈淡綠色、灰紫色，脈石礦物為石英、方解石。

(3)具牢山寨巖體特征的花崗巖巖體內(nèi)部及周圍是尋找螢石礦的重要線索。