江西南城小竺螢石礦成礦作用及找礦方向

占崗樂,吳火星

(江西省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛西北大隊,江西 九江 332000)

我國螢石礦床劃分為3種礦床類型,即沉積改造型、熱液充填型和伴生型。其中以沉積改造型和熱液充填型為主,伴生型螢石礦床雖然資源量大,但品位低,不具單獨開采價值。小竺礦區(qū)位于武夷山成礦帶之北部Cu-Pb-Zn-Ag-螢石成礦亞帶,該帶分布眾多中小型螢石礦床,類型多為熱液充填型,燕山期是礦床形成的主要時期。小竺螢石礦區(qū)原為小型礦山,僅在構造破碎帶中圈定一條礦體,礦區(qū)經(jīng)多年開采,資源面臨枯竭,需要尋找接替資源延長礦山服務年限。本文以基礎地質資料和礦山開采資料為基礎,通過槽探和鉆探,開展了控礦因素及成礦規(guī)律研究工作,以期擴大螢石礦資源儲量，并為該地區(qū)指明找礦方向。

1 區(qū)域地質概況

小竺螢石礦區(qū)隸屬于江西省南城縣龍湖鄉(xiāng),距南城縣城北東東約40 km處。礦區(qū)位于華夏板塊之武夷山隆起帶的北東端(圖1(a)),武夷山Cu-Pb-Zn-Ag-Au-W-Sn-Nb-Ta螢石礦成礦帶之北部Cu-Pb-Zn-Ag-螢石(高嶺土)成礦亞帶[1-2]。

基底地層由青白口紀萬源巖組、南華紀—早震旦世洪山組和晚震旦世—早寒武世外管坑組構成,是一套高綠片巖相-低角閃巖相變質巖系;蓋層以侏羅紀林山群為主,少量晚白堊世圭峰群河口組,主要是一套碎屑巖系。區(qū)域褶皺構造發(fā)育,其中青白口紀—早寒武世變質地層以緊閉同斜褶皺為特征,而侏羅紀地層則表現(xiàn)為開闊對稱褶皺特征。區(qū)域斷裂構造以淺層次脆性斷裂為主,主要呈NE向,其次NW向,其中規(guī)模較大的NE向大嵊—探窠斷裂縱貫小竺礦區(qū)(圖1(b))。區(qū)域巖漿活動強烈,巖漿巖大面積分布,加里東期、華力西期—印支期和燕山期均有巖漿活動,其中華力西期—印支期巖漿巖分布最為廣泛,呈巖株、巖滴狀分布,中酸性花崗巖為主。

1.南華紀洪山組；2.印支晚期花崗巖；3.構造破碎帶及編號；4.壓扭性斷裂及編號；5.螢石礦體及編號；6.地質界線； 7.已完工鉆孔及編號；8.勘探線及編號； 9.詳查范圍圖1 南城縣小竺螢石礦大地構造位置圖(a)和礦區(qū)地質簡圖(b)[3]Fig. 1 Tectonic map (a) and geological map (b) of the Xiaozhu fluorite deposit in Nancheng County[3]

2 礦區(qū)地質特征

2.1 地層、構造與巖漿巖

礦區(qū)出露地層較為簡單,為南華紀洪山組下段,沿NE向構造破碎帶F1展布并縱貫全區(qū)(圖1(b))。地層總體呈NE走向,傾向為NW,傾角60°～70°。巖性主要為變余細砂巖、變余粉砂巖等淺變質巖。受侵入巖漿巖的熱動力變質作用影響，地層具角化巖蝕變,局部形成角巖。

礦區(qū)褶皺構造不發(fā)育,主要表現(xiàn)為單斜構造。斷裂構造是礦區(qū)的主要構造,規(guī)模較大的有1條,即F1構造破碎帶,并在其西部出現(xiàn)2條派生的次級構造,即F2、F3次級壓扭性斷裂(圖1(b))。構造破碎帶(F1)分布于礦區(qū)中部,該斷裂縱貫全區(qū),延長>2 400 km,向NE、SW方向延伸至礦區(qū)以外(圖1(b)),是區(qū)域大嵊—探窠斷裂北東部延伸。次級壓扭性斷裂(F2、F3)位于礦區(qū)中西部,F2、F3兩斷裂均分布印支晚期中細粒似斑狀黑云二長花崗巖中,呈平行展布。與F1構造破碎帶呈“入”字型,屬主斷裂F1的次生構造。北段走向近SN向,向南漸變?yōu)镹NE向,傾向300°～325°,傾角70°～85°,寬1～3 m。

礦區(qū)內巖漿活動強烈,礦區(qū)內大面積出露為印支晚期花崗巖體,呈巖株狀產(chǎn)出。巖性主要以中粗(細)粒似斑狀黑云母二長花崗巖、中粗(細)粒黑云母二長花崗巖為主。巖體大致呈NE向展布,侵入于南華紀洪山組下段淺變質巖中。據(jù)區(qū)域資料顯示,區(qū)內的印支晚期花崗巖體屬富城巖體的一部分,鋯石U-Pb同位素年齡為(224±2) Ma[4]。

2.2 礦體特征

根據(jù)賦存狀態(tài)及礦物組合特征,礦床類型可分為2個亞類型:構造破碎帶充填型螢石礦和次級壓扭性斷裂充填型螢石礦。其中以前者占主導,兩者在時間上、空間上以及成巖成礦演化特征上具有密切的成因聯(lián)系。礦區(qū)主要礦體4個,即Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ、Ⅲ礦體,各礦體特征見表1。

(1)構造破碎帶充填型螢石礦體,是區(qū)內的主要礦床類型,共圈定2個礦體,即Ⅱ、Ⅲ號礦體。礦體主要分布于礦區(qū)東部,即2A～8線間。礦體多呈隱伏狀,少數(shù)出露地表。兩礦體均分布在F1構造破碎帶內,總體NE走向,傾向NW,呈似層狀、脈狀產(chǎn)出。礦體在空間分布上具有以下特點:一是礦體多賦存于構造破碎帶的頂、底板附近;二是沿走向或傾向均具有膨大縮小、尖滅再現(xiàn)的特點(圖2);三是厚大螢石礦體集中分布于標高180 m至地表區(qū)段,標高180 m以下礦體變薄或尖滅。

(2)次級壓扭性斷裂型螢石礦體,主要螢石礦體2個,即I1、I2號礦體。礦體主要分布于礦區(qū)的西北部,即1～4線間。兩礦體均賦存于燕山期中粗粒黑云母花崗巖中,呈近似平行側列狀產(chǎn)出,礦體受次級壓扭性斷裂F2、F3控制,走向近SN,由于陡傾斜產(chǎn)出,整體傾向E,局部出現(xiàn)反傾，呈透鏡狀、脈狀產(chǎn)出。該類型礦體具有以下幾個特點:一是沿走向及傾向延伸規(guī)模不大;二是礦體與圍巖呈截然關系,沿走向及傾向均出現(xiàn)膨大縮小現(xiàn)象;三是礦石為塊狀螢石礦,CaF2品位較富,如I1、I2號礦體CaF2平均品位分別為51.66%、49.68%。

2.3 礦物組成與礦石特征

礦石礦物為螢石,脈石礦物以石英為主,少量方解石、綠泥石、絹云母、褐鐵礦,局部見黃銅礦、黃鐵礦。礦石結構主要有自形-半自形晶結構(圖3(a))、包含結構和交代殘余結構。礦石構造主要有條帶狀構造(圖3(b))、塊狀構造(圖4(a))和角礫狀構造(圖4(b)),次為環(huán)帶狀構造、梳狀構造等。

礦石中的化學成分主要為CaF2和SiO2,兩者之和可達72%～96%,兩者互為消長關系,當CaF2含量高時，SiO2含量則低,反之亦然。礦石中次要物質組分主要有Fe2O3、S、P、As等,含量均較低,尤其是有害組分S、P和As含量極低,分別為0.038%、0.059%和4.56×10-6。

1.南華紀洪山組； 2.印支晚期花崗巖；3.構造破碎帶；4.螢石礦體；5.地質界線；6.沿脈或穿脈坑道；7.剖面線方位圖2 小竺螢石礦區(qū)縱剖面示意圖[3]Fig. 2 Longitudinal diagrammatic cross-section of the Xiaozhu fluorite deposit[3]

(a).自形-半自形晶結構；(b).條帶狀構造圖3 小竺螢石礦區(qū)礦石顯微照片F(xiàn)ig. 3 Euhedral-hypidiomorphic structure of the Xiaozhu fluorite deposit

根據(jù)主要礦物的組合特征,礦石按自然類型劃分為石英-螢石礦和螢石礦2類;按結構構造可劃分為塊狀螢石礦、角礫螢石礦、條帶狀螢石礦、浸染狀螢石礦4類。礦石礦物螢石有 3 個世代:第1世代螢石呈白色、淺黃色,條帶狀、微細脈狀或碎粒狀,粒徑為0.01～0.35 mm,呈浸染狀、不規(guī)則脈狀分布于隱晶-微晶石英、綠泥石中,呈星點狀、浸染狀產(chǎn)出(圖4(c));第2世代螢石呈淺綠色,沿梳狀石英生長,半自形晶,粒狀或粒狀集合體,粒徑 2～8 mm,包含有隱晶-微粒石英、方解石、碳酸鹽和絹云母包體,呈環(huán)帶狀或環(huán)狀分布,受后期應力影響有碎裂或被次生石英充填(圖4(d));第3世代螢石呈無色、淡黃白色,它形微粒狀,粒徑 0.05～0.06 mm,呈微脈、細脈切穿和環(huán)繞第1、2世代螢石分布,或與硅質-微晶石英組成膠結物沿網(wǎng)狀裂隙膠結早期螢石角礫(圖4(b))。主要脈石礦物石英與礦石礦物螢石相對應，也有3個世代:第1世代石英呈白色、乳白色,隱晶-微粒狀,為巖漿富硅熱液沿構造破碎帶充填形成(圖4(c));第2世代石英呈白色,呈多邊形自形-半自形粒狀鑲嵌,具環(huán)帶結構,穿切或環(huán)繞第2世代螢石分布(圖4(d));第3世代石英呈白色、乳白色,呈隱晶-顯微微晶狀,以微細脈為主(圖4(b))。

(a).塊狀構造；(b).角礫狀構造;(c).浸染狀礦石巖心；(d).角礫狀礦石顯微照片圖4 小竺螢石礦區(qū)螢石礦石特征照片F(xiàn)ig. 4 Fluorite ore of the Xiaozhu fluorite deposit

2.4 圍巖蝕變

區(qū)內圍巖蝕變主要有硅化、絹云母化、高嶺土化,其次可見黃鐵礦化、褐鐵礦化、角巖化等。其中與螢石礦形成有關的主要蝕變?yōu)楣杌?硅化主要表現(xiàn)3種形式。

(1)浸染狀硅化,分布在硅化角礫巖或硅化破碎帶中,表現(xiàn)為前期構造破碎巖石由于硅化作用將其膠結固化。

(2)隱晶質及柱狀硅化,分布于螢石礦石裂隙中,呈表現(xiàn)為隱晶質分布于裂隙兩壁,柱狀硅化石英位于裂隙中央,呈梳狀結構,脈狀構造,裂隙粗細不等,寬0.04～7 mm(圖3(b))。

(3)重結晶粒狀硅化,分布在外接觸帶的淺變質碎屑巖類中,表現(xiàn)為石英含量增加,有次生加大現(xiàn)象,是受巖漿的接觸變質作用而產(chǎn)生的硅化蝕變。

3 技術方法

研究工作總體思路是,充分收集區(qū)內基礎地質資料及礦區(qū)以往地質工作成果,結合礦山開采現(xiàn)狀,開展控礦因素研究,總結成礦規(guī)律,利用探礦工程追索和控制礦體。技術方法為地表采用1∶2 000地質測量,配合槽探工程揭露地表礦(化)體;依據(jù)礦體的空間分布規(guī)律,深部部署鉆探、坑探工程對礦體進行追索與控制。采用地質測量、槽探工程、鉆探工程相結合技術手段。

4 礦床類型與成礦地質體

4.1 礦床類型

礦體受NE向斷裂及次生SN向斷裂構造控制,并分布于斷裂構造內,呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出,礦體與圍巖的界線清楚,具有明顯的充填特征。圍巖蝕變以硅化、螢石化為主,屬中低溫熱液蝕變組合。相關資料顯示,武夷山成礦帶大多數(shù)螢石礦成礦溫度都是中低溫,成礦溫度<300 ℃[5],因此，初步確定該礦床類型為中低溫熱液充填型螢石礦床。

同一系列的礦床,由于成礦作用的復雜性和成礦環(huán)境的差異性,會出現(xiàn)不同的成礦方式和礦體就位方式。根據(jù)礦體的賦存狀態(tài)及礦物的共生組合特征等因素,該區(qū)的礦床類型劃分2個亞類,即構造破碎帶充填型和次級斷裂構造充填型,其特征見表2。

表2 小竺螢石礦床成因分類特征表

4.2 成礦地質體的判定

成礦地質體是指與礦床形成在時間、空間和成因上有密切聯(lián)系的地質體。區(qū)內印支晚期中細粒似斑狀黑云二長花崗巖為成礦作用提供重要物質來源。巖石呈淺灰色微帶紅色,中細粒似斑狀結構,塊狀構造。巖石由斑晶和基質兩部分組成。斑晶含量為35%～40%,斑晶多為鉀長石、斜長石和石英;鉀長石,淡肉紅-淺白色,含量為32%～36%,寬板狀自形晶形,具卡氏雙晶,晶體大小(3×5)～(8×12) mm;斜長石呈淺白色,含量為27%～40%,長板狀自形晶形,晶體大小(2×5)～(5×13) mm;石英,無色,油脂光澤,它形粒狀,粒徑2～5 mm?；|含量為58%～65%,基質主要由鉀長石、斜長石、石英和黑云母組成;鉀長石、斜長石、石英均呈它形粒狀晶形,粒徑一般<2 mm;黑云母呈片狀,粒徑1～2.4 mm。巖體邊緣相發(fā)育5～10 cm 冷凝邊,巖性為細粒斑狀黑云二長花崗巖,兩者呈漸變過渡關系。

巖石化學成分中SiO2含量高,變化于72.41%～75.97%,平均為 74.17%,屬于酸性巖類;具有較高的 K2O(5.06%～5.41%,平均5.18%)及 Na2O+K2O(8.08%～8.66%,平均8.28%)含量,較低的 Al2O3(12.90%～13.77%,平均13.44%)、CaO(0.17%～1.04%,平均0.50%)、TFeO(0.82%～1.49%,平均1.10%)、MgO(0.12%～0.50%,平均0.30%)、TiO2(0.11～0.28%,平均0.20%)和極低的 P2O5(0.019%～0.029%,平均0.023%)含量。K2O/Na2O比值較大(0.97～1.41,平均1.17),富鉀。顯示巖漿富集 Si、K元素和全堿,虧損 Al、Ti、Mg、Na、Ca、P元素的特征[3]。巖石稀土元素特征顯示輕稀土較富集;輕重稀土分餾不明顯,Eu主要表現(xiàn)為中等到弱虧損或正異常[4]。

該區(qū)礦床類型為熱液充填型螢石礦床,礦體呈脈狀、透鏡狀或似層狀產(chǎn)出于花崗巖體中,是巖漿期后的含礦熱液沿構造破碎帶或次級斷裂構造充填形成的礦床,說明成巖與成礦是在同一地質作用下無間斷的同時或先后發(fā)生。據(jù)同位素測年顯示,印支期晚期中細粒似斑狀黑云二長花崗巖成巖年齡為(224±2) Ma,而螢石礦床是巖漿期后熱液充填的產(chǎn)物,由此推斷,成巖時代與成礦時代相近,是先行后續(xù)的關系。

螢石礦床是巖漿期后熱液充填的產(chǎn)物,富含高氟揮發(fā)分為該區(qū)螢石礦的形成提供了氟元素。由于螢石成礦過程中對鈣含量要求不高,巖漿期后熱液充填型螢石礦床,鈣主要來源于巖體中的斜長石[6]。因此,中細粒似斑狀黑云二長花崗巖是區(qū)內成礦母巖,為礦體的形成提供主要物質與熱源,同時控制了成礦作用有效動力范圍。

5 成礦構造及成礦結構面研究

該區(qū)受區(qū)域安遠—鷹潭深斷裂的影響,斷裂構造十分發(fā)育,其中規(guī)模較大的NE向大嵊—探窠斷裂縱貫礦區(qū)(即該區(qū)的F1斷裂),該斷裂是區(qū)域主要控巖構造,同時因下切深度大,控制了區(qū)域巖漿巖的展布,同時為巖漿期后含礦熱液的運移、淀積提供了通道和貯礦空間,為該區(qū)的導礦容礦構造。近SN向的壓扭性斷裂(F2、F3)與主斷裂(F1)呈“入”字型,是主斷裂的次級構造,該組斷裂為螢石礦的富集提供了空間,是該區(qū)的容礦構造。以上兩組同一應力系統(tǒng)不同級別的構造控制了區(qū)內礦體的空間分布及形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀等。

控礦主斷裂構造(F1),呈NE走向,區(qū)域長度>30 km,縱貫全礦區(qū)(圖1(b));傾向310°～325°,傾角65°～75°,經(jīng)鉆孔揭露證實,延伸>600 m,傾角65°～75°;表現(xiàn)形式為構造破碎帶,寬度變化較大,為4～20 m。斷裂上盤為印支晚期中細粒似斑狀黑云母二長花崗巖,下盤為南華紀洪山組下段的角巖、變余細砂巖、變余粉砂巖等,經(jīng)深部鉆孔揭露，證實區(qū)內南華紀洪山組地層巖石為巖漿侵入的殘留體。在斷層頂板,發(fā)育1層0.5～3 m的硅化蝕變巖,是富硅的巖漿熱液沿斷裂上侵過程中,隨著熱液溫度降低,SiO2溶解度降低,在斷層項板形成含螢石硅化帶;而底板的南華紀洪山組下段的碎屑巖系,受熱液動力變質作用具角巖化,局部形成角巖。主成礦期,由于頂板硅化帶及底板角巖對含礦熱液的運移的屏蔽作用,含礦熱液沿斷裂上侵,在有利的部分沉淀下來,富集成礦。成礦后,斷裂繼續(xù)活動,破壞螢石礦體,后期硅質熱液充填膠結碎裂的螢石,形成角礫狀、條帶狀螢石礦石。

控礦次生斷裂構造(F2、F3),呈近平行產(chǎn)出,北段走向近SN向,向南漸變?yōu)镹NE向,長度>1 km;傾向300°～325°,F2斷裂傾向延深>200 m,F3斷裂傾向延深>100 m,傾角70°～85°;出露寬度為1～12 m。F2、F3斷裂均分布于印支晚期花崗巖體的內接觸帶,斷裂面平直,斷層兩側圍巖均為斑狀黑云母二長花崗巖,具較強的硅化蝕變。斷裂規(guī)模相對較小,結構面簡單,往往形成以塊狀螢石為主的礦石。

6 成礦規(guī)律與成礦作用

6.1 成礦作用特征標志

該區(qū)大地構造位于華夏板塊之武夷山隆起帶的北東端，具有優(yōu)越的螢石成礦地質條件。帶內有NE向大嵊—探窠深大斷裂,控制了成礦母巖花崗巖的展布及螢石礦床(點)分布。與花崗巖有關的螢石礦床,明顯受NE-NNE向斷裂構造控制[5]。該區(qū)的NE向大嵊—探窠深大斷裂(F1)向北延伸部分,縱貫全區(qū),表現(xiàn)形式為構造破碎帶,控制了Ⅱ、Ⅲ號礦體的空間分布,沿斷裂帶展布的礦體,在走向及傾向均具有膨大縮小、分枝復合等現(xiàn)象。垂向上,標高330 m附近礦體厚度大、品位高,向深部厚度逐漸變小、品位變低,標高90 m以下礦體呈尖滅趨勢。次生壓扭性斷裂控制了區(qū)內次要礦體空間展布。該區(qū)發(fā)育的F2、F3壓扭性斷裂構造,是F1主斷裂的次級構造,控制了I1、I2號螢石礦體的展布與規(guī)模。礦體規(guī)模為小型,沿走向及傾向均具有膨大縮小、分枝復合等現(xiàn)象。

據(jù)統(tǒng)計，大、中型螢石礦床中,與黑云母花崗巖有關的占76.5%[1]。相關研究表明,花崗巖黑云母中攜帶豐富的 F 離子和稀土[7],為巖漿期后熱液成礦提供了物質源與熱源。區(qū)域巖漿巖為復式巖體,具有多階段多次侵入活動特征,富硅、鉀、全堿,高氟揮發(fā)組分,對成礦元素的遷移、富集起到重要的控制作用[8]。

該區(qū)出露的地層為南華紀洪山組下段,分布于構造破碎帶下盤,巖性為變余碎屑巖,與巖體接觸帶附近,受熱動力變質作用,出現(xiàn)角巖化蝕變,局部形成角巖,該類巖石具有致密、塑性和不透水的特點,在有利的構造位置,適宜的構造作用下,成礦流體在裂隙發(fā)育的部位流動,當遇到這些塑性較強的巖層時,往往被限制住,因而起到屏蔽作用[7]。

6.2 成礦機理探討

成礦早期階段,部分揮發(fā)組分從硅酸鹽熔融體分異出來,形成游離狀的揮發(fā)組分,沿斷裂構造向上運移,受高溫熱液作用,斷裂帶的上盤形成硅化蝕變帶,帶中含少量呈浸染狀螢石礦,下盤變余碎屑巖具角巖化蝕變。主成礦期,大量的富含氟的揮發(fā)組分沿斷裂構造向上運移,并萃取圍巖中鈣質組份,形成含礦熱液,伴隨壓力和溫度條件的巨大變化,加之地下水體的影響,隨著壓力減小,溫度的降低和pH值的增高,在適當?shù)臉嬙觳课坏矸e成礦,形成塊狀螢石礦。主成礦后期,主斷裂構造繼續(xù)活動,造成礦體的破壞,原塊狀的螢石碎裂、局部構成角礫狀;巖漿巖晚期,殘余的巖漿熱液繼續(xù)沿主斷裂上侵,充填在構造裂隙中,形成石英細脈,或呈膠結物形式膠結礦石角礫,構成角礫狀或條帶狀礦石,膠結物中含少量呈浸染狀螢石礦。

6.3 找礦標志

通過對礦區(qū)成礦地質條件和礦床成因的分析,結合成礦帶上典型螢石礦床的研究，認為該地區(qū)的找礦標志如下。

(1)硅化蝕變帶。控礦的主斷裂構造發(fā)育的硅化蝕變帶,由于抗風化能力強而形成陡峭正地形,因此,NE向正地形或陡峭的山涯,易于識別,是最直觀的找礦標志。

(2)構造。深大斷裂,尤其是NE向的深大斷裂,控制了巖體的展布和礦床點的分布,是區(qū)內主要的導礦和容礦構造,是尋找螢石礦主要礦體的重要標志。其次深大斷裂旁側次生的斷裂構造,為含礦熱液的淀積提供了貯礦空間,是尋找小型螢石體的標志。因此,小竺螢石礦區(qū)的北東或南西段,沿斷裂構造F1展布的方向為尋找螢石礦床的有利地段。

(3)巖漿巖。富硅,富堿、分異性好,富含高揮發(fā)組分的黑云母類花崗巖,是巖漿巖的重要找礦標志。

(4)工業(yè)礦體主要賦存于地表至標高180 m以上,標高180 m以下礦化明顯變弱。因此,180 m標高以上是構成工業(yè)礦體的主要區(qū)段。

7 結論

綜上所述,該區(qū)具備優(yōu)越的螢石成礦地質條件,具有較好的找礦前景。

(1)該區(qū)礦床類型為熱液充填型螢石礦床,具多期次成礦特點,礦體產(chǎn)出于印支晚期黑云母二長花崗巖中。印支晚期巖體呈NE走向,具有富高氟揮發(fā)組分特征,為成礦提供物質來源,是尋找螢石礦床的有利地段。

(2)NE向大嵊—探窠深大斷裂F1控制了印支晚期巖漿巖展布和螢石礦體的就位,是區(qū)內主要的控巖控礦構造。主要礦體均分布于斷裂構造內,是重要的容礦、貯礦構造。

(3)探明新增CaF2資源儲量達中型礦床規(guī)模,為資源枯竭礦山尋找到接替資源,同時為今后找礦指明方向。