福建松溪寺坑螢石礦床地質(zhì)特征與成礦模式探討

梁 林

(福建省閩北地質(zhì)大隊，邵武，354000)

松溪寺坑礦區(qū)螢石礦的勘查工作始于1958年、1961年的踏勘、初查，1984年至1986年冶金工業(yè)部福建地質(zhì)勘探公司在該礦區(qū)開展地質(zhì)評價工作，并估算出螢石礦礦石量(C+D)級表內(nèi)儲量為42.7萬t，其中富礦為6.2萬t；2005年、2011年由福建省閩北地質(zhì)大隊分別對該礦區(qū)進(jìn)行了階段性的資源儲量核實工作，并估算了該礦區(qū)保有的資源儲量(122b+333)礦石量為22.72萬t，礦物量(CaF2)為9.47萬t。該礦床的開采工作始于1968年，多家企業(yè)先后對該礦山進(jìn)行了規(guī)模大小不一的開采，至2011年開采出的礦石量約為36.92萬t。該礦區(qū)雖然前期做了較多的地質(zhì)勘查工作，并進(jìn)行了多年的開采，但對于礦區(qū)螢石礦的控礦因素、成礦規(guī)律、成礦模式等方面的研究較少，筆者在詳細(xì)收集前人的地質(zhì)、采礦相關(guān)資料基礎(chǔ)上，通過采集微量元素、同位素、包裹體等相關(guān)樣品進(jìn)行分析，并對成礦流體等進(jìn)行研究，以期總結(jié)寺坑螢石礦床的成礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律，建立成礦模式，為礦區(qū)的下一步地質(zhì)勘查或區(qū)域上的螢石找礦工作提供一定的參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

松溪寺坑礦區(qū)螢石礦位于華夏地塊北武夷隆起區(qū)浦城—順昌基底隆起區(qū)北緣的東側(cè)，位于武夷山成礦帶政和—南平成礦亞帶的北部。區(qū)內(nèi)地層分布相對較單一，主要有侏羅紀(jì)及零星分布的三疊紀(jì)、白堊紀(jì)地層。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)主要有螢石礦、鐵礦等。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，褶皺構(gòu)造主要發(fā)育在基底變質(zhì)巖中，常形成北東向的線形褶皺，呈緊密的復(fù)式向斜、背斜。中生代地層一般呈北東向?qū)捳沟膯涡被蜷_闊的向斜、背斜，在斷裂帶附近，局部產(chǎn)生較強(qiáng)烈的褶皺。

區(qū)內(nèi)燕山期巖漿侵入活動比較強(qiáng)烈，中酸性巖廣泛分布，主要有燕山早期白云母二長花崗巖、黑云母花崗巖和燕山晚期花崗斑巖以及細(xì)晶巖、偉晶巖、正長斑巖、石英斑巖、石英脈等。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層較簡單，主要為第四紀(jì)和古元古代麻源巖群大金山巖組。大金山巖組巖性以黑云二長片麻巖、黑云斜長片麻巖為主，次有花崗片麻巖，夾少量角閃斜長片麻巖淺粒巖和云母片巖等，巖石局部混合巖化(圖1)。

圖1 松溪寺坑螢石礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Sikeng fluorite deposit in Songxi county1—第四紀(jì)；2—麻源巖群大金山巖組；3—晚白堊世花崗斑巖；4—閃長巖脈；5—閃長玢巖脈；6—斷層及編號；7—礦體及編號；8—勘探線及編號；9—鉆孔位置及編號；10—平硐位置及編號

2.2 侵入巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，出露面積約占一半，以晚白堊世花崗斑巖為主，閃長巖和閃長玢巖呈脈狀零星分布。

2.3 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，褶皺不發(fā)育，僅在變質(zhì)巖中見小型褶皺和揉皺。斷裂構(gòu)造有北北東-北東、北東東和北西向3組。其中北北東-北東向壓扭性斷裂為區(qū)內(nèi)主要斷裂，規(guī)模較大，主要有F4和F24斷裂；其次為北東東向斷裂，極為發(fā)育，為區(qū)內(nèi)的控礦斷裂，規(guī)模較大，具多期次活動特點(diǎn)，該組斷裂在花崗斑巖侵入之前即已形成，花崗斑巖沿該組斷裂侵入，規(guī)模較大的有F1、F2、F8和F9等斷裂。由于螢石礦成礦物質(zhì)(F , Ca等)均屬活性較大的元素組分，控礦斷裂多期活動的過程中可逐步加劇巖石遭受破壞，在變質(zhì)巖中小型褶皺和揉皺發(fā)育地段的破碎程度，擴(kuò)展破碎帶的貯礦構(gòu)造空間，壓性、壓扭性斷裂還保持了控礦構(gòu)造的相對封閉條件，一定程度上避免和阻止了含礦熱液上升運(yùn)移過程中F和Ca等活性組分的逸散和流失，斷裂成為礦區(qū)螢石礦成礦最為有利的控礦構(gòu)造。

F4斷裂：位于礦區(qū)東部，產(chǎn)狀為110°∠60°～70°，呈舒緩波狀，磨擦鏡面和擦痕發(fā)育，為右旋壓扭性逆沖斷裂。

F24斷裂：位于礦區(qū)勘探3線以南，規(guī)模較小，產(chǎn)狀為130°～150°∠50°～75°，磨擦鏡面發(fā)育，具壓扭性特征。斷裂帶寬約10～15 m，長約150 m。

F1斷裂：位于礦區(qū)勘探4～9線間，長約640 m，Ⅰ-1主礦體空間展布上受其控制；產(chǎn)狀為160°～170°∠65°～80°，在平剖面上均呈舒緩波狀。

F2斷裂：位于礦區(qū)勘探7線北部，長約130 m，控制了Ⅱ礦體空間上的展布；走向近東西，傾向南，傾角60°左右，破碎帶寬≤3.0 m，具強(qiáng)硅化、螢石礦化。

F8斷裂：位于礦區(qū)勘探6～20線間，長約660 m，控制了Ⅰ-2和Ⅰ-4礦體的空間展布，產(chǎn)狀為160°～175°∠60°～85°，在平面和剖面上均呈舒緩波狀，產(chǎn)狀變化較大；斷裂破碎帶內(nèi)巖石硅化強(qiáng)烈，形成大量硅化巖；并見有較多石英晶簇、晶洞和構(gòu)造角礫巖；角礫成分主要為變質(zhì)巖、花崗斑巖、石英及少量螢石等，呈次圓狀、不規(guī)則狀，大小不一，一般為3～8 mm，最大可達(dá)25 mm；螢石礦體即產(chǎn)于斷裂帶硅化巖中。

F9斷裂：位于礦區(qū)勘探2線東部，長約100 m，控制了Ⅴ礦體空間上的展布。產(chǎn)狀為150°～160°∠60°～70°；破碎帶寬≤3.0 m。

3 礦床地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)共圈定Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5和Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ9個螢石礦體，礦體均呈脈狀或長透鏡狀貯存于硅化破碎帶中(圖2)。受斷裂控礦，區(qū)內(nèi)礦體總體呈北東東向展布。礦體形態(tài)較為簡單，品位整體較穩(wěn)定，各礦體特征(表1)?，F(xiàn)將主礦體Ⅰ-2簡述如下。

表1 松溪寺坑螢石礦形態(tài)特征統(tǒng)計Table 1 Morphological characteristic statistics of Sikeng fluorite ore in Songxi county

3.1 礦體特征

Ⅰ-2礦體特征：礦體呈長透鏡狀，受F8斷裂控制，地表出露長約200 m，厚度為0.65～2.66 m，礦體沿深部延伸控制至60 m標(biāo)高，推測最大延伸至21 m標(biāo)高，分布標(biāo)高為21～453 m。礦體品位往深部有所變富，CaF2平均品位為46.93%。

3.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形粒狀結(jié)構(gòu)，其次為他形粒狀和自形粒狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為致密塊狀構(gòu)造和角礫狀構(gòu)造，其次為條帶狀、放射狀、細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀和晶洞構(gòu)造。礦石礦物主要為螢石，脈石礦物主要為石英和蛋白石，其次為燧石、高嶺土、絹云母，成條帶狀、網(wǎng)脈狀穿插于螢石礦物中，發(fā)育少量黃鐵礦、方解石等金屬礦物。

3.3 礦石類型

根據(jù)礦石的主要礦物組合劃分，礦石類型主要為石英-螢石型礦石和螢石-石英型礦石。

3.4 圍巖蝕變

礦體產(chǎn)于硅化斷裂破碎帶中，直接圍巖為硅化巖、硅化角礫巖，近礦圍巖有破碎的花崗斑巖、片麻巖、壓碎巖、云英巖、絹英巖等。主要圍巖蝕變?yōu)楣杌?、絹云母化或綠泥化，其次為碳酸鹽化等，其中硅化與成礦關(guān)系較為密切。

4 礦床成因探討

此次研究工作是在全面收集該礦山歷年來已有的地質(zhì)、采礦等相關(guān)地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，深入礦山實地對各個中段的沿脈、穿脈巷道及采空區(qū)進(jìn)行觀察，并在PD1-YM104進(jìn)行了取樣，共采集稀土3件、微量元素1件，流體包裹體樣1件，氫氧同位素樣1件，鍶同位素比值樣3件。

4.1 樣品特征及分析結(jié)果

寺坑螢石礦礦石的微量元素含量表現(xiàn)為富集Th、La、Nd和Y，而虧損Nb、Sr及Zr的特點(diǎn)(1)福建省地礦局，閩北地區(qū)螢石礦地質(zhì)特征及找礦靶區(qū)優(yōu)選，2017。(表2)。稀土總量(ΣREE)較低(162×10-6), 稀土元素分配模式曲線略呈右傾或近似水平，屬重稀土富集(圖3)。

表2 松溪寺坑螢石礦床巖礦石稀土與微量元素特征Table 2 Characteristics of rare earth and trace elements in rocks and ores of Sikeng fluorite deposit in Songxi county

螢石脈中包裹體較為發(fā)育，主要呈帶狀分布，少部分呈群體狀分布，其中以透明無色-灰色的富液包裹體為主，透明無色的鹽水包裹體次之，部分視域內(nèi)可見深灰色的氣體包裹體或淺灰色的富氣包裹體(圖4)。螢石礦床中螢石氣液包裹體水的氫、氧同位素變化δD為-93.2‰，δ18OH2O為-1.29‰，投在δD-δ1 8OH2O坐標(biāo)圖上，其點(diǎn)落在Craig大氣降水線的右下方，巖漿水的左下方，遠(yuǎn)離且明顯低于巖漿水和變質(zhì)水的δD和δ18O分布區(qū)(圖5)。

圖4 松溪寺坑螢石礦床螢石中流體包裹體巖相學(xué)特征(a)與均一溫度直方圖(b)Fig.4 Histographic characteristics of fluorite fluid inclusion (a) and homogeneous temperature (b) of Sikeng fluorite deposit in Songxi county

圖5 松溪寺坑螢石氣液包裹體δD-δ18O坐標(biāo)圖[2]Fig.5 δ D -δ18O coordinate diagram of Sikeng fluorite gas-liquid inclusions in Songxi county

4.2 成礦物質(zhì)與流體來源

螢石礦石的稀土元素配分模式與其圍巖的稀土元素配分模式具有明顯的相似性，可以表明成礦熱液對圍巖的淋濾、汲取、聚集作用，也說明了螢石礦成礦的主要物質(zhì)來源為變粒巖、花崗巖圍巖。

螢石礦床中螢石氣液包裹體水的氫、氧同位素投在δD-δ1 8OH2O坐標(biāo)圖上的位置情況，說明該礦區(qū)的螢石礦成礦流體主要來源于大氣降水與巖漿熱液的混合溶液。

鍶同位素分析結(jié)果顯示，螢石礦石的87Sr/86Sr初始比值為0.727 104，花崗斑巖的87Sr/86Sr初始比值為0.799 801，以及變粒巖的87Sr/86Sr初始比值為0.726 185。螢石礦石與變粒巖的87Sr/86Sr初始比值十分相近，而與花崗斑巖的鍶同位素值差距甚遠(yuǎn)，表明螢石中鍶的來源與變粒巖密切相關(guān)，暗示螢石成礦物質(zhì)可能與變粒巖有關(guān)。進(jìn)一步結(jié)合區(qū)域資料與前人的研究結(jié)果[3-4]，圍巖中黑云斜長變粒巖含鈣較高( CaO為1.97%)，為成礦提供所需的鈣[3, 5]。綜合分析松溪寺坑螢石礦床中的氟元素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)分沿著裂隙運(yùn)移并萃取了圍巖地層中的Ca，且大陸地殼的Sr同位素87Sr/86Sr平均值為0.719，而地幔Sr的初始值為0.704，因此，礦區(qū)中的燕山期花崗巖與前震旦紀(jì)地層均提供了成礦所需的必要物質(zhì)，成礦物質(zhì)主要來源于地殼。

4.3 成礦流體特征

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(jìn)行均一溫度與冰點(diǎn)溫度的測試，結(jié)果顯示均一溫度集中于118～162℃，平均133℃，指示了寺坑螢石礦床成礦熱液為低溫?zé)嵋骸Ｓ杀c(diǎn)溫度計算而得到的流體包裹體的鹽度在5.41%～11.61%NaCl eq.，平均9.71%NaCl eq.。普遍較低的鹽度值表明，形成該礦床的成礦流體是一種相對稀釋或被稀釋了的含礦熱水溶液，反映了流體在運(yùn)移和沉淀過程中可能有大氣降水補(bǔ)給(表3)。

5 成礦模式

松溪寺坑螢石礦床成因?qū)儆趬号?gòu)造環(huán)境下的地?zé)崴h(huán)流汲取成礦作用[6]。即在燕山晚期侵入的花崗巖漿已固結(jié)成巖，并遭受風(fēng)化剝蝕之后，大氣降水下滲，經(jīng)循環(huán)加熱成為地?zé)崴^程中，從巖石內(nèi)淋濾汲取出F-、 Ca2+等成礦組分后，上升并注入斷裂等有利空間運(yùn)移，之后與在淺部巖石中滲流的相對“冷”水不斷混合，隨著溫度、壓力降低，pH值升高，在這種環(huán)流活動的混合區(qū)內(nèi)有利空間，導(dǎo)致螢石沉淀出來。綜上，寺坑螢石礦床的成因類型屬于低溫?zé)嵋撼涮钚汀?/p>

如前所述，該礦區(qū)螢石中鍶的來源與麻源巖群大金山巖組變質(zhì)巖密切相關(guān)，顯示了成礦流體在較長距離和長時期持續(xù)成礦過程中，成礦組分的富集明顯受到麻源巖群地層、變質(zhì)巖圍巖的支持與貢獻(xiàn)，是螢石礦成礦主要的物源層、物源巖。

另外，該礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，具有多期性、繼承性和轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)成礦大致可分為兩個階段，一是以正長花崗巖為主的侵入，帶來了富含氟鈣等礦質(zhì)；二是當(dāng)巖漿結(jié)晶之后,富含氟鈣等礦質(zhì)的熱液析出,沿構(gòu)造有利部位運(yùn)動，在構(gòu)造有利部位定位形成低溫?zé)嵋撼涮钚臀炇V[7-8]。

依據(jù)上述寺坑礦區(qū)螢石礦的地質(zhì)特征及與成礦相關(guān)的流體、物質(zhì)來源等方面的分析，初步總結(jié)出該礦區(qū)螢石礦的成礦機(jī)制、規(guī)律，進(jìn)一步總結(jié)出該礦成礦作用的全過程和其成礦模式(圖6)。

圖6 松溪寺坑礦區(qū)螢石礦成礦模式圖Fig.6 Mineralization pattern diagram of Sikeng fluorite deposit in Songxi county1—麻源巖群大金山巖組；2—早白堊世正長花崗巖；3—螢石礦體；4—構(gòu)造破碎帶；5—斷層；6—熱液流動方向

6 結(jié)論

(1)寺坑螢石礦主要為燕山期花崗巖與前震旦紀(jì)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，顯示低溫、低鹽度特征。

(2)斷裂構(gòu)造是礦床形成的主要控礦因素，礦床的成因類型屬于低溫?zé)嵋撼涮钚汀?/p>