衛(wèi)輝市大池山礦區(qū)重晶石礦床地質(zhì)特征及成因

趙少杰，曾強(qiáng)，王巧玲，吳家祥，張全傅，王勝華，韓姍姍

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì)， 河南 鄭州 450016； 2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心， 河南 鄭州 450016)

0 引言

衛(wèi)輝市大池山礦區(qū)位于豫北，地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°52′47″～114°00′02″，北緯35°34′15″～35°37′45″，是河南省較為典型的重晶石成礦區(qū)之一(李春陽等，2010)，該區(qū)成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，找礦前景良好(郭志敏，1988；褚有龍，1989)。1967年和1968年，中南冶金602隊(duì)對該地區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)草測和礦點(diǎn)調(diào)查；1980年和1982年，河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局地質(zhì)二隊(duì)開展了礦區(qū)普查工作；2011年，河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地球物理勘查隊(duì)在礦區(qū)進(jìn)行了重晶石資源儲量核查工作；2016～2017年，河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì)共發(fā)現(xiàn)28條規(guī)模較大的重晶石礦脈，其中新發(fā)現(xiàn)了11條重晶石礦脈。通過地表工程揭露和深部鉆探工程控制，共圈出了33個重晶石礦體，估算重晶石資源量(333)+(334)？132.71千噸。

本文在總結(jié)衛(wèi)輝市大池山重晶石礦的區(qū)域地質(zhì)成礦背景和礦體地質(zhì)特征等基礎(chǔ)上，分析研究礦石質(zhì)量和類型及其礦床成因。研究成果對進(jìn)一步的勘查工作具有指導(dǎo)意義，也為類似礦區(qū)提供了可參考的找礦標(biāo)志(魏東等，2016；尤湘杰等，2016；陳艷等，2019；鮑淼等，2020)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

大池山礦區(qū)大地構(gòu)造單元屬于中朝準(zhǔn)地臺(一級)山西臺隆(二級)太行山拱斷束(三級)內(nèi)，東以青羊口斷裂為界與華北坳陷的湯陰斷陷相鄰；位于華北成礦省(II-1)太行山Fe-Cu-Pb-Zn-重晶石—耐火黏土—硫鐵礦—煤成礦帶(III-1)中南太行山Fe-Cu-Pb-Zn-重晶石—耐火黏土—石英巖—硫鐵礦—煤成礦帶(III-1-①)內(nèi)(彭翼和何玉良，2015)，礦產(chǎn)種類主要為重晶石、水泥灰?guī)r、白云巖，次為鐵、銅、鉛鋅礦等其它礦產(chǎn)(圖1)。

圖1 區(qū)域大地構(gòu)造與礦產(chǎn)圖(據(jù)趙少杰等，2018①修改)1—斷層；2—磁鐵礦點(diǎn)；3—銅礦點(diǎn)；4—重晶石礦點(diǎn)；5—石灰?guī)r礦點(diǎn)；6—黏土礦點(diǎn)；7—煤礦點(diǎn)；8—省界；9—研究區(qū)

區(qū)域地層自太古宇至古生界奧陶系均有出露，其中太古宇及震旦系地層在研究區(qū)僅有零星出露，寒武系、奧陶系地層廣泛分布。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，主要以近EW、NE、NW、NNE向斷裂為主，其中NE向斷裂最為發(fā)育，斷裂多成組展布。各組斷裂縱橫交錯，NE向斷裂與近EW向斷裂構(gòu)成斷裂構(gòu)造格架，多為正斷層。近EW向的斷層生成時期較早，而NE向的斷層和裂隙生成較晚，分布其間的NW向裂隙與NE向裂隙為同期生成，它們?yōu)楹V熱液的充填成礦提供了空間條件。

區(qū)內(nèi)主要有燕山期角閃石英二長斑巖(ηπ53)和石英閃長玢巖(δμ52)零星分布。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)除有少量的寒武系(∈)地層出露于山谷低地以外，大部分地區(qū)為下奧陶統(tǒng)(O1)地層，南部局部出露有中奧陶統(tǒng)下馬家溝組(O2x)地層(圖2)。重晶石礦體主要賦存于下奧陶統(tǒng)(O1)地層中的斷裂破碎帶中。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造非常發(fā)育，控制了重晶石礦脈(體)的分布、形態(tài)、規(guī)模和產(chǎn)狀等。近EW向的斷層生成時期較早，為燕山期的巖漿活動提供了侵入通道。重晶石礦體主要位于NE向斷裂中，是礦區(qū)主要的容礦控礦構(gòu)造，其在礦區(qū)中規(guī)模較大的共有6條，走向?yàn)?0°～80°，傾向多NW向，個別有傾向?yàn)镾E，傾角70°～80°，少數(shù)近于直立，這組斷裂在空間上平行展布。

構(gòu)造帶具膨大、狹縮之特征，在破碎帶內(nèi)充填有圍巖(白云巖、灰?guī)r)和重晶石等的角礫、以及透鏡狀相連的脈狀重晶石礦體，斷面較為光滑，沿走向呈舒緩波狀，為壓扭性斷裂。NW向斷裂一般發(fā)生在NE向斷裂之間，走向在300°～350°，傾向西或北東，傾角70°～85°，個別直立，規(guī)模都比較小，主要呈裂隙出現(xiàn)，裂隙局部擦痕清晰可見，見有斷層泥和圍巖角礫，部分也為石英—重晶石脈或重晶石脈充填形成礦脈。

礦區(qū)巖漿巖主要為角閃石英二長斑巖(ηπ53)和石英閃長玢巖(δμ52)。其中，角閃石英二長斑巖呈巖體和巖墻產(chǎn)出，在化學(xué)成分上角閃石英二長斑巖平均含Ba 0.06×10-6，與區(qū)域上其他巖體相比含Ba要高出2～6倍；石英閃長玢巖，呈脈狀侵入下奧陶統(tǒng)白云巖中。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

3.1.1 礦(化)體形態(tài)、規(guī)模及品位特征

區(qū)內(nèi)重晶石礦(化)體嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制，規(guī)模大小相差較大，其形態(tài)隨構(gòu)造帶的形態(tài)而變化，其中NE、NW向構(gòu)造為區(qū)內(nèi)主要的控礦容礦構(gòu)造，且在斷裂破碎帶的交匯處及其膨大部位為重晶石礦體的有利富集地段。

礦(化)體走向主要有NE、NW向，傾向變化較大，傾角陡立(70°～90°)；厚度不穩(wěn)定，一般在0.80～1.75 m；重晶石品位較高，從淺部探槽、老硐控制的結(jié)果看，礦(化)體中部品位高，從地表向深部重晶石品位有變貧的趨勢。

研究區(qū)共圈出了33個重晶石礦體，相對規(guī)模較大的礦體有K11-2、K23、K2、K10、K11-1、K29、K31、K17、K5，其礦體特征見表1，其余礦體規(guī)模小。

表1 部分重晶石礦體特征一覽表

K11-2礦體(圖3)：賦存于母豬窩—桐樹洼斷裂帶中，礦體呈脈狀，走向長300 m，產(chǎn)狀113°～115°∠78°～87°，最大斜深117 m，礦體賦存標(biāo)高+565～+453 m，埋深0～110 m。礦體沿走向和傾向連續(xù)分布，但沿著深部增加厚度逐漸減小；礦體厚度0.82～1.50 m，平均厚度1.08 m，厚度變化系數(shù)25.72%；BaSO4品位39.93%～61.23%，平均品位47.80%，品位變化系數(shù)17.44%。礦體兩側(cè)圍巖為結(jié)晶白云巖，二者界線清晰。

圖3 大池山重晶石礦區(qū)1112勘探線地質(zhì)剖面圖(據(jù)趙少杰等，2018①修改)

K23號礦體(圖4)：賦存于下奧陶統(tǒng)結(jié)晶白云巖中，礦體呈不規(guī)則脈狀，走向長450 m，走向300°～324°，傾角直立，最大斜深100 m，礦體賦存標(biāo)高+463～+363 m，埋深0～94 m。礦體沿走向連續(xù)分布，但沿著深部增加逐漸尖滅；礦體平均厚度0.92 m，厚度變化系數(shù)15.74%；BaSO4品位40.47%～77.33%，平均品位57.65%，品位變化系數(shù)23.26%。

圖4 大池山重晶石礦區(qū)2301勘探線地質(zhì)剖面圖(據(jù)趙少杰等，2018①修改)

礦體形態(tài)多為不規(guī)則脈狀、透鏡狀或楔狀等；礦體厚度變化較大，總體地表較厚，向深部變薄或尖滅；礦體延伸性整體較差，普遍存在尖滅再現(xiàn)以及分枝復(fù)合等現(xiàn)象，傾向上向深部延伸不長。

3.1.2 礦體賦存部位及圍巖特征

重晶石礦(化)體多數(shù)賦存于下奧陶統(tǒng)白云巖的斷層破碎帶和較大的節(jié)理裂隙中，少數(shù)賦存于上寒武統(tǒng)白云巖中，推測區(qū)內(nèi)奧陶系和寒武系的白云巖、結(jié)晶白云巖、灰質(zhì)白云巖等碳酸鹽巖類地層是較好的賦礦層位。多數(shù)礦體埋深不超過50 m，個別礦體大于100 m。

圍巖(圖5)主要為下奧陶統(tǒng)(O1)的白云巖，顏色呈灰—深灰色，粒度為細(xì)—中粗粒，局部達(dá)粗粒，半自形或他形結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為白云石，含量達(dá)98%，其次為方解石、燧石、泥質(zhì)、鐵質(zhì)等。少數(shù)重晶石礦(化)體圍巖為大理巖，呈灰白色、土黃色等，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為方解石、石英，含少量重晶石等。

圖5 礦(化)體圍巖鏡下特征照片a—白云巖；b—大理巖

圍巖主要有硅化、碳酸鹽化，局部見少量重晶石化、方解石化蝕變。局部圍巖見褪色現(xiàn)象。硅化和方解石化一般呈網(wǎng)脈狀充填在礦脈兩側(cè)圍巖的細(xì)小裂隙中。

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石特征

(1)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造：巖礦鑒定結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)的礦石結(jié)構(gòu)主要有粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)和角礫狀結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造，局部見有角礫狀構(gòu)造(圖6)。

圖6 重晶石鏡下特征照片a—角礫狀重晶石；b—塊狀重晶石

(2)礦石礦物成分：主要成分為重晶石、方解石、石英。重晶石呈灰白色、土黃色等，自形、半自形板狀為主，少量長柱狀、板狀，粒徑0.02～3.30 mm 不等。脈石礦物主要為石英、方解石，少量白云石。礦石中除重晶石外，含有少量黃銅礦、黃鐵礦、褐鐵礦、方鉛礦、方解石、螢石等。

(3)礦石化學(xué)成分：重晶石礦體的品位BaSO4一般在40%～70%，最高77.78%，石英、方解石含量30%～50%。礦區(qū)內(nèi)BaSO4的最高含量為91.25%，一般在40%～70%之間，平均品位為50.69%。

重晶石礦的組合含量(表2)：SiO2最高含量16.08%，最低0.64%；CaO最高含量為20.28%，最低0.41%；CaF2最高含量為5.20%，一般在1.45%；Cu最高含量0.0024%，一般僅十萬分之幾；Pb最高含量0.066%，最低0.0017%；Al2O3最高1.29%，最低0.17%，一般少于1%；Fe2O3最高0.46%，最低0.091%；Mn最高0.086%，最低0.0035%；Au最高含量為0.09×10-6，最低0.05×10-6。

表2 重晶石礦組合分析結(jié)果表

據(jù)光譜全分析資料(表3)，礦石中除Cu、Pb、B、Na、Sr、Mn、Ti、Fe、Al、Ca、Mg、Ca外，其它元素的含量大多低于儀器的靈敏度。其中礦石中Pb、Cu元素含量較高(100×10-6、100×10-6)。

表3 重晶石光譜全分析結(jié)果表

3.2.2 礦石類型

(1)根據(jù)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造可分為塊狀重晶石和角礫狀重晶石。其中塊狀重晶石礦石一般分布在含礦構(gòu)造帶的中上部；角礫狀重晶石一般分布在礦帶中部或者含礦構(gòu)造帶的膨大部位。

(2)按礦物成分劃分主要為石英—重晶石型礦石和重晶石—石英型礦石，少量方解石—重晶石礦石。

4 礦床成因分析

該重晶石礦床賦存于下古生界奧陶系和寒武系碳酸鹽地層中，礦體形態(tài)、規(guī)模嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制，呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出。重晶石礦石結(jié)構(gòu)主要為粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)、自形晶板狀結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造，次為角礫狀構(gòu)造；礦石類型主要為硫化物型，礦物成分主要為重晶石、方解石、石英，伴生組分主要為方鉛礦、黃鐵礦、黃銅礦等；近礦圍巖蝕變以硅化、碳酸鹽化、重晶石化為主，具有中低溫?zé)嵋盒统傻V的特征(呂宇和董艷明，2007；劉靈等，2019)。

早古生代，本區(qū)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)育了一套以白云巖、灰?guī)r為主的碳酸鹽地層(高懷忠，1998)。燕山期，構(gòu)造巖漿活動強(qiáng)烈，導(dǎo)致地殼深部的含礦熱液向上運(yùn)移，當(dāng)熱液通過NW、NE向等壓扭性斷裂及裂隙等通道時，隨著壓力、溫度等的變化，使重晶石在中、低溫階段，由弱酸性向弱堿性過渡的氧化環(huán)境的硫酸鹽型溶液中形成，并在有利的構(gòu)造部位Ba元素富集而成為重晶石礦床(何偉民等，2010；吳先文，2019；夏瑞等，2021)；NW、NE向壓扭性斷裂及其伴生的次級斷裂為重晶石礦脈(體)的形成和賦存提供了良好的空間。

綜合以上地質(zhì)特征，該區(qū)礦床類型屬中、低溫?zé)嵋盒兔}狀重晶石礦床。

5 結(jié)論

(1)大池山地區(qū)重晶石礦賦礦層位特點(diǎn)較為明顯，其重晶石礦(化)體主要分布于下奧陶統(tǒng)的白云巖、結(jié)晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等巖石中，碳酸鹽地層是該區(qū)賦存重晶石礦的重要層位。該地區(qū)重晶石具有品位高、厚度薄、延伸差的特點(diǎn)。

(2)通過野外地質(zhì)調(diào)查、槽探、老硐、鉆探及樣品測試結(jié)果可知，礦脈(體)多沿構(gòu)造帶(NE、NW向斷裂或裂隙)產(chǎn)出，其規(guī)模、形態(tài)以及產(chǎn)狀嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制。角礫狀重晶石多賦存于構(gòu)造膨大部位，品位較低；塊狀重晶石多賦存于構(gòu)造狹小部位，品位高。

(3)與成礦有關(guān)的圍巖蝕變類型主要為方解石化、硅化、碳酸鹽化等蝕變，其中斷裂破碎帶或裂隙附近的圍巖硅化、方解石化蝕變越強(qiáng)，重晶石的品位越富；或者在圍巖附近表現(xiàn)為一系列平行的石英、方解石或重晶石的細(xì)脈帶，因此這些脈帶的存在也是一種良好的找礦標(biāo)志。

注 釋

① 趙少杰，吳家祥，曾強(qiáng)，王勝華，韓姍姍. 2018. 河南省衛(wèi)輝市大池山礦區(qū)重晶石礦普查報(bào)告[R]. 鄭州：河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì).