河南楊山螢石礦床地質(zhì)特征成礦規(guī)律控礦因素與成礦模式

姜永勝,王智綱

(1.金建工程設(shè)計(jì)有限公司,山東 煙臺(tái) 264000;2.招金有色礦業(yè)公司,山東 煙臺(tái) 264000)

0 引言

螢石礦被列入國(guó)家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備管理,推動(dòng)了近些年各地對(duì)螢石礦的找礦勘探和研究[1-7]。河南省欒川縣馬超營(yíng)斷裂帶南側(cè)以金、銀、鉬和螢石為主的內(nèi)生礦產(chǎn)資源豐富,其中NW—SE向的螢石成礦帶長(zhǎng)510 km,分布著93處螢石礦(床)點(diǎn),占據(jù)河南省螢石資源量的90%[8],是全國(guó)重要的螢石成礦帶之一豫南螢石成礦帶[9]。目前已探明馬丟-嵩縣千元溝一帶的數(shù)十處大、中、小型螢石礦床,由南西向北東略呈等間距分布,間距4～8 km。

區(qū)域內(nèi)楊山螢石礦位于該帶的核心位置,礦床較為典型,且總體規(guī)模為大型。對(duì)該礦床的研究有利于提升對(duì)區(qū)域中低溫?zé)嵋旱V床找礦規(guī)律的總結(jié)。前人對(duì)楊山螢石礦礦床地質(zhì)特征及圍巖稀土元素地球化學(xué)特征、成因及找礦前景等做了大量的研究工作[1],礦山探礦也做了大量工作,勘查程度較高,但對(duì)礦床賦存規(guī)律方面研究程度較低,目前沒有形成完整的控礦構(gòu)造體系和成礦模式以滿足礦山開發(fā)需求,不能夠有效指導(dǎo)礦山深部及外圍生產(chǎn)探礦工作。

楊山螢石礦位于欒川縣城80°方位、直線距離37 km的楊山村大干溝—小干溝一帶,隸屬欒川縣合峪鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)內(nèi)有欒川—合峪—木植街縣級(jí)公路經(jīng)過,在合峪鎮(zhèn)與311國(guó)道和洛陽—欒川快速通道相連。地處伏牛山北麓中部,屬構(gòu)造剝蝕中低山區(qū)。區(qū)內(nèi)地形切割強(qiáng)烈,植被發(fā)育,基巖裸露。南區(qū)內(nèi)總體東高、西低,高程1523～903 m,整體交通便利,自然條件良好。本文在礦山生產(chǎn)勘探中,提出了“構(gòu)造透鏡體”控礦構(gòu)造研究,總結(jié)了楊山螢石礦控礦模式和成礦規(guī)律,以期對(duì)本區(qū)域的螢石礦探礦和類似礦床起到指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

楊山螢石礦位于華北地臺(tái)南緣,華熊臺(tái)隆外方山隆斷區(qū)[1-2,10-11],屬于豫南螢石礦成礦帶[12],呈NW—SE向展布,且屬濱太平洋成礦域華北(陸塊)成礦省[13](圖1)。區(qū)域上基底為元古宙變質(zhì)巖、混合巖、寒武紀(jì)碳酸巖、大理巖,蓋層為中生代侏羅系、白堊系和新生代地層。斷裂構(gòu)造發(fā)育,圍巖及構(gòu)造控礦作用明顯。巖漿活動(dòng)頻繁,主要為中元古代大規(guī)模的火山噴發(fā)和中生代燕山期中酸性巖漿的侵入[14]。螢石礦床的分布與早白堊世的花崗巖帶具有高度一致性[15-16]。

圖1 楊山螢石礦區(qū)域地質(zhì)圖

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)地層單一,大面積分布合峪花崗巖基,巖性為含中斑中粗粒黑云二長(zhǎng)花崗巖;第四系(Q)分布于胡溝河河床及溝谷中,以砂礫石層、亞黏土、亞粘土為主,厚度0～5 m(圖2)。

圖2 楊山螢石礦區(qū)地質(zhì)圖

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)僅為斷裂構(gòu)造。有NW向F1、F3斷裂和NE向F2、F4斷裂兩組,均以礦化蝕變破碎帶的形式出現(xiàn),斷裂性質(zhì)以壓扭-張及張扭性為主。礦床產(chǎn)在合峪花崗巖基內(nèi)并主要受馬超營(yíng)斷裂次級(jí)F3斷裂控制。礦區(qū)次級(jí)斷裂構(gòu)造發(fā)育,有NW向、近EW向、NE向?yàn)橹饕膶?dǎo)礦構(gòu)造,各組斷裂多以礦化蝕變破碎帶的形式出現(xiàn),NW向以及NE向斷裂控制了螢石礦床的分布。礦區(qū)NW向與近EW向斷裂交匯處,形成了容礦構(gòu)造和賦礦空間。

控制楊山螢石礦床NWW向F3斷裂為主要控礦構(gòu)造并具有多期次構(gòu)造活動(dòng)特點(diǎn),其受張扭性以及壓扭性共同作用形成了楊山螢石礦“構(gòu)造透鏡體控礦模式”,并控制了楊山螢石礦床的范圍、規(guī)模和形態(tài),如圖3楊山礦區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖。上述主控礦構(gòu)造走向一般以NWW向?yàn)橹?傾向SSW,傾角較陡,一般70°～75°,局部60°～70°。

圖3 楊山礦區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)出露的為合峪巖基第四單元的含中斑中粗粒黑云二長(zhǎng)花崗巖,為螢石礦的賦礦圍巖。巖性特征:灰白及肉紅色;斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)為半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。斑晶多為鉀長(zhǎng)石;基質(zhì)以鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英為主,少量黑云母,微量磷灰石、鋯石。另在上述斷裂構(gòu)造破碎帶內(nèi)有礦化階段的玉髓脈、晚期階段的方解石脈和花崗巖脈充填,多在破碎帶內(nèi)斷續(xù)分布,寬5～50 cm。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)主要礦體編號(hào)為Ⅲ-1,頂、底板的直接圍巖多為黑云二長(zhǎng)花崗巖,一般賦存于具有壓扭性和張扭性特征的F3構(gòu)造破碎帶上盤,呈脈狀、透鏡體狀及扁豆體狀,表現(xiàn)為分支復(fù)合顯著特點(diǎn),并隨著主控礦構(gòu)造產(chǎn)狀變化而變化,總體走向295°,傾向205°,傾角一般72°,局部67°或73°,總體向北西方向側(cè)伏,側(cè)伏角約67°,沿走向和傾向均呈舒緩波狀。單個(gè)礦體走向長(zhǎng)度一般大于400 m,傾向斜長(zhǎng)大于走向長(zhǎng)。礦體淺部厚度一般1～3 m,深部一般厚度3 m至30余米,厚度變化系數(shù)為56%,形態(tài)復(fù)雜程度中等。主礦體平均品位44.46%,品位變化系數(shù)35%。礦體品位變化與側(cè)伏方向、產(chǎn)狀及厚度變化相關(guān)性明顯,總體沿礦體側(cè)伏方向的中部品位相對(duì)高,該部位既是礦體的厚大部位亦是傾角相對(duì)的緩傾部位。

3.2 礦石特征

礦石類型主要為螢石-石英型為主,礦石礦物為單一螢石,脈石礦物主要有石英、方解石、長(zhǎng)石、絹云母、高嶺石、綠泥石和極微量黃鐵礦、褐鐵礦等。

礦石結(jié)構(gòu)以他形—半自形粒狀為主,礦石構(gòu)造主要有細(xì)脈—網(wǎng)脈狀、條帶狀、稠密浸染狀、團(tuán)塊狀和角礫狀構(gòu)造。由于受多期次構(gòu)造活動(dòng)影響,含礦熱液沿構(gòu)造裂隙多期次充填富集、疊加改造,最終形成礦區(qū)不同螢石礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

礦體中心為角礫狀含量較高的單一螢石礦物,少量石英、碳酸鹽礦物為主,向兩側(cè)漸變?yōu)榧?xì)脈狀或網(wǎng)脈狀螢石、碳酸鹽化和硅化花崗質(zhì)碎裂巖。

螢石礦化主要表現(xiàn)為暗紫色螢石礦化、綠色螢石礦化、雜色螢石礦化等礦化表面特征。

3.3 圍巖蝕變

構(gòu)造破碎蝕變帶主要特征:硅、碳酸鹽化、絹英巖化和高嶺土化,硅化、碳酸鹽化為主要蝕變特征,螢石礦化以渾圓角礫狀或細(xì)脈及網(wǎng)脈狀為主要表現(xiàn)形式。

螢石礦化、硅化、碳酸鹽化、角礫巖化構(gòu)造蝕變巖為最有利找礦標(biāo)志。

4 控礦構(gòu)造與成礦規(guī)律

研究區(qū)礦床類型為熱液充填型,成礦必要要素組合為侵入巖+斷裂,主要的控礦因素為斷裂構(gòu)造,地層對(duì)礦體的形成影響較小,本次主要從控礦構(gòu)造機(jī)理分析方面進(jìn)行詳細(xì)論述。

4.1 控礦構(gòu)造機(jī)理分析

4.1.1 構(gòu)造體系分析

區(qū)域控礦構(gòu)造表現(xiàn)為NE或NNE構(gòu)造及NE構(gòu)造破碎帶與花崗巖接觸帶的復(fù)合構(gòu)造控制著螢石礦體或礦脈的產(chǎn)出[17],本次研究通過斷層活動(dòng)軌跡發(fā)現(xiàn)控制楊山礦床NWW向F3控礦斷裂可能為左行走滑斷層,其具有多期次構(gòu)造活動(dòng)并有張扭性和壓扭性特點(diǎn),且共同作用形成控礦“構(gòu)造透鏡體”礦化區(qū)和控礦構(gòu)造破碎帶交匯礦化區(qū),它們分別代表螢石礦化弱區(qū)(次礦體賦存區(qū))和螢石礦化強(qiáng)區(qū)(主礦體賦存區(qū))。

構(gòu)造帶中花崗巖斷塊沉降和上下盤兩側(cè)隨巖體斷塊走滑和擠壓形成側(cè)列式構(gòu)造和角礫巖帶,并形成了充足容礦空間,流體中的螢石礦物質(zhì)和硅化碳酸鹽以脈狀形式充填于F3主控礦構(gòu)造帶中。

隨著不同期次花崗巖體侵位和構(gòu)造活動(dòng),并最終整個(gè)構(gòu)造系統(tǒng)以壓扭性表現(xiàn)相當(dāng)突出,兩條斷裂帶中的巖塊受到兩側(cè)擠壓、走滑錯(cuò)位而圓滑,致使兩條構(gòu)造破碎帶既為含礦物質(zhì)流體的通道,也是造就賦礦場(chǎng)所,主要最終形成封閉的“構(gòu)造透鏡體”成礦系統(tǒng)。

4.1.2 “構(gòu)造透鏡體”控礦機(jī)理

“構(gòu)造透鏡體”應(yīng)該是由已先前斷開的兩上下兩盤沿產(chǎn)出的兩組NWW向與NEE向共軛剪切構(gòu)造擠壓滑動(dòng)錯(cuò)位形成的。

“構(gòu)造透鏡體控礦”主要特點(diǎn)表現(xiàn)三類構(gòu)造變形區(qū):①礦區(qū)主礦體主要分布于弱構(gòu)造動(dòng)力變形區(qū)[15],弱構(gòu)造動(dòng)力變形區(qū)中心角礫巖化破碎嚴(yán)重,由于多期次構(gòu)造活動(dòng)呈渾圓狀或半渾圓狀,弱構(gòu)造動(dòng)力變形區(qū)邊緣主要為可拼狀液壓致裂(花崗質(zhì))角礫巖,是主要的儲(chǔ)礦構(gòu)造;②而脆-韌性構(gòu)造動(dòng)力變形區(qū)[15]屬于運(yùn)礦構(gòu)造且構(gòu)造破碎,規(guī)模較大但其無礦化蝕變;③而大的“構(gòu)造透鏡體”中心為二長(zhǎng)花崗巖無構(gòu)造動(dòng)力變形區(qū)。

4.2 成礦規(guī)律

4.2.1 礦化的時(shí)間演化特征

區(qū)域螢石礦床的主成礦期為早白堊世[18],區(qū)內(nèi)動(dòng)力變質(zhì)和熱液變質(zhì)作用均與區(qū)內(nèi)螢石礦化關(guān)系密切,前者為礦化提供了有利的空間,后者是礦化強(qiáng)弱的直接體現(xiàn),其構(gòu)造巖發(fā)育部位和蝕變強(qiáng)的部位礦化有利,硅化、玉髓化和絹英巖化、綠泥石化為近礦圍巖蝕變。礦化階段由早到晚劃分為四個(gè)階段:(1)硅化和絹英巖化、綠泥石化階段:為區(qū)內(nèi)早期黃鐵礦化階段和之后暗紫色螢石礦化階段的主要蝕變類型。(2)玉髓化階段:為區(qū)內(nèi)雜色螢石礦化階段的主要蝕變類型,亦伴隨有絹英巖化和高嶺石化等。(3)硅化階段:為區(qū)內(nèi)粉紅色螢石及重晶石礦化階段的主要蝕變類型,伴隨有呈細(xì)脈狀分布的絹云母化,并見有花崗巖細(xì)脈沿破碎裂隙充填。(4)碳酸鹽化階段:為螢石礦化之后的主要蝕變類型。多為方解石呈細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀沿破碎裂隙充填或膠結(jié)圍巖、礦石和玉髓角礫等。

4.2.2 礦床的空間演化特征

楊山主礦區(qū)(大干溝礦區(qū))結(jié)合各中段工程從平面圖看,從西至東依次如下:

406～403線:為構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū),表現(xiàn)為兩條構(gòu)造破碎帶匯聚區(qū),為礦物質(zhì)最有利的富集空間,也是厚大礦體集中區(qū)。此處主礦化體表現(xiàn)為強(qiáng)烈的角礫巖化和構(gòu)造破碎,主要為強(qiáng)礦化角礫巖或礦化角礫質(zhì)花崗巖,有的為礦化碎裂巖或碎粒巖。

403～411線:為一個(gè)大“構(gòu)造透鏡體”,主要有兩條含礦破碎構(gòu)造蝕變帶組成,由于構(gòu)造應(yīng)力變小,裂隙相對(duì)發(fā)育較差,為礦化薄弱帶。

411～421線:如同406～400線勘探范圍,為構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū),表現(xiàn)為兩條構(gòu)造破碎帶集中區(qū),也為礦物質(zhì)最有利的富集空間,表現(xiàn)為強(qiáng)礦化硅化碳酸鹽帶。

同理,從深度上看,也存在“構(gòu)造透鏡體”特性。從剖面看上述透鏡體或構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)規(guī)模范圍都有向下放大趨勢(shì),深部相對(duì)淺部構(gòu)造應(yīng)力較強(qiáng),由于多期次張扭性和壓扭性構(gòu)造共同作用,構(gòu)造裂隙發(fā)育、巖石破碎、礦化較強(qiáng)、礦化體規(guī)模較大。

4.2.3“構(gòu)造透鏡體控礦模式”的特征規(guī)律

總的來說,大的“構(gòu)造透鏡體”,含礦物質(zhì)容易分散,得不到集中富集,無礦段較多,應(yīng)該不利于厚大礦體形成。而小的“構(gòu)造透鏡體”相對(duì)來說比上述成礦條件要好。

特別是構(gòu)造透鏡體延伸邊緣,即破碎帶的交匯膨大部位為礦化最有利部位。

5 成礦模式與靶區(qū)預(yù)測(cè)

5.1 成礦模式

區(qū)內(nèi)礦體分布于燕山期合峪花崗巖基內(nèi),侵入巖體對(duì)成礦的控制作用明顯。礦體主要呈脈狀賦存于斷裂構(gòu)造破碎帶內(nèi),賦礦斷裂以NW向?yàn)橹?、次為NE向,具有斷裂規(guī)模大、構(gòu)造角礫巖發(fā)育、蝕變強(qiáng)且礦化好的特征,斷裂為成礦熱液提供了有利空間。在破碎帶的頂板部位、膨大部位、產(chǎn)狀由陡變緩部位成礦有利,其斷裂是控礦的主要因素[19]。

區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為兩條NW向控礦構(gòu)造活動(dòng)帶,具有分支復(fù)合特點(diǎn),沿構(gòu)造帶充填的礦脈具有類似特點(diǎn),礦體膨大部位即礦脈復(fù)合部位。而含螢石礦斷裂構(gòu)造既是導(dǎo)礦斷裂,又是容礦斷裂,且斷裂帶具有多期活動(dòng)特征,礦化活動(dòng)也具有多期性[20]。研究區(qū)斷裂構(gòu)造活動(dòng)的多期性和以角礫巖化礦化為主要礦化特征及壓扭性構(gòu)造為研究區(qū)主要構(gòu)造,認(rèn)為張扭性構(gòu)造為研究區(qū)主要容礦構(gòu)造,壓扭性構(gòu)造主要形成密閉容礦空間并控制礦體規(guī)模。

總之,楊山螢石礦床賦存于張扭性和壓扭性共同作用的構(gòu)造體系中,張扭性構(gòu)造突出,多期構(gòu)造活動(dòng)明顯。楊山礦區(qū)的主斷裂F3控礦構(gòu)造帶控制主礦脈在走向和傾向上表現(xiàn)為舒緩波狀尖滅再現(xiàn)特點(diǎn)。

空間上楊山螢石礦總體上主要受控于兩條NW向規(guī)模較大的壓扭性構(gòu)造帶,分屬于兩條規(guī)模較大的構(gòu)造帶控制的礦脈呈分支復(fù)合的特點(diǎn),顯示楊山螢石礦脈空間控礦模式總體上呈“構(gòu)造透鏡體控礦模式”(圖4)。

圖4 構(gòu)造透鏡體控礦模式示意圖

5.2 靶區(qū)預(yù)測(cè)

(1)聚焦“構(gòu)造透鏡體”,實(shí)現(xiàn)找礦突破

相對(duì)來說控礦構(gòu)造破碎帶交匯礦化集中區(qū),即上述楊山主礦區(qū)發(fā)現(xiàn)和總結(jié)的三段礦化集中區(qū)的兩側(cè)控礦構(gòu)造破碎帶交匯礦化集中區(qū)作為重點(diǎn)突破。在406～402線和411～421線構(gòu)造破碎帶交匯礦化集中區(qū)找礦,在礦山生產(chǎn)勘探實(shí)踐中已得到驗(yàn)證,并實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展,厚大礦體大都10 m至30余米寬,甚至更寬,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)于區(qū)內(nèi)北西向主斷裂F3構(gòu)造與斷裂F2或F4構(gòu)造交匯處及其以西延伸區(qū)應(yīng)為“構(gòu)造透鏡體”過渡區(qū),成礦潛力較大。

(2)運(yùn)用“構(gòu)造透鏡體控礦模式”及其特征規(guī)律對(duì)找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)

基于對(duì)楊山螢石礦主斷裂帶“構(gòu)造透鏡體控礦模式”的認(rèn)識(shí),綜合分析研究NW向F3主控礦構(gòu)造帶中兩條構(gòu)造帶分支復(fù)合特點(diǎn)、地表斷層的解譯推斷和NWW向及NEE向容礦構(gòu)造的認(rèn)識(shí),認(rèn)為礦區(qū)NW向F3控礦構(gòu)造帶為主要控礦構(gòu)造帶,經(jīng)過綜合分析認(rèn)為楊山F3主控礦構(gòu)造帶推測(cè)發(fā)現(xiàn)有若干個(gè)找礦靶區(qū),應(yīng)加大探礦力度,有針對(duì)性進(jìn)行探礦工作。

結(jié)合上述認(rèn)識(shí),在416～424線、300～308線分別圈定靶區(qū)一處(圖5),在423～408線的生產(chǎn)探礦中已經(jīng)證實(shí)“構(gòu)造透鏡體控礦模式”符合礦體分布的實(shí)際情況。

圖5 楊山螢石礦探礦靶區(qū)分布圖

6 結(jié)論

綜上,楊山螢石礦位于華熊臺(tái)隆外方山隆斷區(qū),礦體產(chǎn)于合峪花崗巖基內(nèi)并主要受馬超營(yíng)斷裂次級(jí)斷裂控制,NE向斷裂和NW斷裂交匯部位形成容礦構(gòu)造和儲(chǔ)礦空間。文章提出了楊山螢石礦具有“構(gòu)造透鏡體”控礦特點(diǎn),根據(jù)變形特點(diǎn)劃分為三類:弱構(gòu)造動(dòng)力變形區(qū)、脆-韌性構(gòu)造動(dòng)力變形區(qū)和無構(gòu)造變形區(qū)。

通過研究楊山礦區(qū)控礦構(gòu)造、賦礦空間和成礦環(huán)境,總結(jié)礦床的時(shí)間演化規(guī)律和空間分布規(guī)律,螢石礦化的形成主要集中在硅化、絹英巖化和綠泥石化階段、玉髓化階段和硅化階段,在空間演化特征上表現(xiàn)為等間距的“構(gòu)造透鏡體”,相應(yīng)螢石礦化表現(xiàn)為薄弱帶和富集帶。

控礦構(gòu)造表現(xiàn)為張扭性構(gòu)造為礦區(qū)主要容礦構(gòu)造,而壓扭性構(gòu)造提供封閉空間并控制礦體規(guī)模,根據(jù)此認(rèn)識(shí)總結(jié)出螢石成礦具有中心無礦化、兩側(cè)富集的“構(gòu)造透鏡體成礦模式”,在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)找礦靶區(qū)兩處,為區(qū)內(nèi)深部和空白區(qū)找礦及類似礦床找礦提供了找礦模式和理論指導(dǎo)。