江西南城龍湖螢石礦礦床特征及礦床成因分析

謝瑞華

(江西省地質(zhì)局第二地質(zhì)大隊，江西 九江 332000)

螢石是自然界主要的含氟礦物，是工業(yè)上氟元素的主要來源，也是新材料領(lǐng)域的重要原料，廣泛應(yīng)用于新能源、新材料、制冷、光學(xué)、國防、電子、化工、冶金、原子能工業(yè)、建材、農(nóng)藥、醫(yī)藥等領(lǐng)域，是寶貴的不可再生的資源。自然資源部2016年發(fā)布的全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016～2020年)將螢石列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，因此開展螢石礦找礦及成礦規(guī)律的研究，具有重要的現(xiàn)實及科學(xué)意義。本文研究了龍湖螢石礦的成礦地質(zhì)條件、控礦因素及礦體礦石特征，探討其成礦物質(zhì)來源與成礦構(gòu)造的關(guān)系。通過分析構(gòu)造斷裂帶與次級斷裂的導(dǎo)礦、容礦及賦存空間的成礦關(guān)系，對面臨資源枯竭的螢石礦山開展尋找接替資源工作具有重要的現(xiàn)實意義[1-3]。

1 成礦地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

研究區(qū)位于揚子板塊華南緣，系武夷山隆起之北東端。區(qū)域上斷裂較發(fā)育，主要為大嵊—探窠深斷裂帶，該構(gòu)造線方向以北東向為主，區(qū)域巖漿活動強烈，特別是加里東運動和燕山運動形成了本區(qū)的構(gòu)造骨架，巖漿活動隨著褶皺造山運動的推進(jìn)而不斷發(fā)育，形成原地、半原地型花崗巖，晚期強烈混合巖化和酸性巖漿侵入，形成了區(qū)內(nèi)燕山期混合巖及花崗巖體(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡圖

1.2 礦區(qū)地層

礦區(qū)出露的地層較為簡單，主要為南華—震旦系洪山組(Nh2Z1h)變質(zhì)巖及第四系殘坡積層(Q)。南華—震旦系洪山組變質(zhì)巖分布于礦區(qū)的東南部，呈頂蓋狀覆以巖體，巖性主要為變粒巖夾二云母片巖、石英片巖等。該地層與巖體接觸帶附近，受高溫?zé)嵋鹤饔?，具角巖化蝕變形成角巖化蝕變帶，在燕山期巖體活動時為巖漿的礦物質(zhì)源提供了屏蔽空間，有效的阻止了礦液的擴(kuò)散(圖2)。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡圖

1.3 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，斷裂構(gòu)造形式以構(gòu)造破碎帶為主，其次為次級斷裂構(gòu)造。

構(gòu)造破碎帶(F1)：區(qū)域長度＞5km，為大嵊—探窠斷裂的次級斷裂。該斷裂位于礦區(qū)中南部，橫貫全區(qū)。走向為北東向，傾向南東145°～155°，傾角60°～75°，寬4～20m。該構(gòu)造破碎帶產(chǎn)于中侏羅統(tǒng)上羅單元花崗巖中，由角礫和膠結(jié)物組成，角礫呈棱角狀，大小不一，角礫原巖以花崗巖為主，礦體中的角礫以螢石為主，變粒巖、粉砂巖、片巖等少量；膠結(jié)物為硅質(zhì)，含量一般為30%～40%，最高可達(dá)40%～60%，膠結(jié)物中見細(xì)小的粒狀石英，粒徑1～3mm，并見浸染狀黃鐵礦，黃鐵礦化很不均勻，一般含量1%～2%，局部最高可達(dá)4%。局部見構(gòu)造擠壓花崗巖透鏡體，長軸長0.5～80cm，寬0.2～40cm，長軸大致平行斷裂走向。構(gòu)造破碎帶頂?shù)装逋鈧?cè)形成0.5～1m的硅化蝕變巖帶，蝕變巖帶內(nèi)硅化最主要表現(xiàn)為花崗巖的石英顆粒加粗，石英含量增高，可達(dá)30%～40%；硅化破碎帶內(nèi)常有石英細(xì)脈，脈幅1～5mm。該斷裂帶控制了礦區(qū)內(nèi)I號螢石礦體的空間展布。

次級斷裂構(gòu)造(F2、F3)：區(qū)內(nèi)與成礦關(guān)系密切的次級斷裂構(gòu)造有兩條，即F2、F3，屬F1構(gòu)造破碎帶的次級斷裂，其斷裂面沿走向方向呈舒緩狀，與主構(gòu)造破碎帶(F1)呈近平行產(chǎn)出，兩條次級斷裂其頂?shù)装鍑鷰r均為中細(xì)粒黑云母花崗巖，F(xiàn)2、F3斷裂分別控制了區(qū)內(nèi)Ⅱ、Ⅲ號螢石礦體的空間展布。F2斷裂，走向北東向，傾向南東,傾角65°～75°，走向延長約200m；F3斷裂，走向北東向，傾向南東,傾角45°～65°，走向延長約200m。

1.4 礦區(qū)巖漿巖

礦區(qū)巖漿活動主要有燕山中早期(中侏羅統(tǒng)上羅單元)的中細(xì)粒黑云母二長花崗巖(ηγJ1S)，巖體侵入于洪山組變質(zhì)巖中，呈巖株、巖墻產(chǎn)出，覆蓋礦區(qū)的北西部。巖體與東南部洪山組變質(zhì)巖的接觸面走向呈北東55°，傾向南東，傾角35°～40°，該巖體為本區(qū)螢石礦床提供礦物質(zhì)來源，是成礦的主要母巖。

2 礦床與礦體特征

2.1 礦床特征

本區(qū)的礦床類型為硅酸鹽巖中充填型脈狀螢石礦床，充填型脈狀螢石礦脈主要賦存于礦區(qū)F1構(gòu)造破碎帶及F2、F3次級斷裂構(gòu)造[4-6]，兩種賦存狀態(tài)分述如下：

(1)構(gòu)造破碎帶賦存型礦脈。

是區(qū)內(nèi)的主要賦存類型，其資源量占全區(qū)總量的75%。礦脈主要分布在礦區(qū)中部，走向長約300m，傾斜延伸＞150m，礦脈主要賦存于構(gòu)造破碎帶內(nèi)，受構(gòu)造破碎帶控制，集中分布于構(gòu)造破碎帶中部、底板附近。礦脈與構(gòu)造破碎帶的產(chǎn)狀基本一致，總體走向北東向，傾向南東，傾角65°～75°。呈似層狀、透鏡狀、脈狀產(chǎn)出，沿走向或傾向具有膨大縮小特征。礦石中的主要礦物為螢石、石英，少量黃鐵礦、黃銅礦等，螢石和石英含量互為消長，構(gòu)成螢石—石英型和石英—螢石型兩種礦石類型。

(2)次級斷裂構(gòu)造賦存型礦脈。

礦區(qū)次要賦存類型，礦脈均賦存于上羅單元花崗巖中，受構(gòu)造破碎帶次級斷裂構(gòu)造控制，礦體總體走向北東向，傾向南東，傾角45°～75°。本類賦存礦體具有以下幾個特點：①沿走向及傾向延伸規(guī)模較??；②礦脈品位普通較高；③沿走向及傾向均出現(xiàn)膨大縮小現(xiàn)象。礦石中主要礦物為螢石，少量石英，構(gòu)成螢石型礦石類型。

2.2 礦體特征

研究區(qū)共勘查發(fā)現(xiàn)3條螢石礦體，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體，現(xiàn)將各礦體特征分述如下(表1)。

表1 主要螢石礦體特征一覽表

Ⅰ號礦體：礦區(qū)的主要礦體，分布于礦區(qū)的中部，為構(gòu)造破碎帶充填型礦脈。礦體賦存于F1構(gòu)造破碎帶中，呈似層狀、脈狀產(chǎn)出，受斷裂破碎帶控制，產(chǎn)狀與斷裂破碎帶基本一致，總體走向北東，傾向南東，傾向145°～155°，傾角65°～75°。走向長300m，傾斜延深＞150m。礦體出露地表，最大標(biāo)高約+140m，控制最低標(biāo)高-17m。礦體沿走向及傾向均具有膨大縮小、分枝復(fù)合等現(xiàn)象。礦化強弱不一，其中以中部礦體最厚，向兩側(cè)變薄或尖滅趨勢，礦體厚度1.68～14.03m，平均厚度約3.44m，厚度變化系數(shù)為80%。礦體的品位為兩側(cè)高，中部低，CaF2品位為26.05%～62.03%，平均品位為35.59%，品位變化系數(shù)為27%。

Ⅱ號礦體：分布于礦區(qū)的中部。礦體賦存于F2次級斷裂構(gòu)造中，礦體呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出?？傮w走向與F2次級斷裂一致，呈北東向，傾向南東,傾角65°～75°。走向延長約200m，傾斜延深＞90m。礦體出露地表，控制最低標(biāo)高約5m。礦體厚度變化相對較小，沿走向及傾向均出現(xiàn)膨大縮小現(xiàn)象，礦體厚度0.62～2.31m，平均厚度約1.17m，厚度變化系數(shù)54%。礦化強弱不一，其中以礦脈中間礦化最強。礦體CaF2品位在35.72%～57.88%，平均品位為45.13%，品位變化系數(shù)為32%。

Ⅲ號礦體：分布于礦區(qū)的中部。礦體賦存于F3次級斷裂構(gòu)造中，礦體呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出?？傮w走向與F3次級斷裂一致，呈北東向，傾向南東,傾角45°～65°。走向延長約200m，傾斜延深＞70m。礦體出露地表，控制最低標(biāo)高約+44m。礦體厚度變化相對較小，沿走向及傾向均出現(xiàn)膨大縮小現(xiàn)象，礦體厚度0.64～2.00m，平均厚度1.50m,厚度變化系數(shù)36%。礦化強弱不一，其中以礦脈中間礦化最強。礦體CaF2品位在35.52%～58.65%，平均品位為46.00%，品位變化系數(shù)為25%。

2.3 礦石特征

(1)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。

礦石結(jié)構(gòu)較為簡單，以自形—半自形晶粒結(jié)構(gòu)為主，少量包含結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造。

角礫狀構(gòu)造(圖3a)：早期形成的螢石礦體因斷裂構(gòu)造繼續(xù)活動，造成巖礦石破碎，后期熱液繼續(xù)充填膠結(jié)，形成了角礫狀礦石。區(qū)內(nèi)角礫狀礦石有兩種類型：一種角礫為圍巖，螢石呈膠結(jié)物狀包裹圍巖角礫；另一種螢石為角礫，膠結(jié)物成分以硅質(zhì)為主。角礫狀構(gòu)造螢石主要產(chǎn)于斷裂帶充填型礦脈。

圖3 角礫狀、塊狀構(gòu)造礦石及鏡下特征

塊狀構(gòu)造(圖3b)：礦石呈綠色、淺綠色，少量白色及紫色，致密塊狀構(gòu)造，幾乎全由他形不等粒螢石組成。螢石礦充填于開放性斷裂、裂隙中，構(gòu)成脈狀的工業(yè)礦體，礦物集合體為不規(guī)則塊狀，無定向性分布，致密無空洞，礦物顆粒粒徑相差不大，主要由螢石、石英組成。另外，見少量充填于螢石礦裂隙中的細(xì)脈狀及發(fā)絲狀石英脈。塊狀構(gòu)造螢石主要產(chǎn)于次級斷裂構(gòu)造充填型礦脈。

(2) 礦石礦物成分。

礦石中礦物主要成分為石英及螢石，少量黃鐵礦(褐鐵礦)、黃銅礦、高嶺土、云母等。

石英：呈細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀、粒狀等多種形態(tài)分布于礦體中。主要呈乳白色，少量為無色透明，礦體中石英分布不均，含量與螢石呈此消彼長關(guān)系。

螢石：螢石主要有綠色和白色，少量紫色，螢石礦物有粗晶和微晶兩種結(jié)構(gòu)，粗晶結(jié)構(gòu)以自形晶為主，部分為半自形，晶面大小(1×2～10×20)mm，他形粒狀，粒徑0.03～0.2mm，與微粒狀石英(硅質(zhì))緊密共生。粗晶螢石先期形成，微晶螢石后期形成，含量與石英呈此消彼長關(guān)系。

(3)礦石化學(xué)成分特征。

根據(jù)區(qū)內(nèi)螢石礦石分析結(jié)果(表2)，礦石中的主要化學(xué)成分為CaF2和SiO2，SiO2最高可達(dá)46%，SiO2與CaF2互為消長關(guān)系，當(dāng)CaF2含量高時SiO2含量則低，反之亦然。礦石其他物質(zhì)組分主要有Fe2O3、S、P、As等，含量均較低，尤其是有害組分S、P、As含量極低。

表2 礦石主要共生組合成分含量表 (單位：%)

3 礦床成因

3.1 控礦因素

燕山期巖體的活動提供了螢石礦物質(zhì)的來源，上部南華—震旦系洪山組變質(zhì)巖與早期巖體形成的角巖化蝕變帶為燕山期的礦物質(zhì)源提供了很好屏蔽空間，礦物質(zhì)源在巖漿的擠壓機制及構(gòu)造應(yīng)力作用下，使礦物質(zhì)源遷移灌入早期形成的斷裂帶中。巖漿巖晚期，斷裂構(gòu)造繼續(xù)活動，殘余的巖漿熱液及礦液繼續(xù)沿主斷裂上侵充填賦存于構(gòu)造破碎帶及次級斷裂，形成多條螢石礦脈[7-9]。

(1)構(gòu)造破碎帶控礦。

受礦區(qū)F1構(gòu)造應(yīng)力作用，斷裂帶內(nèi)巖石大部分遭受了不同程度的動力及熱液變質(zhì)作用，形成以硅化構(gòu)造角礫巖、硅化構(gòu)造碎裂巖等為特征的組合，斷裂帶內(nèi)最主要的蝕變?yōu)楣杌⒕G泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化等。深部含礦漿源體形成之后，北東向斷裂再次活動，在構(gòu)造應(yīng)力場的作用下，切過含礦巖漿體。斷裂帶內(nèi)的構(gòu)造—巖漿作用促使富含F(xiàn)等元素的成礦溶液富集、遷移，而伴隨構(gòu)造運動灌入容礦的斷裂帶中，在有利的構(gòu)造部位富集成礦，礦體主體形成后，斷裂構(gòu)造繼續(xù)活動，造成原礦體的破壞，原塊狀的螢石碎裂成角礫狀，巖漿巖晚期，殘余的巖漿熱液及礦液繼續(xù)沿主斷裂上侵，充填在斷裂帶中，形成石英細(xì)脈(礦脈)或呈膠結(jié)物形式膠結(jié)礦石角礫，構(gòu)成角礫狀礦石(圖3a)，形成斷裂帶控制的熱液型螢石礦脈(圖4)。通過鏡下角礫狀礦石(圖3c)觀察其形態(tài)得出其螢石為兩階段充填礦液后的結(jié)果，符合以上斷裂帶控礦形成的推論。

圖4 龍湖螢石礦區(qū)剖面示意圖

(2)次級斷裂構(gòu)控礦。

礦區(qū)內(nèi)的次級斷裂構(gòu)造(F2、F3)是礦區(qū)F1斷裂帶的多次運動而衍生的次級構(gòu)造斷裂，部分次級斷裂延伸較深遠(yuǎn)，在后期含礦漿源的演化已進(jìn)入巖漿期后階段時，巖漿及構(gòu)造作用促使富含F(xiàn)等元素的成礦溶液富集、遷移，而伴隨構(gòu)造運動灌入容礦的次級斷裂中，構(gòu)成塊狀礦石(圖3b)，形成受次級斷裂控制的螢石礦脈(圖4)。塊狀礦石通過鏡下(圖3d)觀察其螢石形態(tài)完整，屬單次礦液灌入容礦通道的結(jié)果，符合以上次級斷裂構(gòu)造控礦形成的推論。

3.2 成礦環(huán)境

礦體的圍巖為上羅單元中細(xì)粒黑云母二長花崗巖，蝕變主要有硅化、絹云母化、高嶺土化，為一套中低溫?zé)嵋何g變組合。礦物的共生組合為螢石—石英，且螢石以綠色為主，紫色、白色次之，為典型的中低溫礦物組合特征。因此，初步確定該礦床為巖漿后期中—低溫?zé)嵋撼傻V，屬構(gòu)造—巖漿成礦系統(tǒng)的產(chǎn)物[10-11]。

3.3 對比研究

本人曾對江西省南城縣小竺螢石礦做過礦產(chǎn)勘查，該礦的地質(zhì)背景、礦床特征及礦床成因與本區(qū)極為相似，且也為構(gòu)造破碎帶賦存主要礦體，次級斷裂構(gòu)造賦存次要礦體的礦床[12](圖5)。比對兩個礦床的特征分析認(rèn)為，礦液在充填構(gòu)造破碎帶的同時也充填次級斷裂構(gòu)造不是特例，是一種較為常見現(xiàn)象。

圖5 小竺礦區(qū)地質(zhì)簡圖

4 結(jié)論

通過分析龍湖螢石礦的地質(zhì)背景、礦床礦體特征、礦床成因關(guān)系及比對小竺螢石礦成礦規(guī)律有以下幾點認(rèn)識。

(1)燕山期巖體的活動為該區(qū)提供了礦物質(zhì)源，上部洪山組變質(zhì)巖形成的角巖化蝕變帶為礦物質(zhì)源提供了很好屏蔽空間，構(gòu)造破碎帶及次級斷裂構(gòu)造為該區(qū)提供了導(dǎo)礦通道及賦存空間。

(2)成礦溶液在構(gòu)造—巖漿作用下充填主斷裂構(gòu)造帶的同時也充填附近的次級斷裂構(gòu)造，且這種成礦規(guī)律具有普遍性。

(3)斷裂構(gòu)造帶控礦的螢石礦床周邊及其成礦主構(gòu)造帶的附近易賦存次級斷裂構(gòu)造充填的礦脈。