高臺縣邱家口子螢石礦成礦條件及成因初探

郝 賓，張龍海，劉天柱

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心甘肅總隊，甘肅 天水 741000)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

邱家口子螢石礦位于甘肅省高臺縣北西直距約9～15km處，礦區(qū)大地構(gòu)造地處華北陸地塊區(qū)—阿拉善陸塊—龍首山基底雜巖帶(Ⅲ-4-2-2)[1]；屬于阿拉善Cu-Ni-Pt-Fe-REE-P-石墨-芒硝鹽—螢石成礦帶(Pt1；Pt2-Pt31；Pz；Kz)(Ⅳ-18 ② )。賦礦地層為薊縣系墩子溝群變質(zhì)巖，巖性以深灰色黑云母變粒巖為主；北東南西向的斷層帶嚴格控制著礦體的產(chǎn)狀、規(guī)模及形態(tài)，海西期晚期二長花崗巖及酸性巖脈對礦體起重要控制作用(圖1)。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 礦床特征

區(qū)內(nèi)出露地層主要為中元古代薊縣系墩子溝群一巖組(JxD1)，為一套二云石英片巖—白云母變粒巖—黑云母變粒巖變質(zhì)巖建造，巖性主要為二云石英片巖、白云母變粒巖、黑云母變粒巖，原巖建造為砂泥質(zhì)夾碳酸鹽及火山碎屑巖建造。

區(qū)內(nèi)褶皺不發(fā)育，斷裂構(gòu)造發(fā)育。斷層成礦前后都有，成礦前斷層在成礦期和成礦后多次復(fù)活。

圖1 邱家口子螢石礦地質(zhì)圖

近地表礦(化)體與海西晚期侵入體造成變質(zhì)巖建造中的弧形構(gòu)造和斷裂構(gòu)造有關(guān)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的蝕變體及礦(化)體多為脈狀，屬后期構(gòu)造—殘余熱液活動的產(chǎn)物。

2.2 礦體特征

邱家口子螢石礦多賦存在石炭紀淺肉紅—肉紅色中粒二長花崗巖(ηγC)及淺灰色中細粒花崗閃長巖(γδC)中的北東走向的構(gòu)造裂隙中，在構(gòu)造面上以晶體形式產(chǎn)出，局部品位較高。礦區(qū)內(nèi)共圈定螢石礦體5條、礦化體23條，礦體厚度1.0～2.04m，長度50～350m；礦化體厚度0.21～1.83m，長度40～647m(表1)。FL1、FL2、FL3均為工業(yè)礦，CaF2平均品位分別為 36.20%、39.88%、30.15%，F(xiàn)L4、FL5為低品位礦，CaF2平均品位分別為29.23%、27.81%(低品位礦：20% ≤ CaF2＜ 30%；工業(yè)礦：CaF2≥30%)[2]。

表1 邱家口子螢石礦化體特征

2.3 礦石特征

區(qū)內(nèi)的礦石類型較簡單，按礦物組合可分為螢石型、螢石—石英型礦石兩類[3]，礦石構(gòu)造主要為角礫狀和脈狀兩類。角礫狀螢石礦：主要由螢石與原巖物質(zhì)組成，其礦石一般為角礫狀構(gòu)造。該類礦石主要分布于FL1、FL2、FL5礦體中。礦石主要由碎屑(65%)、膠結(jié)物(33%)組成，并含有金屬礦物(1%～2%)。巖石中的碎屑一般為花崗質(zhì)巖屑、黑云母變粒巖巖屑、硅質(zhì)巖屑等，粒徑在2mm到十幾毫米不等，次棱角狀。膠結(jié)物為相互混雜的土狀螢石和粒狀螢石，部分粒狀螢石圍著巖屑生長。脈狀螢石礦：礦石主要礦物成分為螢石與石英，兩者此消彼長，其礦石一般為脈狀構(gòu)造。該類礦石主要分布于FL3、FL4礦體中。礦石主要由螢石(35%)、硅質(zhì)、石英、長石(64%)等組成，并含有金屬礦物(1%)。礦石中的螢石以大小不等的粒狀為主，有的切面為方形，少量為隱晶質(zhì)，呈近不透明狀，呈小團霧狀分布于粒狀螢石的邊緣或其中。硅質(zhì)為隱晶質(zhì)—顯微晶質(zhì)，相互聚集，或與他形粒狀石英、板粒狀長石等相互混雜，呈團條狀，或與螢石顆粒相互穿插或包含。礦石化學(xué)成分見表2。

3 成礦地質(zhì)條件

3.1 地層條件

區(qū)內(nèi)賦礦地層中元古代薊縣系墩子溝群一巖組(JxD1)地層屬華北變質(zhì)域阿拉善太古代—元古代變質(zhì)區(qū)，龍首山元古代變質(zhì)地帶；為一套二云石英片巖—白云母變粒巖—黑云母變粒巖變質(zhì)巖建造，巖性為黑云母變粒巖及二云石英片巖。近礦圍巖蝕變明顯，有角巖化、白云母化、絹云母化、褐鐵礦化、矽化、碳酸鹽化、黃鐵礦化等，其中普遍而強烈的是絹云母化和褐鐵礦化。

表2 邱家口子螢石礦體化學(xué)成分及其變化特征

3.2 構(gòu)造條件

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，以環(huán)繞土圪瑙河花崗巖體的旋卷弧形脈體群最為發(fā)育，該巖體的侵入，使圍繞巖體及外圍形成一系列弧形斷裂構(gòu)造，而斷裂構(gòu)造則成為含礦熱液的良好通道，含礦溶液沿斷裂上升，貫入有利部位形成礦脈。此一系列弧形斷裂構(gòu)造根據(jù)走向有東西向、北東向、北西向，且并非同一時期形成，根據(jù)其相互穿插關(guān)系，判斷東西向斷裂構(gòu)造最早形成，亦是巖漿侵入早期，該方向構(gòu)造數(shù)量少，延伸及寬度相對較大，礦化一般，為導(dǎo)礦構(gòu)造；然后是北東向斷裂構(gòu)造的形成，為巖漿侵入中期，巖漿開始結(jié)晶，熱液規(guī)模最大，且此時該方向斷裂構(gòu)造已趨于形成，數(shù)量較多，規(guī)模較大，提供了良好的運輸、儲存空間，該時期斷裂構(gòu)造礦化最好，為主要的容礦構(gòu)造；最后是北西向斷裂構(gòu)造的形成，為巖漿侵入的晚期，巖漿活動變?nèi)酰纬傻臄嗔岩员蔽飨驗橹鳎瑪?shù)量較少，規(guī)模小，此時熱液量變少，礦化程度較弱。

多數(shù)構(gòu)造被上升熱液充填而形成石英脈或螢石礦脈，均以相應(yīng)形式的脈體表現(xiàn)，部分上下盤明顯、蝕變強烈或礦化較好的構(gòu)造均以斷層的形式表式，共填出斷層22條，主要分布于石炭紀侵入的淺肉紅—肉紅色中粒二長花崗巖(ηγC)、淺灰色中細粒花崗閃長巖 (γδC)內(nèi)。

3.3 巖漿巖條件

區(qū)內(nèi)出露巖漿巖主要為石炭紀時期的侵入巖，即海西晚期，巖漿侵入規(guī)模大，分布相對集中。由老到新依次為淺灰色中細粒花崗閃長巖(γδC)、淺肉紅—肉紅色中粒二長花崗巖(ηγC)。這些侵入巖不僅為螢石形成提供了物質(zhì)來源，又為構(gòu)造的形成提供動力[4-5]。巖體的不斷向上侵入，溫度逐漸變低，巖漿開始冷卻結(jié)晶形成花崗巖體的過程中形成殘余熱液，另一方面，在巖漿向上侵入的過程中，在圍巖以及已經(jīng)冷卻的巖漿中形成一系列構(gòu)造，殘余熱液順著已經(jīng)形成的構(gòu)造運移，并在多數(shù)構(gòu)造中形成螢石礦脈及石英脈。巖漿活動是本地區(qū)螢石礦形成的必不可少的條件，無論是物質(zhì)來源，還是物質(zhì)運移通道和儲存空間，都有著直接的關(guān)系。

3.4 成礦物質(zhì)來源

該區(qū)域螢石礦為典型的中—低溫熱液充填型礦床，其含氟熱液的來源即為海西期二長花崗巖(ηγC)侵入活動，該期巖漿活動在本地區(qū)最為強烈，可以通過大面積出露分布的二長花崗巖證明，且具有多期次的特征。其含氟熱液在巖漿結(jié)晶分析凝結(jié)時由巖漿中分離出來，最終由壓力較高的深部向壓力較小的淺部運移[6-7]。

在含氟熱液向上、四周運移的過程中，溫度逐漸降低，在遇到含鈣物質(zhì)時，就會在具有中低溫的環(huán)境下形成螢石礦。而具有含鈣物質(zhì)的圍巖就成為螢石礦形成的另一物質(zhì)來源，其中中元古界薊縣系墩子溝群一巖組(JxD1)地層中的二云石英片巖及黑云母變粒巖就具有豐富的鈣質(zhì)。經(jīng)化學(xué)全分析測試后，螢石成礦所需的Ca元素表現(xiàn)特征為由圍巖到礦體呈現(xiàn)含量逐漸由大變小的趨勢，在礦體中富集交代含量最高(表3)。

表3 邱家口子螢石礦和圍巖化學(xué)成分

4 成因探討

4.1 礦床成因

邱家口子螢石礦是在多種地質(zhì)因素綜合控制之下形成的，其主要控礦因素有構(gòu)造、巖漿侵入帶來的熱液活動等。其中構(gòu)造作用在成礦過程中占主導(dǎo)作用，熱液來源主要受海西晚期土圪瑙河花崗巖體侵入活動所控制。該時期伴隨著大規(guī)模的構(gòu)造運動，使地殼深部的混合巖發(fā)生部分熔融，形成地殼重熔花崗巖漿，由此分異出來的富含揮發(fā)分和成礦物質(zhì)的中酸性、酸性巖漿，沿主干斷裂由深部向地表遷移，形成了廣泛分布的土圪瑙河花崗巖體，二長花崗巖巖漿和熱液中攜帶了大量的F、CO2等揮發(fā)性氣體組分，沿斷層運移至工作區(qū)后，從黑云母變粒巖或二云石英片巖中奪取鈣，形成CaF2[8]。關(guān)于熱液礦床成礦溫度，一般認為300～500℃為高溫、200～300℃為中溫、50～200℃屬低溫。類比甘肅省高臺縣九壩西螢石礦床研究資料可知螢石礦物包裹體測溫為80～260℃[9]可知，該區(qū)螢石礦屬中—低溫熱液交代充填類型。

4.2 成礦模式

礦體受一組弧形構(gòu)造控制，控礦構(gòu)造多次活動，因此成礦作用持續(xù)了一個相當長的時期，斷裂形成初期，兩側(cè)圍巖破碎，隨著斷裂向縱深發(fā)展，熱液沿此通道上升，SiO2滲入圍巖，形成早期角巖化、矽化。接著構(gòu)造復(fù)活，礦液繼續(xù)上升，構(gòu)成第一期石英—螢石，此一般分布于近脈壁，由于冷凝較快，石英、螢石未充分分離，局部呈細粒狀共同結(jié)晶析出。構(gòu)造再一次復(fù)活，使石英—螢石破碎，礦液大量貫入，形成礦區(qū)最主要一期螢石—細晶脈狀螢石。同時，由于持續(xù)的擠壓、拖曳、圍巖出現(xiàn)網(wǎng)狀，棋盤格狀裂隙，為螢石細脈充填，構(gòu)成上下盤的網(wǎng)脈狀礦石。圍巖強烈的絹云母化亦形成在此階段。隨后的構(gòu)造作用又使脈狀螢石破碎，礦液繼續(xù)貫入，由于處在構(gòu)造變動中，環(huán)境不穩(wěn)定，因此礦液常繞脈狀螢石或圍巖碎塊結(jié)晶，形成條帶狀細晶螢石礦。最后一次構(gòu)造活動使以前形成的螢石均發(fā)生破碎。各種螢石角礫被上升的礦液加上碾細的螢石、圍巖碎屑膠結(jié)成角礫狀礦石，局部地段形成梳狀螢石，成礦作用終止。

4.3 找礦標志

(1)構(gòu)造標志：區(qū)內(nèi)礦體主要受巖體內(nèi)部斷裂構(gòu)造控制，以北東向、北北東向構(gòu)造含礦性較好，規(guī)模大，延伸較長，該系列構(gòu)造是重要的找礦標志。

(2)圍巖蝕變標志：本區(qū)的礦化蝕變主要受石英脈、石英—螢石脈、螢石脈體分布控制，礦化蝕變處均發(fā)生不同程度的硅化、高嶺土化、褐鐵礦化等。在本區(qū)勘查找礦工作階段，主要以這些蝕變?yōu)橐罁?jù)，尋找礦化現(xiàn)象，根據(jù)礦化程度及取樣化驗分析最終圈定礦(化)體。

(3)地表礦化標志：斷裂帶中地表出露的螢石礦化體或小的螢石礦體，其出露規(guī)模、品位、連續(xù)性等是含礦性優(yōu)劣最有力的證據(jù)，是螢石工業(yè)礦體的直接找礦標志[10]。