河南羅山定遠(yuǎn)一帶牢山寨巖體地球化學(xué)特征與螢石礦成礦關(guān)系

孫春曉，張廣山，馬 群，陳傳剛，李永良，周 輝，王紀(jì)平

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河南總隊，河南 信陽 464000)

螢石作為含氟量最高的礦物之一，被廣泛應(yīng)用于冶金、水泥、玻璃等傳統(tǒng)行業(yè)外，在新能源、國防、醫(yī)療、半導(dǎo)體等新興領(lǐng)域中應(yīng)用也愈加廣泛。螢石作為一種不可再生礦產(chǎn)資源，先后被中國、美國、歐盟等國家或地區(qū)納入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)或關(guān)鍵性礦產(chǎn)[1-3]，體現(xiàn)了國家對螢石礦資源的重視。近年來，前人對螢石礦礦床地質(zhì)特征、成礦規(guī)律及成因等方面做了不少研究，為螢石礦找礦工作了提供重要參考依據(jù)。但是，研究大多集中在螢石礦本身，很少涉及到與螢石礦成礦有關(guān)的巖體，然而，我國大部分螢石礦集中于巖漿活動強(qiáng)烈?guī)?，因此，巖漿巖與螢石礦成礦關(guān)系密切。本文通過對牢山寨巖體地球化學(xué)特征的研究，結(jié)合前人研究成果，總結(jié)該巖體與螢石礦成礦關(guān)系，并以此為類似地質(zhì)背景區(qū)尋找螢石礦床提供線索。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于秦嶺大別造山帶，該帶是一個經(jīng)歷了多期次、多階段構(gòu)造演化的復(fù)雜的大陸碰撞造山帶[4-5]，巖漿活動較為強(qiáng)烈，為各類礦產(chǎn)的形成、成礦物質(zhì)的遷移、聚集提供了有利條件。帶內(nèi)以龜山—梅山斷裂為界，北側(cè)屬北秦嶺弧盆系，南側(cè)屬南秦嶺陸鵬—陸坡帶和桐柏—大別高壓—超高壓變質(zhì)巖帶[6-7]，牢山寨巖體位于南秦嶺陸鵬—陸坡帶中部，區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動強(qiáng)烈。

研究區(qū)內(nèi)出露地層有中新元古界龜山巖組下段(Pt2g1)和上段(Pt2g2)，下段巖性主要以斜長角閃(片)巖、(含榴)絹云(白云)石英片巖為主，上段巖性以斑點狀黑云二長變粒巖夾斜長角閃片巖及大理巖透鏡體為主，巖石普遍具殘斑結(jié)構(gòu)和石英多晶條帶結(jié)構(gòu)、云母魚構(gòu)造，剪切褶皺發(fā)育；泥盆系南灣組(Dn)，巖性主要為殘余微細(xì)韻律層理發(fā)育的黑云變粒巖、含方解石綠簾二云石英片巖、砂板巖；第四系(Q)主要為河床沖積物和洪積物，為黃土、亞砂土等[8]；區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要有近EW向的韌性剪切帶和NE向正斷層，EW向韌性剪切帶貫穿全區(qū)；區(qū)內(nèi)巖漿巖為牢山寨花崗巖，巖體內(nèi)節(jié)理發(fā)育，NE-SW向和NW-SE向節(jié)理縱橫交錯，該巖體展布形態(tài)受EW向韌性剪切帶和NE向斷裂構(gòu)造控制，以EW向斷裂控制尤為明顯，致使巖體長軸呈EW向(圖1)。

圖1 牢山寨巖體一帶地質(zhì)簡圖

2 礦體地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

研究區(qū)內(nèi)有K1、K2兩條礦體，均賦存于牢山寨巖體內(nèi)的節(jié)理中，受節(jié)理控制，呈脈狀或帶狀產(chǎn)出，礦體走向均呈北西—南東向，其中K1礦體長約500m，出露寬度0.5～2.3m，連續(xù)性較好，礦體厚度1～1.8m，傾角72～80°。K2礦體斷續(xù)延長約600m，出露寬度約2m，礦體厚度0.2cm～2.0m，傾角較陡多在80～83°之間，中間部位礦體較厚，向兩端逐漸變薄或尖滅，礦石品位一般在20%～40%之間，最高可達(dá)60%。

2.2 礦石特征

區(qū)內(nèi)礦體的礦石礦物組成基本相同，主要礦石礦物為螢石，呈淡綠色、灰紫色等，半透明—透明，脈石礦物主要有石英、方解石等。

礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形晶狀不等粒結(jié)構(gòu)，構(gòu)造以塊狀構(gòu)造為主，伴有條帶狀、角礫狀構(gòu)造。

礦石的主要化學(xué)成分為CaF2、SiO2，CaF2含量56.28%～77.40%，SiO2含量10.06%～25.84%。

3 牢山寨巖體巖石學(xué)及地球化學(xué)特征

3.1 樣品采集及測試

本次選用的3件元素分析樣品均采自牢山寨巖體，樣品新鮮無風(fēng)化。主量元素采用等離子體發(fā)射光譜儀及紫外可見分光光度計測定，稀土元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀及X-射線熒光光譜儀測定，由河南省巖石礦物測試中心完成。

3.2 巖體巖石學(xué)特征

牢山寨巖體巖性為中粒黑云二長花崗巖，巖體出露面積113.7km2。侵位于南灣組變質(zhì)地層中，接觸面傾向圍巖，界線清晰，接觸帶破碎，圍巖蝕變強(qiáng)烈，主要為綠簾石化、硅化、螢石礦化等，局部可見烘烤現(xiàn)象。

巖石呈肉紅色—黃灰色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分以更長石(35%～45%)、鉀長石(25%～40%)、石英(25%～35%)為主，還含有少量的黑云母(2%～5%)、黝簾石(1%～2%)及磁鐵礦、綠簾石、磷灰石、獨居石等。其中更長石粒徑1～4mm，半自形板狀、聚片雙晶；鉀長石粒徑多在3mm以上，自形板狀，一般為微斜條紋長石，常見卡氏雙晶及格子雙晶，晶體內(nèi)常見有細(xì)粒更長石包體，石英粒徑2～4mm，他形粒狀。

3.3 巖體地球化學(xué)特征

巖體主量元素結(jié)果見表1所示。巖體中SiO2含量74.02%～75.50%，遠(yuǎn)高于中國花崗巖[9]71.63%；TiO20.12%～0.15%，低于中國花崗巖[9]0.29%；P2O50.032%～0.034%，低于中國花崗巖[9]0.09%。巖體中較高的SiO2含量，表現(xiàn)為巖體具較強(qiáng)的酸性；較低的TiO2含量和P2O5含量，反映了巖體中鈦鐵礦、磷灰石等礦物較強(qiáng)的分離結(jié)晶作用。巖體總體上表現(xiàn)為高硅、低鈦磷等特征。

表1 牢山巖體主量元素含量(%)及相關(guān)地球化學(xué)參數(shù)

巖體中Al2O3含量13.36%～14.30%，K2O含量3.89%～4.50%，Na2O含量3.94%～4.40%，

在SiO2-AR圖解中(圖2)，所有樣品均落入堿性區(qū)。里特曼指數(shù)σ1.89～2.46＜3.3，屬于鈣堿性巖。在SiO2-K2O圖解中(圖3)，所有樣品均落入高鉀鈣堿性系列，屬于高鉀鈣—堿性系列巖。巖體中鋁飽和指數(shù)A/NK1.17～1.40，A/CNK1.08～1.27，鋁飽和指數(shù)能有效判別過鋁質(zhì)花崗巖和準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖，在A/NK-A/CNK圖解中(圖4)，所有樣品均落入過鋁質(zhì)花崗巖區(qū)，屬過鋁質(zhì)花崗巖。

圖2 SiO2-AR圖解

圖3 SiO2-K2O圖解

圖4 A/NK-A/CNK圖解

巖體稀土元素結(jié)果見表2所示。稀土元素總量(∑REE)93.05×10-6～106.11×10-6，輕稀土元素(LREE)含 量83.32×10-6～97.65×10-6，重 稀土 元 素(HREE)含 量8.46×10-6～9.73×10-6，輕、重 稀 土 比 值(LREE/HREE)8.56～11.54，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，銪異常系數(shù)(δEu)0.43～0.51，為Eu負(fù)異常，表明巖體在成巖過程中發(fā)生過明顯的斜長石和富輕稀土礦物(磷灰石、獨居石)的分離結(jié)晶，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式圖上呈現(xiàn)左高右低向右傾斜的海鷗型[10](圖5)。

圖5 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解

表2 牢山巖體稀土元素含量(×10-6)及相關(guān)地球化學(xué)參數(shù)

4 牢山寨巖體與成礦關(guān)系討論

花崗巖型螢石礦是指與花崗巖有緊密聯(lián)系的熱液型螢石礦，螢石大多數(shù)隨著巖漿演化而趨于不斷富集，花崗巖不僅是螢石成礦的重要物質(zhì)來源，也是重要成礦場所。區(qū)內(nèi)螢石礦體主要賦存于牢山花崗巖體中，巖體的地球化學(xué)特征和物質(zhì)組成與其含礦性密切相關(guān)。

4.1 巖體地球化學(xué)特征

前人研究成果[11]表明：豫南地區(qū)與螢石礦成礦有關(guān)的花崗巖巖體多為高鉀鈣—堿性系列巖石，具有明顯的高硅富堿特征；巖體礦石礦物中黑云母質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般＞2%；輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，Eu虧損，標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線呈右傾的“海鷗型”特征。這與前面得出的牢山寨巖體特征相吻合，因此該巖體地球化學(xué)特征與螢石礦成礦關(guān)系密切，具備此類地球化學(xué)特征的巖體也是尋找螢石礦床的重要依據(jù)。

4.2 成礦物質(zhì)來源

螢石的主要成礦元素為氟元素，不同時期不同巖性巖體含氟量見表3[9]，由表3知：燕山期酸性巖含氟量最高。巖體U-Pb同位素年齡測定為133±2Ma[12]，屬燕山期早白堊世巖體，巖體中SiO2含量較高＞65%，屬酸性巖類，由此得知：該巖體含有豐富的氟元素，為螢石礦成礦提供了物質(zhì)來源，黑云母為氟元素的主要攜帶者[10]。

表3 不同巖性及不同時代花崗巖含F(xiàn)量

4.3 成礦空間

螢石礦體賦存于牢山寨巖體內(nèi)，與巖體在空間上有密切關(guān)系。該巖體屬于燕山期花崗巖，燕山期巖漿活動較為頻繁，巖體冷凝收縮形成構(gòu)造空間，并能致使早期形成的構(gòu)造空間進(jìn)一步擴(kuò)大，為螢石礦賦存提供了場所。

5 結(jié)論

(1)牢山寨巖體具有明顯的高硅(SiO2平均含量74.69%)特征，從巖體地球化學(xué)特征、SiO2-AR圖、SiO2-K2O圖，A/NK-A/CNK圖知：巖體具堿性、低鈦磷、過鋁質(zhì)等特點，巖體中稀土元素總量(∑REE)93.05×10-6～106.11×10-6，LREE/HREE比值8.56～11.54，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，銪異常系數(shù)(δEu)0.43～0.51，為Eu負(fù)異常，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式圖上呈現(xiàn)左高右低向右傾斜的海鷗型，該特征與產(chǎn)螢石花崗巖所具備的特征一致。

(2)螢石礦體賦存于牢山寨巖體內(nèi)，受巖體中的節(jié)理控制，礦體走向與節(jié)理方向一致。主要礦石礦物為螢石，呈淡綠色、灰紫色，脈石礦物為石英、方解石。

(3)具牢山寨巖體特征的花崗巖巖體內(nèi)部及周圍是尋找螢石礦的重要線索。