董 軍
(遼寧省有色地質(zhì)局勘察研究院,遼寧沈陽110013)
彰武馬蹄山地區(qū)螢石礦的地質(zhì)特征及成因探討
董 軍*
(遼寧省有色地質(zhì)局勘察研究院,遼寧沈陽110013)
通過對馬蹄山地區(qū)與螢石成礦有關(guān)的地層、巖漿巖和構(gòu)造等方面的深入研究,總結(jié)了該地區(qū)螢石礦地質(zhì)特征、成礦規(guī)律及成因機制,闡述了成礦有利地層為中元古界長城系薊縣系魏家溝巖群(Ch-Jxw)、有利巖漿巖為燕山期中酸性巖漿巖、有利構(gòu)造為NE向和NNE向斷裂復(fù)合部位。巖體的接觸破碎帶與斷裂是主要的控礦構(gòu)造,成因類型為淺成中、低溫熱液裂隙充填礦床。
螢石礦;地質(zhì)特征;成礦規(guī)律;控礦構(gòu)造
螢石又稱為氟石,是一種常見的鹵化物礦物,化學式為CaF2,其中Ca占51.1%,F(xiàn)占48.9%,是工業(yè)上氟元素的主要來源。它已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于冶金、化工和建材三大行業(yè),已經(jīng)成為重要的非金屬礦產(chǎn)原料之一。但是經(jīng)過幾十年的大規(guī)模開采,易發(fā)現(xiàn)的露頭礦、淺部礦日趨減少,找礦難度不斷加大,螢石資源危機迫在眉睫[1]。本文以在馬蹄山地區(qū)尋找新的螢石礦床、擴大已有礦床資源量為目的,在該地區(qū)開展螢石礦成礦地質(zhì)特征分析和成礦機制研究。
該地區(qū)大地構(gòu)造位置處于中朝準地臺(I)、內(nèi)蒙地軸(Ⅱ)、建平臺拱(Ⅲ)、舊廟斷凸(Ⅳ)東緣。區(qū)內(nèi)出露地層為中元古界長城系魏家溝巖群(Ch-Jxw)大理巖、石英巖、千枚巖、片巖和薊縣系霧迷山組(Jxw)燧石結(jié)核白云巖,條紋狀白云巖、粘土質(zhì)白云巖;古生界上石炭統(tǒng)酒局子組(C3j)砂頁巖;中生界下白堊統(tǒng)義縣組(K1y)火山碎屑巖及上白堊統(tǒng)孫家灣組(K2s)復(fù)成分礫巖夾雜色砂巖、粉砂巖。
本區(qū)位于中國中新生代大陸邊緣活動帶,屬環(huán)太平洋構(gòu)造域的一部分,經(jīng)歷了多期次構(gòu)造活動,本區(qū)斷裂系赤峰一開原斷裂帶側(cè)支。
區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育,主要有中元古代大巴溝單元(pt2Db)和顏家溝單元(pt2Yj)。古生代早二疊世建平鎮(zhèn)超單元柴杖子單元(P1Cz)中粗粒二長花崗巖;中生代早侏羅世少冷超單元杠杠土單元(J1G)斑狀中粒二長花崗巖和少冷超單元五家子單元(J1Wj)細粒二長花崗巖;晚侏羅世閭山超單元雙泉寺單元(J3Sq)中細粒似斑狀二長花崗巖和閭山超單元望海寺單元(J3W)中細粒二長花崗巖。與成礦關(guān)系密切的為少冷超單元五家子單元(J1Wj)細粒二長花崗巖和閭山超單元望海寺單元(J3W)中細粒二長花崗巖。
2.1 地層
礦區(qū)內(nèi)地層不太發(fā)育,僅見中元古界長城系薊縣系魏家溝巖群(Ch-Jxw)大理巖、綠泥石片巖。
大理巖為灰黑—灰白色,粒狀變晶結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造,主要由方解石組成,并含有少量石英,具重結(jié)晶結(jié)構(gòu),局部可見石英碎屑和燧石結(jié)核。
綠泥片巖為墨綠色,鱗片狀變晶結(jié)構(gòu),片狀構(gòu)造,主要為綠泥石、綠簾石和石英。綠泥石呈細小鱗片狀定向排列成片理,整體墨綠色,含量約65%。綠簾石粒狀,黃綠色,分布均勻,含量約20%。石英無色透明,粒狀,油脂光澤,含量約15%。
2.2 構(gòu)造
礦區(qū)北東向構(gòu)造發(fā)育,此構(gòu)造亦是巖漿巖活動多發(fā)區(qū),經(jīng)過多次構(gòu)造活動,巖漿巖侵入,為螢石礦的形成與賦存創(chuàng)造良好的構(gòu)造空間條件。
2.3 巖漿巖
工作區(qū)內(nèi)巖漿巖為閭山超單元望海寺單元(J3W)中細粒二長花崗巖,呈似斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,礦物成分:石英含量為30%~35%,斜長石含量為30%~45%,鉀長石含量為25%~40%,黑云母含量5%左右。
3.1 礦體特征
工作區(qū)內(nèi)賦存Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三條礦體:Ⅰ號礦體:位于礦區(qū)中部,北東向斷裂F1和北東東向斷裂F2交匯處;礦體圍巖為細粒二長花崗巖及綠泥片巖,沿北東走向向兩側(cè)迅速尖滅,產(chǎn)狀140°∠70°,延長長度65m,礦體厚2.65~4.24m,平均3.24m,工程品位CaF249.50%~72.43%,礦體平均品位CaF2為65.51%;Ⅱ號礦體:位于Ⅰ號礦體的西北側(cè),礦體圍巖為細粒二長花崗巖及大理巖,延長75m,總體走向50°~60°,傾向140°~150°,傾角55°~75°,礦體均賦存于膨大部位,礦體厚1.32~2.74m,平均2.14m,工程品位CaF225.32%~57.46%,礦體平均品位CaF2為43.03%。Ⅲ號礦體:位于Ⅱ號礦體的北側(cè)200m處,礦體圍巖為正長巖及大理巖,帶長100m,傾向140°,傾角75°。礦體厚2.21~3.46m,平均2.78m,工程品位CaF225.5%~47.53%,礦體平均品位CaF2為32.69%。
3.2 礦石特征
礦石礦物成分簡單,主要為螢石,以紫色為主,灰白色次之,綠色少量,以大小集合體形式產(chǎn)出,集合體呈角礫狀、團塊狀、細脈狀產(chǎn)出,角礫及團塊一般為5~10cm,最大可達50cm,螢石晶體顆粒一般粒徑1~4mm,最大可達1cm。脈狀礦石只見于花崗巖接觸帶附近螢石呈細脈狀沿花崗巖裂隙充填,脈寬一般在0.5~5mm,局部見有細小的螢石晶體及較大的集合體。
脈石礦物以石英、石髓為主,其次見有褐鐵礦,呈星點狀分布。
礦石主要有益組份為CaF2,有害組份以SiO2為主,其次有S、P、CaCO3、Fe2O3等。其中CaF2和SiO2的含量為正消長關(guān)系。根據(jù)光譜定量分析礦石中S、Pb、Sn、Ni、Cu、Mo、Zn、Zr、Mn、Ti、Gd、V、Be含量均較低甚至沒有。Li、Rh、Bi等稀有及放射性元素的測定結(jié)果顯示含量偏高。
工作區(qū)內(nèi)的礦石類型主要為石英-螢石型礦石,其次為螢石—石英型礦石和螢石型礦石。
3.3 圍巖蝕變
圍巖蝕變主要為硅化,螢石礦化、碳酸巖化、綠泥石化、高嶺土化等。硅化表現(xiàn)為由石英、蛋白石等物質(zhì)充填交代大理巖、花崗巖,多呈細脈狀,少量團塊狀;螢石礦化呈角礫狀、團塊狀、脈狀,是螢石礦的直接找礦標志;碳酸鹽化,主要由白色方解石組成,呈脈狀、網(wǎng)脈狀,穿插各種巖石;綠泥石化是熱液與大理巖發(fā)生交代的產(chǎn)物;高嶺土化則為構(gòu)造活動及長石風化產(chǎn)物。
根據(jù)張壽庭等對浙江武義盆地內(nèi)螢石礦研究[4],馬蹄山地區(qū)3條螢石礦脈,也具有相似的垂向分帶性特征,自上而下依次可以分為礦體蝕變頂蓋、頭部礦體、中部礦體和尾部礦體[5],具體見圖1。
圖1 螢石礦的垂直分帶模式圖[5]
4.1 構(gòu)造控礦因素
礦區(qū)內(nèi)北北東向斷裂發(fā)育,多為張扭斷裂,這些斷裂多為區(qū)域主干斷裂的側(cè)支斷裂,一般以中小規(guī)模斷裂為主,是控礦、儲礦的主要構(gòu)造,具有多期次構(gòu)造活動特征。這些斷裂與區(qū)域性大斷裂,相互連通,構(gòu)成了地下水滲透、運移的良好通道。螢石礦體(脈)產(chǎn)于張性陡傾斜斷裂內(nèi),其產(chǎn)出形態(tài)和規(guī)模大小嚴格受斷裂構(gòu)造的控制。螢石礦體(脈)的成礦方式以充填為主,交代為次。
4.2 巖漿巖控礦因素
閭山超單元望海寺單元(J3W)中細粒二長花崗巖為含礦母巖,呈近東西向巖基狀產(chǎn)出,為形成螢石礦床提供了豐富的成礦物質(zhì),且該區(qū)處在赤峰—開源超巖石圈斷裂帶內(nèi),帶內(nèi)巖漿活動較為頻繁,為成礦提供熱液和物質(zhì)來源,多期次的構(gòu)造活動為成礦提供了有利空間。
4.3 地層巖石組合控礦因素
工作區(qū)內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的3條礦脈,周邊均分布有中元古界長城系薊縣系魏家溝巖群(Ch-Jxw)大理巖、綠泥石片巖,這些巖石組合質(zhì)地“柔軟”,在構(gòu)造應(yīng)力的作用下,大都產(chǎn)生“塑性”變形。因此,在成礦過程中起著屏蔽層的遮擋控制作用,使含礦溶液不至分散。
本礦受北東東向斷裂帶控制,而巖漿后期的含礦熱液(HF),沿此張開斷裂帶上升,并且與斷裂帶旁邊的碳酸鹽物質(zhì)起交代作用,形成螢石礦帶。從野外觀察可見到斷裂帶兩側(cè)較窄范圍內(nèi)有蝕變強烈的矽化交代石英脈,并且螢石礦賦存在此矽化交代石英脈中,在礦帶中可見綠泥片巖。細?;◢弾r若強烈矽化巖石之角礫,被螢石礦所膠結(jié)。
Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ條礦帶大部穿透了2種以上的圍巖,如大理巖、二長花崗巖,千枚巖與正長花崗巖等。而在其生成條件上亦受了此類巖石物質(zhì)成份的條件所控制,由于HF和H2SiF6的溶液易于與Ca2CO3發(fā)生交代作用,生成螢石礦和石英,方程式如下:
因此,在富含碳酸鹽巖石(大理巖)的地段,螢石礦較為富集,質(zhì)量好。而其它巖石的地段不易富集,以硅質(zhì)為主??梢?,這種分布關(guān)系同圍巖的物質(zhì)成份具有很大關(guān)系,如圖2所示。
圖2 礦體與圍巖關(guān)系圖
在成礦過程中,礦物的形成可分為如下4個階段:
(1)巖漿末期的熱液充填了裂隙,組成交代石英脈,此石英脈再經(jīng)破碎,被含CaF2之礦液交代和膠結(jié);
(2)石英與螢石同時沉淀,螢石、石英緊密共生,石英呈細晶體及柱狀晶簇體;
(3)又一次螢石沉淀以紫色為主,呈細脈狀貫穿了前二礦物;
(4)石英組成細小之晶錐,形成外殼,包裹在第二期形成的螢石晶洞上。
本礦床為淺成的中溫、低溫熱液裂隙充填礦床。
根據(jù)野外工作觀察的積累,總結(jié)本礦床的主要找礦標志反映在以下幾點:
(1)北東向斷裂破碎帶是礦區(qū)主要控礦及含礦構(gòu)造,可作為尋找同類螢石礦床的間接標志。
(2)構(gòu)造破碎帶兩側(cè)圍巖的強烈的綠泥石化蝕變是螢石礦的間接找礦標志。
(3)螢石礦體伴隨強烈的硅化,抗風化能力強,因此礦區(qū)正地形可以作為找礦的地貌標志。
(4)泥質(zhì)巖與石灰?guī)r交接帶處的層間破碎帶,硅質(zhì)構(gòu)造角礫巖發(fā)育。
[1] 馬瑩.赤峰地區(qū)螢石礦構(gòu)造控礦特征與含礦構(gòu)造的判析標志[D].北京:中國地質(zhì)大學,2011.
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P619.21
A
1004-5716(2015)02-0095-03
2014-07-06
項目來源:遼寧省省本級地質(zhì)勘查項目,項目名稱“遼寧省彰武縣馬蹄山螢石礦普查”(編號[2011]31)。
董軍(1978-),男(漢族),河南南陽人,工程師,現(xiàn)從事地質(zhì)找礦勘查等工作。