八面山萤石矿床围岩地球化学特征

徐少康

（中化地质矿山总局地质研究院，北京 100101)

八面山萤石矿床是近年发现的新型大型萤石矿床，主要矿石呈黑色，貌似灰岩。Xu等[1]针对纹层状矿石进行了深入研究，提出了“新型热水沉积岩—磁铁萤石岩的概念”，此后又对矿石类型、成矿作用及期次、成矿温度进行了深入研究[2-5]；闫飞等[6]对液相包裹体成分及同位素特征进行了论述。为了查明成矿物质来源，明确找矿方向，本文在以往研究基础上，对围岩微量元素和稀土元素特征和成因进行了研究分析，并与矿石进行了对比。

1 矿床概况

八面山萤石矿床位于浙江省常山县城北北东方向约23km处，大地构造位置处于中国东南沿海构造带[7]。

与成矿关系密切的地层及主要岩性为：杨柳岗组(∈2y)灰岩和泥灰岩，华严寺组(∈3h)大理岩、大理岩化灰岩、灰岩及泥灰岩，西阳山组(∈3x)灰岩、泥灰岩、瘤状灰岩及大理岩化灰岩。矿区构造主要为一条轴向北东—南西的短轴背斜，岩浆岩主要为岩株状侵入于背斜核部的燕山期花岗岩体、次为北东—南西向产出的脉状花岗斑岩。

矿区萤石矿体共70余个，多为隐伏—半隐伏矿体。矿体呈似层状、透镜状、脉状产于花岗岩与围岩的接触带、华严寺组、西阳山组及杨柳岗组中，规模以大中型为主。矿石类型有四大种：①黑色细粒块状矿石；②浅色细粒块状矿石；③黑色铁质纹层状矿石；④彩色粗巨晶矿石。成矿期次有4次：第1次，属中低温热液成矿作用，形成了黑色细粒块状矿石；第2次，为高温气液蚀变作用，形成了浅色细粒块状矿石，未形成工业矿体，仅形成了含萤石的蚀变岩脉；第3次，为低温热液成矿作用，形成了黑色铁质纹层状矿石；第4次，属中低温热液成矿作用，形成了彩色粗巨晶矿石。矿床规模属大型[2-5]。

2 岩石地层化学成分特征

2.1 华严寺组

(1) 微量元素：各类岩石中Rb、Sr、Ba、S及Cl元素含量均较高，此外，灰岩的Sn、Ni、Cs及Zr元素，大理岩化灰岩的Sn、Ni及Cs元素，泥灰岩的Be、Ni及Zr元素，泥质层的W、Ni、Th及Zr元素含量明显较高(表1)，根据综合分析对比，本文确定的高含量微量元素标准为：含量≥或接近10-6。

(2) 稀土元素：泥质层多数稀土分量最高，分布模式与其他岩石明显不同，轻稀土(La-Eu)呈凸型，重稀土(Eu-Lu)总体上呈平缓的右倾型。泥灰岩各稀土分量高于灰岩，二者分布模式基本相同，轻稀土(La-Eu)呈较陡的右倾型，重稀土(Eu-Lu)总体上接近平坦型。大理岩化灰岩与灰岩相比，多数稀土分量明显较低，少数相近，重稀土(Eu-Lu)分布曲线斜率明显较大(图1)。

表1 八面山矿区围岩及矿石微量元素含量

图1 八面山矿区华严寺组岩石稀土元素分布模式

2.2 西阳山组

(1) 微量元素：各类岩石的Rb、Sr、Ba、S及Cl均相对较高，此外，灰岩和大理岩化灰岩的Ni、泥灰岩的Sn、Ni及Zr、瘤状灰岩的Co、Ni、Th及Zr、泥质层的W、Co、Ni、Th及Zr明显较高(表1)。

(2) 稀土元素：泥质层的各稀土分量最高，分布模式与其他岩石明显不同，轻稀土(La-Eu)呈凸型，重稀土(Eu-Lu)总体上呈平缓的右倾型。泥灰岩和瘤状灰岩各稀土分量高于灰岩，二者分布模式基本相同，轻稀土(La-Eu)呈较陡的右倾型，重稀土(Eu-Lu)总体上接近平坦型(图2)。

图2 八面山矿区西阳山组岩石稀土元素分布模式

大理岩化灰岩与灰岩相比，多数稀土分量明显较低，少数相近，轻稀土(La-Eu)段均呈较陡的右倾型，灰岩的重稀土(Eu-Lu)段分布曲线总体上呈较平缓的左倾型，大理岩化灰岩的重稀土(Eu-Lu)段分布曲线接近平坦型(图2)。

2.3 杨柳岗组

(1) 微量元素：各类岩石Rb、Sr、Ba、Cl及S元素含量均较高，此外，灰岩的W、Ni及Zr元素，泥质层的W、Sn、Co、Ni、Th、U及Zr元素，泥灰岩的W、Ni及Zr元素含量明显较高(表1)。

(2) 稀土元素：泥质层多数稀土分量最高，分布模式与其他岩石明显不同，轻稀土(La-Eu)段呈凸型，重稀土(Eu-Lu)段总体上呈平缓的右倾型。泥灰岩多数稀土分量略高于灰岩，少数相近，二者稀土元素分布模式均呈平缓的右倾型(图3)。

2.4 岩浆岩

花岗岩的Rb、Sr、Ba、S、Cl、Th、Zr及U元素，花岗斑岩Rb、Sr、Ba、S、Cl、Th、Zr、Sn、Be及Cs元素含量较高，其他微量元素及F均较低，均不含萤石(表1)。花岗斑岩各稀土分量均高于花岗岩；二者分布模式接近，均呈Eu高度亏损型(图4)。

图3 八面山矿区杨柳岗组岩石稀土元素分布模式

图4 八面山矿区不同岩组稀土元素分布模式对比

3 不同岩类、岩性、成因对比分析

3.1 沉积岩类对比

3．1．1 泥质层与灰岩对比

(1) 微量元素对比：现代正常海水中Rb、Sr、Ba、S及Cl元素明显较高、其他微量元素明显较低[9]，因此，称Rb+Sr+Ba+S+Cl为正常海水型组合。Zr、W、Co、Th、U、Ni、Sn、Be、Cs元素在现代正常海水中含量极低，而在热液中易于富集和迁移，因此，称Zr+W+Co+Th+U+Ni+Sn+Be+Cs为热水型微量元素组合[9]。

高含量微量元素组合：灰岩主要为正常海水型，少量热水型；泥质层主要为热水型，次为正常海水型。泥质层热水型微量元素的种类及含量均明显高于灰岩。

(2) 稀土元素对比：泥质层与灰岩的稀土元素特征明显不同，主要表现在两方面：①泥质层的多数稀土分量及稀土总量均明显高于灰岩(图5、表2)；②分布模式：泥质层轻稀土(La-Eu)呈凸型、重稀土(Eu-Lu)段总体上呈平缓的波状右倾型，灰岩轻稀土(La-Eu)段呈较陡的左倾型、重稀土(Eu-Lu)段接近平坦型(图5)。

图5 八面山矿区不同类型沉积岩稀土元素分布模式对比

明显不同的化学成分特征反映了各自独特的成因。灰岩为正常海相化学沉积，沉积过程中有热水的轻度参与。泥质层为热水化学沉积成因，热水在运移过程中受到了正常海水的混染。海洋地质构造复杂，存在与深部相连的通道，深源的热水由通道可进入海水[10-12]。

泥质层的热水化学沉积成因，也获得岩石微观组构的支持。泥质层具细中粒半自形粒状板状结构，薄层状构造，矿物成分主要为辉石和钾长石、次为方解石和萤石，少量铁质矿物、绿泥石和金红石等。层有浅灰色和深灰色两种，两种层呈互层状，浅灰色以方解石和萤石为主，深灰色以辉石和钾长石为主。矿物呈半自形粒状或板状，不具搬运磨蚀特征，相互之间呈镶嵌接触关系。本矿区萤石形成温度为中低温[4-5]，所以，泥质层为中低温热水化学沉积成因，形成过程大致为：源于深部的富硅铝钾氟的热水，在运移过程中受到正常海水的混染，变为富硅铝钾氟钙碳的热水，降温过程中，不同的矿物交替析出，形成以辉石、钾长石、方解石及萤石为主的矿物组合，并具薄层状构造的泥质层。

表2 八面山矿区不同类型沉积岩化学成分特征对比

3．1．2 泥灰岩与泥质层和灰岩对比

泥灰岩的高含量微量元素组合、稀土分量、总量及分布模式、F和萤石CaF2介于泥质层和灰岩之间，偏近于灰岩，实质是泥质层和灰岩的组合(表2、图5)，由正常海相化学沉积作用与热水化学沉积作用交互形成，以前者为主。需说明的是：本处的泥灰岩包括前述的瘤状灰岩(后述同)，瘤状灰岩实质也是泥灰岩，不同点在于泥质呈瘤状产出。

3．1．3 大理岩化灰岩与灰岩对比

大理岩化灰岩与灰岩对比，微量元素差别不大，各稀土分量及总量明显低于灰岩，分布模式与灰岩基本相同，F和萤石CaF2低于灰岩(表2、图5)。岩石微观组构显示，大理岩化作用常伴有微弱的热液活动，使稀土元素、F和萤石有不同程度的带出。

3.2 岩性单位对比

(1) 沉积岩组对比：华严寺组、西阳山组及杨柳岗组正常海水型高含量微量元素组合相同，热水型高含量微量元素组合有相同部分，同时存在差异。华严寺组和西阳山组的接近，说明三者均形成于海相环境，沉积过程中均有热水的参与，但热水的化学成分不完全相同，华严寺组和西阳山组的接近(表3)。

稀土元素含量、F及萤石CaF2，华严寺组与西阳山组的差别不明显，杨柳岗组明显高于华严寺组和西阳山组(表3)。稀土元素分布模式：西阳山组与华严寺组的接近；杨柳岗组、西阳山组和华严寺组的差别明显，主要差别为重稀土(Eu-Lu)段的斜率明显不同，西阳山组和华严寺组重稀土段近水平，杨柳岗组重稀土段明显向右倾(图4)。进一步说明三个组沉积时参与的热水化学成分不完全相同。

表3 八面山矿区围岩与矿石化学成分特征对比

(2) 岩浆岩组对比：花岗岩和花岗斑岩的高含量微量元素组合略有差异，前者稀土总量明显低于后者。二者稀土元素分布模式接近，均呈Eu高度亏损型，但存在明显系统差异，花岗斑岩的曲线似以右端为中心向上旋转了几度。花岗斑岩的F明显高于花岗岩，二者均不含萤石CaF2(表3、图4)。二者是同一次岩浆活动不同演化阶段的产物，在岩浆演化过程中，化学成分发生系统的小幅度变化，氟在后期阶段富集。萤石属中低温矿物，不可能由岩浆中直接结晶析出，氟主要以类质同象形式存在。

(3) 沉积岩与岩浆岩对比：高含量微量元素组合主要差别为Ni、Co及W元素仅在沉积岩中出现，U元素仅在岩浆岩中出现，岩浆岩稀土总量明显高于沉积岩。总体上看，沉积岩的F高于岩浆岩，沉积岩含萤石CaF2，岩浆岩不含，稀土元素总量及分布模式截然不同。上述明显差异，由完全不同的两种地质作用所致(表3、图4)。

3.3 与成矿的关系

不同期次形成的矿石稀土元素分布模式和稀土总量与岩浆岩的截然不同，与沉积岩(特别是华严寺组和西阳山组)的较接近(图6)。岩浆岩特有的高含量微量元素U在矿石中未出现，沉积岩特有的高含量微量元素Ni和W在矿石中出现。所以，成矿物质源于沉积岩。

图6 八面山矿区萤石矿石稀土元素分布模式

进一步分析，第1、4期次矿石高含量微量元素组合与华严寺组和西阳山组的接近，第2、3期次矿石高含量微量元素组合与华严寺组、西阳山组及杨柳岗组的接近。所以，第1、4期次矿石物质主要源于华严寺组和西阳山组，第2、3期次矿石物质主要源于华严寺组、西阳山组及杨柳岗组。

就岩性对比，矿石高含量微量元素组合与泥质层和泥灰岩的最接近，此外，泥质层的F含量最高，所以，成矿物质主要源于泥灰岩中的泥质层。而矿石的稀土元素分布模式与泥质层差异较大，主要原因为成矿介质运移过程中，在溶蚀泥质层的同时，也溶蚀灰岩物质所致。

4 结论与讨论

(1) 主要沉积岩类(泥质层，灰岩，泥灰岩，大理岩化灰岩)化学成分特征及成因存在明显异同。

灰岩高含量微量元素组合主要为正常海水型、少量热水型，稀土元素分布模式呈“右倾型+近平坦型”，稀土总量、F及萤石CaF2较低，由正常海相化学沉积作用形成，沉积过程中有源于深部热水的轻度参与。泥质层高含量微量元素组合主要为热水型、次为正常海水型，稀土元素分布模式呈“凸型+右倾型”，稀土总量、F及萤石CaF2最高，为热水化学沉积成因，热水源于深部，运移过程中受到正常海水的混染。泥灰岩化学成分特征介于灰岩和泥质层之间、偏近于灰岩，由正常海相化学沉积作用与热水化学沉积作用交互形成，以前者为主。大理岩化灰岩与灰岩的微量元素组合和稀土元素分布模式差别不大，前者稀土总量、F及萤石CaF2明显低于后者，伴随大理岩化的微弱热液活动，是使化学成分差异的主要原因。

(2) 不同岩性单位化学成分特征存在明显异同，华严寺组和西阳山组的化学成分特征接近，杨柳岗组与二者差异明显，三者均形成于海相环境，沉积过程中均有热水的参与，但热水的化学成分不完全相同。

花岗岩和花岗斑岩的化学成分特征接近，二者以高含量微量元素含U，不含Ni、Co及W元素。稀土总量高，稀土元素分布模式呈Eu高度亏损型，F含量较低，不含萤石而区别于沉积岩。

(3) 与成矿关系：第1、4期次矿石物质主要源于华严寺组和西阳山组泥质层，第2、3期次矿石物质主要源于华严寺组、西阳山组及杨柳岗组泥质层。找矿方向主要为华严寺组和西阳山组，次为杨柳岗组。