河南方城莫沟萤石矿床地质特征及成因分析

蒋济勇，张青松，焦紫辉，邢 昊，韩志坤

(中化地质矿山总局河南地质局，河南 郑州 450000)

萤石作为我国战略性矿产资源，广泛应用于新能源、新材料等战略性新兴产业及国防、军事、核工业、化工、冶金、建材等领域，具有不可替代的战略地位。

河南方城县莫沟萤石矿地处豫南萤石矿矿集区，成矿区带划分属滨太平洋成矿域(I-4)，华北(陆块)成矿省(II-4)，豫南萤石成矿带(IIIF-7)[1-11]。本区萤石矿成矿地质条件较好，已发现的萤石矿有土门、刘营、老费家等。方城县莫沟萤石矿主要产于岩体附近大理岩等变质岩内构造中，以往综合研究较少。本文对方城县莫沟萤石矿床地质特征进行了研究，初步总结了成矿规律和成因类型，为该区找矿工作提供了可靠资料。

1 区域成矿背景

1.1 地质背景

本区大地构造地处华北陆块和秦岭造山带两个一级构造单元的过渡部位；二级构造单元属豫皖古陆块(I3)；三级构造单元属太华—登封岩浆弧(I32)。地层区划属华北地层区豫西地层分区熊耳山小区[2-4]。区内出露地层有中元古界宽坪群、熊耳群；中元古界官道口群高山河组、龙家园组；新元古界栾川群三川组、南泥湖组、煤窑沟组、大红口组；下古生界陶湾群风脉庙组、秋木沟组及第四纪全新统，地层总体呈北西—南东向展布。其中栾川群煤窑沟组是研究区萤石矿主要赋矿层位。

区域断裂构造、皱褶构造发育，构造线总体呈北西—南东向展布，少量北东向。主要褶皱有柳树沟—三道河向斜、潘坪—小店背斜、牡丹垛—西大山倒转背斜、陈家—姚店倒转背斜。主要断层有老李山逆冲断层、小立山逆冲断层、鹁鸽崖逆冲断层、郭沟韧性剪切带[3]。

区域上岩浆活动强烈，岩浆岩分布广泛。火山岩主要有熊耳群的中性熔岩和栾川群的弱碱性粗面岩类；侵入岩主要有中元古代花岗斑岩岩体、晚元古代双山正长岩体、加里东早期辉长岩、燕山早期四里店斜长花岗岩岩体；脉岩种类繁多，从基性至酸性均有出露(图1)。矿产以钼、金、铅、锌、铜、萤石等为主[3]。

图1 河南方城县莫沟一带区域地质图[3]

燕山期中酸性花岗岩体，与萤石成矿关系最为密切，基本控制或影响了区内萤石矿的形成，岩体内断裂构造处、岩体与外围地层的接触带、岩体与其他侵入岩的接触带是萤石矿形成的有利部位，是寻找热液充填型萤石矿的重要标志[12]。

2 成矿地质条件

2.1 地层

研究区出露地层主要为新元古界栾川群煤窑沟组，新生界第四系。新元古界栾川群煤窑沟组主要为一套变质碎屑岩和碳酸盐岩沉积建造，属滨海—浅海沉积，是萤石矿的主要赋矿层位。地层总体走向呈北西—南东向，倾向350°～30°，倾角45°～70°。据岩性不同分二个岩性段：①上段(Pt3m2)：分布于矿区西北部，出露面积约占矿区面积的5%，主要岩性为大理岩夹二云石英片岩；②下段(Pt3m1)：分布于矿区中部、南部，出露面积约占矿区面积的75%，主要岩性为二云石英片岩夹炭质片岩、大理岩等。该套地层中的大理岩在研究区内呈透镜状、碎片状分布(图2)。

与萤石成矿关系密切的地层主要为新元古界栾川群煤窑沟组下段大理岩(mb(Pt3m1))，Ⅰ～Ⅵ号矿体均分布于该地层中(图2)。大理岩属较坚硬块状的脆性岩石，在构造作用下易产生较多较大的断裂裂隙，有利于矿液的活动、沉淀和聚集，从而形成萤石矿。而片岩类岩石在该地区其本身揉皱较大，受力后易揉曲，难以形成大的开阔断裂，使矿液在空间活动受到限制，一般不利于萤石成矿。

图2 莫沟萤石矿地质简图

2.2 构造

受栾川—维摩寺区域性大断裂、大陡垛—鲤鱼垛向斜及多期次构造运动共同影响，区内小褶皱、断裂构造发育，断裂构造多为隐伏构造，以北西向、近东西为主，主要有4条，断层均为顺层构造，除了F4断层产状较陡外，其余断层产状与地层基本保持一致。主要特征如下：①F1断裂走向295°，倾向北东，倾角55°～70°，构造总体表现为张—张扭性质，晚期有压—压扭性活动叠加，Ⅱ号矿体赋存于该断裂中；②F2断裂走向289°，倾向北东，局部产生旋转，倾角55°～65°，Ⅰ、Ⅳ号矿体赋存于该断裂中；③F3断裂走向295°，倾向北东，倾角65°～80°；④F4断裂走向250°，倾向北，倾角近直立，约85°，Ⅶ号矿体赋存于该断裂中(图2)。Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ号矿体则分布于层间裂隙构造中。矿体受断裂控制明显，萤石矿体的形成均与之相关。

F1、F2断裂为研究区主要构造，在其两侧发育一系列平行或斜交的次级断裂或裂隙控制研究区内萤石矿体的分布，与研究区萤石矿成矿关系密切。F1断裂控制Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ号矿体的分布，F2断裂控制Ⅰ、Ⅰ-1、Ⅲ、Ⅳ号矿体的分布，F3断裂围岩为二云石英片岩，断裂带内未见萤石矿化。

通过分析，认为单一的断层对成矿不十分有利，往往许多小断层形成数个近平行或斜交的密集断层组，或构成一些构造破碎带，且围岩为大理岩，对萤石成矿极为有利。

2.3 岩浆岩

区内岩浆活动强烈，分布有燕山早期四里店斜长花岗岩岩体，出露面积约0.3km2，分布于矿区东北部，与煤窑沟组呈侵入接触关系。另外，少量脉岩出露。区内与萤石矿床有关的侵入岩绝大部分为燕山期侵入岩[1]。本区七个萤石矿体分布于燕山期花岗岩体外围栾川群煤窑沟组地层中的构造或层间破碎带中，但Ⅰ、Ⅰ-1、Ⅲ、Ⅳ四个矿体中心位置分布有花岗岩脉；Ⅱ号矿体北236m处有二长黄岗岩脉；Ⅶ号矿体紧靠四里店斜长花岗岩岩体；Ⅴ、Ⅵ号矿体处于花岗岩脉和二长花岗岩脉之间，距离约400m(图2)。

2.4 变质作用

矿区处于栾川—维摩寺区域深大断裂的北侧，岩浆活动频繁，构造运动呈多期次性特征[1-3]，致使区内区域变质作用、动力变质作用的程度较强，新元古界栾川群煤窑沟组的原岩均发生片理化作用，形成石英片岩或炭质片岩等；在岩体与围岩的接触部位尚可见接触热变质作用的产物，如大理岩等。新元古界栾川群煤窑沟组主要为一套变质碎屑岩和碳酸盐岩沉积建造，在区域变质作用、接触变质作用过程中，热液中的钙元素为萤石成矿提供了物质来源。

3 矿床地质

3.1 矿体特征

莫沟萤石矿均分布于新元古界栾川群煤窑沟组大理岩与二云石英片岩接触带附近大理岩一侧断裂构造内，矿体严格受断裂构造控制，矿体产状与断裂构造基本一致。矿体呈脉状、透镜状。共圈出7个萤石矿体。萤石矿体总体走向为北西—南东向，倾向北东和南西均有，倾角50°～85°不等，总体产状与围岩基本一致，矿体长93～247m不等，矿体呈脉状、透镜状，矿体厚度1.49～2.77m，平均厚度1.95m，CaF2品位27.88%～49.12%，平均品位39.66%[9](表1)。

表1 莫沟萤石矿体特征表

3.2 矿石特征

矿石矿物单一，为萤石，萤石颜色以淡紫色、灰白色为主(图3a、b)，局部见淡绿色、灰色(图3c、d)。脉石矿物主要为石英、方解石、金云母、白云母，次为绢云母、阳起石等(图3e、f)。

矿石结构为他形中细粒片状粒状变晶结构。矿石构造主要为条带状构造(图3c)、次为条纹—条带状构造(图3a)、块状构造、角砾状构造(图3d)。条带状构造一般由萤石与石英、玉髓条带相间分布形成条带状构造，该类构造矿石在矿区分布较多，条带延伸与矿体产状基本一致；条纹—条带状矿石表现为暗色石英条纹与灰白色萤石条带相间分布，该类型矿石只在局部出现；块状矿石主要有淡绿色、少量淡紫色萤石聚集块状，脉石矿物含量很少，块状构造矿石主要分布于矿体中间部位，尤其是矿体膨大部位；角砾状矿石由硅质角砾、萤石矿角砾和胶结物组成，角砾一般均具张性角砾特征，角砾状构造矿石主要分布于块状矿石两侧或矿体局部产状变化部位。

图3 矿石特征

根据矿石中矿物共生组合特征，将研究区内萤石矿划分为方解石—萤石型、方解石—石英—金云母—萤石型、方解石—金云母—萤石—石英型三种矿石类型。根据矿石的构造特征，划分为条带状矿石、块状矿石、角砾状矿石。

3.3 矿体围岩及蚀变

矿体围岩主要为大理岩，矿体与围岩界线清晰，虽然矿体局部与直接围岩硅质大理岩存在渐变过渡现象，但与赋矿构造间接围岩界线截然分明。矿体内局部见大理岩、片岩夹石。

围岩蚀变主要有硅化、萤石化、绢云母化、碳酸盐化、次为绿泥石化、黄铁矿化、辉钼矿化等，蚀变不均匀，蚀变带宽一般1～2m，局部达19.68m，分带不明显。蚀变强度由矿体向两侧呈渐弱趋势。与萤石关系密切的蚀变为硅化、萤石化、绢云母化。硅化：主要在大理岩裂隙中发育，形成硅质细脉或网脉，多呈条带状平行分布，也有呈细粒集合体交代围岩。萤石化：在矿体围岩中普遍存在，多呈灰白色、浅紫色，沿裂隙、节理、层面贯入，呈细条带状、脉状，或呈浸染状交代围岩，与硅质条带相间分布或无规则分布于大理岩中。绢云母化：研究区内绢云母化与萤石关系密切，主要沿围岩层理、节理、裂隙分布，或以集合体的形式交代围岩，保留被交代物的假象(图3f)。碳酸盐化：主要以方解石形式充填于围岩或矿石裂隙和孔洞中，常呈脉状，并交代萤石和一些早期金属物，碳酸盐化发育处常见黄铁矿化。辉钼矿化：呈鳞片状，常沿岩脉或矿体的节理面分布(图3b)。黄铁矿化：围岩中不发育，呈细脉状、团块状、浸染状分布，常与后期石英共生，也见于方解石脉中。

4 成矿物质来源探讨

围岩与萤石矿的成矿关系：区内地层受区域断裂构造影响，在大理岩和片岩接触部位大理岩一侧产生层间断裂构造或裂隙，形成含矿流体运移通道及储矿空间，含矿流体运移至大理岩内层间断裂后，沿断裂构造或裂隙充填，在封闭的低温环境下，经过含矿流体与周围大理岩相互作用，成矿物质沉淀富集形成萤石矿体，致使萤石矿体受断裂构造控制。但片岩内未见萤石矿化，推测萤石中Ca可能来源于大理岩，F由异地供给。曹俊臣[6]对全国14个典型矿床进行了萤石气液包裹体氢氧同位素特征研究，结果表明萤石矿成矿溶液主要由大气降水组成。

岩浆作用与萤石矿的成矿关系：矿区分布有斜长花岗岩、二长花岗岩脉，萤石矿脉其本在岩体或岩脉附近分布。根据研究区东部的土门萤石矿对斜长花岗岩取样分析结果显示，岩浆岩中的F含量较高，推测萤石矿中的矿化剂F来源于岩浆岩[13]。另外，根据刘纪峰等[7]河南方城刘营萤石矿稀土元素钕(εNd＜0)亏损，指示成矿物质壳源特征显著，成矿物质中的Ca来源于地壳确定无疑，测得萤石的成矿年龄为141 Ma，指出其主成矿时代为早白垩世[14]。

5 矿床成因分析

研究区矿床地质特征，显示其成因为热液充填型，特征反映如下。莫沟萤石矿多为陡倾斜状赋存于层间断裂构造中，矿体呈脉状、透镜状，其分布、形态、规模、产状严格受断裂构造破碎带控制，矿体与围岩界线清晰。矿石结构为他形中细粒片状粒状变晶结构，矿石构造主要为条带状构造、次为块状构造、角砾状构造。

萤石矿围岩蚀变类型基本上为中低温蚀变，蚀变种类主要为硅化、萤石矿化、绢云母化、碳酸盐化、次为绿泥石化、黄铁矿化等，只局部见高温蚀变辉钼矿化(图3b)。根据矿区周边的土门萤石矿爆裂法测定温度显示，萤石结晶温度86℃～132℃，表明萤石矿成矿温度为中低温，与矿体围岩蚀变类型吻合[5，13]。

综上所述，认为本区萤石矿应属中低温热液充填型。