河南信阳县尖山萤石矿床地质特征及成因浅析

门道改，秦林坡，王 菲，于磊刚，伏 雄

(1.河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州 450018；2.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450018)

0 引言

近年来，我国把萤石矿列入国家战略性矿产资源储备管理，推动了各地对萤石矿的找矿勘探和研究[1-6]。尖山萤石矿区地理位置处于信阳、桐柏及确山三县的接攘部位，其中心地理坐标为东经113°49＇00＂、北纬32°34＇00＂。该矿区划分为老虎洞、五里坡及尚楼三个矿段，矿床规模为大型。该矿床发现于1958年，1960—1964年，河南省冶金煤炭工业厅地质勘探基建公司第四队对五里坡及老虎洞二矿段展开普查评价，并提交了普价评价报告；1964—1967年，该勘探队对区内尚楼、老虎洞和五里坡矿段分别进行了普查评价和勘探工作，并提交了普查评价报告(尚楼)及勘探报告；1988年，中国有色金属工业总公司河南地质三队对尚楼矿段五号脉四号矿体(S5-4)开展地质详查工作，并提交了详查报告。最终，三个矿段累计探明 (331)+(332)+(333) 类萤石矿石量486.02万吨[7-9]，其中富矿矿石量 [w(CaF2)≥55%] 344.26万吨，贫矿矿石量 [20%≤w(CaF2)<55%] 仅为141.76万吨，富矿矿石量占比71%，矿石质量优良，矿床的规模为大型。然而，迄今为止，对该矿床却未有报道。因此，笔者在总结本矿床区域成矿背景和矿床地质特征的基础上，对其成因进行了初步探讨，以期对今后豫南地区萤石矿的找矿工作起到借鉴作用。

1 区域地质背景

尖山萤石矿区大地构造位置属于大别造山带西端(图1)[1]，区域构造上则位于毛集破碎带的北侧[7]，成矿区划为豫南萤石成矿带[10]，该成矿带总体呈NW-SE向产出，分布于栾川-嵩县南部-南召-方城-信阳-新县一线，有众多萤石矿产出，代表性矿床有嵩县车村阳桃沟、南召观音寺、方城土门和新县朱店萤石矿等[2，11-22]。

图1 大别造山带区域地质略图(据文献[1]修改)

区域出露地层由老至新主要有古元古界毛盖群(Pt1M)、聂家寨群(Pt1N)及中元古界尖山群(Pt2J)、杨庄群(Pt2Y)和新生界第四系(Q)等。其中毛盖群分布于区域最北部毛盖-祖师顶一带，主要为二云母钾长片麻岩夹薄层云母片岩和角闪片岩；聂家寨群分布在聂家寨大石岭一带，大理岩与角闪片岩交替出现；尖山群展布于区域中部双头山-尖山一带，主要为绢云母片岩、石英云母片岩、角闪片岩、石英岩夹薄层大理岩；杨庄群则发育于区域北部祖师顶一带，主要有云母片岩、角闪片岩夹薄层大理岩。

区域构造复杂，构造线呈NW—SE向。区域褶皱构造较为发育，主要有桐柏复式向斜和(轴向与区域构造线方向总体一致)，其次为发育于花岗岩浆侵入部位(天目山一带)的罗楼背斜和一系列变质岩区特有的小型紧闭褶皱，显示出受区域应力作用的变形特征。区域断裂构造十分发育，有近EW向、近SN向、NE-SW向及NW-SE向等四组，主要为高角度正断层，一般长1～5 km。在区域中部为老虎洞-五里坡断裂带，西南部毛集-鸳鸯寺一带则为毛集破碎带。各断层均为萤石矿脉或石英脉所充填。

区域岩浆活动强烈，主要有晋宁期和燕山晚期两期侵入活动。前者岩石种类为闪长岩，出露于区域南部毛集-罗汉山-邢集一带，为光武城岩体的一部分；后者岩石类别为花岗岩，出露于区域北东部天目山地区(天目山花岗岩)及西南部鸳鸯寺地区(鸳鸯寺花岗岩)，与萤石矿成矿关系密切。此外，尚发育有花岗细晶岩脉、花岗正长斑岩脉及石英脉等脉岩。

区域金属矿产主要为萤石矿，有母子岭、天目山、罗汉山、鸳鸯寺和尖山萤石矿床，其次有钼、铌、钽矿点。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层由老至新主要为古元古界聂家寨群(Pt1N)、中元古界尖山群(Pt2J)及新生界第四系(Q)等(图1)。其中聂家寨群沿区域构造线方向呈条带状分布于矿区北东部尚楼矿段，岩性主要为角闪片岩及大理岩等，其中角闪片岩为此群的主要的赋矿岩石，大理岩仅在局部可见萤石矿化(如S7-1)；尖山群亦沿区域构造线方向主要出露于矿区西南部的老虎洞、五里坡矿段鸳鸯寺花岗岩株的边缘部位，少部分则零星出露于该花岗岩体之中，岩性主要为角闪片岩、石英云母片岩，绢云母片岩及石英岩等，其中角闪片岩和石英云母片岩为该群的主要赋矿岩石；第四系残坡积物则沿沟谷地带分布。

2.2 构造

矿区褶皱构造不甚发育，仅局部有一些小型紧闭褶皱。矿区断裂构造发育，均为高角度(70°～80°)斜滑正断层。按走向可分为NEE向、NWW向、近SN向及近EW向四组，其中前两组规模较大，断距约50 m，最大断距达115 m；后一组断层规模较小，一般长百米至数百米。断层多为石英脉或萤石脉充填，说明断裂是成矿的主要控制因素。此外，局部发育成矿后断裂，对矿体有一定的错动和破坏作用，形成小范围的无矿地段(图1)。

2.3 岩浆岩

3 矿床地质特征

矿区自西向东可分为老虎洞、五里坡及尚楼等3个矿段。3个矿段共圈出长度大于100 m的萤石矿脉41条，规模较大者有16条，其中老虎洞7条，编号分别为L1～L5、L11、L13；五里坡7条，编号分别为W1～W5、W19、W12；尚楼2条，编号分别为S1、S5 (图2、表1)。矿区三个矿段16条主要矿脉中共圈出萤石矿体36个，其中老虎洞14个，五里坡12个，尚楼10个(表1)。

图2 尖山萤石矿区地质简图(据文献[8]改编)

表1 尖山萤石矿区主要矿脉特征

3.1 矿体特征

3.1.1 矿脉特征

矿区矿脉均产于断层中，其产状、形态、规模及空间分布均受断层严格控制。总体而言，矿脉产状较为稳定，呈急倾斜脉状，倾角70°～80°。矿脉走向整体分为NEE向、NWW向、近EW向、近SN向四组(表2)。大多数矿脉不是单一走向，常有转折性变化，即由某一走向转为另一走向。矿区各主要矿脉的产状和规模见表1。

表2 尖山矿区萤石矿脉产状统计

矿脉形态沿走向呈脉状、似豆荚状波状弯曲，局部有分枝、复合现象，少数矿脉(如W4、W5)较平直，膨胀、弯曲变化小。矿脉在花岗岩中通常呈单脉状产出，分枝变化小，当其沿走向延伸至片岩中，即呈分枝状细脉。矿脉沿倾斜方向呈较稳定的脉状，向下延伸至150 m处，呈分枝或呈楔状尖灭(递变为石英、方解石脉)[2]。在小石岭和五里坡两地，不同方向的矿脉集中分布，互相交叉时，在平面上的分布形态呈束状、帚状、格子状、树枝状和侧幕状等(图1)。

3.1.2 矿体形态、产状及规模

矿脉中赋存的各矿体沿走向多呈波状、脉状延伸(图2)，沿倾斜方向则呈稳定脉状(图3)或扁豆状延深。

矿体的产状和规模严格受断裂构造控制，其特征：

1)矿体主要赋存在NWW向、NEE向、近EW向断层中，近SN向断层则多为石英脉所充填。

2)在断层(矿脉)交叉、复合及波状湾曲较强烈地段，通常赋存有较大的矿体，而在湾曲变化较小的断层中，仅有小矿体断续分布。

3)矿体多产于鸳鸯寺花岗岩株内接触带之花岗岩的构造裂隙中(图2、图3)，少数则赋存于该岩体外接触带之古元古界聂家寨群(Pt1N)和中元古界尖山群(Pt2J)角闪片岩、石英云母片岩、大理岩破碎带内(图2)。矿体通常延深100～150 m，最大延深达300 m(表1)。

图3 尖山萤石矿区老虎洞矿段L1号萤石矿脉

4)分布十分密集、分枝复合频繁断层中的矿体规模小、埋藏浅，一般在40 m以浅。

3.1.3 矿体厚度及品位变化特征

1)矿体的厚度变化与形态紧密相关，其特征：沿走向厚度的大小呈更替性变化，膨胀、狭缩十分明显，膨胀部位可厚达6.90 m，狭缩之处厚度仅数厘米至20 cm(如老虎洞W1号脉在地表114线附近)。沿倾向一般在垂深100 m以浅，厚度较稳定；100 m以深逐渐变薄，乃至尖灭。通过对矿区老虎洞和五理坡两矿段14条主要矿脉中14个最大矿体厚度变化系数的计算(表3)，结果显示矿体的厚度变化属小-中等类型(36.36%～58.99%)。

2)矿体的品位沿走向呈不规则跳跃式变化，一般品位为65%～70%，最高可达97.25%，局部小于20%，如老虎洞一号脉(L1)在地表102～100勘探线间及103线垂深100 m以下，老虎洞五号脉(L5)在地表27～31勘探线间；沿倾向矿体上部品位较高且稳定，一般富集在垂深100 m以内，100 m以下则石英逐渐增多，以至递变成石英脉。在老虎洞一号脉(L1)西段126勘探线及东段131勘探线附近，深部(100～150 m)还出现了方解石。通过对老虎洞和五里坡两矿段主要矿脉中最大矿体品位变化系数的计算(表3)，结果表明，品位变化属极均匀-均匀类型(11.34%～31.44%)。

表3 尖山萤石矿区主要矿脉中矿体厚度及品位变化系数

3)矿体的品位和厚度之间显示为正相关变化。通过对老虎洞一号脉(L1)地表可采地段的品位厚度相关系数的计算，其结果为+0.38，说明品位与厚度之间存在正相关关系。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石矿物成分

矿区矿石矿物成分为萤石，脉石矿物主要石英，偶有石髓，局部可见方解石。

3.2.2 矿石结构构造

矿石结构 主要有压碎结构、半自形-他形晶粒状结构，其次有似文像结构，偶尔有胶体结构。①压碎结构是矿石受成矿后构造应力的作用，使萤石节理破裂形成，常含细脉状石英，易于破碎。②半自形-他形晶粒状结构是由多种颜色的半自形-他形萤石晶粒不规则地镶嵌而成，矿石品位高。③似文像结构多发育于贫矿石中，是含CaF2与SiO2之晶液在结晶过程中，分离析出的结果。萤石呈蠕虫状、透镜状及滴状镶嵌在石英中。④胶体结构仅见于次生矿石中，为次生萤石(有时为石英)呈同心环状聚集在原生萤石或花岗岩碎块边缘形成。

矿石构造 以块状、角砾状构造为主，浸染状、网格状构造次之。①块状构造：萤石聚集成致密块状，矿石品位高(图4a)。②角砾状构造：早期萤石、石英或花岗岩破碎后形成角砾，为晚期萤石或石英所胶结。角砾大小不一，通常棱角尖锐。胶结型式多为基底式、杂乱粒状胶结式。按角砾及胶结物的不同，分为萤石胶结萤石角砾(图4b)、石英胶结萤石角砾、萤石胶结花岗岩或石英角砾 (多见于贫矿石中) 等类型，前两种最常见。③浸染状构造：萤石呈小团块状、星点状浸染在石英中，仅见于贫矿中。④条带状构造：萤石中发育近于平行的条带状石英(图4c)。⑤网格状构造：致密块状萤石或石英受力后产生网格状节理，被晚期石英或萤石充填形成，主要见于贫矿中(图4d)。

图4 矿石构造素描图

3.2.3 矿石类型

矿石自然类型：该矿床仅局部受到轻微风化，次生矿石较少见，原生矿石是最主要的自然类型。

矿石工业类型：依据工业利用对矿石中有用组分 (CaF2) 含量的要求，矿石可分为富矿石 [w(CaF2)≥55%] 和贫矿石 [20%≤w(CaF2)<55%] 两种类型。

3.3 矿石化学成分

矿石化学成分简单，主要为CaF2及SiO2，两者含量互为消长，w(CaF2+SiO2)≥90%。其他组分如S、P、Pb及Zn的含量总和亦随CaF2含量增高而减少，通常w(CaF2)=75%时，其他组分含量总和小于5%；当w(CaF2)<75%时，其他组分含量总和介于5%～12%之间。

4 围岩蚀变

矿体顶、底板围岩均遭受了强裂的热液蚀变，蚀变范围一般为数十厘米至几米，蚀变种类因围岩岩性不同而异。花岗岩的近矿蚀变种类主要为硅化和绢云母化，其次为高岭土化等；角闪片岩的近矿围岩蚀变则主要有硅化和绿泥石化等。各蚀变主要特征如下：

硅化：花岗岩硅化后，具变余花岗结构，块状构造，岩石致密坚硬。硅化花岗岩分布极广，其范围由几厘米至数米，最宽可达十余米。通常矿脉下盘蚀变较强，离矿脉渐远则减弱。局部硅化极为强烈，花岗岩则蚀变为次生石英岩。某些矿脉常沿走向形成较大硅化带，如老虎洞5号脉与11号脉西段，非常明显。角闪片岩硅化后变很坚硬，硅质沿片理交代，硅石具条带状构造，硅化极强烈时则呈块状构造。

绢云母化：矿脉两侧的花岗岩普遍绢云母化，以上盘较强烈。蚀变范围一般为数十厘米至5 m。绢云母呈黄绿色鳞片状分布在长石边缘，有时具长石假象。常与高岭土化或硅化同时出现。局部绢云母进一步蚀变为叶蜡石。花岗岩绢云母化后较松软。

高岭土化：近矿花岗岩在1～5 m范围内，不同程度地受到高岭土化，蚀变轻微者，岩石褪色；强烈者，长石全部被高岭土交代，岩石呈白色或灰白色，且较松软。

绿泥石化：近矿角闪片岩(主要是矿脉上盘)常有一定程度的绿泥石化，岩石呈暗绿色，带丝绢光泽。该蚀变多与硅化相伴出现，蚀变范围为1～10 m。

上述各种蚀变常相伴出现，以硅化、绢云母化、硅化-绢云母化最为常见，可作为良好的找矿标志。

5 矿床成因

综上所述，尖山萤石矿床的成因具有以下特点：

1)区内燕山晚期花岗岩浆侵入极为强烈，花岗岩的副矿物中有氟磷灰石，表明岩浆中含氟，且矿体主要产于花岗岩内接触带及附近。因此，可以认为萤石矿床的形成与燕山晚期的酸性岩浆侵入活动有成因联系，即岩浆期后的热水溶液为萤石矿床的成矿热液。

2)各萤石矿脉的产状、形态、规模及空间分布均受断层严格控制，且矿体与围岩界线清晰，表明沿裂隙充填是成矿作用的主要方式。

3)矿石矿物共生组合、矿石结构、构造及围岩蚀变均具有中-低温热液矿床的特征。

6 结论

尖山萤石矿床矿脉受断裂构造控制明显，成矿与燕山晚期花岗岩的侵入活动密切相关，矿脉主要分布于花岗岩体的内、外接触带，以前者为主。矿床成因类型为岩浆期后中-低温热液充填型矿床。