河南信阳尖山萤石矿地质特征及成因分析

2022-10-12黄传计

中国煤炭地质 2022年9期

杨森，黄传计，赵伟

(1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，郑州 450016；2.河南省有色金属地质矿产局第一地质大队，郑州 450016； 3.河南省有色金属地质矿产局第五地质大队，郑州 450016)

0 引言

萤石作为我国重要的战略性矿产资源，资源优势明显。我国萤石储量已连续多年居全球第二，产出与消费量居全球首位[1-2]。2018年，我国萤石进口量首次超过出口量[3]。萤石是工业上氟元素的主要来源，是重要的非金属矿物原料之一[4-6]。随着世界经济的快速发展，萤石矿产资源消费与需求量不断攀升，萤石矿产资源日益受到重视[7]。近十几年来，河南省对萤石矿的勘查工作非常重视[8]，将萤石矿作为重要的勘查矿种之一，但是萤石矿找矿难度越来越大。通过对信阳尖山萤石矿区的勘查经历以及矿区地质特征和矿床成因进行分析和总结，对附近其他相同类型的萤石矿区的找矿工作具有重要借鉴意义。

1 区域地质背景

河南信阳尖山萤石矿床位于河南信阳、桐柏、确山三县交界处,属大型萤石矿床。矿床所处大地构造位置为秦岭东西构造带东端边缘,毛集破碎北侧[9-11]。本区大地构造位置横跨华北板块南缘和秦岭造山带东段，以羊册—明港断裂为界，北部为华北板块，南部为北秦岭造山带(图1)[12-13]。

区域内地层主要为古—中元古界结晶片岩系，呈北西—南东向分布，主要地层有中元古界毛集岩群、新元古界栾川群、下古生界二郎坪岩群及新生界第四系。区域内岩浆岩活动强烈，在多个地质时期均有较强烈的岩浆活动，且种类繁多，超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩、碱性岩皆有出露；脉岩种类繁多，主要有花岗细晶岩、花岗正长斑岩、石英脉及萤石脉等，穿入花岗岩及变质岩系中[14-16]。岩浆活动期次多、延续时间长、规模大，为本区内生矿产的形成提供了物质来源和热动力。规模较大且与萤石矿化关系较紧密的岩体有位于北东部的燕山期天目山花岗岩体。

1.新生界；2～5.南秦岭褶皱带；2.泥盆系南湾组；3.新元古界肖家庙岩组；4.中元古界龟山组；5.元古界桐柏山片麻杂岩；6～10北秦岭褶皱带：6.上古生界蔡家凹岩组；7.下古生界二郎坪岩群；8.上古生界歪头山岩组；9.中元古界毛集群；10.古元古界秦岭岩；11～12 华北地台南缘褶皱带；11.新元古界栾川群；12.中元古界汝阳群；13.白垩纪天目山超单元花岗岩；14.白垩纪梁湾花岗岩；15.白垩纪老湾花岗岩；16.燕山期晚期花岗岩；17.燕山期早期花岗岩；18.加里东期花岗岩；19.加里东期花岗闪长岩；20.加里东期闪长岩；21.晚白垩世石英正长岩；22.正长石英斑岩脉；23.正断层；24.木家垭-固庙断裂；25.西官庄-松扒断裂；26.朱阳关-大河断裂；27.栾川-明港断裂图1 桐柏—天目山一带地质略图

区域内构造复杂，区域构造线总体呈北西-南东向展布，主要表现为以羊(册)-明(港)断裂为代表的多条走向290°～320°的深大断裂的分布，各地层单元以它们为界相互拼贴在一起。断裂活动十分强烈，断层特别发育于花岗岩体中，主要为高角度斜滑正断层，按其走向可分为近南北向、近东西向、北东—南西向和北西—南东向四组，一般长达1～5km。在区域中部为老虎洞-五里坡断裂带，西南部为毛集破碎带。褶皱在一定的程度上控制着花岗岩的分布(天目山花岗岩)，断裂(毛集破碎带)对闪长岩及花岗岩的分布也有很大影响而对萤石矿脉分布的控制作用尤为显著。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质概况

矿区矿脉分布较广，区内分为老虎洞、五里坡及尚楼三个区段(图2)。

1)地层。区内地层出露简单，仅有中元古界毛集岩群回龙寺岩组(Pt2h)，新元古界栾川群鱼库组(Pt3y)和新生界第四系(Q)。主要为角闪片岩、石英云母片岩、夹薄层石英岩和大理岩，呈条带状沿北西—南东向分布于平缓地区及花岗岩体之边缘部位，第四系残—坡积物与冲积物多分布在山麓、东部洼地及河谷中。

3)构造。区构造以断裂活动最强烈，均属高角度斜滑正断层。按走向以北东东与北西西方向分布者规模较大，最长达4km以上。南北向断层规模小，一般长百米至数百米。石英脉或萤石脉均沿断层充填，说明断裂是成矿的重要控制因素。成矿后构造活动多为继承性断层错动。除表现岩矿脉之走向、倾斜将矿体错动，形成小范围之无矿地段外，普遍反映在矿石结构、构造的破坏上。

1.第四系；2.栾川群鱼库组；3.毛集岩群回龙寺组；4.伟晶岩化花岗岩；5.燕山期晚期第三次似斑状花岗岩；6.燕山期晚期第二次中细粒花岗岩7.大理岩；8.矿脉；9.五里坡矿段矿脉编号；10.尚楼矿段矿脉编号；11.老虎洞矿段矿脉编号；12.矿区范围图2 信阳尖山萤石矿区地质简要图

矿区断层分为成矿前和成矿同时的断层、成矿后断层。其中成矿前和成矿同时断层表现极为强烈，是矿床生成的重要控制因素。均属高角度斜滑正断层，滑动方向为南东或北西，与走向之夹角通常在60°以上；成组成群出现时，构成阶梯状的断块及地垒、地垫等多种形式的构造。成矿后的断层，有北北东、北东东和北西西向三组，第一组常平移错动矿脉，但规模小，出现也不普遍，因此，各主要矿脉仍保持得比较完整；后两组使矿脉沿走向拉动或上下位移，断面、断泥、细的角砾清晰可见，但其活动局限于矿脉中，规模尚不清楚。

4)化探异常特征。据1∶20万水系沉积物测量资料显示，在区域内共圈定出4个氟异常(800×10-6作为氟的异常下限)(表1)，其中本区正处于最大的F-4氟异常区中心，该异常面积大，强度高(图3)。

表1 尖山矿区周边氟异常统计

图3 尖山矿区周边氟化探异常分布

从表1和图3中显示，氟的高含量带呈北西向延伸，氟含量具有明显的变化梯度，即自西北向东南含量逐渐增高，尖山矿区内的氟异常正处在此带的东南端，即天目山岩体及其周围附近。并且异常区多与已知的萤石矿点相吻合。

2.2 矿体地质特征

信阳尖山萤石矿区分五里坡、老虎洞、尚楼三个区段，矿脉分布情况见图3。萤石矿脉已知长度在100m以上的共42条，其中规模较大的共有18条，主要集中在五里坡—小石岭一带、尚楼、清水塘、李家洼及罗汉山等地也有出露。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，矿脉走向概括为北西、北西西、北东东、近东西、近南北五个方向，大多数矿脉都不是单一走向，常有转折性的变化。矿脉呈单体出现时，主要为急倾斜脉状，成组出现时，或平行排列，或呈侧幕状，几组矿脉同时出现时，则成束状、对角折线状、扁豆状，侧羽状、波状或相互交错成网格状细脉带。矿脉形态沿走向呈脉状、似豆荚状及波状弯曲，局部地方有分支、复合现象。矿脉中赋存之各矿体沿走向多呈波状、脉状延伸，沿倾斜呈稳定脉状或扁豆状延深。各矿体特征见表2。

表2 老虎洞、五里坡、尚楼区段主要矿脉产状、规模统计

1)矿脉的形态。沿走向呈脉状、似豆荚状及波状弯曲，局部地方有分支、复合现象。少数矿脉如五里坡、五号脉，较平直，膨胀、弯曲变化小，在花岗岩中，一般呈单脉状产出，分支变化小，当其沿走向延伸至片岩中，即成分支状细脉。矿脉沿倾斜一般为较稳定的矿脉，向下延深至150m左右，即分支或呈楔状尖灭(替变为石英、方解石脉)(图4)。

在小石岭、五里坡两地，不同方向的矿脉集中分布，相互交叉时，在平面上的分布形态呈束状、帚状、格子状、树枝状及侧幕状等。

再者，在上一轮美对伊制裁过程中，我国国内唯一一家能与伊朗进行贸易结算的银行昆仑银行当时采用绕开美元、用欧元和人民币与对伊贸易公司进行结算的方法。即便这样，昆仑银行仍然进入了美国的制裁名单之列。本轮美对伊实行制裁以来，6月份，昆仑银行对外宣布关闭欧元结算业务，9月份又宣布关闭人民币对伊结算业务，上一轮制裁中我国唯一的对伊原油进口结算渠道也不复存在了。在缺乏有效结算渠道的情况下，伊朗对我国石油公司的付款将面临大问题。目前已有多家贸易企业反映，制裁以来伊方无法正常支付所欠贸易款。

2)矿体的形态。矿脉中赋存的各矿体沿走向呈波状、脉状延伸，沿倾斜呈稳定脉状或扁豆状延深。

3)矿体的规模与分布严格受断裂构造的控制。①矿体主要赋存在北东东与近东西走向的断层中，次为北西西走向的断层，近南北走向的断层则多为石英脉充填。②在断层交叉、复合及波状弯曲较强烈的地段，常赋存有较大矿体，而在弯曲变化小的断层中(如老虎洞十一号脉西段、五里坡四、五号脉)，仅有小矿体断续分布。③断层走向呈转折变化时，在转折部位的一方或两方同时赋存有矿体，如果两个方向的矿体连接时，则形成一个大矿体，如老虎洞一、二、十一号脉，五里坡一号脉三号脉及二、十二号脉，十分明显。④所有矿体均分布在花岗岩体表层部位，埋藏垂深一般为100～150m，最大为250m。矿体的分布标高随花岗岩体的起伏而变化，花岗岩表面标高低的地段(如片岩覆盖区)，矿体埋藏标高也较低，如老虎洞一号脉东段、五号脉、十一号脉东段及五里坡一号脉东段，十分明显。⑤分布十分密集、分枝复合频繁的断层中的矿体，则规模小，埋藏浅，一般垂深不过40m，如五里坡二、三号脉之间的地段。

4)矿体的厚度、品位变化。①矿体的厚度变化与矿体形态紧密相关，其特点是：沿走向厚度的大小呈更替性变化，膨胀、狭缩相间十分明显。膨胀的地方厚可达6.9m，狭缩时只几厘米至一二十厘米。沿倾斜一般在垂深100m范围内，厚度较稳定，向下逐渐变薄，乃至尖灭。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%。局部则低至20%以下。沿倾斜则矿体上部品位较高且稳定，一般富集在垂深100m内，100m以下则石英逐渐增多，以致递变成石英脉。③矿体的品位和厚度之间常显示有一定正相关变化。

总之，矿体的厚度和品位变化不大，通过每条脉中最大矿体的厚度、品位变化系数的计算结果表明：矿体的厚度变化属小—中等类型，品位变化属极均匀—均匀类型，厚度变化稍大于品位变化。

图4 老虎洞矿段V1、V5矿体沿倾斜的形态变化

2.3 矿石特征

区内矿石局部受到轻微风化，次生矿石较少见，原生矿石是最主要的自然类型。

1)矿石矿物成分。矿石矿物为萤石，脉石矿物主要为石英，偶有石髓，在深部有时出现方解石；风化矿石中偶含少量硬锰矿及褐铁矿。矿物组合主要为萤石-石英，或单矿物萤石，在深部有时为萤石-石英-方解石组合。

2)矿石结构、构造。矿石结构主要为压碎结构、半自形-他形晶粒结构，次为似文象结构，偶尔有胶体结构。矿石构造以块状、角砾状构造为主，浸染状、网格状构造次之。块状构造萤石聚晶成致密块状，矿石品位高；角砾状构造早期萤石、石英或花岗岩破碎后形成角砾，为晚期萤石或石英胶结，角砾大小不一，通常棱角尖锐。胶结形式多为基底式及杂乱粒状胶结式。此外，还有条带状、晶洞状、孔洞状及肾状构造，但非常少见。

3)矿石化学成分及富集规律。矿石化学成分简单，通过一系列基本分析、多元素分析、组合分析和全分析，主要为CaF2和SiO2二者含量互为消长，含量和一般达90%以上。其他组分，如S、P、Pb、Zn等含量和随CaF2含量增高而减少。通过分析，发现萤石富集变化规律，构造断裂发育的部位，是萤石富集的场所；矿脉的复合、膨胀及弯曲处，萤石富集；两种不同的岩石中，产在花岗岩中的萤石较为富集。

4)矿床围岩蚀变。矿床顶、底板围岩均受强烈蚀变，蚀变范围一般为数十厘米至几米，蚀变种类随围岩岩性不同而异。花岗岩主要受到硅化绢云母化，次为高岭土化等。角闪片岩主要受到硅化、绿泥石化。

3 矿床成因及找矿标志

3.1 矿床成因

根据矿区的地层产状、岩石及岩石矿物组合特征和岩石化学特征值等，发现矿床成因特点。

1)岩浆条件。区内燕山期晚期花岗岩浆侵入活动极为强烈，花岗岩的副矿物中有氟磷灰石，表明岩浆中含氟。根据现代有关岩浆活动与矿床成因的学说及氟的地球化学性质，可以认为萤石矿床的形成与燕山期晚期的酸性侵入活动有成因联系，燕山期晚期花岗岩不仅是萤石矿床的主要围岩，而且岩浆期后的热水溶液是萤石矿床的成矿溶液。

2)构造条件。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，且矿脉与围岩界线清晰，在成矿过程中构造活动持续作用，使裂隙反复地打开、扩大，促使几组裂隙相互贯通、汇合，不断地给矿液提供沉淀聚集的场所，得以形成规模较大，质量较好的萤石矿床，表明裂隙充填是成矿作用的主要形式。

3)围岩条件。根据围岩的物理、化学性质不同，凝固后的花岗岩，受含矿热液(矿液)作用发生蚀变时，斜长石中的钙即进入矿液中，与剩余的氟化合，从而增加了矿液中氟化钙的含量，提高矿石的质量，另一方面，花岗岩致密坚硬，性脆，受构造应力作用后，易产生开阔的裂隙，为形成加大规模的矿体，创造了有利条件。

根据矿物共生组合、矿石结构、构造以及围岩蚀变情况，均具有中—低温热液矿床的特点。认为本矿区萤石矿床在成因上属岩浆期后的中—低温热液充填脉状矿床。