卫辉市大池山矿区重晶石矿床地质特征及成因

2022-11-03赵少杰曾强王巧玲吴家祥张全傅王胜华韩姗姗

矿产勘查 2022年8期

赵少杰，曾强，王巧玲，吴家祥，张全傅，王胜华，韩姗姗

(1.河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，河南郑州 450016； 2.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南郑州 450016)

0 引言

卫辉市大池山矿区位于豫北，地理坐标为东经113°52′47″～114°00′02″，北纬35°34′15″～35°37′45″，是河南省较为典型的重晶石成矿区之一(李春阳等，2010)，该区成矿地质条件优越，找矿前景良好(郭志敏，1988；褚有龙，1989)。1967年和1968年，中南冶金602队对该地区进行了地质草测和矿点调查；1980年和1982年，河南省地质矿产局地质二队开展了矿区普查工作；2011年，河南省地质矿产勘查开发局地球物理勘查队在矿区进行了重晶石资源储量核查工作；2016～2017年，河南省有色金属地质矿产局第七地质大队共发现28条规模较大的重晶石矿脉，其中新发现了11条重晶石矿脉。通过地表工程揭露和深部钻探工程控制，共圈出了33个重晶石矿体，估算重晶石资源量(333)+(334)？132.71千吨。

本文在总结卫辉市大池山重晶石矿的区域地质成矿背景和矿体地质特征等基础上，分析研究矿石质量和类型及其矿床成因。研究成果对进一步的勘查工作具有指导意义，也为类似矿区提供了可参考的找矿标志(魏东等，2016；尤湘杰等，2016；陈艳等，2019；鲍淼等，2020)。

1 区域地质概况

大池山矿区大地构造单元属于中朝准地台(一级)山西台隆(二级)太行山拱断束(三级)内，东以青羊口断裂为界与华北坳陷的汤阴断陷相邻；位于华北成矿省(II-1)太行山Fe-Cu-Pb-Zn-重晶石—耐火黏土—硫铁矿—煤成矿带(III-1)中南太行山Fe-Cu-Pb-Zn-重晶石—耐火黏土—石英岩—硫铁矿—煤成矿带(III-1-①)内(彭翼和何玉良，2015)，矿产种类主要为重晶石、水泥灰岩、白云岩，次为铁、铜、铅锌矿等其它矿产(图1)。

图1 区域大地构造与矿产图(据赵少杰等，2018①修改)1—断层；2—磁铁矿点；3—铜矿点；4—重晶石矿点；5—石灰岩矿点；6—黏土矿点；7—煤矿点；8—省界；9—研究区

区域地层自太古宇至古生界奥陶系均有出露，其中太古宇及震旦系地层在研究区仅有零星出露，寒武系、奥陶系地层广泛分布。

区内断裂构造极为发育，主要以近EW、NE、NW、NNE向断裂为主，其中NE向断裂最为发育，断裂多成组展布。各组断裂纵横交错，NE向断裂与近EW向断裂构成断裂构造格架，多为正断层。近EW向的断层生成时期较早，而NE向的断层和裂隙生成较晚，分布其间的NW向裂隙与NE向裂隙为同期生成，它们为含矿热液的充填成矿提供了空间条件。

区内主要有燕山期角闪石英二长斑岩(ηπ53)和石英闪长玢岩(δμ52)零星分布。

2 矿区地质特征

矿区除有少量的寒武系(∈)地层出露于山谷低地以外，大部分地区为下奥陶统(O1)地层，南部局部出露有中奥陶统下马家沟组(O2x)地层(图2)。重晶石矿体主要赋存于下奥陶统(O1)地层中的断裂破碎带中。

矿区内断裂构造非常发育，控制了重晶石矿脉(体)的分布、形态、规模和产状等。近EW向的断层生成时期较早，为燕山期的岩浆活动提供了侵入通道。重晶石矿体主要位于NE向断裂中，是矿区主要的容矿控矿构造，其在矿区中规模较大的共有6条，走向为30°～80°，倾向多NW向，个别有倾向为SE，倾角70°～80°，少数近于直立，这组断裂在空间上平行展布。

构造带具膨大、狭缩之特征，在破碎带内充填有围岩(白云岩、灰岩)和重晶石等的角砾、以及透镜状相连的脉状重晶石矿体，断面较为光滑，沿走向呈舒缓波状，为压扭性断裂。NW向断裂一般发生在NE向断裂之间，走向在300°～350°，倾向西或北东，倾角70°～85°，个别直立，规模都比较小，主要呈裂隙出现，裂隙局部擦痕清晰可见，见有断层泥和围岩角砾，部分也为石英—重晶石脉或重晶石脉充填形成矿脉。

矿区岩浆岩主要为角闪石英二长斑岩(ηπ53)和石英闪长玢岩(δμ52)。其中，角闪石英二长斑岩呈岩体和岩墙产出，在化学成分上角闪石英二长斑岩平均含Ba 0.06×10-6，与区域上其他岩体相比含Ba要高出2～6倍；石英闪长玢岩，呈脉状侵入下奥陶统白云岩中。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

3.1.1 矿(化)体形态、规模及品位特征

区内重晶石矿(化)体严格受断裂构造控制，规模大小相差较大，其形态随构造带的形态而变化，其中NE、NW向构造为区内主要的控矿容矿构造，且在断裂破碎带的交汇处及其膨大部位为重晶石矿体的有利富集地段。

矿(化)体走向主要有NE、NW向，倾向变化较大，倾角陡立(70°～90°)；厚度不稳定，一般在0.80～1.75 m；重晶石品位较高，从浅部探槽、老硐控制的结果看，矿(化)体中部品位高，从地表向深部重晶石品位有变贫的趋势。

研究区共圈出了33个重晶石矿体，相对规模较大的矿体有K11-2、K23、K2、K10、K11-1、K29、K31、K17、K5，其矿体特征见表1，其余矿体规模小。

表1 部分重晶石矿体特征一览表

K11-2矿体(图3)：赋存于母猪窝—桐树洼断裂带中，矿体呈脉状，走向长300 m，产状113°～115°∠78°～87°，最大斜深117 m，矿体赋存标高+565～+453 m，埋深0～110 m。矿体沿走向和倾向连续分布，但沿着深部增加厚度逐渐减小；矿体厚度0.82～1.50 m，平均厚度1.08 m，厚度变化系数25.72%；BaSO4品位39.93%～61.23%，平均品位47.80%，品位变化系数17.44%。矿体两侧围岩为结晶白云岩，二者界线清晰。

图3 大池山重晶石矿区1112勘探线地质剖面图(据赵少杰等，2018①修改)

K23号矿体(图4)：赋存于下奥陶统结晶白云岩中，矿体呈不规则脉状，走向长450 m，走向300°～324°，倾角直立，最大斜深100 m，矿体赋存标高+463～+363 m，埋深0～94 m。矿体沿走向连续分布，但沿着深部增加逐渐尖灭；矿体平均厚度0.92 m，厚度变化系数15.74%；BaSO4品位40.47%～77.33%，平均品位57.65%，品位变化系数23.26%。

图4 大池山重晶石矿区2301勘探线地质剖面图(据赵少杰等，2018①修改)

矿体形态多为不规则脉状、透镜状或楔状等；矿体厚度变化较大，总体地表较厚，向深部变薄或尖灭；矿体延伸性整体较差，普遍存在尖灭再现以及分枝复合等现象，倾向上向深部延伸不长。

3.1.2 矿体赋存部位及围岩特征

重晶石矿(化)体多数赋存于下奥陶统白云岩的断层破碎带和较大的节理裂隙中，少数赋存于上寒武统白云岩中，推测区内奥陶系和寒武系的白云岩、结晶白云岩、灰质白云岩等碳酸盐岩类地层是较好的赋矿层位。多数矿体埋深不超过50 m，个别矿体大于100 m。

围岩(图5)主要为下奥陶统(O1)的白云岩，颜色呈灰—深灰色，粒度为细—中粗粒，局部达粗粒，半自形或他形结构，块状构造，矿物成分主要为白云石，含量达98%，其次为方解石、燧石、泥质、铁质等。少数重晶石矿(化)体围岩为大理岩，呈灰白色、土黄色等，粒状变晶结构，块状构造，矿物成分主要为方解石、石英，含少量重晶石等。

图5 矿(化)体围岩镜下特征照片a—白云岩；b—大理岩

围岩主要有硅化、碳酸盐化，局部见少量重晶石化、方解石化蚀变。局部围岩见褪色现象。硅化和方解石化一般呈网脉状充填在矿脉两侧围岩的细小裂隙中。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石特征

(1)矿石结构、构造：岩矿鉴定结果表明，研究区内的矿石结构主要有粒柱状变晶结构和角砾状结构，矿石构造主要为块状构造，局部见有角砾状构造(图6)。

图6 重晶石镜下特征照片a—角砾状重晶石；b—块状重晶石

(2)矿石矿物成分：主要成分为重晶石、方解石、石英。重晶石呈灰白色、土黄色等，自形、半自形板状为主，少量长柱状、板状，粒径0.02～3.30 mm 不等。脉石矿物主要为石英、方解石，少量白云石。矿石中除重晶石外，含有少量黄铜矿、黄铁矿、褐铁矿、方铅矿、方解石、萤石等。

(3)矿石化学成分：重晶石矿体的品位BaSO4一般在40%～70%，最高77.78%，石英、方解石含量30%～50%。矿区内BaSO4的最高含量为91.25%，一般在40%～70%之间，平均品位为50.69%。

重晶石矿的组合含量(表2)：SiO2最高含量16.08%，最低0.64%；CaO最高含量为20.28%，最低0.41%；CaF2最高含量为5.20%，一般在1.45%；Cu最高含量0.0024%，一般仅十万分之几；Pb最高含量0.066%，最低0.0017%；Al2O3最高1.29%，最低0.17%，一般少于1%；Fe2O3最高0.46%，最低0.091%；Mn最高0.086%，最低0.0035%；Au最高含量为0.09×10-6，最低0.05×10-6。

表2 重晶石矿组合分析结果表

据光谱全分析资料(表3)，矿石中除Cu、Pb、B、Na、Sr、Mn、Ti、Fe、Al、Ca、Mg、Ca外，其它元素的含量大多低于仪器的灵敏度。其中矿石中Pb、Cu元素含量较高(100×10-6、100×10-6)。

表3 重晶石光谱全分析结果表

3.2.2 矿石类型

(1)根据矿石的结构、构造可分为块状重晶石和角砾状重晶石。其中块状重晶石矿石一般分布在含矿构造带的中上部；角砾状重晶石一般分布在矿带中部或者含矿构造带的膨大部位。

(2)按矿物成分划分主要为石英—重晶石型矿石和重晶石—石英型矿石，少量方解石—重晶石矿石。

4 矿床成因分析

该重晶石矿床赋存于下古生界奥陶系和寒武系碳酸盐地层中，矿体形态、规模严格受断裂构造控制，呈脉状、透镜状产出。重晶石矿石结构主要为粒柱状变晶结构、自形晶板状结构，矿石构造主要为块状构造，次为角砾状构造；矿石类型主要为硫化物型，矿物成分主要为重晶石、方解石、石英，伴生组分主要为方铅矿、黄铁矿、黄铜矿等；近矿围岩蚀变以硅化、碳酸盐化、重晶石化为主，具有中低温热液型成矿的特征(吕宇和董艳明，2007；刘灵等，2019)。

早古生代，本区处于相对稳定状态，发育了一套以白云岩、灰岩为主的碳酸盐地层(高怀忠，1998)。燕山期，构造岩浆活动强烈，导致地壳深部的含矿热液向上运移，当热液通过NW、NE向等压扭性断裂及裂隙等通道时，随着压力、温度等的变化，使重晶石在中、低温阶段，由弱酸性向弱碱性过渡的氧化环境的硫酸盐型溶液中形成，并在有利的构造部位Ba元素富集而成为重晶石矿床(何伟民等，2010；吴先文，2019；夏瑞等，2021)；NW、NE向压扭性断裂及其伴生的次级断裂为重晶石矿脉(体)的形成和赋存提供了良好的空间。

综合以上地质特征，该区矿床类型属中、低温热液型脉状重晶石矿床。