河南信阳平桥萤石矿床地质特征及成因探讨

段金山，张晓辉，焦紫辉

(中化地质矿山总局河南地质局，河南 郑州 450000)

萤石化学成分为氟化钙(CaF2)[1]，又名氟石，是自然界常见矿物，主要用于制造氢氟酸及炼钢的助熔剂等[2]。萤石作为工业重要矿物原料，被广泛应用在冶金工业、光学工业、建材工业、化学工业、甚至医学领域[3]。因此，开展萤石矿找矿及成矿规律研究，具有重要的现实及科学意义[4]。

我国的萤石矿床划分为沉积改造型、热液充填型、和伴生型三种矿床类型[5]。研究区的萤石矿主要产出于燕山晚期花岗岩体和谢湾岩组地层中，属于热液充填型矿床。通过对信阳平桥萤石矿区矿体地质特征和成因进行探讨和归纳总结，为今后在该地区寻找同类型萤石矿床提供依据[6]。

1 区域地质背景

河南省萤石矿绝大多数分布在华北地台与秦岭褶皱带的接合部位，萤石矿受大地构造控制作用十分明显[7]。该区以栾川—维摩寺—明港断裂为界，北部为华北地台南缘，南部为秦岭造山带东段。矿区位于秦岭造山带北部，紧邻栾川—维摩寺—明港断裂带(图1)，构造错综复杂，岩浆活动频繁，是萤石矿成矿的有利区域。

图1 矿区大地构造位置图

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内地层属秦岭地层区北秦岭分区。主要出露上元古界宽坪岩群谢湾岩组下段(Pt3x1)以及新生界第四系全新统(Qhal)地层(图2)。从老而新简述如下。

图2 矿区地质简图

(1)上元古界宽坪岩群谢湾岩组下段(Pt3x1)。

出露于矿区东部，主要岩性灰绿色斜长角闪片岩、黑云石英片岩夹大理岩、黑云母大理岩、透辉石大理岩透镜体，以及灰白色条带状大理岩。地层产状350°～40°∠45°～85°，厚度374.18m。矿区北部及西侧大面积的谢湾岩组被第四系所覆盖，南部被花岗岩呈楔形侵入。

(2)新生界第四系全新统(Qhal)。

出露于冲沟及村庄低洼地带，由粘土、松散砂砾石组成。厚度0 ～15m，一般10m，与下部地层呈不整合接触关系。

2.2 构造

矿区构造较发育，主要为走向266°～305°的北西西向断裂，控制了本区的蚀变和矿化。规模较大的为矿区中部的F3 和南部的F7，其中F7 是区内主要的成矿构造，为张性断裂构造，地表出露宽度约0.5 ～2.5m(图3a)，构造带内充填石英及萤石角砾(图3b)。矿区内各构造特征见表1。

图3 F7 断裂构造特征图示

表1 矿区构造特征一览表

2.3 岩浆岩

花岗岩体分布在矿区西南部，属天目山—老寨山岩体的边缘相。岩性为细中粒钾长花岗岩，中细粒花岗结构，块状构造；主要矿物成分：钾长石(50%～65%)，为条纹长石，他形—半自形晶；斜长石(10%～20%)，为更钠长石，半自形，短柱状、板状，表面较明净；石英(20%～30%)，他形粒状，无色；黑云母(微～1%)，他形片晶，切面上面为浅棕黄色，在接触处颜色变浅。岩石中矿物颗粒的粒径一般为0.2 ～2.5mm。岩石中副矿物成分为磁铁矿、锆石、铌钽矿、锡石、白钨矿、黄玉、铌铁矿等。区内分布有少量花岗岩脉、石英脉、角闪岩脉等。

2.4 变质作用和围岩蚀变

矿区内变质岩分布广泛，有区域变质作用形成的云母石英片岩、角闪片岩、石英岩及大理岩，主要分布于谢湾岩组中；动力变质作用形成的碎裂岩和构造角砾岩，多沿断裂带、构造破碎带及挤压带两侧呈线状展布；接触交代作用形成的矽卡岩，主要分布于花岗岩体接触带及外接触带的破碎带、大理岩中。

矿体顶、底板围岩均遭受了强烈的热液蚀变，范围一般为数十厘米到几米，蚀变种类因围岩岩性不同而异[8]。围岩为花岗岩时主要为萤石矿化、硅化、绢云母化，次为高岭土化、黄铁矿化、钼矿化等；角闪片岩主要为萤石矿化、硅化、绿泥石化。

萤石矿化：围岩中的萤石矿化主要成细脉状、网脉状不规则分布，颜色为白色、淡绿色、紫色等(图4a)，脉宽0.1 ～6cm 不等，脉间距数厘米至数米，蚀变范围由几厘米至数米 (图4b)，上下盘均有体现，离矿体越远萤石矿化越弱，局部裂隙呈薄膜状分布。

硅化：具有高能量的硅质与石灰岩发生接触交代作用生成石英，产生硅质岩的地质作用[9]。花岗岩硅化后具变余花岗结构，块状构造。硅化花岗岩分布极广，其范围由几厘米到数米，最宽达十余米。一般矿脉下盘硅化较强，离矿脉较远而减弱。局部硅化极为强烈，花岗岩蚀变为次生石英岩(图4c)，某些矿脉常沿走向形成较大硅化带。角闪片岩硅化后，亦很坚硬，硅质沿片理交代，岩石具条带状构造(图4d)，硅化极强烈时具块状构造。

图4 围岩中的萤石矿化现象

3 矿床地质

3.1 矿体地质

矿区共圈定工业矿体7 个，编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ号矿体(表2)，各矿体严格受区内北西西向断裂构造控制。Ⅰ、Ⅲ号矿体是矿区内规模大的矿体，是资源储量分布最多的矿体，占整个矿区的资源量总数85%以上。现以该Ⅰ、Ⅲ号矿体为代表，详细介绍如下：

表2 平桥区萤石矿体特征表

(1)Ⅰ号矿体：分布于矿区南部，矿体呈脉状产出，沿走向控制长度562m，西部延伸出界外，工程控制最大斜深175m，矿体赋存标高为-83 ～195m，矿体埋深0 ～278m，矿体斜深0 ～290m。矿体产状与F7 断裂带基本一致，产状为355°～35°∠65°～85°。矿体厚度1.22 ～5.24m，平均厚2.55m，厚度变化系数为48.12%，属稳定型。CaF2含量25.30%～78.34%,平均42.53%,品位变化系数为34.58%，属较均匀型。矿体连续性较好，无夹石，后期构造及脉岩对矿体基本无影响。矿体顶底板围岩均为钾长花岗岩。

(2)Ⅲ号矿体：分布于矿区中部，矿体呈脉状产出，沿走向控制长度220m，东、西部深处均延伸出界外，工程控制最大斜深97m，矿体赋存标高为-120 ～30m，矿体埋深160 ～310m，矿体斜深175 ～342m。矿体产状与F3 断裂带基本一致，产状为15°～39°∠58°～72°。矿体厚度1.21 ～6.12m，平均厚3.84m，厚度变化系数为46.46%，属稳定型。CaF2含量25.73%～40.99%,平均30.46%，品位变化系数为18.05%，属均匀型。矿体连续性较好，无夹石，后期构造及脉岩对矿体基本无影响。矿体直接顶、底板围岩主要为构造破碎带，间接顶板围岩为斜长角闪片岩、黑云石英片岩，间接底板围岩为钾长花岗岩。

3.2 矿石特征

(1)矿物组成及结构构造。

矿石中矿石矿物主要是萤石(17%～98%)，脉石矿物主要为石英(10%～60%)、方解石(5%～25%)及长石、绢云母、绿泥石、高岭土等。根据矿石的矿物共生组合特征，区内萤石矿主要为石英—萤石型。块状萤石为他形变晶粒状，d=0.2 ～7.5mm，多数d=2.0 ～7.5mm；角砾状萤石为他形－半自形变晶粒状，d=0.03 ～2.0mm，多数d=0.5 ～2.0mm，角砾状相对聚集，零散分布。方解石为他形变晶粒状，d=0.1 ～0.5mm，呈包裹体包布于萤石晶体，零星分布。石英为不等粒变晶粒状、板条状，d=0.02 ～1.5mm，多数d=0.3 ～1.2mm。

矿石结构为不等粒粒状结构、中粗粒粒状结构等。矿石构造主要为块状构造、角砾状构造、条带状构造等，浸染状、网格状次之。根据矿石的构造特征，区内萤石矿分为块状矿石、条带状矿石和角砾状矿石。

(2)化学成分。

本次工作主要对矿区南部的Ⅰ号矿体及中东部的Ⅲ、Ⅳ号矿体进行采样分析，矿石的化学组份 以CaF2、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO 为 主，CaF2含 量 为27.18% ～93.08%，平 均36.78%，SiO2含量 为14.96% ～52.67%， 平 均29.85%，Al2O3含量 为0.32% ～3.72%， 平 均1.91%，Fe2O3含 量为0.15% ～2.10%， 平 均1.13%，MgO 含 量 为0.076%～0.86%，平均0.35%。含量较高的MnO 含量为0.052% ～0.72%，平均0.20%，TiO2含量为0.016%～0.13%，平均0.08%，均达不到综合利用的技术指标。有害组分S 含量为0.026%～0.10%，平均0.06%，P2O5含量为0.00%～0.12%，平均0.04%，有害组分未超标。

3.3 矿体围岩

区内7 个矿体严格受区内北北西向断裂构造控制，其中Ⅰ号和Ⅱ号矿体产出于燕山晚期花岗岩的构造蚀变带内，顶底板围岩均为钾长花岗岩；Ⅲ号矿体产出于谢湾岩组片岩和深部花岗岩接触部位的构造蚀变带内，顶板围岩为黑云石英片岩、斜长角闪片岩，底板围岩为钾长花岗岩；Ⅳ号矿体产出于谢湾岩组片岩中的构造蚀变带内，顶底板围岩均为黑云石英片岩；Ⅴ、Ⅵ号矿体产出于谢湾岩组大理岩间的构造蚀变带内，顶底板围岩均为大理岩；Ⅶ号矿体产出于谢湾岩组片岩中的构造蚀变带内，顶底板围岩均为黑云石英片岩。

4 矿床成因

4.1 成矿物质来源

(1)富挥发分岩浆岩提供F。

与研究区萤石矿关系较紧密的岩体是早白垩世天目山—老寨山花岗岩体，花岗岩副矿物中有含挥发组分氟的磷灰石，为萤石矿的形成提供了重要的物质来源。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[10]。燕山期酸性花岗岩中黑云母含F 最高，有利于萤石成矿[11]。

(2)围岩的物质成分富Ca。

上元古界宽坪岩群谢湾岩组地层岩性为钙质角闪片岩和大理岩，其中大理岩的矿物组成中方解石和白云石的含量一般都大于50%，为萤石矿的形成提供了较丰富的钙物质成分。另外，根据刘纪峰等[12]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141Ma。

4.2 岩石地球化学特征与构造环境

岩石中SiO2含量较高，为74.44%～77.06%，平均75.93%；(Na2O+K2O)较富，为8.22%～9.05%，平 均8.50%， 且K2O/Na2O 比 值 均 大 于1， 为1.05%～1.56%，平均1.27%；CaO 含量较贫，为0.13%～0.91%，平均0.43%；MgO 含量较低，为0.04%～0.50%，平均0.19%；FeO/MgO 比值较高，一般为9.50%～17.32%，平均11.18%。总体显示出高硅碱富钾贫钙低镁的A 型花岗岩特征。分异指数(DI)为92.99 ～97.01，平均95.29，分离结晶程度较高；碱度率(AR)为4.00 ～5.75，平均4.97；铝饱和指数(A/CNK)一般为0.99 ～1.08，平均1.03；CIPW 标准矿物中多有刚玉(C)分子出现。表明天目山花岗岩属铝质花岗岩。综上所述，天目山岩体应属于铝质A 型花岗岩，形成于叠覆造山期后的板内非造山拉张环境，该环境为多期性萤石矿的形成创造了条件。

4.3 成矿空间

根据萤石矿床成因类型分类研究[2,5,13-15]，研究区内萤石矿主要呈脉状赋存于断裂构造破碎带内，形态、产状严格受断裂构造控制；矿石结构主要为不等粒粒状结构、中粗粒粒状结构等；矿石构造主要为块状、角砾状、条带状构造，次为网脉状、细脉状等；矿体与围岩界线清晰，虽然硅化带中的网脉状矿体与直接围岩硅质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，受断裂构造控制明显[16]。

4.4 围岩蚀变特征

矿体顶底板围岩均受强烈蚀变，蚀变种类主要为硅化、萤石矿化、绢云母化、高岭土化，次为绿泥石化、碳酸盐化、滑石化、黄铁矿化等。蚀变范围一般为数十厘米到几米，蚀变种类随围岩岩性不同而异。花岗岩时主要为萤石矿化、硅化、绢云母化，次为高岭土化、黄铁矿化、钼矿化等；角闪片岩时主要为萤石矿化、硅化、绿泥石化。

5 结论

(1)矿区共圈定工业矿体7 个矿体。矿体严格受区内北西西向断裂构造控制。Ⅰ、Ⅲ号矿体是本区的主矿体，矿石品位较富，CaF2含量22.75%～44.05%，平均35.86%，矿石结构主要为半自形—自形粒状、半自形—他形粒状、自形粒状结构、碎裂结构，矿石构造主要为块状、角砾状、条带状构造。萤石矿类型主要为石英—萤石型。

(2)矿床成因类型为岩浆期后热液充填型矿床。

(3)通过分析矿区内萤石矿地质特征，研究矿床的成矿物质来源、成矿构造背景和环境、成矿空间等，总结了该区域萤石矿的找矿标志，即“富强挥发分F的燕山期岩浆活动+谢湾岩组地层存在+良好的北北西向断裂构造的成矿空间”之三位一体的找矿模式。