豫西地区石龙沟重晶石矿床地质特征及矿床成因探讨

王永纪，胡 伟，刘升武，英亚歌，梅铁牛，余芳菲

(1.河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，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)

重晶石是重要的非金属矿产资源，是具有化学惰性的含钡硫酸盐矿物，其特点是密度大、折射率高和化学性能稳定。重晶石的三大用途是生产重晶石粉，制取钡的化工产品，提取金属钡并生产钡合金[1-2]。我国重晶石资源储量居世界前列，是我国的优势矿产之一，主要分布在贵州、广西、湖南、湖北、陕西、福建、甘肃、浙江、河南、山东、青海等地，其中贵州、广西、湖南、湖北、陕西、福建资源最为丰富，以上六省总储量占全国的80%[3]。

前人曾对豫西陕州、渑池等地的重晶石矿开展过一定程度的地质特征和成矿规律研究，但对本区重晶石矿的控矿因素及矿床成因等方面的系统研究工作较少。本文在野外工作基础上，通过总结石龙沟重晶石矿地层、构造、岩浆岩等地质特征，重点分析矿区控矿因素，探讨矿床成因，以期找到该地区重晶石矿的找矿标志，为外围进一步寻找同类型重晶石矿床提供参考。

1 成矿地质背景

研究区大地构造位置处于华北地台南缘与北秦岭造山带的衔接过渡带，成矿区带位于中条山—王屋山Cu-Au-Fe-铝土矿成矿亚带内[4-5]，区内中元古界地层分布广泛，断裂构造发育，岩浆活动较活跃，具有较好的重晶石成矿地质条件[6](图1)。

图1 区域地质简图(据文献[8]修改)

地层区划为华北大区、豫西分区、熊耳小区和渑池—确山小区的过渡地带，出露地层由老至新有中元古界熊耳群鸡蛋坪组(Pt2j)、熊耳群马家河组(Pt2m)，汝阳群云梦山组(Pt2y)、高山河群(Pt2g)，古生界寒武系(∈)、石炭系(C)、二叠系(P)及新生界第四系(Q)。区域地质构造比较简单，属典型的变质杂岩构造体系，醒目的构造形迹为近东西向的崤山短轴隆起，四周构成向外倾伏的宽背斜，核部由太华群地层组成，翼部由熊耳群地层组成，地层倾角在30°～60°内变化[7]。区内主大断裂以近东西向、北西向为主，次级断裂以近南北向为主，多以构造蚀变或破碎带形式存在，多发育在中元古界熊耳群马家河组(Pt2m)安山岩地层，倾向北东、南西。部分近南北断裂被近东西断裂扭断，导致深部反倾。近南北向断裂多被石英、重晶石、硫化物填充，也是本区主要的赋矿构造。区域岩浆岩较发育，表现为中元古代长城纪熊耳期中性—(中)酸性火山熔岩的喷发，在区域上形成了大面积出露的安山岩类火山岩，主要为马家河组。区域上侵入岩不发育，仅在东北部有一个呈小岩株状产出的燕山期闪长斑岩体。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层较为简单，主要为中元古界熊耳群马家河组(Pt2m)，其岩性为中性火山岩，以安山岩为主，少量火山角砾岩、玻屑凝灰岩、凝灰质岩屑细粉砂岩。厚度大于1242m，层理不明显[9-10]，倾向一般20°～30°，倾角35°。根据颜色、构造、成分和含量等特征，将本区安山岩主要分为3 类，分别为块状安山岩(图2a、b)、杏仁状安山岩(图2c、d)、杏仁状(气孔)安山岩(图2e、f)。在沟谷中和山坡平坦处广泛分布着第四系(Q)，以黄色亚砂土和红褐色亚粘土为主，大面积不整合覆盖于中元古界熊耳群马家河组(Pt2m)之上。

图2 安山岩野外及镜下照片

2.2 构造

矿区处于区域背斜构造的翼部，地层总体表现为向北东倾斜的单斜构造，地质构造比较简单。区内断裂构造不发育，仅有北北西—南南东向断裂F1，断裂以构造蚀变或破碎带形式存在，发育在马家河组地层中。F1 走向延伸近2000m，断裂破碎带宽度不一，最宽近10m，局部有扭曲现象，并在倾向上存在向下尖灭或反倾现象。断裂破碎带中部倾角近乎直立；南部倾向76°～95°，倾 角81° ～89°； 北 部 倾 向250° ～274°， 倾 角80°～87°。在断裂破碎带中，构造岩发育，具角砾状构造，角砾成分为安山岩，被硅质所胶结。断裂破碎带为重晶石矿的导矿和容矿构造，在断裂破碎带膨胀部位，普遍有重晶石、石英脉充填，形成重晶石工业矿体。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动以火山喷发作用为主，大面积出露熊耳群中性喷出岩，未见侵入岩脉出露。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

重晶石矿体产于F1 构造破碎带中，共圈定两条矿体(编号I-1 和I-2)，呈脉状、豆荚状、透镜状，矿体与顶底板杏仁状安山岩界限明显，边界规则简单(图3)。

图3 石龙沟重晶石矿床地质简图

Ⅰ-1 号矿体：呈脉状、豆荚状、透镜状，矿体控制长度240m，倾向延伸最大控制垂深92m，矿体赋存标高765 ～818m。矿体倾向76°～95°，倾角81°～89°。受构造影响，矿体局部产状变化明显，在走向上有扭曲现象，倾向上向下尖灭。矿体真厚度1.05 ～2.80m，平均1.90m，厚度变化系数51.15%。重晶石品位为33.10%～67.15%，平均品位57.15%。围岩蚀变主要为硅化、绿泥石化、碳酸盐化、褐铁矿化和重晶石化等。

Ⅰ-2 号矿体：呈脉状、豆荚状、透镜状，严格受构造蚀变带控制，矿体控制长度1172m，倾向延伸最大控制垂深128m,矿体赋存标高770 ～932m。受构造影响，产状局部变化明显，矿体产状变化较大，在走向上局部有扭曲现象，倾向上向下尖灭。第7 勘查线至第3 勘查线矿体倾向76°～95°，倾 角81° ～89°；第0 勘 查 线 至 第12 勘 查 线 矿体 倾 向250° ～274°， 倾 角80° ～87°。 矿 体 真厚度0.83 ～2.56m，平均1.53m，厚度变化系数51.02%。重晶石品位为33.00%～85.30%，平均品位57.73%。围岩蚀变主要为硅化、绿泥石化、碳酸盐化、褐铁矿化和重晶石化等。

两条矿体内有少量夹石，个别夹层多是安山岩的捕虏体，没有规律。矿体与围岩均为侵入接触，接触关系明显而规则。断层岩脉不发育，整体连续性较好，两条矿体中心部位和地表硫酸钡含量高，边部和深部含量降低。

3.2 矿石特征

(1)矿石矿物组成及结构构造。

矿石中矿物组分简单，主要为重晶石，矿物含量平均约占58%，次要矿物为石英，含少量菱铁矿。矿石结构为中—粗粒结构、交代残余结构、填隙结构，矿石构造为致密块状构造。矿石结构、构造直接影响矿石品位，以中—粗粒结构、致密块状构造的矿石品位最高。

(2)矿石类型。

按照矿石的矿物组合、结构、构造，矿区矿石分为重晶石型、石英—重晶石型矿石两种自然类型。

重晶石型：颜色为白—粉色，中—粗粒结构，块状构造。成分主要为重晶石，石英、方解石和微量褐铁矿。重晶石呈板状，粒径0.2 ～40.0mm，无色，正中突起，解理完全，最高干涉色一级黄。石英呈他形粒状，粒径0.02 ～1.5mm，分布在大颗粒重晶石缝隙中。

石英—重晶石型：颜色为白—灰白色，粗—中粒结构，块状构造。成分由重晶石、石英组成。重晶石多为柱状，结晶较粗，粒径0.5 ～20mm，含量30.10%～91.54%。石英多为粒状，粒度较粗，粒径0.2 ～2mm，含量约70%。

(3)矿石化学成分。

矿石主要有益组分为BaSO4， 根据取样测试结果， 全矿区矿石BaSO4含量一般在33.00% ～85.30%，最高含量达92.20%，最低含量为30.10%，矿体中心部位和地表硫酸钡含量高，边部和深部含量降低。常见的有害组分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO 等 含 量 较 低，对 矿 石质量影响不大，它们的平均含量如下：SiO2含量一般3.17% ～18.00%，最高含量达29.06%；Fe2O3含量一般0.04% ～0.32%；Al2O3含量一般0.63%～1.38%；CaO 含量一般0.05%～0.35%；MgO 含量一般0.04%～0.26%(表1)。

表1 矿石化学全分析结果表

重晶石矿石质量与小体重具有明显的正相关性，主要矿物成分BaSO4含量越高，小体重越大，这也符合重晶石矿的基本质量特征。

3.3 围岩蚀变特征

重晶石矿体赋存在马家河组地层的含矿构造带中，围岩为杏仁状安山岩，以紫红色、紫绿色为主，靠近矿体的围岩呈暗紫红色，远离矿体颜色逐渐变浅，初步分析是由于围岩受热液蚀变的程度不一样而引起的。矿脉两侧有重晶石、石英、方解石细脉带发育。近矿围岩蚀变有硅化、绿泥石化、碳酸盐化、褐铁矿化等。绿泥石化与褐铁矿化为矿区含矿地层较为普遍的蚀变现象，与矿化关系不大。与重晶石矿化关系最为密切的蚀变是硅化和碳酸盐化。

硅化在含矿构造带顶、底板和矿化体内普遍而强烈，这种蚀变往往使绝大部分原岩成分被石英取代[11]。可分多期，早期较强，以石英为主，石英颗粒粗大，呈自形—半自形粒状集合体以堆积状或脉状交代穿切岩矿石，未见或少见矿化；晚期硅化较弱，常见于重晶石与围岩接触带，石英多呈他形粒状交代围岩，显示围岩的颜色，呈紫红色或红色，与矿化关系密切，常伴有重晶石化。

碳酸盐化分布普遍且较强烈，延续时间也最长，可分为两期，早期为半自形—他形粒状集合体，呈细脉状穿切岩石，或以薄片状发育于岩石裂隙中；晚期碳酸盐多呈粒状或云雾状分布于矿石之中，与重晶石化同时发生。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 控矿因素

(1)地层对成矿的控制。

早期熊耳群地层中的钡在区域变质作用中活化，向有利的部位迁移形成钡的初步富集，熊耳群火山活动及其后的构造作用又使钡再次迁移集中。研究区内中元古界熊耳群火山岩(安山岩为主)与矿石、蚀变岩在物质组分上存在密切的关系，铅同位素组成特征十分相似，主要来自地幔和下地壳，具有较高的BaO、SO3丰度值，是区内重晶石成矿的重要矿源层之一[12]。

(2)构造对成矿的控制。

本地区发育的构造破碎带为矿体发育提供了较好的导矿构造和容矿空间，因此，构造破碎带发育的熊耳期古断裂为来自深部的含矿热液提供了良好的通道。矿化的富集程度与区域构造关系密切，较大的容矿空间、矿化富集程度较好。区内发育一条北北西—南南东向构造破碎带，在走向上局部有扭曲现象，倾向上向下尖灭或反倾现象，中部倾角近乎直立，普遍有重晶石、石英脉充填，本区的重晶石主矿脉即产于该条走向长两千米左右的构造破碎带中。成矿方式主要充填方式，断层裂隙为矿物提供良好的成矿场所，矿脉严格受断层控制，矿体形状与断层裂隙一致。

(3)岩浆热液对成矿的控制。

熊耳期大规模的中、酸性火山喷发及燕山期的岩浆活动为重晶石矿床的形成提供了充分的热动力条件以及成矿物质，本区重晶石矿体与围岩的侵入接触关系表明重晶石成矿是在安山岩地层形成之后。安山岩形成后，遭受熊耳期古断裂的构造运动，形成一条主要由安山岩组成的构造破碎带，燕山期大规模的岩浆活动为矿床的形成提供了充分的热动力条件以及成矿物质，含矿热液带的成矿物质通过导矿通道进入孔隙度大、渗透性好的构造破碎带中，因物理、化学条件变化，BaSO4沉淀富集形成重晶石矿体。重晶石在水溶液中具有退化可溶性，重晶石的退化可溶性始于250℃，在低于250℃的条件下重晶石才能聚集形成，所以重晶石在地表浅部或高、中温矿床环矿岩石比较低温的地段。

4.2 矿床成因

(1)成矿物质来源。

研究区内多期次构造—热液作用使矿源层中的矿物质活化、迁移和富集，其钡源主要来自深部的火山—气液，混合岩浆中派生出的含矿热水溶液，当充填到裂隙中后，对岩石进行交代，从而使围岩具有硅化、碳酸盐化等蚀变特征。燕山期岩浆活动强烈，导致地壳深部的含矿热液脱离母岩后在适宜的构造条件下，通过断裂和裂隙等导矿通道，向压力较低的区域流动，进入到物理性质有脆性、孔隙度、透水性较好的安山岩中的容矿断裂隙内,随着环境的变化和压力、温度等条件的降低，使所携带有成矿物质钡、硫等元素的热液在张性及张扭性断裂中得以沉淀、富集形成重晶石矿体,形成了本区构造破碎带中的重晶石。

(2)容矿构造。

断裂构造带为含矿热液提供良好的赋存场所，NNW 断裂产状直立，切割地层较深，成为研究区内含矿热液运移的良好导矿和储矿构造，矿体与围岩关系明显而规则，并且是突变的，矿体严格受构造裂隙控制[13-15]。

(3)成矿类型。

根据重晶石退化可溶性温度和聚集成矿温度，认为重晶石形成于地表浅部或高、中温矿床环矿岩石比较低温的地段，矿床多在中、低温阶段，弱酸性向弱碱性过渡的氧化环境的硫酸盐型成矿溶液中形成。属于岩浆期后热液矿床，成矿温度属中低温热液矿床的范围。综上，石龙沟重晶石矿床属中低温热液型脉状重晶石矿床，由热液成矿作用形成，成矿方式主要为充填方式。

4.3 找矿标志

(1)断裂构造标志。

区内矿层赋存于中元古界熊耳群马家河组，重晶石矿严格受北北西—南南东向F1 断裂构造带控制，且有石英脉、方解石脉的充填，重晶石成矿作用对断裂构造的多期次活动具有明显的选择性。在含矿断裂膨大、产状局部突变部位易成为重晶石矿体富集部位。

(2)围岩蚀变标志。

本区重晶石矿近矿围岩蚀变有硅化、绿泥石化、碳酸盐化、褐铁矿化等。绿泥石化与褐铁矿化为矿区含矿地层较为普遍的蚀变现象，与矿化关系不大；与重晶石矿化关系最为密切的蚀变是硅化和碳酸盐化。硅化在含矿构造带顶、底板和矿化体内普遍而强烈，可以作为本区重晶石矿的间接找矿标志。

5 结论

(1)石龙沟重晶石矿床分布于中元古界熊耳群马家河组安山岩中，受区内断裂控制，岩浆热液提供了热动力条件和成矿物质，分析认为石龙沟重晶石矿床的控矿因素主要具有地层、构造、岩浆热液的“三位一体”控矿模式，矿床成因属中低温热液型脉状重晶石矿床。

(2)本区寻找重晶石矿，应在断裂构造带发育地区，且有石英脉、方解石脉的充填，围岩具有较为强烈的硅化、碳酸盐化的蚀变地段，其中断裂构造带附近的围岩硅化、碳酸盐化蚀变越强，重晶石的品位越高。断裂构造、围岩蚀变是本区寻找重晶石矿的重要找矿标志。

(3)区域内第四系覆盖地段未被揭露，今后可做进一步工作，寻找区内成矿断裂带。矿区周边已有如西杨凹、宫前、铧尖嘴重晶石矿床等，具有较好的成矿地质条件，对比周边矿床的重晶石矿脉均有分枝复合及尖灭再现的规律，进一步在现有断裂带上沿走向追索，矿区外围有可能发现新的矿体。