河南杨山萤石矿床地质特征成矿规律控矿因素与成矿模式

姜永胜,王智纲

(1.金建工程设计有限公司,山东 烟台 264000;2.招金有色矿业公司,山东 烟台 264000)

0 引言

萤石矿被列入国家战略性矿产资源储备管理,推动了近些年各地对萤石矿的找矿勘探和研究[1-7]。河南省栾川县马超营断裂带南侧以金、银、钼和萤石为主的内生矿产资源丰富,其中NW—SE向的萤石成矿带长510 km,分布着93处萤石矿(床)点,占据河南省萤石资源量的90%[8],是全国重要的萤石成矿带之一豫南萤石成矿带[9]。目前已探明马丢-嵩县千元沟一带的数十处大、中、小型萤石矿床,由南西向北东略呈等间距分布,间距4～8 km。

区域内杨山萤石矿位于该带的核心位置,矿床较为典型,且总体规模为大型。对该矿床的研究有利于提升对区域中低温热液矿床找矿规律的总结。前人对杨山萤石矿矿床地质特征及围岩稀土元素地球化学特征、成因及找矿前景等做了大量的研究工作[1],矿山探矿也做了大量工作,勘查程度较高,但对矿床赋存规律方面研究程度较低,目前没有形成完整的控矿构造体系和成矿模式以满足矿山开发需求,不能够有效指导矿山深部及外围生产探矿工作。

杨山萤石矿位于栾川县城80°方位、直线距离37 km的杨山村大干沟—小干沟一带,隶属栾川县合峪镇管辖。矿区内有栾川—合峪—木植街县级公路经过,在合峪镇与311国道和洛阳—栾川快速通道相连。地处伏牛山北麓中部,属构造剥蚀中低山区。区内地形切割强烈,植被发育,基岩裸露。南区内总体东高、西低,高程1523～903 m,整体交通便利,自然条件良好。本文在矿山生产勘探中,提出了“构造透镜体”控矿构造研究,总结了杨山萤石矿控矿模式和成矿规律,以期对本区域的萤石矿探矿和类似矿床起到指导意义。

1 区域地质背景

杨山萤石矿位于华北地台南缘,华熊台隆外方山隆断区[1-2,10-11],属于豫南萤石矿成矿带[12],呈NW—SE向展布,且属滨太平洋成矿域华北(陆块)成矿省[13](图1)。区域上基底为元古宙变质岩、混合岩、寒武纪碳酸岩、大理岩,盖层为中生代侏罗系、白垩系和新生代地层。断裂构造发育,围岩及构造控矿作用明显。岩浆活动频繁,主要为中元古代大规模的火山喷发和中生代燕山期中酸性岩浆的侵入[14]。萤石矿床的分布与早白垩世的花岗岩带具有高度一致性[15-16]。

图1 杨山萤石矿区域地质图

2 矿区地质概况

2.1 地层

矿区内地层单一,大面积分布合峪花岗岩基,岩性为含中斑中粗粒黑云二长花岗岩;第四系(Q)分布于胡沟河河床及沟谷中,以砂砾石层、亚黏土、亚粘土为主,厚度0～5 m(图2)。

图2 杨山萤石矿区地质图

2.2 构造

区内仅为断裂构造。有NW向F1、F3断裂和NE向F2、F4断裂两组,均以矿化蚀变破碎带的形式出现,断裂性质以压扭-张及张扭性为主。矿床产在合峪花岗岩基内并主要受马超营断裂次级F3断裂控制。矿区次级断裂构造发育,有NW向、近EW向、NE向为主要的导矿构造,各组断裂多以矿化蚀变破碎带的形式出现,NW向以及NE向断裂控制了萤石矿床的分布。矿区NW向与近EW向断裂交汇处,形成了容矿构造和赋矿空间。

控制杨山萤石矿床NWW向F3断裂为主要控矿构造并具有多期次构造活动特点,其受张扭性以及压扭性共同作用形成了杨山萤石矿“构造透镜体控矿模式”,并控制了杨山萤石矿床的范围、规模和形态,如图3杨山矿区地质矿产简图。上述主控矿构造走向一般以NWW向为主,倾向SSW,倾角较陡,一般70°～75°,局部60°～70°。

图3 杨山矿区地质矿产简图

2.3 岩浆岩

矿区内出露的为合峪岩基第四单元的含中斑中粗粒黑云二长花岗岩,为萤石矿的赋矿围岩。岩性特征:灰白及肉红色;斑状结构,基质为半自形粒状结构,块状构造。斑晶多为钾长石;基质以钾长石、斜长石、石英为主,少量黑云母,微量磷灰石、锆石。另在上述断裂构造破碎带内有矿化阶段的玉髓脉、晚期阶段的方解石脉和花岗岩脉充填,多在破碎带内断续分布,宽5～50 cm。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区主要矿体编号为Ⅲ-1,顶、底板的直接围岩多为黑云二长花岗岩,一般赋存于具有压扭性和张扭性特征的F3构造破碎带上盘,呈脉状、透镜体状及扁豆体状,表现为分支复合显著特点,并随着主控矿构造产状变化而变化,总体走向295°,倾向205°,倾角一般72°,局部67°或73°,总体向北西方向侧伏,侧伏角约67°,沿走向和倾向均呈舒缓波状。单个矿体走向长度一般大于400 m,倾向斜长大于走向长。矿体浅部厚度一般1～3 m,深部一般厚度3 m至30余米,厚度变化系数为56%,形态复杂程度中等。主矿体平均品位44.46%,品位变化系数35%。矿体品位变化与侧伏方向、产状及厚度变化相关性明显,总体沿矿体侧伏方向的中部品位相对高,该部位既是矿体的厚大部位亦是倾角相对的缓倾部位。

3.2 矿石特征

矿石类型主要为萤石-石英型为主,矿石矿物为单一萤石,脉石矿物主要有石英、方解石、长石、绢云母、高岭石、绿泥石和极微量黄铁矿、褐铁矿等。

矿石结构以他形—半自形粒状为主,矿石构造主要有细脉—网脉状、条带状、稠密浸染状、团块状和角砾状构造。由于受多期次构造活动影响,含矿热液沿构造裂隙多期次充填富集、叠加改造,最终形成矿区不同萤石矿石结构构造。

矿体中心为角砾状含量较高的单一萤石矿物,少量石英、碳酸盐矿物为主,向两侧渐变为细脉状或网脉状萤石、碳酸盐化和硅化花岗质碎裂岩。

萤石矿化主要表现为暗紫色萤石矿化、绿色萤石矿化、杂色萤石矿化等矿化表面特征。

3.3 围岩蚀变

构造破碎蚀变带主要特征:硅、碳酸盐化、绢英岩化和高岭土化,硅化、碳酸盐化为主要蚀变特征,萤石矿化以浑圆角砾状或细脉及网脉状为主要表现形式。

萤石矿化、硅化、碳酸盐化、角砾岩化构造蚀变岩为最有利找矿标志。

4 控矿构造与成矿规律

研究区矿床类型为热液充填型,成矿必要要素组合为侵入岩+断裂,主要的控矿因素为断裂构造,地层对矿体的形成影响较小,本次主要从控矿构造机理分析方面进行详细论述。

4.1 控矿构造机理分析

4.1.1 构造体系分析

区域控矿构造表现为NE或NNE构造及NE构造破碎带与花岗岩接触带的复合构造控制着萤石矿体或矿脉的产出[17],本次研究通过断层活动轨迹发现控制杨山矿床NWW向F3控矿断裂可能为左行走滑断层,其具有多期次构造活动并有张扭性和压扭性特点,且共同作用形成控矿“构造透镜体”矿化区和控矿构造破碎带交汇矿化区,它们分别代表萤石矿化弱区(次矿体赋存区)和萤石矿化强区(主矿体赋存区)。

构造带中花岗岩断块沉降和上下盘两侧随岩体断块走滑和挤压形成侧列式构造和角砾岩带,并形成了充足容矿空间,流体中的萤石矿物质和硅化碳酸盐以脉状形式充填于F3主控矿构造带中。

随着不同期次花岗岩体侵位和构造活动,并最终整个构造系统以压扭性表现相当突出,两条断裂带中的岩块受到两侧挤压、走滑错位而圆滑,致使两条构造破碎带既为含矿物质流体的通道,也是造就赋矿场所,主要最终形成封闭的“构造透镜体”成矿系统。

4.1.2 “构造透镜体”控矿机理

“构造透镜体”应该是由已先前断开的两上下两盘沿产出的两组NWW向与NEE向共轭剪切构造挤压滑动错位形成的。

“构造透镜体控矿”主要特点表现三类构造变形区:①矿区主矿体主要分布于弱构造动力变形区[15],弱构造动力变形区中心角砾岩化破碎严重,由于多期次构造活动呈浑圆状或半浑圆状,弱构造动力变形区边缘主要为可拼状液压致裂(花岗质)角砾岩,是主要的储矿构造;②而脆-韧性构造动力变形区[15]属于运矿构造且构造破碎,规模较大但其无矿化蚀变;③而大的“构造透镜体”中心为二长花岗岩无构造动力变形区。

4.2 成矿规律

4.2.1 矿化的时间演化特征

区域萤石矿床的主成矿期为早白垩世[18],区内动力变质和热液变质作用均与区内萤石矿化关系密切,前者为矿化提供了有利的空间,后者是矿化强弱的直接体现,其构造岩发育部位和蚀变强的部位矿化有利,硅化、玉髓化和绢英岩化、绿泥石化为近矿围岩蚀变。矿化阶段由早到晚划分为四个阶段:(1)硅化和绢英岩化、绿泥石化阶段:为区内早期黄铁矿化阶段和之后暗紫色萤石矿化阶段的主要蚀变类型。(2)玉髓化阶段:为区内杂色萤石矿化阶段的主要蚀变类型,亦伴随有绢英岩化和高岭石化等。(3)硅化阶段:为区内粉红色萤石及重晶石矿化阶段的主要蚀变类型,伴随有呈细脉状分布的绢云母化,并见有花岗岩细脉沿破碎裂隙充填。(4)碳酸盐化阶段:为萤石矿化之后的主要蚀变类型。多为方解石呈细脉状、网脉状沿破碎裂隙充填或胶结围岩、矿石和玉髓角砾等。

4.2.2 矿床的空间演化特征

杨山主矿区(大干沟矿区)结合各中段工程从平面图看,从西至东依次如下:

406～403线:为构造应力集中区,表现为两条构造破碎带汇聚区,为矿物质最有利的富集空间,也是厚大矿体集中区。此处主矿化体表现为强烈的角砾岩化和构造破碎,主要为强矿化角砾岩或矿化角砾质花岗岩,有的为矿化碎裂岩或碎粒岩。

403～411线:为一个大“构造透镜体”,主要有两条含矿破碎构造蚀变带组成,由于构造应力变小,裂隙相对发育较差,为矿化薄弱带。

411～421线:如同406～400线勘探范围,为构造应力集中区,表现为两条构造破碎带集中区,也为矿物质最有利的富集空间,表现为强矿化硅化碳酸盐带。

同理,从深度上看,也存在“构造透镜体”特性。从剖面看上述透镜体或构造应力集中区规模范围都有向下放大趋势,深部相对浅部构造应力较强,由于多期次张扭性和压扭性构造共同作用,构造裂隙发育、岩石破碎、矿化较强、矿化体规模较大。

4.2.3“构造透镜体控矿模式”的特征规律

总的来说,大的“构造透镜体”,含矿物质容易分散,得不到集中富集,无矿段较多,应该不利于厚大矿体形成。而小的“构造透镜体”相对来说比上述成矿条件要好。

特别是构造透镜体延伸边缘,即破碎带的交汇膨大部位为矿化最有利部位。

5 成矿模式与靶区预测

5.1 成矿模式

区内矿体分布于燕山期合峪花岗岩基内,侵入岩体对成矿的控制作用明显。矿体主要呈脉状赋存于断裂构造破碎带内,赋矿断裂以NW向为主、次为NE向,具有断裂规模大、构造角砾岩发育、蚀变强且矿化好的特征,断裂为成矿热液提供了有利空间。在破碎带的顶板部位、膨大部位、产状由陡变缓部位成矿有利,其断裂是控矿的主要因素[19]。

区内主要表现为两条NW向控矿构造活动带,具有分支复合特点,沿构造带充填的矿脉具有类似特点,矿体膨大部位即矿脉复合部位。而含萤石矿断裂构造既是导矿断裂,又是容矿断裂,且断裂带具有多期活动特征,矿化活动也具有多期性[20]。研究区断裂构造活动的多期性和以角砾岩化矿化为主要矿化特征及压扭性构造为研究区主要构造,认为张扭性构造为研究区主要容矿构造,压扭性构造主要形成密闭容矿空间并控制矿体规模。

总之,杨山萤石矿床赋存于张扭性和压扭性共同作用的构造体系中,张扭性构造突出,多期构造活动明显。杨山矿区的主断裂F3控矿构造带控制主矿脉在走向和倾向上表现为舒缓波状尖灭再现特点。

空间上杨山萤石矿总体上主要受控于两条NW向规模较大的压扭性构造带,分属于两条规模较大的构造带控制的矿脉呈分支复合的特点,显示杨山萤石矿脉空间控矿模式总体上呈“构造透镜体控矿模式”(图4)。

图4 构造透镜体控矿模式示意图

5.2 靶区预测

(1)聚焦“构造透镜体”,实现找矿突破

相对来说控矿构造破碎带交汇矿化集中区,即上述杨山主矿区发现和总结的三段矿化集中区的两侧控矿构造破碎带交汇矿化集中区作为重点突破。在406～402线和411～421线构造破碎带交汇矿化集中区找矿,在矿山生产勘探实践中已得到验证,并实现了突破性进展,厚大矿体大都10 m至30余米宽,甚至更宽,取得了显著的经济效益。

对于区内北西向主断裂F3构造与断裂F2或F4构造交汇处及其以西延伸区应为“构造透镜体”过渡区,成矿潜力较大。

(2)运用“构造透镜体控矿模式”及其特征规律对找矿靶区预测

基于对杨山萤石矿主断裂带“构造透镜体控矿模式”的认识,综合分析研究NW向F3主控矿构造带中两条构造带分支复合特点、地表断层的解译推断和NWW向及NEE向容矿构造的认识,认为矿区NW向F3控矿构造带为主要控矿构造带,经过综合分析认为杨山F3主控矿构造带推测发现有若干个找矿靶区,应加大探矿力度,有针对性进行探矿工作。

结合上述认识,在416～424线、300～308线分别圈定靶区一处(图5),在423～408线的生产探矿中已经证实“构造透镜体控矿模式”符合矿体分布的实际情况。

图5 杨山萤石矿探矿靶区分布图

6 结论

综上,杨山萤石矿位于华熊台隆外方山隆断区,矿体产于合峪花岗岩基内并主要受马超营断裂次级断裂控制,NE向断裂和NW断裂交汇部位形成容矿构造和储矿空间。文章提出了杨山萤石矿具有“构造透镜体”控矿特点,根据变形特点划分为三类:弱构造动力变形区、脆-韧性构造动力变形区和无构造变形区。

通过研究杨山矿区控矿构造、赋矿空间和成矿环境,总结矿床的时间演化规律和空间分布规律,萤石矿化的形成主要集中在硅化、绢英岩化和绿泥石化阶段、玉髓化阶段和硅化阶段,在空间演化特征上表现为等间距的“构造透镜体”,相应萤石矿化表现为薄弱带和富集带。

控矿构造表现为张扭性构造为矿区主要容矿构造,而压扭性构造提供封闭空间并控制矿体规模,根据此认识总结出萤石成矿具有中心无矿化、两侧富集的“构造透镜体成矿模式”,在此基础上预测找矿靶区两处,为区内深部和空白区找矿及类似矿床找矿提供了找矿模式和理论指导。