湖南宜章縣界牌嶺礦區(qū)螢石礦地質特征及礦床成因分析

周旭林，秦雅靜

( 1.湖南省國土資源規(guī)劃院，湖南 長沙 410007；2.湖南省礦產(chǎn)資源儲量評審中心，湖南 長沙 410007 )

0 引言

界牌嶺螢石礦是近年來探明的一處超大型螢石錫多金屬礦床。通過礦山近期的生產(chǎn)勘探，界牌嶺礦區(qū)累計查明螢石礦物量1461.7萬噸，錫金屬量89 838 t，規(guī)模為超大型[1]，另外共伴生有錫銅鉛鋅鉍銀鈹?shù)榷嘟饘俚V。區(qū)內(nèi)螢石礦床由淺部含鈹螢石礦床和深部與錫多金屬共生螢石礦床兩部分組成，前者賦存于淺部層間破碎帶中，后者賦存于深部蝕變帶中，與錫多金屬礦同體共生產(chǎn)出。關于錫多金屬礦床的地質特征及成礦規(guī)律，已有多人撰文進行過分析研究與總結[2-6]，但是對礦區(qū)的螢石礦床的地質特征與成礦規(guī)律卻少有人單獨研究分析。礦區(qū)的螢石礦床礦化蝕變、礦物組合、成礦機制具有其獨特性及典型意義，本次作者收集了該礦床的大量資料并進行了分析研究，總結了礦區(qū)的螢石礦床特征及成礦規(guī)律，對南嶺地區(qū)同類型螢石礦床的找礦工作具有理論意義。

1 礦區(qū)地質概況

1.1 地層

界牌嶺礦區(qū)位于南嶺成礦帶中段瑤崗仙鎢錫鉛鋅多金屬礦田的西南部瑤崗仙—汝城復式背斜中。礦區(qū)出露地層有上古生界下石炭統(tǒng)的石磴子組、測水組、梓門橋組和中上石炭統(tǒng)壺天群，為一套海相碳酸鹽巖夾海陸交互相的碎屑巖沉積，并零星分布有中生代白堊系。石磴子組為礦區(qū)的直接賦礦層位，出露于界牌嶺背斜的核部，巖性為淺灰、灰白色厚層狀白云巖、白云質灰?guī)r、灰?guī)r，深灰、灰黑色中至薄層狀灰?guī)r、含炭質、泥質生物碎屑灰?guī)r。

1.2 構造

礦區(qū)主要褶皺構造為界牌嶺背斜，次級褶皺發(fā)育。主背斜軸向NE23°，軸面向南東傾斜，往北軸面近乎直立。背斜核部為石磴子組灰?guī)r，兩翼由測水組砂頁巖組成，東西兩翼分別受F1、F3兩條走向斷層所切割。

礦區(qū)斷裂構造較為發(fā)育，按其產(chǎn)狀可分為近SN向、NWW向、NEE向三組。SN向斷裂主要有4條：F1、F3、F4、F5等，規(guī)模較大，屬成礦前形成的斷裂，并具有多期活動特征，與成礦關系密切。其中F4分布于傾伏背斜軸部，早期表現(xiàn)為張性特征，而后期又表現(xiàn)為壓扭性特征，區(qū)內(nèi)巖漿巖、礦化等均圍繞F4展布，是本區(qū)主要的導礦、控礦構造。NWW向斷裂主要有F201、F202、F401、F402扭性橫斷層，NEE向斷裂主要有F301、F302壓扭性橫斷層等，這兩組斷裂均錯斷近SN向斷裂，屬于成礦后斷裂(圖1)。

礦區(qū)節(jié)理、劈理非常發(fā)育，尤其在F4斷層兩側的石磴子組灰?guī)r中節(jié)理、劈理成帶出現(xiàn)被后期熱液礦物所充填，形成鋰云母、螢石細脈(微脈)，并伴有Be、Sn、W、Pb、Zn、Cu等礦化。

圖1 界牌嶺礦區(qū)地質略圖

1—白堊系 2—壺天群 3—梓門橋組 4—測水組 5—石磴子組 6—花崗斑巖及編號 7—螢石礦體 8—斷層 9—背斜 10—向斜 11—剖面線 12—鉆孔

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿活動較強烈，主要為花崗斑巖體，地表出露大小巖體有7處，巖體地表出露面積最大為0.12 km2，最小者僅200 m2，呈巖墻、巖脈及巖豆產(chǎn)出，總體走向NEE10°～20°，與主構造線方向一致。巖石呈淺灰—淺黃色。具斑狀結構，塊狀構造。斑晶主要為長石，粒徑在(5～10) mm×(10～30) mm之間，次為石英。巖石斑晶含量為30%～55%。基質主要由石英、長石、黑云母等組成，含量為45%～70%。據(jù)花崗斑巖巖性特征可分為邊緣相(Y-1、Y-2、Y-7號，侵入相對較早)和內(nèi)部相(Y-3、Y-4、Y-5、Y-6號，侵入相對較晚)。據(jù)原有色238隊勘查資料，Y-1號花崗斑巖K-Ar法測定年齡值約為75 Ma，Y-4號、Y-5號花崗斑巖Rb-Sr等值線法測定年齡值分別為89 Ma和81 Ma，由兩種測定結果可知，區(qū)內(nèi)花崗斑巖應為燕山晚期的產(chǎn)物。這與劉悟輝[3]、盧友月[7]、毛景文[8]等研究成果基本一致。

2 礦床地質特征

2.1 螢石礦體特征

螢石礦床共有礦體14個，其中主礦體1個(編號為V-1號)，次礦體4個(編號為V-7、V-9、V-13、V-14)，零星礦體9個。礦體主要賦存于界牌嶺傾伏背斜軸部的虛脫部位或層間破碎帶中，礦體底板圍巖為石磴子組灰?guī)r，頂板主要為石磴子組灰?guī)r，部分為測水組砂頁巖，礦體與圍巖的界線一般較清楚。礦體中主要有用組分CaF2變化均勻，其平均品位為37.77%，變化系數(shù)為29.86%；伴生的BeO的品位變化較大(0.001%～0.66%)，且連續(xù)性差，其平均品位為0.19%。

V-1號螢石礦體呈厚大的似層狀產(chǎn)出。走向NE20°～25°，傾向SE，傾角14°～55°，分布在122～142線之間。礦體走向長約860 m，傾斜延深160～350 m，礦體賦存于270～500 m高程之間(圖2)。在130～138線間已裸露出地表，地表出露寬度16～52 m。據(jù)見礦鉆孔統(tǒng)計，礦體平均鉛直厚度為48.72 m，最大厚度(ZK1305)為120.06 m(圖2)，最小厚度(ZK1343)為2.0 m。厚度變化系數(shù)為69.97%。w(CaF2)最低為20%，最高為64.63%，平均品位為38.01%，品位變化均勻，品位變化系數(shù)為27.79%。從縱向上看，礦體中部的品位較高，而往南往北品位逐漸降低。CaF2含量在130～136線略高，平均品位w(CaF2)>43%；130線以南和136線以北逐漸降低；130線至126線平均品位w(CaF2)為37.24%～39.86%；而136線以北至140線，平均品位w(CaF2)為30.64%～33.95%。CaF2含量與礦體的厚度呈正相關，即有厚度增大則品位升高的趨勢。垂直方向上，CaF2含量表現(xiàn)為礦體上部相對于礦體下部略高，在375 m高程以上，平均品位w(CaF2)=40.13%；375～295 m高程之間，平均品位w(CaF2)=39.85%；在295 m高程以下平均品位w(CaF2)=38.81%。

圖2 界牌嶺礦區(qū)132線剖面圖(據(jù)2017年核實報告①修改)

1—梓門橋組 2—測水組 3—石磴子組 4—花崗斑巖 5—燕山期花崗巖 6—螢石礦體 7—螢石錫多金屬礦體 8—地質界線 9—斷層 10—鉆孔 11—采空區(qū)

其他礦體均位于Ⅰ號礦體下部，由剖面或單工程控制，規(guī)模小，均為隱伏礦體，呈透鏡狀產(chǎn)出于層間破碎帶中，厚度為1.35～30.63 m，平均品位w(CaF2)一般為20.94%～38.52%，各礦體分布范圍、礦體形態(tài)、規(guī)模及厚度品位等特征見表1。

2.2 礦石特征

2.2.1 礦石礦物特征

礦石礦物成分主要為螢石、黃玉、白云母、絹云母、鐵鋰云母、方解石等，次要礦物有水鋁石、石英、綠泥石等，少見礦物有金綠寶石、氟鎂石、硅鎂石、黃鐵礦、方鉛礦、毒砂及錫石。螢石多為半自形—他形粒狀，邊緣常被熔蝕成港灣狀，呈聚晶狀、致密浸染狀，與鱗片狀大小不一的白云母或絹云母組成集合體(圖3a、3b)，與方解石、黃玉共生一起。

2.2.2 礦石的化學成分

區(qū)內(nèi)螢石的化學成分見表2。由表2可知，礦石中以CaF2為主，w(CaF2)為40.84%～46.98%，次為CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3，另有少量的Sn、Pb、Zn、Cu等有色金屬元素，雜質含量較低。

2.2.3 礦石結構構造

螢石礦石的結構主要有他形晶結構、包含結構[圖3a，顆粒粗大的螢石(紅色)中，包含有細小的云母(淺黃—灰白色)及硅鎂石(藍色、暗綠色)]、交代結構[圖3b，他形粒狀的螢石(紅色)交代硅鎂石(藍色—淺綠色)]。

表1 界牌嶺礦區(qū)其他礦體特征

圖3 界牌嶺螢石礦石特征

成分廣州有色研究院湖南有色研究院元素廣州有色研究院湖南有色研究院CaF246.9840.84Zn0.130.12CaCO313.7915.11Cu0.015SiO211.6616.80S0.10Al2O31.203.80P0.01Fe2O31.023.91As0.006BeO0.190.26Sn0.0130.035MgO2.86Pb0.240.12MnO1.02Ag10

注：礦石類型為云母-螢石型；數(shù)據(jù)量單位為%，其中w(Ag)/10-6。

主要構造有條帶(紋)狀構造(圖3c)、浸染狀構造、脈狀構造(圖3d，脈狀黃玉-云母-螢石礦石)及塊狀構造。

2.2.4 礦石類型

按礦物共生組合關系可劃分為兩個類型：一為云母-螢石型；二為黃玉-云母-螢石型。以前者為主，后者僅呈細脈狀穿插于前者之中，彼此界限清晰，前者具工業(yè)價值，后者量少，無單獨工業(yè)價值。

1)云母-螢石型：灰白、淺灰和灰色，地表及淺部風化較強，風化后呈暗褐色(圖3e、3f)，礦石中主要成分為螢石，呈半自形—他形粒狀晶，粒徑一般為0.35～0.175 mm，大于0.7 mm及小于0.124 mm者量少。螢石含量為40%～45%，次為白云母、金云母(兩者含量約為40%)。主要礦物螢石多常呈聚晶狀、密集浸染狀、不規(guī)則狀與鱗片大小不一的白云母或絹云母集合體，或與黃玉、方解石嵌生在一起。在這類礦石中往往由尖晶石、云母組成白色波狀條紋，或由云母、硬水鋁石組成條紋，也有由螢石、硬水鋁石組成條帶。在礦石中可見金綠寶石、硅鈹石、氟鎂石。

2)黃玉-云母-螢石型：灰白、淡黃褐色或淡紅褐色，花崗變晶結構，條紋、條帶狀構造，主要礦物為自形—半自形—他形粒狀螢石和纖柱狀—放射狀集合體的球粒或他形—半自形的黃玉相互嵌生，并常有云母、尖晶石等組成條紋產(chǎn)于其中。螢石含量為40%～45%，次為黃玉，含量為35%～40%，另有少量的白云母，含量約為5%。該類礦石一般呈細脈狀穿插于云母-螢石型礦石中(圖3d)。

2.3 圍巖蝕變

受巖漿熱力及熱液活動作用的影響，區(qū)內(nèi)巖石蝕變十分普遍，蝕變程度高，蝕變種類多。主要集中在花崗斑巖體邊部和含礦構造帶及頂?shù)装鍑鷰r中。主要蝕變類型有云母化、黃玉化、云英巖化、螢石化、硅化、綠泥石化、矽卡巖化、大理巖化及碳酸鹽化等，垂向上由上往下具有云母-螢石化組合向黃玉-螢石-云英巖化組合分帶的特征[2，9]。其中云母化、螢石化等與螢石礦化關系密切，礦化強度與蝕變強度呈正相關關系，而云英巖化、云母化，黃玉化、綠泥石化等與錫鉛鋅礦關系較密切。

3 控礦因素分析

3.1 地層巖性對成礦的控制

礦區(qū)礦化蝕變主要分布在石磴子組的兩個部位，一是螢石礦體賦存于石磴子組頂部中厚層狀灰?guī)r與薄層狀泥灰?guī)r的互層段，二是錫-螢石礦體賦存在石磴子組中下部中厚層狀灰?guī)r、白云巖、白云質灰?guī)r、灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r混雜巖段。由此可見，不純灰?guī)r比質純灰?guī)r成礦有利，不純灰?guī)r所含的雜質有的易于溶解，有利于礦液滲透交代，并為礦液的運輸、富集創(chuàng)造了更多的空間。

測水組頁巖層阻擋了揮發(fā)分的擴散，使之富集成礦。測水砂頁巖層透水性差，密閉性好，當含礦揮發(fā)分沿著斷裂向上運移時，遇到測水組砂頁巖蓋層的阻擋，便在背斜核部的虛脫空間或層間裂隙運移，交代圍巖形成厚度巨大似層狀的螢石礦體。

3.2 構造對成礦的控制

1)褶皺構造對成礦的控制。界牌嶺背斜是一個復式背斜，并且向北東方向傾伏，在背斜的形成過程中，在背斜的軸部形成虛脫空間，并發(fā)育了一系列的規(guī)模大小不等的斷裂構造，有順層的層間破碎帶，也有垂直層理的節(jié)理裂隙帶，有利于巖漿侵入、礦液充填及交代富集成礦。

2)斷裂構造對成礦的控制。區(qū)內(nèi)斷裂構造按其方向可以分為NE向、NW向及近SN向，但對成礦有利的主要是近SN向的斷裂構造。近SN向斷裂構造具有多期多階段活動的特點，形成于成礦前，在成礦期與成礦后均有活動。根據(jù)F1、F4、F5斷裂破裂帶巖石微量元素分析結果(表3)，斷裂帶中的Pb、Zn、W、Sn、F、Be等礦化元素含量高出地殼克拉克值若干倍，F(xiàn)4與不含礦的F1、F5相比，亦高出幾十倍，特別是F、Be元素反映尤為明顯。由此可見F4斷裂帶是區(qū)內(nèi)的控礦導礦及容礦構造。

表3 界牌嶺礦區(qū)斷裂構造微量元素分析結果

3)劈理、節(jié)理裂隙對成礦的控制。在界牌嶺主背斜的軸部，在褶皺形成過程中，褶皺縱彎作用形成了一系列與主構造帶方向一致的劈理，且密集平行發(fā)育，由于受到多次構造活動的影響，劈理常有分支復合現(xiàn)象，有些則過渡為節(jié)理，局部地段則表現(xiàn)為張性破碎帶。這些節(jié)理、劈理是含礦熱液活動的良好空間，因此這些裂隙常被云母、螢石、黃玉、黃鐵礦等所充填，形成細脈或網(wǎng)脈帶。經(jīng)觀察統(tǒng)計，由主背斜翼部到軸部，細脈數(shù)量逐漸增多，礦化逐漸增強，脈幅也由窄變寬，形成區(qū)內(nèi)一些次要的螢石礦體。

3.3 巖漿巖對成礦的控制

界牌嶺礦區(qū)礦體均產(chǎn)于花崗斑巖巖體外接觸帶中，空間上與巖體關系密切。根據(jù)區(qū)內(nèi)花崗斑巖的巖石化學成分分析結果(表4)，區(qū)內(nèi)巖體大多數(shù)為鋁過飽和，巖石中暗色礦物少，堿性長石含量高，富鉀、鈉、而貧鈣、鎂、鐵，與中國花崗巖平均成分相比較，SiO2、TiO2、MnO含量基本一致，而Fe2O3、MgO則偏低，Na2O+K2O則偏高，這基本符合南嶺地區(qū)與成礦有關的花崗巖的特征[11-13]。另外根據(jù)區(qū)內(nèi)花崗斑巖的微量元素分析結果(表5)，界牌嶺花崗斑巖富含F(xiàn)、Li等揮發(fā)組分及W、Mo、Cu、Pb、Zn等成礦元素，特別是晚期花崗斑巖的K、F、Cl、Rb等元素含量及K/Na、F/Cl、Rb/Sr比值高于早期，Rb/Sr 比值高，花崗斑巖屬于高分異花崗巖，有利于礦化富集[4]。區(qū)內(nèi)花崗斑巖具備成礦花崗巖的地球化學特征，為成礦帶來了豐富的成礦物質及成礦熱液。

表4 花崗斑巖巖石化學成分

注：成分量單位為%。

表5 花崗斑巖微量元素分析結果

注：元素量單位為wB/10-6；()中數(shù)字為樣品數(shù)。

4 成礦作用及礦床成因

4.1 成礦物質來源

1)本區(qū)成礦物質氟元素主要來自花崗斑巖。前面已經(jīng)述及本區(qū)花崗斑巖的氟等揮發(fā)組分含量高，這種高含量的成礦元素及揮發(fā)組分為巖漿分餾出成礦熱流體提供了物質基礎。喻愛南[16](1992)對界牌嶺礦床開展同位素研究，分析得出金屬礦物硫同位素δ34S范圍為-0.1%～7.5%，位于花崗斑巖范圍內(nèi)；礦石中鉛同位素組成與花崗斑巖中的長石鉛非常一致；成礦流體δD、δ18O同位素(δD為-40%～-85%；δ18O為5.5%～9.5%)落入巖漿水范圍，說明成礦溶液來源于花崗斑巖巖漿。另外據(jù)礦區(qū)稀土元素地球化學研究，區(qū)內(nèi)花崗斑巖、黃玉螢石巖、錫石三者稀土配分模式十分相似(圖4)，亦反映成巖與成礦的關系密切以及巖漿和礦質的同源性。

2)部分鈣元素來自于沉積的碳酸鹽巖。礦區(qū)與鄰近的上雙水源地段石磴子組灰?guī)r巖石化學分析結果(表6)表明，礦區(qū)石磴子組灰?guī)rw(SiO2+Al2O3+Fe2O3+MgO)=11.73%，而上雙水源的石磴子組灰?guī)rw(SiO2+Al2O3+Fe2O3+MgO)=4.42%，前者明顯高于后者；另外礦區(qū)灰?guī)r的w(CaO)=46.48%，上雙水源的w(CaO)=52.77%，說明礦區(qū)賦礦層受含礦熱液的影響，有大量的物質帶進帶出，SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO等成分多滲入到圍巖中，而CaO則被帶出與氟元素結合形成廣泛的螢石礦物。

圖4 稀土元素配分模式圖(據(jù)文獻[17])

表6 界牌嶺礦區(qū)與鄰近的上雙水源地段石磴子組灰?guī)r巖石化學成分

注：測試單位為桂林礦產(chǎn)地質研究院分析室，1991；成分量單位為wB/%。

4.2 成礦溫度

本區(qū)礦物包裹體均一法測溫結果顯示，區(qū)內(nèi)可劃分為兩個成礦溫度階段：第一階段為高中溫氣成熱液成礦階段，溫度為206℃～428℃，主要形成云英巖化、錫石礦化、螢石礦床；第二階段為中低溫熱液成礦階段，成礦溫度為95℃～224℃，主要形成錫石硫化物礦床②。礦區(qū)螢石及錫石、鉛鋅硫化物礦床的成礦溫度與柿竹園鎢錫鉬鉍伴生螢石礦床的成礦溫度[18-19]基本一致。

4.3 礦床成因

燕山晚期形成的分異演化完全的花崗斑巖沿著界牌嶺背斜軸發(fā)育的斷裂構造向上侵位，并攜帶著含豐富的W、Sn、Pb、Zn、Be、Cu、F成礦元素的氣水熱液，當巖體在侵位、冷凝的過程中，由于分異作用，巖漿帶來的揮發(fā)分及成礦元素沿垂直方向集中到高度分異的晚期花崗斑巖的頂部，含礦熱液在壓力差及濃度差的作用下，沿構造裂隙運移，對巖體和圍巖進行交代，產(chǎn)生較強烈的云英巖化、黃玉化等，同時伴隨有錫石、鉛、鋅等礦化形成；含礦流體繼續(xù)向上滲透進入灰?guī)r時，巖性不純的灰?guī)r有利于流體的運移與交代作用，在背斜的核部受到上覆砂頁巖的阻擋則富集，并產(chǎn)生廣泛的黃玉螢石化或黃玉云母螢石化等蝕變，形成黃玉云母螢石礦體或黃玉云母螢石蝕變巖。礦床屬熱液交代成因，形成于燕山晚期。

5 找礦標志

1)近礦圍巖蝕變。本區(qū)背斜軸部廣泛發(fā)育的云母螢石巖及沿裂隙密集發(fā)育的云母螢石脈或含硫化物的云母螢石網(wǎng)脈帶，是找礦的直接標志。此外近礦圍巖中往往具有退色化現(xiàn)象。

2)地表黑土帶。它是由地表礦化蝕變巖石風化而引起鈣質流失，從云母、黃鐵礦等礦物中分解出的鐵質物污染造成地表蝕變巖石風化后呈褐黃色。它與未礦化的灰?guī)r，砂頁巖所風化的泥土在顏色上有明顯的差異，因此黑土帶是重要的找礦標志。

3)物化探信息?；疆惓Ｖ苯臃从沉说V化活動，本區(qū)就是通過化探次生暈在地表發(fā)現(xiàn)有Cu、Pb、Zn、Sn、Be、Ag、F等多元素組合異常而開展工作的，因此化探異常分布地段，特別是原生暈異常地段布設地質工程，可望獲得較好的找礦效果。

致謝：文章撰寫過程中得到湖南省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局湘南地質勘察院、湖南省有色地質勘查局有色一總隊的大力支持，在此表示衷心感謝。

注釋：

① 雷澤恒，候茂松，劉亞新，等. 湖南省宜章縣界牌嶺礦區(qū)螢石錫多金屬礦資源儲量核實報告[R]. 2017：1-155.

② 賀文良，趙中權，候茂松，等. 湖南省宜章縣界牌嶺礦區(qū)含鈹螢石、錫(銅)礦普查報告[R]. 1998：1-114.