河南登封白土溝重晶石礦礦床地質(zhì)特征及成因探討

郭甲一，陳建光，孫紅濤，謝白楊，姜治業(yè)

(1.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，鄭州 河南 450052；2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術研究重點實驗室，鄭州 河南 450052；3.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊，鄭州 河南 450016，4.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊，鄭州 河南 450016)

重晶石是鋇的硫酸鹽礦物，主要成分為硫酸鋇[1]。其具有密度大，充填性良好，難溶于水和酸，無毒性，能吸收射線，化學和熱力學性質(zhì)穩(wěn)定等特點。重晶石是一種重要的非金屬礦產(chǎn)，廣泛應用于石油、化工等工業(yè)領域，也是我國的優(yōu)勢礦產(chǎn)之一[2-4]。本文通過對登封白土溝重晶石礦礦床地質(zhì)特征進行分析，礦床成因類型屬中低溫熱液型脈狀礦床，為今后該地區(qū)重晶石礦資源調(diào)查和勘探提供參考。

1 成礦地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構造單元位于華北地臺南部，嵩箕臺隆箕山背斜北翼中段。地層分區(qū)屬華北地層區(qū)之豫西分區(qū)嵩箕小區(qū)。區(qū)域上出露地層主要有太古宇登封巖群、古元古界嵩山群、中元古界五佛山群、古生界寒武系、石炭系、二疊系及新生界第四系[5]。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期次的構造運動，不同期次、不同方向的構造先后疊加、改造，區(qū)內(nèi)構造形態(tài)和樣式復雜，褶皺、斷裂發(fā)育。其中斷裂構造空間展布以北西西向、近東西向、北東向為主。主成礦構造送表后坡—張家門斷裂帶總體呈北東向，中部呈近東西向，帶內(nèi)發(fā)育斷層角礫巖、構造泥礫巖、碎裂巖等構造巖，充填重晶石礦脈，具鉛鋅礦化、硅化、碳酸鹽化蝕變。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為寒武系饅頭組和張夏組、石炭系本溪組，第四系分布在溝谷中(圖1)。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)簡圖

(1)中下寒武統(tǒng)饅頭組(∈1-2m)。

呈帶狀分布于礦區(qū)中南部，區(qū)內(nèi)出露不全。由老到新分可為三個巖性段：下段為灰黃色、紫紅色薄層狀泥晶白云巖與含鐵泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r互層，夾灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r、疊層石灰?guī)r，屬潮間沉積。中段上部為紫紅色云灰質(zhì)泥巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾鮞粒灰?guī)r；中部為鐵泥質(zhì)云質(zhì)灰?guī)r，下部為含鐵質(zhì)泥巖，屬陸表海沉積。上段為紫紅色、豬肝色頁巖、云灰質(zhì)泥巖，夾薄層狀砂質(zhì)微晶灰?guī)r或鮞粒灰?guī)r，頂部為海綠石石英砂巖夾鮞?；?guī)r，屬陸表?！逼撼练e。與下伏地層整合接觸。

(2)中寒武統(tǒng)張夏組(∈2z)。

為本區(qū)主要含礦地層[4]，在礦區(qū)中北部呈帶狀分布，由老到新分為五個巖性段：第一巖性段下部為灰色塊狀、厚層狀砂屑鮞粒灰?guī)r夾海綠石砂質(zhì)灰?guī)r；中部為厚層狀泥晶灰?guī)r夾鮞粒灰?guī)r；上部為鮞粒灰?guī)r夾黃綠色頁巖，屬潮間沉積。第二巖性段為灰色、灰黃色薄板狀泥晶灰?guī)r夾薄層狀、中厚層狀礫屑灰?guī)r，底部為鮞?；?guī)r，屬陸棚沉積。第三巖性段為灰色厚層狀含條帶鮞?；?guī)r夾薄層泥晶灰?guī)r，屬碳酸鹽巖臺地沉積。第四巖性段為灰色塊狀斑狀泥晶灰?guī)r、條帶狀泥晶灰?guī)r夾薄層鮞?；?guī)r，屬碳酸鹽巖臺地沉積。第五巖性段為褐灰色塊狀殘余鮞粒白云巖、細晶白云巖夾薄層狀粉晶白云巖，屬臺地前緩坡帶沉積。第五巖性段白云巖節(jié)理發(fā)育，斷裂切割甚劇，常有方解石脈、石英脈、重晶石脈充填，是本區(qū)重晶石礦的主要賦礦層位。

(3)石炭系上統(tǒng)本溪組(C2b)。

在礦區(qū)北部及外圍零星出露，巖性為粘土巖、粘土礦、鋁土礦和鐵質(zhì)粘土巖等，屬濱淺海相沉積。為本區(qū)鋁土礦的含礦層位。與下伏地層呈平行不整合接觸。

2.2 構造

礦區(qū)內(nèi)褶皺構造不發(fā)育，總體為向北傾斜的單斜構造，中、東部走向近東西，西部走向北西西，傾向北北東，傾角22°～64°，平均35°。

區(qū)內(nèi)近東西向、北東—南西向斷裂構造發(fā)育。其中，近東西向斷裂構造為區(qū)內(nèi)重晶石礦主要控礦構造。該組斷裂集中分布于礦區(qū)中北部，較大規(guī)模的為F1、F3、F12、F13等斷層，其次為F4、F5、F6、F7、F8、F11、F14等斷層，均為逆斷層(表1)。該組斷裂帶形成時間較早，具多期次活動特點，重晶石脈主要產(chǎn)在該組斷裂帶內(nèi)，為本區(qū)主要控礦、賦礦構造。北東向斷層主要規(guī)模較小，主要有F8。

表1 礦區(qū)其它主要斷層特征一覽表

(1)F1斷層：位于木蘭溝村北西，總體走向80°左右，區(qū)內(nèi)長450m，西端延出區(qū)外。斷裂帶寬1～5m，斷層面具舒緩波狀，不太光滑，傾向南，傾角40°～75°。斷裂帶內(nèi)構造巖發(fā)育，主要由構造泥礫巖、角礫巖、碎裂巖及重晶石脈組成。構造巖具硅化、碳酸巖化蝕變。礦化以重晶石化為主，局部具方鉛礦化，為區(qū)內(nèi)重要的容礦構造，嚴格控制著K1-1重晶石礦體的分布。

(2)F3斷層：分布于上老墳溝村北—木蘭溝—白土溝—吳窯南之間，斷續(xù)出露長2 200m，斷裂帶寬1～6m。斷裂帶走向總體呈近東西，平面上呈“S”型彎曲，西端向南偏轉(zhuǎn)，東端向北偏轉(zhuǎn)。具膨大、狹縮、分支、復合特征。斷面傾向南，傾角55°～78°。帶內(nèi)構造巖發(fā)育，主要由構造角礫巖及重晶石脈組成，次為碎裂巖、構造泥礫巖及圍巖透鏡體。構造巖具硅化、方解石化蝕變，礦化主要為重晶石化，局部伴有方鉛礦化，為區(qū)內(nèi)最主要的容礦構造，嚴格控制著K3-1、K3-2重晶石礦體的分布。

(3)F12斷層：展布于康窯南坡—西楊溝—安莊南坡，斷續(xù)長1 000m，寬0.8～5.5m。斷裂帶總體走向85°左右，呈“S”型彎曲。向西與F3、F11復合。斷裂傾向南，傾角41°～70°。斷裂帶中構造巖發(fā)育，主要為構造角礫巖，次為碎裂巖、構造泥礫巖。充填重晶石脈，硅化、方解石化蝕變強烈，方鉛礦局部富集，為區(qū)內(nèi)重要的容礦構造，控制著K12-1重晶石礦體的分布。

(4)F13斷層：出露在西楊溝西坡—東楊溝西坡之間，向東被第四系覆蓋。斷續(xù)出露長800m，寬0.2～1.8m?？傮w走向東西向，中部向南彎曲，具膨大、狹縮特征；傾向南，傾角60°～75°。斷裂帶內(nèi)構造巖較為發(fā)育，以構造角礫巖為主，次為構造泥礫巖，中東部膨大部位充填重晶石脈。硅化蝕變較為強烈。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)重晶石礦體呈傾斜脈狀賦存于構造破碎帶中，其形態(tài)受構造帶控制，呈脈狀、透鏡狀，多分布在距地表200m以淺。重晶石礦體中伴有方鉛礦化，局部富集成鉛礦體，但規(guī)模一般較小。區(qū)內(nèi)較大規(guī)模重晶石礦體8個，其中以K3-1、K3-2、 K1-1、K12-1礦體規(guī)模最大，其它礦體為K14-1、K4-1、K11-1、K5-1規(guī)模均較小(表2)。從地表到深部品位稍有降低的趨勢，變化不明顯。

表2 白土溝重晶石礦區(qū)各礦體特征一覽表

(1)K3-1礦體呈不規(guī)則脈狀、透鏡狀產(chǎn)于F3構造帶西段中上部，賦礦層位為寒武系沉積巖層。礦體呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出，走向80°～100°，傾向南，傾角平均75°。礦體在局部(西段)膨大，兩端稍薄，向深部礦體尖滅。礦體地表出露長度約1 500m，地表出露標高520～534m，控制最低標高370m，最大斜深160m。礦體厚度0.80～8.46m，平均5.38m。礦體BaSO4品位38.48%～83.35%，平均品位59.45%。

(2)K1-1礦體呈不規(guī)則脈狀產(chǎn)于F1構造帶中上部，礦體淺部較薄，向深部礦體變厚，礦體呈脈狀產(chǎn)出，走向280°，傾向南，傾角平均76°。礦體地表出露長度長度1 200m，地表出露標高490～526m，控制最低標高420m，最大斜深110m。礦體厚度0.80m～6.42m，平均4.96m。礦體BaSO4品位54.45%～74.91%，平均品位67.54%。

(3)K3-2礦體呈不規(guī)則脈狀產(chǎn)于F3構造帶東段中上部，礦體淺部較厚，推測向深部礦體厚度較穩(wěn)定，體呈脈狀產(chǎn)出，走向80°，傾向東，傾角平均60°。礦體地表出露長度850m，地表出露標高475～535m，控制最低標高475m，最大斜深120m。礦體厚度0.80m～8.07m，平均4.68m。礦體走向70°～90°。單工程BaSO4品位40.46%～75.33%，礦體平均品位60.62%。

(4)K12-1礦體呈不規(guī)則脈賦存于F12構造帶中，礦體走向250°，東段轉(zhuǎn)為280°。礦體淺部較厚，向深部礦體變薄尖滅。礦體地表出露長度800m，地表出露標高456～524m。礦體厚度0.80m～4.29m，平均1.30m。礦體BaSO4品位最高77.06%，最低37.51%，平均56.07%。

3.2 礦石質(zhì)量

(1)礦石類型。

依據(jù)礦石的主要礦物組合[6]，礦石自然類型可分為兩類，一是重晶石礦石、方解石—石英—重晶石礦石，為礦區(qū)主要礦石類型；其次是(含)方鉛礦—重晶石礦石，僅局部可見。

(2)礦石的結構、構造。

重晶石礦石：根據(jù)重晶石礦石中主要礦物重晶石的粒度、自形程度等劃分為：自形粒狀結構、半自形粒狀結構、他型粒狀結構。構造主要為巨晶塊狀重晶石礦石、角礫狀重晶石礦石、多孔狀及泥礫巖狀重晶石礦石。

(含)方鉛礦—重晶石礦石：礦石結構多呈他型粒狀結構；礦石構造多為脈狀構造、細粒浸染狀構造、角礫狀構造、浸染狀構造。

塊狀重晶石礦石一般分布于含礦構造帶中上部，角礫狀重晶石礦石一般分布于礦帶中部或塊狀重晶石礦兩側，多孔狀及泥礫巖狀重晶石礦多分布于礦帶底板附近。(含)方鉛礦—重晶石礦石多分布于塊狀重晶石礦兩側或礦帶底板附近。

(3)礦石的礦物成分。

區(qū)內(nèi)重晶石礦石主要為中低溫熱液充填形成的含方解石石英重晶石脈，其主要有用礦物為重晶石，含量30%～95%不等，脈石礦物主要為石英、方解石，少量白云石。金屬礦物主要為方鉛礦，少量閃鋅礦。氧化礦物為褐鐵礦、白鉛礦等，含少量泥質(zhì)。重晶石為白色、灰白色，呈自形—半自形板狀，粒徑0.03～40mm，集合體呈聚片狀、菊花狀，少部分呈細小板狀、針狀。鏡下可見重晶石呈如下特征：無色，中正突起，解理完全，平行消光，最高干涉色一級黃，含固體包裹體較多而渾濁。重晶石呈現(xiàn)玻璃光澤，解理面呈珍珠光澤，摩氏硬度3.3，比重4.5g/cm。

區(qū)內(nèi)(含)鉛礦石主要賦存于含重晶石方解石石英脈中，主要金屬礦物為方鉛礦，有少量閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦，氧化礦物為褐鐵礦、氧化錳、鉛釩、白鉛礦等，主要脈石礦物為方解石、石英、重晶石等。方鉛礦為鉛灰色，石英脈中的方鉛礦呈不規(guī)則他形粒狀，粒度0.01～4.4mm。重晶石礦石中方鉛礦多呈自形粒狀，具完善的立方體解理，粒度2～14mm。光片中呈純白色，低硬度，均質(zhì)性，被白鉛礦交代。

(4)礦石的化學成分。

重晶石礦石的主要化學成分為BaSO4，含量25.0%～80.0%不等，其次為SiO2，含量3.0%～ 40.0%。其它成分為：CaO含量0.4%～16.0%，F(xiàn)e2O3含量0.4%～2.0%，Al2O3含量0.2%～4.0%，MgO含量0.3%～1.0%，少量Pb、Zn、Mn、Cu等。

(5)礦石工業(yè)類型和品級。

重晶石礦石中與重晶石關系密切的金屬硫化物含量一般小于1%，且分布不均勻，可供綜合回收的伴生有用組分為方鉛礦。因此，礦石工業(yè)類型為低硫化物型重晶石礦石。礦石中BaSO4含量均低于90%，只有少部分能達到化工用重晶石合格品標準[7-8]。

4 礦床成因探討

(1)構造控礦特征。

礦區(qū)內(nèi)礦體嚴格受斷裂破碎帶控制，成群成帶出現(xiàn)，重晶石礦帶長120～2 200m不等。礦體產(chǎn)狀與斷裂一致，礦體大小懸殊。礦體形態(tài)受構造帶的控制，多呈脈狀、透鏡狀、楔狀等。礦區(qū)內(nèi)重晶石礦控礦構造以斷裂控礦為其主要的控礦特征。從控礦構造方向而言，近東西向、北西西向、北北東向的斷裂構造均有發(fā)育，而以近東西向斷裂為其主要控礦、賦礦構造。

(2)地層控礦特征。

礦床賦存于寒武系沉積巖層中，寒武系地層是封閉、半封閉的的海灣或瀉湖相沉積產(chǎn)物。相關化探資料表明，區(qū)內(nèi)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r地層中存在著串珠狀排列的Ba元素異常，在灰?guī)r、白云巖中含量次之，砂巖、頁巖等地層中含量最低，表明白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r是較好的成礦地層。同時，在含礦構造帶頂、底板圍巖為灰?guī)r或白云巖時，礦體的厚度增大，礦石品位較高；在礦帶圍巖為泥巖、砂巖時，礦化較弱[9-10]。

(3)成礦溫度。

礦區(qū)內(nèi)重晶石礦體受構造帶控制，礦物組合較為復雜，有的是單礦物重晶石脈，有的則和石英、方解石共生，多伴生金屬硫化物。礦石主要礦物為重晶石、方解石、石英，少量方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦等。礦石結構主要為自形粒狀結構、半自型粒狀結構，少量他型粒狀結構。礦石構造以塊狀、角礫狀為主，少量脈狀、多孔狀。圍巖蝕變以硅化、碳酸鹽化為主，圍巖蝕變?nèi)酢＞哂兄械蜏責嵋撼涮畛傻V特點。因此，礦床屬中低溫熱液礦床。

綜合以上礦床地質(zhì)特征，礦石礦物組合及相關關系結合礦床圍巖蝕變類型認為，該礦床是成礦熱液脫離母巖后，通過斷裂時隨著環(huán)境、壓力、溫度等條件的變化，使重晶石、石英、方解石、金屬硫化物等析出沉淀，在有利的構造部位富集成礦[11]。