重庆彭水火石垭重晶石－萤石矿床控矿因素与成因

邹 灏，徐旃章，张寿庭，方 乙，高 峰，曾昭法

（1.中国地质大学 地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京100083；2.成都理工大学 矿产资源综合评价与开发利用研究所，成都610059）

川东南地区重晶石－萤石成矿带规模大、区域广，是中国的重晶石、萤石重要产地。近年来的勘查工作表明，该区成矿地质条件优越，具很大的成矿潜力和找矿远景。重庆彭水火石垭重晶石－萤石矿床正位于该成矿带的有利成矿部位上。

前人对川东南一带的重晶石－萤石矿床有过一定的研究[1－6]，但对成矿地质特征、控矿因素与成矿环境的依控关系和动态研究甚少。因此，笔者在系统总结前人相关研究成果的基础上，通过野外地质调查和室内微观研究进行综合分析，探讨重庆彭水火石垭重晶石－萤石矿的控矿因素及其矿床成因，为矿区及其外围进一步找矿勘探工作提供参考。

1 区域地质概况

研究区位于四川盆地东南缘的川东高陡构造带和川南中低缓构造带，属于川东、川南及盆地周边的鄂西断褶带和滇黔北部拗陷等多个构造单元的结合部位，也是四川盆地内褶皱变形最强烈的地区。变质基底由中、上元古界下板溪群组成，形成于晋宁运动（距今1700～850Ma），埋藏深度9～10km。其上沉积盖层发育较稳定，除黔北和川东部分地区由于相对隆升缺失泥盆系和石炭系外，自震旦系至白垩系的各时代地层比较齐全。印支运动（距今约258～213Ma）使本区强烈上升，遭受剥蚀；燕山运动（距今约213～70Ma）后，全面褶皱，形成地台盖层褶皱带，第三系缺失，第四系零星分布[1，7－8]。

研究区及邻区未见岩浆岩发育，重晶石－萤石矿的成矿作用与岩浆活动无明显联系，成矿物质应来自于各时代沉积地层。其中受燕山运动的强烈影响，在区域上产生一系列的褶皱和断裂，这些构造对成矿起着重要的控制作用。

重庆彭水朗溪火石垭重晶石－萤石矿床位于四川盆地东南部（图1），隶属重庆市彭水苗族土家族自治县朗溪乡，是四川盆地东南部重晶石－萤石成矿带上的典型矿床之一。

图1 彭水火石垭重晶石－萤石矿区地质图Fig.1 Geological map of the Huoshiya barite－fluorite deposit in the Pengshui region

2 矿床地质特征

火石垭重晶石－萤石矿区内构造形迹主要以断裂构造为主，其中重晶石－萤石矿均无一例外地赋存于北西向断裂破碎带中，其为矿区主要布矿－容矿构造。北西向断裂主要有F1、F2、F3（图1），控制着矿区内重晶石－萤石矿脉的北西向延伸、成群产出和空间分布。

2.1 矿体特征

重晶石－萤石矿脉在矿区内出露共有6条，长短不一，出露长度最长约400m，最短约7m，呈平行排列分布，为陡倾斜矿体，沿北西向压扭性断裂充填。矿体倾向北东 ，倾角55°～70°，宽度约6～10m（图2）。

图2 重晶石－萤石矿体Fig.2 Barite－fluorite orebody

2.2 矿石特征

2.2.1 矿石组成及性质

根据野外调查和室内镜下研究表明，火石垭重晶石－萤石矿的矿物成分相对简单，矿石矿物主要为萤石（图3）和重晶石（图4）。萤石一般无色，透明－半透明，晶形完好者多呈六面体晶出，粒度大者为1～2cm，小者为10～20μm，平均为0.3～2mm。重晶石颜色主要为白色－无色，透明－半透明，板状，少数为粒状，粒度平均为0.3～2 mm，最小为20～60μm；重晶石中有少量锶，与钡呈类质同象形式存在，或天青石以固溶体形态存在于重晶石中。

脉石矿物主要有方解石和石英（图4、图5）等。其中方解石为白色，菱面体形，解理发育，一般粒度较粗，单体粒度0.5mm，方解石脉晶洞常有矛头状晶簇。石英一般为他形不规则粒状，与玉髓微粒共生，粒度30～40μm。

图3 萤石Fig.3 Fluorite

图4 重晶石和萤石中含石英Fig.4 Barite and fluorite containing quartz

图5 灰岩中穿插大量方解石脉Fig.5 Lots of calcite veins in limestone

此外，矿石中可见少量褐铁矿、长石、绢云母、白云石、高岭土等。

2.2.2 矿石结构与构造

火石垭重晶石－萤石矿区常见的矿石结构为自形结构、半自形结构、他形粒状结构和交代残余结构等；矿石构造主要为块状、条带状、角砾状、板状，其次为脉状、网脉状、晶洞状、似斑点状、团块状、蜂窝状构造等，它们分别产于重晶石－萤石矿体空间分带的不同部位。

2.3 围岩蚀变

火石垭重晶石－萤石矿围岩蚀变较弱，主要有方解石化（图5）、弱硅化，少量绢云母化、高岭土化和黄铁矿化等。

2.4 矿物生成顺序和成矿阶段

火石垭重晶石－萤石矿成矿阶段可分为成矿前成矿组分初始富集阶段、成矿期重晶石－萤石矿热液成矿阶段和成矿后多金属矿富集阶段（图6）。

图6 彭水火石垭重晶石－萤石矿矿物生成顺序及共生组合Fig.6 The generating sequence and paragenesis of the minerals from the Huoshiya barite－fluorite deposit in the Pengshui region

研究区矿物之间的关系较为复杂，成矿组分初始富集时，重晶石、萤石和方解石较常见，少量褐铁矿等金属矿化出现。成矿期可细分为白（无）色粗晶重晶石－萤石亚阶段（Ⅰ－1）、深色细晶重晶石－萤石亚阶段（Ⅰ－2）和碳酸盐化阶段（Ⅱ）。研究区内重要的矿石矿物重晶石和萤石均大量发育于Ⅰ－1阶段，伴生有硅化、方解石化、绢云母化和高岭土化。Ⅰ－1阶段已无重晶石但仍有萤石出现，同时见有少量石英。在Ⅱ阶段大量的碳酸盐化的出现和发育，标志着成矿进入了晚期。成矿后多金属矿成矿阶段以黄铁矿和铅锌矿为主，重晶石、萤石、石英以及少量的绢云母和高岭土为其伴生矿物。

3 控矿因素

3.1 地层对矿床的控制

川东南地区重晶石－萤石矿床（点）具有矿点多、规模大、区域广的特点。通过野外调查，总结矿床产出的地质环境及矿体特征，发现研究区及邻区的重晶石－萤石矿床主要赋存于桐梓组（O1t）、红花园组（O1h）地层中，其中桐梓组相当于分乡组（O1f）＋南津关组（O1n）；少量赋存于大湾组第一段（O1d1）和宝塔组（O2b）地层中。具有明显的层控矿床特征（表1）。

通过对重庆彭水朗溪火石垭重晶石－萤石矿区出露的地层剖面进行实测，发现矿区出露的地层主要有（图7）：上寒武统毛田组（C－3m）、下奥陶统南津关组、分乡组、红花园组、大湾组和第四系。

毛田组：下部为深灰色细－中粒结晶致密性硬厚层状白云岩，风化面呈灰黑色不规则刀砍状溶沟；上部为深灰色厚－中厚层状稍带浅肉红色中－细粒结晶白云质灰岩，局部沿层面或者风化面见团块状或条带状燧石。沉积环境为开阔台地环境。

表1 川东南地区部分重晶石－萤石矿区赋矿层位Table1 The ore－hosted horizons about some barite－fluorite deposits in Southeast Sichuan

南津关组：底部为深灰－灰色厚层夹中厚层状粗－中粒结晶含白云质灰岩，夹10～20cm泥质结核状薄层灰岩和1～2层生物碎屑灰岩，局部见团块状燧石，产指纹头虫等化石；中部见灰绿色砂质页岩，风化后呈黄绿色鳞片状脱落，沿层风化成直径为0.5～2cm的孔洞，黏土填充其中；顶部为深灰色厚－中厚层状中粒结晶含白云质灰岩，风化面呈极不规则的刀砍状，并沿层分布有泥质条带状构造，局部分布团块状燧石，有指纹头虫等化石。沉积环境由开阔台地过渡到局限台地环境。

分乡组：下部为深灰－灰色粗晶中－厚层状灰岩，上部为灰绿色泥质页岩，风化后呈黄绿色夹薄层灰岩和燧石层。沉积环境包括了开阔台地和台地边缘斜坡2种。本组既是本矿区重晶石－萤石矿的主要赋存层位之一，又是该成矿区上重要的重晶石－萤石矿赋矿层位。

红花园组：深灰色中－厚层状中粒结晶灰岩，风化面见有珊瑚虫化石，局部有团块状燧石，产头足类页房角石。沉积环境为台地边缘礁滩。是本矿区重晶石－萤石矿的主要赋存层位之一；同时，在区域上也是重要的重晶石－萤石矿的赋矿层位。

图7 重庆彭水地区下奥陶统地层柱状图Fig.7 Geologic column of Lower Ordovician in the Pengshui region of Chongqing

大湾组：底部为灰绿色泥质页岩，风化后呈黄绿色鳞片状脱落，含有大量的腕足类化石；中部见深灰色中晶厚层灰岩，风化后呈灰色或棕色，泥质条带构造，含颗粒或结核状黄铁矿，风化形成棕色之褐铁矿；顶部为灰绿色含泥质、钙质页岩，风化后呈黄绿色鳞片状脱落，含瘤状虫和断笔石化石。沉积环境由台地边缘斜坡过渡到深水陆棚。

第四系（Q4）：由深黄色砂砾、砂、黏土层组成。

3.2 构造对矿床的控制

川东南重晶石－萤石矿在区域上受北北东向褶断带所控制。由北西向南东，矿带分别为（图8）：①老厂坪矿带；②郁山矿带；③筲箕滩矿带；④丁市矿带；⑤咸丰矿带；⑥桐麻岭矿带。6条北北东－北东向的重晶石－萤石控矿－导矿断裂系统，均为近背斜轴部的区域性以压为主、兼扭性的压扭性走向断裂带，此类断层规模大、切割深，尽管自身并不直接赋矿，但成矿围岩蚀变和重晶石－萤石矿化却沿带发育；而其上盘的北西向断层系统才直接控制了重晶石－萤石矿的产出与分布，属区域布矿－容矿断裂系统。如彭水冯家村重晶石－萤石矿、酉阳小坝桂花重晶石－萤石矿等无一例外都位于北西向构造带上，研究区也位于郁山矿带南西端的北西向构造带上。

图8 川东南地区区域成矿规律图Fig.8 Regional metallogenetic map of Southeast Sichuan

4 矿床成因

4.1 成矿物质来源

本区重晶石－萤石矿的成矿与其伴生断裂的形成有关，成矿大致发生于燕山运动晚期－喜马拉雅运动早期[3]。根据包裹体中水的氢氧同位素组成投影到δD－δ18O 图[13]可判别成矿流体的来源。彭水二河水矿区方解石中包裹体水的δD＝－29.27‰～34.44‰，表明成矿流体水属海水来源[2]；彭水郁山矿区的δD＝－89.5‰，投影点在大气水线附近[14]；研究区与上述两矿区的成矿流体来源应相同，其成矿介质水属地层水与大气降水共同作用的结果。

根据区域地质资料和前人研究表明，川东南及邻区下寒武统牛蹄塘组Ba的质量分数达（2557～9812）×10－6[1]，最高可达13 220×10－6。而其他地层中Ba的质量分数均＜650×10－6，其中，碳酸盐岩地层中Ba的质量分数又大部分都＜200×10－6，因此，下寒武统牛蹄塘组等黑色岩系最有可能为火石垭重晶石－萤石矿床的成矿提供Ba源。

川东南及邻区自下寒武统开始，含膏白云岩系厚度达1500m以上。在彭水上寒武统发现盐泉和石膏，鄂西五峰等地中奥陶统发现盐泉，黔东北的沿河县也有盐泉发现[1]；且重晶石中的硫同位素组成（δ34S＝23‰～36‰）和这一区域寒武系广泛发育的蒸发岩的硫同位素组成（δ34S＝23.1‰～29.7‰）相似[4]，这表明研究区成矿物质中的硫主要来源于该区的寒武系蒸发岩。

根据大量矿体围岩成分分析结果，赋矿地层的化学成分以CaO含量较高、MgO较低为特征，不同地层岩石中CaO、MgO、SiO2含量存在明显差异[2，4]。含矿层南津关组、分乡组（此2组之和相当于桐梓组）→红花园组的含矿性增加，即主要容矿层红花园组中CaO、SiO2平均含量最高，分乡组CaO含量最低。桐梓组 MgO含量最高，红花园组则最低。这种变化特征表明含活泼性CaO高的红花园组具有良好的成矿环境，即热液与围岩能够更好地发生离子交换（带出部分CaO，带入部分SiO2）[5]。加之红花园组、分乡组、南津关组等主要赋矿围岩裂隙发育，渗透率高，此等诸多因素导致其为良好的赋矿层。

上震旦统陡山沱组－下寒武统明心寺组富含F的地层（F的质量分数高达0.57%～1.467%，远高于F的克拉克值0.05%），经地层水及大气降水淋滤、萃取后，将F和其他成矿元素带入成矿热流体场汇聚、富集，在地温梯度和压力的驱动下，热液上涌至最有利于赋矿的下奥陶统红花园组、分乡组和南津关组中成矿。

此外，其他地区如酉阳－秀山等地的萤石和重晶石含矿层除了红花园组外，宝塔组灰岩及五峰组－下志留统下部页岩也为含矿层，是因为该地区构造运动剧烈而频繁所致（表1、图9）。

4.2 成矿过程

根据野外观察可知，萤石和重晶石的结晶先后关系及过程应是二者的溶度积和氧逸度的不同，导致了重晶石和萤石的先后晶出。

图9 研究区成矿模式图Fig.9 Metallogenic model map of the studied area

整个成矿过程是复杂的地球化学的演化过程，可以将其简述为：以牛蹄塘组为代表的上震旦统－下寒武统黑色岩系中的Ba含量高，极有可能为成矿热液提供足够的Ba；寒武系蒸发岩系中的S硫同位素组成与矿物重晶石中的S硫同位素相似，说明寒武系蒸发岩系为成矿提供了S源；上震旦统陡山沱组－下寒武统明心寺组富F的地层可为成矿提供F源；下奥陶统赋矿地层中含活泼性CaO高，下伏碳酸盐岩地层同样可为成矿提供足够的Ca。成矿物质经地层水和大气降水淋滤、溶解、萃取后，使成矿元素汇聚到成矿热液中，在燕山运动晚期－喜马拉雅运动早期[3]，形成了一系列的断裂，含矿热流体在构造作用力和地层温压梯度的驱动下，沿断裂带上涌至最有利成矿的下奥陶统灰岩地层中后，受到大湾组厚层的泥页岩的遮挡而停止向上运移，随着温度和压力的降低，BaSO4和CaF2结晶、成矿。

5 结论

通过对重庆彭水火石垭重晶石－萤石矿的控矿因素和成因系统研究，得到如下结论。

a.重庆彭水火石垭重晶石－萤石矿受地层、构造两大因素的共同控制。下奥陶统分乡组和红花园组为本矿区的主要赋矿层位；同时，本矿区存在北东向和北西向2个重要构造，北东向为导矿构造，北西向为布矿－容矿构造，矿体赋存于北西向构造中。

b.重庆彭水火石垭重晶石－萤石矿的矿物成分相对简单，矿石矿物为萤石和重晶石，脉石矿物以方解石为主；矿石结构主要有自形、半自形、他形粒状结构等，矿石构造以块状、条带状、角砾状等为主；成矿围岩蚀变以方解石化为主。

c.重庆彭水火石垭重晶石－萤石矿成矿过程复杂，其过程为：地层水及大气降水通过淋滤、溶解、萃取等作用将不同地层中的Ba、S、Ca、F等成矿元素富集、汇聚到成矿热流体场中，然后成矿热液在构造作用力和地层温压梯度的共同作用下，沿断裂带向上运动，而后受到大湾组厚层泥页岩的遮挡而停止向上运移，最后在下奥陶统灰岩地层中结晶、成矿。

研究工作得到了成都理工大学陈安清博士的指点和启发，野外工作先后得到陈远巍及成都福斯特矿业有限公司贺兵、黄河、张泉良等领导及同行的大力帮助，特此致谢。

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