湘西北地区重晶石—萤石矿的矿床特征与成矿模式研究

陈伦浩

摘 要 本文对湘西北地区重晶石—萤石成矿相关的Ba、F元素地球化学背景及地球化学分布特征进行了详细分析。分别列举了石门县穿山河—子良坪矿区重晶石矿和桑植县马鞍会—鹿耳口萤石矿成矿区2个典型矿床地质特征。探讨了本区域重晶石—萤石矿床的成矿模式，认为本区域重晶石—萤石矿床应属中低温热液成因—断裂带充填交代型矿床。

关键词 重晶石—萤石;矿床特征;地球化学特征;成矿模式;湘西北地区

中图分类号：P618 文献标识码：A

Study on Deposit Characteristics and Metallogenic Model of Barite-Fluorite Deposits in Northwestern Hunan

Chen Lunhao

（Team 403， Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Hunan Province， Changde Hunan 415000）

Abstract： In this paper， the geochemical background and geochemical distribution characteristics of Ba and F elements related to barite fluorite mineralization in Northwest Hunan were analyzed in detail. The geological characteristics of barite deposit in Sangzhi Maanhui—Iuerkou and fluorite deposit in Chuanshanhe—Ziliangping mining area of Shimen County were listed respectively. The metallogenic model of barite fluorite deposit in this area was discussed. It is considered that the barite —fluorite deposit in this area should belong to medium—low temperature hydrothermal genesis fault zone filling metasomatic deposit

Keywords： barite-fluorite; mineral deposit features; geochemistry features; metallogenic model; northwestern Hunan

1 区域地质背景

研究区位于湖南省西北部，行政区划隶属石门县、澧县和桑植县。研究区属扬子陆块东南缘的武陵地块。在漫长的地质发展历史中，区内主要经历了武陵、雪峰、加里东、印支、燕山及喜山等多期次构造运动。6次构造运动后形成一系列的近东西向断裂和褶皱，与重晶石、萤石成矿相关的有清官渡断裂带、人潮溪断裂、鹿耳口断裂及东山峰复背斜、桑植复向斜等复式褶皱（见图1），这些大断裂是区内的主要导矿构造，其旁侧的次级断裂构造为矿液的运移提供了有益的通道和有利的储集空间，是区内的主要导矿与容矿构造。研究区主要为3个重晶石、萤石成矿有利区：石门穿山河—子良坪重晶石成矿区，澧县东门—金家山重晶石成矿区，桑植马鞍会—鹿耳口重晶石、萤石成矿区。

2 区域地球化学特征

在2011年—2013年本区域1：5万桑植—石门铅锌镍钼钒调查评价开展的化探成果中，概述了与重晶石、萤石成矿直接相关的Ba、F及有一定关联的Sr元素地化特征。

2.1 Ba，F和Sr元素地球化学分布特征

2.1.1  Ba，F和Sr元素含量平均值

本区域各地质子区Ba，F和Sr元素含量平均值、浓度克拉克值及浓集比率见表1。

从表1可见，Sr元素除Z地层外，浓度克拉克值小于1，说明多数地层相对地壳丰度较贫化;Ba和F元素浓度克拉克值大于1，说明相对地壳丰度较富集。Ba，F和Sr元素分布于不同地层的浓度克拉克值差异也较大，如Ba元素在Z中浓度克拉克值大于2，F元素在Nh、∈中浓度克拉克值大于2～3，Sr元素唯在Z中浓度克拉克值大于1。由此认为Ba、F元素的矿化或成矿的可能性相对较大。

由表1反映，Ba元素在Z和∈这2个地层中浓度集比率达1.207～2.034，F元素在∈地层中浓度集比率达1.295，Sr元素在Z和∈地层中浓度集比率达1.249～3.533，由此推测本区域与重晶石、萤石矿化或成矿物质来源有关的主要地层为Z和∈[1]。

2.1.2   Ba，F和Sr元素变异系数

元素变异系数（Cv）可以较好地估计地质分布区的元素成矿可能性。按本区域元素变异系数可将元素分为2类，而Ba和Sr元素属于分布极不均匀的第①类（Cv>1.5），其矿化或成矿可能性极大;F元素属于分布很不均匀的第②类（1.0

2.2 Ba，F和Sr元素空间分布特征

2.2.1   元素相關关系

据相关系数可将本区域元素分成4组。其中与萤石、重晶石成矿相关的有2组：

第1组F、Sr元素相关性好，相关系数为0.729，反映了沉积至热液层控型重晶石、萤石矿化元素组合，富集层为Z及∈，F作为主成矿元素，Sr作为伴生元素，为碳酸盐岩特征元素组合。

第2组Ba，Zn，Ni，Mo，V，Ag和Cd等元素，主要为与∈地层有关的炭质页岩型元素组合，重晶石成矿的主要元素Ba位于此组合中。

2.2.2   元素的空间分布

Ba，F和Sr等亲氧、亲气元素，在空间分布特征上与碳酸盐岩地层密切相关，属于本区域大致划分的5个地球化学分区中的第Ⅰ个分区，即“Ⅰ1碳酸盐岩沉积型成矿分区”，同时在该分区富集的其他元素有Mo，V，Cd，As，Hg，Au，Mn，Cu和Pb，本组元素主要富集于Z、∈、O地层中。Ba，F元素系本区沉积—热液层控型重晶石、萤石矿化的标志，同时可以成为寻找铅锌等热液矿产的前缘指示元素。

此外，据《湖南省石门县杨家坪上寒武系剖面研究》（湖南省地质局区调队，1982.12），Ba（B、Mn）元素往往在沉积旋回的下部富集。如下寒武统牛蹄塘组Ba元素丰度高达维氏值的50倍以上（见表2）[2]。

3 典型矿床特征

3.1 重晶石矿床特征：以石门县穿山河—子良坪矿区重晶石矿为例

（1）地质背景

穿山河—子良坪重晶石成矿区位于东山峰复背斜东段，该区地层自背斜核部至两翼依次出露地层为中上寒武统娄山关群灰色厚层状白云岩;奥陶系灰色厚层灰岩，灰绿、浅紫红色中厚层状瘤状泥灰岩等;下志留统黑色页岩，灰绿色粉砂质页岩。

F1逆断层贯穿于全区，属于华耳山—杨树坪区域性断层的中段部分（见图2）。该断层产状约175°∠70°，本区重晶石脉基本沿断层两侧产出，是本区重要的导矿构造。

（2）Ba元素地球化学异常特征

在穿山河—子良坪东西长约40km，南北宽为5～11 km的重晶石成矿区内，发现5处Ba异常区，各异常特征详见表3、图2。其特点：Ba異常主要分布于∈—O地层中，沿近东西向区域性断裂两盘展布，单个异常面积6.9～29.4 km2，异常多呈长轴方向近南北的椭圆形，异常峰值（750～109 57）×10-6，异常明显与重晶石矿脉有关，沿矿脉分布[3]。

（3）矿床特征

区内重晶石呈脉状产出，在EW长约8 km区段，暂已发现大小矿脉约27条。矿脉均沿近SN向（NNW—NNE）张性或张扭性断裂充填。围岩以奥陶系碳酸盐岩为主;寒武系中多方解石脉，偶见重晶石脉或团块分布;志留系地层中则未见重晶石脉产出。矿脉与围岩接触面清楚。

矿脉形态较复杂，呈单脉或脉群展布，脉群在走向、倾斜方向呈尖灭再现或侧现;矿体形态多呈脉状、透镜状、扁豆状。矿脉走向以NNW为主，以东倾为主，次为西倾，倾角近于直立，在延深方向上倾向可由东倾变为西倾，横剖面上呈拉长的“S”形。矿脉长度一般为200～800 m，少数可达920～1600 m;矿体厚度一般为0.8～3.20 m、最厚9.4 m;矿体厚度在走向及倾向方向变化较大，多呈透镜状或扁豆状变化，局部形成无矿带。据太平重晶石矿山IV-I矿脉开采控制资料，该脉出露标高450 m，地表揭露矿厚1.45～3.50 m;深部平巷已控矿脉走向长度近1000 m，已控垂深160 m，矿脉局部增厚达8.5～9.4 m，说明矿脉应有较大延深[4]。

重晶矿石多呈板粒状结构，另见有压碎状、碎斑状结构。块状构造常见，局部地段见条带状、似条带状构造。

矿石矿物主为重晶石，含量80%～95%;次为萤石，含量0.52%～70.61%，与重晶石互为消长。脉石矿物为方解石、石英等。局部偶见铅锌矿化。

矿石矿物主为重晶石，其化学成分BaS04，含量为30%～98.54%;次为萤石，其化学成分CaF2含量为0.52%～70.61%。萤石与重晶石互为消长。脉石矿物为方解石、石英等。局部偶见铅锌矿化。

3.2 萤石矿床特征：桑植县马鞍会—鹿耳口萤石/重晶石矿床为例

3.2.1 地质背景

矿区出露地层为中上寒武统娄山关群灰色厚层状白云岩;奥陶系灰色厚层状灰岩、及紫红、灰绿色中厚层状龟裂纹灰岩、瘤状泥灰岩;志留系下统青灰页岩、粉砂质页岩[5]。

构造位处东山峰—车溪湖背斜东南翼弧形弯曲部位，岩层产状SE∠30°～55°，次级褶皱不发育。发育2组断裂构造，第1组为NE走向的压扭性断层，为NW倾的逆断层，与清官渡断裂组成NE向区域断裂带，为区内萤石重晶石成矿的导矿构造;第2组为NW走向的张性或张扭性断裂，为容矿构造，断层附近岩层破碎、硅化和黄铁矿化等蚀变强烈。

3.2.2 Ba/F元素地球化学异常特征

在桑植县马鞍会—鹿耳口萤石、重晶石成矿区内，发现2处Ba异常区、1处F异常区，各异常特征详见表4、图3。其特点：Ba/F异常主要分布于∈—O地层中，形态呈长轴NW向的似椭圆形，沿近NW断裂展布，单个异常面积5.8～16.7 km2，Ba异常峰值（1 350～6 341）×10-6，F异常峰值20 000×10-6，F、Ba元素异常套合好，浓集中心明显，异常与重晶石矿脉、萤石矿脉分布相吻合[5]。

3.2.3 矿床特征

区内已知大小萤石重晶石矿脉约15条，充填于NW向张性断裂中，围岩主要为奥陶系灰岩、泥灰岩等。鹿耳口萤石重晶石主矿脉长590 m，走向NW、总体倾向NE，倾角45°～50°，局部近于直立、脉体略呈反“S”形。主矿脉南、北两端各形成一矿囊，其间以长约110 m狭缩的石英脉（硅化带）或萤石重晶石脉相连，厚0.45～2.80 m。主脉南矿囊（岩湾）略呈肾状，出露长度100 m，厚度8.19～12.73 m、均厚6.50 m。矿石矿物主为萤石、次为重晶石，脉石矿物主为石英、次为方解石，并见少量方铅矿、闪锌矿。CaF2品位为41.77%～98.04%、品位平均为75.38%， BaSO4品位平均为6.1%，Pb品位最高为0.83%。

主脉北矿囊（上茶垅矿囊）略呈柳叶状，出露长150 m，厚度一般4.10～10.90 m、最厚17.60 m。囊体具较明显分带现象，萤石富集于内带、重晶石较少，CaF2含量为71.20%，SaSO4为26.91%，内带平均厚约3 m，与SW侧宝塔组灰岩接触;向外萤石逐渐消失，出现灰色具放射状篙束状结构的重晶石，混合带厚3～12 m;外带则为乳白色重晶石，厚1～2 m，与NE侧大湾组黄绿色页岩及泥灰岩接触。

矿石矿物主为萤石、重晶石，伴生少许方铅矿、黄铁矿;脉石矿物为石英、方解石。矿石具粒状、碎裂、嵌晶状结构，块状构造。矿石自然类型有萤石、含方铅矿方解石—石英、含重晶石—石英、重晶石—萤石、萤石—重晶石等。

4 成矿模式探讨

本区域内，Ba元素在下寒武统牛蹄塘组中含量高达（2 584～40 441）×10-6（表2）、震旦系平均值为1 204.18×10-6;F元素在∈，Z和Nh地层中含量分别为1 690.32×10-6，1011.38×10-6、1 167.66×10-6。初步认为以牛蹄塘组为代表的Z-∈1黑色岩系地层中的Ba含量高，极有可能为成矿热液提供足够的Ba2+;∈蒸发岩系为成矿提供了S源;区域上富F的前震旦系基底浅变质岩系与上覆富F的Z-∈地层可为成矿提供F源;奥陶系等赋矿地层中含活性CaO高。成矿物质经建造水、大气降水和海水淋滤、溶解、萃取后，使成矿元素汇聚到成矿热液中，在燕山运动晚期地壳伸展隆升促成了成矿流体的释放与成矿，含矿热流体在构造应力和地层温压梯度的驱动下，沿断裂带上涌至围岩为最有利成矿的上寒武统—奥陶系碳酸盐岩地层后，受到志留系页岩、泥岩的遮挡而停止向上运移，隨着温度和压力降低，BaSO4和CaF2结晶，在断裂带中充填成矿[6]。

根据矿床地质特征、形成条件、控矿因素和成矿机制等初步研究认为，本区重晶石（萤石）矿床应属中低温热液成因—断裂带充填交代型矿床。

5 结论

通过对两个典型重晶石、萤石矿床地球化学特征、地质特征等研究分析，认为Z-∈1地层中提供了Ba、F矿源，奥陶系地层是矿源热液沿断裂带上涌至围岩成为最有利的赋矿层位。本文对该地区今后找重晶石、萤石矿提供了理论依据和找矿方向。

参考文献/References

[1] 湖南省地勘局四〇三队.湖南省桑植—石门铅锌镍钼钒矿调查评价报告[R].2014.

[2] 湖南省地质局区调队.湖南省石门县杨家坪上寒武系剖面研究[R].1982.

[3] 湖南省地勘局四〇三队.湖南省石门县穿山河—子良坪重晶石矿调查评价报告[R].2017.

[4] 湖南省地勘局四〇三队.湖南省石门县太平街矿区太平重晶石矿资源储量核实报告[R].2018.

[5] 湖南省地勘局四一三队.湖南省桑植县箢箕垭铅锌、萤石矿普查报告[R].2015.

[6] 邹灏.川东南地区重晶石-萤石成矿规律与找矿方向[D].北京：中国地质大学，2013：124～125.