汶上县白家店重晶石矿地质特征及成矿地质条件分析

安仰生

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队，山东 兖州 272100)

0 引言

重晶石是一种重要的含钡硫酸盐矿物，具有比重大和化学性能稳定的特点[1]。据艾宪森等[2]、陈绍忠等[3]、孔庆友等[4]研究表明，山东省重晶石矿产资源丰富，主要分布于鲁东地区，鲁西地区少见。白家店、毛村地区位于汶上县城东北15km处，行政区划隶属汶上县军屯乡、白石镇、杨店镇。该区地质工作较早，自20世纪50年代以来，先后开展过不同比例尺的地质调查工作，但主要是基础地质工作，20世纪70年代山东省地质二队于毛村开展矿产勘查工作，由于受历史阶段所限，仅对发现的铅矿进行了评价。进入21世纪以来，随着国家对矿产资源需求的不断加大，勘查投入力度不断加大。通过研究分析该区以往地质勘查资料，认为该区重晶石矿成矿潜力较大，经矿床勘查实现了找矿新突破。区内圈定2个矿带4个矿体，呈脉状或透镜状赋存于彩山、毛村断层破碎带内，矿石类型为重晶石、铅-重晶石、萤石-铅-重晶石型等[5-8]。本文在已有研究成果的基础上，结合野外调查和室内综合研究，分析了白家店地区区域地质背景、矿体地质特征、矿石质量、矿石类型、围岩蚀变、成矿地质条件,总结了找矿标志,预测了找矿靶区,为类似地区的重晶石找矿工作提供了借鉴经验，对白家店重晶石矿深部及外围的进一步勘查具有重要的指导意义。

1 区域地质背景

白家店地区大地构造位置处于华北板块(Ⅰ)、鲁西隆起区(Ⅱ)、鲁中隆起(Ⅲ)西部的东平-肥城断隆(Ⅳ)之东平凸起(Ⅴ)的南部[9]。区域内第四系覆盖较广，区内出露的地层主要为太古代泰山岩群雁岭关组基底变质岩系和古生代寒武纪沉积盖层。区内断裂构造发育，NW向断裂广泛分布,控制了区域地层的展布及中生代岩浆的侵位。中生代岩浆侵入活动频繁，为成矿元素的活化、迁移、富集创造了条件。中生代岩浆岩与重晶石成矿关系密切，重晶石矿体赋存于NW和NE向断裂内并严格受其控制，发育的构造断裂具备良好的导矿、储矿空间。

1.1 地层

研究区地层属华北地层大区鲁西地层分区济南-滕州地层小区[10]。出露的地层由老至新主要有新太古代泰山岩群雁翎关组，古生代寒武纪长清群朱砂洞组、馒头组，寒武纪九龙群张夏组、崮山组及新生代第四系(图1)。新太古代泰山岩群雁翎关组分布于区内西南部，呈残余包体或断片状分布于新太古代花岗质侵入体内，为一套区域变质岩系，主体岩性为斜长角闪岩、绿泥透闪片岩、角闪变粒岩等。片理走向330°～340°，倾向NE，局部SW，倾角65°～85°。出露厚度149.66m，最厚可达900m以上。与上覆寒武纪地层呈角度不整合接触。

1—第四系；2—寒武纪崮山组；3—寒武纪张夏组；4—寒武纪馒头组；5—寒武纪朱砂洞组；6—雁翎关组；7—中粒二长花岗岩；8—二长花岗斑岩；9—片麻状中粒黑云奥长花岗岩；10—变辉长岩；11—铜矿(化)点；12—铅矿(化)点；13—金矿(化)点；14—实测地质界线；15—推测地质界线；16—角度不整合地质界线；17—实测及推测性质不明断层；18—推测正断层；19—实测正断层；20—地层产状；21—片麻理产状；22—古采金遗址；23—研究区范围

1.2 构造

区域断裂构造发育，主要分为NNW向、NW向、NE向及近SN向4组。其中NNW向断裂最发育，为区内主干断裂，走向325°～345°，倾向SW，倾角70°～86°，延伸长6.2～11.5km，破碎带宽1～10m，自北西向南东有逐渐变宽的趋势。断裂带内断层泥、角砾岩、碎裂岩发育，具重晶石化、绢云母化、萤石化、方铅矿化、碳酸盐化等蚀变。Ⅱ-Pb+Ba①，Ⅱ-Pb+Ba②矿体赋存于NW向路庄-白石断裂带内，受断层严格控制。NE向断裂除兴化寺断裂规模较大外，其他规模较小，Ⅰ-Ba①，Ⅰ-Pb+Ba①矿体受NE向彩山断层控制。近SN向断裂规模较小，分布在王卞以北。NW向断裂主要发育军屯至泗皋一带，大部分被第四系覆盖。区域上NNW向、NE向构造为区域成矿控矿构造,其派生出的次级构造为成矿热液运移及成矿元素的进一步活化、迁移、富集提供了空间。

1.3 岩浆岩

区域岩浆岩较发育，主要发育新太古代万山庄序列南官庄单元中细粒变辉长岩、峄山序列彩山单元片麻状中粒含黑云奥长花岗岩和中生代苍山序列于山单元中细粒二长花岗斑岩、卧福山序列水牛山单元中粒二长花岗岩。与重晶石矿成矿关系密切的主要为中生代苍山序列于山单元中细粒二长花岗斑岩，为燕山晚期岩浆活动的产物，呈脉状充填于断裂构造中，岩浆的多期次性活动为成矿物质的运移提供了热动力[11]。

1.4 区域地球化学背景

区内各岩层地球化学元素特征显示，糜棱岩化奥长花岗岩、二长花岗斑岩中Ba，Pb元素含量均高于同类岩石中该化学元素的平均含量，高于克拉克值。糜棱岩化奥长花岗岩中Ba含量高于克拉克值近3倍，说明重晶石成矿与奥长花岗岩密切相关，为初始矿源层(表1)[12]。

表1 元素各岩层地球化学分布特征统计

二长花岗斑岩中Ba元素含量1056×10-6，Pb元素含量18×10-6，均较高，证明中生代岩浆在侵位过程中伴随含矿热液的活动。

2 矿体地质特征

2.1 矿化蚀变带特征

区内矿化蚀变带可分为彩山和毛村2条矿(化)带，编号为彩山矿(化)带(Ⅰ)、毛村矿(化)带(Ⅱ)。

Ⅰ号矿(化)带：赋存于NE向彩山断裂破碎带中，分布于彩山至白家店一带，出露长1.5km，宽15～20m，延深大于220m，走向60°，倾向NW，倾角82°～90°，深部变陡，甚至于倒转。含矿岩石主要为碎裂状蚀变奥长花岗岩、角砾岩，顶底板岩性为片麻状中粒黑云奥长花岗岩，岩石裂隙较发育，见不均匀黄色硫磺和硅质石英细脉分布，与围岩界线清晰。矿带SW端角砾岩发育，矿带中心多具重晶石化、萤石化等蚀变，边部见有方铅矿化等蚀变。北东端重晶石化发育，具萤石化等蚀变，局部具方铅矿化。

Ⅱ号矿(化)带：赋存于NW向路庄-白石断裂破碎带北西部的毛村至白家店一带毛村断层内，大部分被第四系覆盖，长588m，宽5～10m，延深大于202m，走向320°，倾向SW，倾角85°～89°。含矿岩石主要为碎裂状蚀变花岗斑岩、角砾岩，顶底板岩性为片麻状中粒黑云奥长花岗岩、花岗斑岩，与围岩界线清晰。矿带自北西向南东有逐渐变宽的趋势。带内断层泥、角砾岩、碎裂岩发育，以碎裂岩为主，矿带蚀变中心多具重晶石化、方铅矿化，边部多见绢云母化、萤石化、碳酸盐化等。

2.2 矿体特征

区内共划分2个矿(化)带，圈定1条重晶石矿体、3条铅重晶石矿体、2个独立铅矿体(图2)，编号为Ⅰ-Ba①，Ⅰ-Pb+Ba①，Ⅰ-Pb①，Ⅱ-Pb+Ba①，Ⅱ-Pb+Ba②，Ⅱ-Pb①(表2)。

Ⅰ-Pb+Ba①矿体：由8个钻孔、1个竖井控制。矿体呈脉状(图3)，总体走向60°，倾向NW，倾角82°～90°。沿走向呈条带状，具分支复合、膨胀狭缩现象。赋存标高+25m～-213m。矿体长618m，厚度0.80～4.10m，平均厚度1.67m，单工程品位51.46%～71.98%，平均品位64.01%，单样品最高品位82.15%。共生Pb矿体呈透镜状，由4，8两条勘查线5个钻孔控制，赋存标高+25m～-174m。矿体长295m，厚度0.80～4.10m，平均厚度2.29m，单工程Ba品位0.57%～1.79%，平均品位1.39%，单样品最高品位2.55%。伴生CaF2平均品位15.62%。矿化主要有重晶石化、方铅矿化、萤石化。顶底板岩性为片麻状中粒黑云奥长花岗岩、斜长角闪岩，赋矿岩性为碎裂状奥长花岗岩、角砾岩。矿石类型为重晶石型、萤石-重晶石型、萤石-铅-重晶石型。

1—第四系；2—中细粒二长花岗斑岩；3—片麻状中粒黑云奥长花岗岩；4—矿体及编号；5—地质界线；6—实测断层及产状；7—推测断层；8—见矿钻孔位置及编号；9—未见矿钻孔位置及编号；10—勘查线及基线；11—勘探线位置及编号；12—探槽位置及编号；13—竖井位置及编号；14—矿化带位置及编号

表2 白家店矿区各矿体特征

Ⅱ-Pb+Ba①矿体：由4个钻孔、1个探槽控制。矿体呈脉状产出。走向320°，倾向230°，倾角87°～89°。具分支膨胀狭缩现象。赋存标高为+61m～-144m。矿体工程控制长度319m，控制最大斜深202m。矿体厚度0.15～2.38m，平均厚度1.71m。单样品最高品位52.70%。单工程平均品位30.70%～44.53%，平均品位38.20%。共生Pb单工程品位0.35%～4.49%，平均品位2.44%，单样品最高品位4.84%。矿化主要有方铅矿化、重晶石化、萤石化。顶板岩性为中细粒二长花岗斑岩、底板岩性为中细粒二长花岗斑岩、奥长花岗岩，赋矿岩性为碎裂状二长花岗斑岩、角砾岩。矿石类型为铅-重晶石型、萤石-铅-重晶石型。

1—第四系；2—片麻状中粒黑云奥长花岗岩；3—含砾砂质黏土；4—奥长花岗岩；5—角砾岩；6—重晶石化奥长花岗岩；7—产状；8—断层；9—地质界线；10—矿体及编号；11—钻孔编号及位置

Ⅱ-Pb①：矿体与Ⅱ-Pb+Ba①为同一矿脉，平面上分布于Ⅱ-Pb+Ba①重晶石矿体的北半部，剖面上分布于Ⅱ-Pb+Ba①矿体上部。由2个钻孔和1个探槽控制。矿体呈透镜状产出。总体走向320°，倾向SW，倾角约87°～89°。赋存标高为+61m～-132m。矿体工程控制长度115m，控制最大斜深190m。矿体出露地表。矿体厚度1.00～6.42m，平均厚度3.13m。单样品最高品位1.44%。单工程品位0.36%～0.55%，平均品位0.53%，达不到工业品位。顶底板岩性为中细粒二长花岗斑岩，赋矿岩性为碎裂岩。

2.3 矿石特征

2.3.1 矿石

矿石中矿石矿物主要为重晶石及方铅矿，脉石矿物主要为萤石、石英、方解石和极少量的黄铜矿、闪锌矿、黄铁矿、蓝辉铜矿、磁铁矿及铬铁矿等。

重晶石：含量伟30.75%～94.85%，呈白色、浅黄色,镜下呈无色透明。他形—半自形，多呈板状、柱状、纤维状，集合体形态呈板柱状、束状、放射状、扇状、残晶状等，为两期生成，镜下可见其交代、充填、残留等现象。镜下观察(图4)，粒径大小不等，杂乱排列，粒径一般0.3～5.0mm。粒径最大可达5.0mm。板柱状粒度4mm×5mm左右，是矿石中生成较早的矿物，有时板柱状体交叉排列，构成格架，在其格架的空隙中，充填着晚期的重晶石、石英、萤石。束状是由多个纤维、板柱状重晶石(Ba)单体组成，其解理缝中与裂隙中常有石英充填。扇状、放射状是由细小的重晶石单体组成的集合体呈现的一种形态、其中常充填着萤石、石英颗粒。残晶状在重晶石的解理裂隙中，有玉髓、石英充填交代，使重晶石呈现残晶状萤石，含量在0.97%～31.69%，无色、淡绿色、紫色，镜下无色,他形—半自形粒状分布于重晶石晶粒间。有的单独组成条带与重晶石、石英条带相间排列，形成条带状。或单独组成较厚的脉体，无规律性地产于重晶石矿体的局部地段。最大粒径在1.80mm×3.7mm,一般在0.2～0.4mm间;少量在0.1～0.2mm间,最小者在细粒石英中呈包裹体,粒径在0.02mm左右。常见细粒石英沿萤石条带边缘或萤石解理、裂纹中充填交代，使萤石边缘呈不规则状、港湾状或残晶状。

石英：含量在15%～25%左右，他形粒状,填隙分布，不均匀分布，分布于重晶石晶粒间。

方解石：无色，半自形粒状，晶体粗大，常与重晶石、萤石、石英交生，有时呈脉状充填在矿石裂隙中。

方铅矿：含量一般小于2%，铅灰色，他形粒状为主(图4)，粒径最大约0.80mm，集合体呈团块状、不规则脉状等，填隙分布于其他矿物间隙中，局部可见，分布极不均匀。

a—重晶石(Brt)、萤石(Fl)等矿物；b—岩石中的金属矿物方铅矿(Gn)

黄铜矿：他形粒状，粒径最大约0.02mm，局部见到。铜黄色，具极弱非均性，含量甚微。

闪锌矿：淡黄色，他形粒状为主，粒径最大约0.20mm，不等粒。呈聚集状填隙分布于岩石裂隙中，常与方铅矿伴生，含量甚少。

磁铁矿、铬铁矿、蓝辉铜矿、黄铁矿呈他形—半自形粒状，填隙分布于矿石晶隙中，均质性，含量甚微。

2.3.2 矿石的化学成分

矿石中BaSO4含量30.75%～94.85%，平均含量56.97%；Pb含量0.31%～4.84%，平均1.51%。BaSO4，Pb含量沿走向及倾向变化均较大，品位变化总体上是沿走向呈扁豆状，沿倾向自地表向深部呈降低减弱趋势。SiO2，CaF2，CaO含量与BaSO4,Pb含量呈相互正消长关系。CaF2平均含量13.23%，局部含量较高，可综合利用(表3)。矿石中有害组分Fe2O3含量低。矿石中Zn，Cu，Mn含量低微。矿石中普遍含Sr，分布均匀，含量均>1%，以类质同象出现。

2.3.3 矿石结构

纤状、柱状不等粒半自形晶粒结构为主，次为他形晶粒结构等。

2.3.4 矿石构造

块状构造为主，次为条带状构造及角砾状构造。

2.3.5 矿石类型

矿石中主要矿物由重晶石组成，次为萤石、石英、方铅矿等。按矿物组合特征，可分为单一重晶石型、铅重晶石型、萤石-重晶石型、萤石-铅-重晶石型4种矿石类型[13-14]。单一重晶石型分布于Ⅰ-Ba①矿体中上部；铅-重晶石型分布于Ⅰ-Ba①矿体中下部；萤石-重晶石型分布于Ⅰ-Pb+Ba①北东部；萤石-铅-重晶石型分布于Ⅰ-Pb+Ba①南西部和Ⅱ号矿化带内。

表3 白家店重晶石矿矿石化学成分(ωΒ%)

2.4 围岩蚀变

矿区内围岩蚀变不发育。围岩蚀变主要为重晶石化、钠长石化、碳酸盐化、绢云母化、萤石化、方铅矿化、硅化。近矿围岩普遍不含矿，围岩与矿体的接触界线清晰，蚀变岩石沿构造带及矿体顶底板呈带状分布。矿体围岩多为片麻状中粒含黑云奥长花岗岩，亦有二长花岗斑岩和构造角砾岩。夹石多为重晶石化萤石化角砾岩及构造角砾岩。重晶石矿化与片麻状中粒含黑云奥长花岗岩关系密切。

3 成矿地质条件分析

3.1 断裂构造对成矿的控制作用

矿区处于汶泗断裂北侧，近EW向兴华寺断裂与NNW孙氏店断裂-近SN向后合山断层之间发育一系列NW向、NNW向、NE向张扭性断裂，成为含矿热液运移的通道和富集沉淀的场所。区内的NE向彩山断层和NW向毛村断层中，含矿热液沿着破碎带或构造角砾岩沉淀，形成重晶石矿脉或断层矿化角砾岩带，构造断层破碎带控制着重晶石矿体的形态、产状和规模。

3.2 岩浆活动与成矿的关系

矿区内糜棱岩化奥长花岗岩、二长花岗斑岩中Ba，Pb含量普遍较高，奥长花岗岩中Ba元素含量1255.20×10-6，Pb元素含量32×10-6，高于地壳丰度值2～3个数量级(表1)，其为矿液的形成提供了来源。中生代燕山期岩浆活动频繁，燕山晚期岩浆在侵位过程中伴随含矿热液的活动，为重晶石热液的来源。成矿热液来源于燕山晚期岩浆的侵位活动。同时，在岩浆的侵位过程中，区内断裂活动具有多期性，断裂活动为含矿热液运移提供了通道，也为热液中的的Ba元素等沉淀、富集提供了空间，从而最终形成矿(化)体[15-16]。

3.3 成矿温度

据陈绍忠等[3]研究，山东省重晶石矿床成因类型单一，成矿温度多在137～160℃之间。矿区内与重晶石共生的矿物有石英、萤石、方铅矿、方解石等低温矿物，表明研究区内重晶石矿床是在低温环境下生成的，其成因类型应属低温热液型矿床。

4 找矿标志

(1)构造标志：区内重晶石矿受NW向和NE向断裂控制，矿体呈脉产出。断裂构造是重要的导矿、容矿构造。该区的北东向和北西向断裂是找矿的重要标志。

(2)岩性标志：区内奥长花岗岩、二长花岗斑岩中Ba，Pb丰度值较高，中生代岩浆活动与Ba，Pb元素的迁移、富集密切相关，形成的奥长花岗岩、二长花岗斑岩岩体是本区重晶石矿体形成的重要岩性条件。

(3)蚀变标志：矿区内围岩的萤石化、钠长石化、碳酸盐化、绢云母化、绿泥石化、方铅矿化蚀变是指示矿体存在的间接标志。

(4)地球物理标志：视极化率异常主要反映了硫化物富集程度，含铅矿石或矿脉往往与硫化矿物富集体有密切关系，这些硫化物富集体一般会产生较高的视极化率异常。与Ⅱ号矿体有关的激电异常总体走向北西，宽约280m，峰值2.59%，对应视电阻率表现为高阻特征。激电异常是本区重要的找矿标志[17-21]。

5 找矿方向

区内发现4个重晶石矿体，有3个矿体共伴生铅矿，在今后的矿产勘查中要对其进行综合评价、综合找矿。根据已有钻孔资料分析，矿体深部铅矿体有增厚趋势，矿体深部未封闭，且深部未有探矿工程控制；矿体沿走向具膨胀狭缩、分支复合、尖灭再现现象，矿体呈扁豆夹状，因此，利用地质、物探和钻探等手段沿走向或倾向追索控制矿体，对矿体深部和外围进行进一步勘查将取得较好的找矿效果。

区内Ⅰ-Ba①与Ⅰ-Pb+Ba①，Ⅱ-Pb+Ba①与Ⅱ-Pb+Ba②为同一矿化带且于深部均未封闭，后期的勘查工作中可作为2条矿体统一进行深部控制和走向追索。据1∶20万济宁幅区调报告知，于矿区的外围类似地区发现多处重晶石重砂异常，可作为重晶石矿找矿线索重点找矿，以期扩大找矿范围，力争实现该区找矿新突破。综上所述，在研究区内进一步开展重晶石矿勘查工作，有望发现新的工业矿体,找矿潜力较大。

6 结论

(1)矿质来源于富Ba、Pb的奥长花岗岩，热液流体来源于酸性岩浆，断裂构造为酸性岩浆流动提供了通道和空间，多期次岩浆活动于构造发育部位形成构造热异常并促使热液流动，在适合的构造部位富集成矿，成矿温度137～160℃，矿床成因类型应属受构造控制的低温热液型萤石方铅矿重晶石矿床。

(2)该区找矿标志明显。有岩性标志、构造标志、矿化蚀变标志、激电异常。区内重晶石矿受NW向和NE向构造控制，构造破碎带内的萤石化、方铅矿化、重晶石化蚀变是寻找重晶石、方铅矿的间接标志。已发现的铜铅金矿化点是“就矿找矿”的直接标志，蚀变的构造破碎带和已发现铜铅金矿化点的外围和深部为该区进一步勘查的找矿靶区，可作为后期找矿勘查的重点地段。

(3)区内发现4个重晶石矿体，其中3个矿体共伴生铅矿，在今后的工作中对其要加强综合评价。区内Ⅰ号矿化带深部均未封闭，后期可对矿化带深部进行控制和走向追索。