河南罗山定远一带牢山寨岩体地球化学特征与萤石矿成矿关系

孙春晓，张广山，马 群，陈传刚，李永良，周 辉，王纪平

(中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队，河南 信阳 464000)

萤石作为含氟量最高的矿物之一，被广泛应用于冶金、水泥、玻璃等传统行业外，在新能源、国防、医疗、半导体等新兴领域中应用也愈加广泛。萤石作为一种不可再生矿产资源，先后被中国、美国、欧盟等国家或地区纳入战略性矿产或关键性矿产[1-3]，体现了国家对萤石矿资源的重视。近年来，前人对萤石矿矿床地质特征、成矿规律及成因等方面做了不少研究，为萤石矿找矿工作了提供重要参考依据。但是，研究大多集中在萤石矿本身，很少涉及到与萤石矿成矿有关的岩体，然而，我国大部分萤石矿集中于岩浆活动强烈带，因此，岩浆岩与萤石矿成矿关系密切。本文通过对牢山寨岩体地球化学特征的研究，结合前人研究成果，总结该岩体与萤石矿成矿关系，并以此为类似地质背景区寻找萤石矿床提供线索。

1 地质概况

研究区大地构造位置位于秦岭大别造山带，该带是一个经历了多期次、多阶段构造演化的复杂的大陆碰撞造山带[4-5]，岩浆活动较为强烈，为各类矿产的形成、成矿物质的迁移、聚集提供了有利条件。带内以龟山—梅山断裂为界，北侧属北秦岭弧盆系，南侧属南秦岭陆鹏—陆坡带和桐柏—大别高压—超高压变质岩带[6-7]，牢山寨岩体位于南秦岭陆鹏—陆坡带中部，区内构造发育，岩浆活动强烈。

研究区内出露地层有中新元古界龟山岩组下段(Pt2g1)和上段(Pt2g2)，下段岩性主要以斜长角闪(片)岩、(含榴)绢云(白云)石英片岩为主，上段岩性以斑点状黑云二长变粒岩夹斜长角闪片岩及大理岩透镜体为主，岩石普遍具残斑结构和石英多晶条带结构、云母鱼构造，剪切褶皱发育；泥盆系南湾组(Dn)，岩性主要为残余微细韵律层理发育的黑云变粒岩、含方解石绿帘二云石英片岩、砂板岩；第四系(Q)主要为河床冲积物和洪积物，为黄土、亚砂土等[8]；区内构造主要有近EW向的韧性剪切带和NE向正断层，EW向韧性剪切带贯穿全区；区内岩浆岩为牢山寨花岗岩，岩体内节理发育，NE-SW向和NW-SE向节理纵横交错，该岩体展布形态受EW向韧性剪切带和NE向断裂构造控制，以EW向断裂控制尤为明显，致使岩体长轴呈EW向(图1)。

图1 牢山寨岩体一带地质简图

2 矿体地质特征

2.1 矿体特征

研究区内有K1、K2两条矿体，均赋存于牢山寨岩体内的节理中，受节理控制，呈脉状或带状产出，矿体走向均呈北西—南东向，其中K1矿体长约500m，出露宽度0.5～2.3m，连续性较好，矿体厚度1～1.8m，倾角72～80°。K2矿体断续延长约600m，出露宽度约2m，矿体厚度0.2cm～2.0m，倾角较陡多在80～83°之间，中间部位矿体较厚，向两端逐渐变薄或尖灭，矿石品位一般在20%～40%之间，最高可达60%。

2.2 矿石特征

区内矿体的矿石矿物组成基本相同，主要矿石矿物为萤石，呈淡绿色、灰紫色等，半透明—透明，脉石矿物主要有石英、方解石等。

矿石结构主要为半自形晶状不等粒结构，构造以块状构造为主，伴有条带状、角砾状构造。

矿石的主要化学成分为CaF2、SiO2，CaF2含量56.28%～77.40%，SiO2含量10.06%～25.84%。

3 牢山寨岩体岩石学及地球化学特征

3.1 样品采集及测试

本次选用的3件元素分析样品均采自牢山寨岩体，样品新鲜无风化。主量元素采用等离子体发射光谱仪及紫外可见分光光度计测定，稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪及X-射线荧光光谱仪测定，由河南省岩石矿物测试中心完成。

3.2 岩体岩石学特征

牢山寨岩体岩性为中粒黑云二长花岗岩，岩体出露面积113.7km2。侵位于南湾组变质地层中，接触面倾向围岩，界线清晰，接触带破碎，围岩蚀变强烈，主要为绿帘石化、硅化、萤石矿化等，局部可见烘烤现象。

岩石呈肉红色—黄灰色，中粒花岗结构，块状构造。矿物成分以更长石(35%～45%)、钾长石(25%～40%)、石英(25%～35%)为主，还含有少量的黑云母(2%～5%)、黝帘石(1%～2%)及磁铁矿、绿帘石、磷灰石、独居石等。其中更长石粒径1～4mm，半自形板状、聚片双晶；钾长石粒径多在3mm以上，自形板状，一般为微斜条纹长石，常见卡氏双晶及格子双晶，晶体内常见有细粒更长石包体，石英粒径2～4mm，他形粒状。

3.3 岩体地球化学特征

岩体主量元素结果见表1所示。岩体中SiO2含量74.02%～75.50%，远高于中国花岗岩[9]71.63%；TiO20.12%～0.15%，低于中国花岗岩[9]0.29%；P2O50.032%～0.034%，低于中国花岗岩[9]0.09%。岩体中较高的SiO2含量，表现为岩体具较强的酸性；较低的TiO2含量和P2O5含量，反映了岩体中钛铁矿、磷灰石等矿物较强的分离结晶作用。岩体总体上表现为高硅、低钛磷等特征。

表1 牢山岩体主量元素含量(%)及相关地球化学参数

岩体中Al2O3含量13.36%～14.30%，K2O含量3.89%～4.50%，Na2O含量3.94%～4.40%，

在SiO2-AR图解中(图2)，所有样品均落入碱性区。里特曼指数σ1.89～2.46＜3.3，属于钙碱性岩。在SiO2-K2O图解中(图3)，所有样品均落入高钾钙碱性系列，属于高钾钙—碱性系列岩。岩体中铝饱和指数A/NK1.17～1.40，A/CNK1.08～1.27，铝饱和指数能有效判别过铝质花岗岩和准铝质花岗岩，在A/NK-A/CNK图解中(图4)，所有样品均落入过铝质花岗岩区，属过铝质花岗岩。

图2 SiO2-AR图解

图3 SiO2-K2O图解

图4 A/NK-A/CNK图解

岩体稀土元素结果见表2所示。稀土元素总量(∑REE)93.05×10-6～106.11×10-6，轻稀土元素(LREE)含 量83.32×10-6～97.65×10-6，重 稀土 元 素(HREE)含 量8.46×10-6～9.73×10-6，轻、重 稀 土 比 值(LREE/HREE)8.56～11.54，轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，铕异常系数(δEu)0.43～0.51，为Eu负异常，表明岩体在成岩过程中发生过明显的斜长石和富轻稀土矿物(磷灰石、独居石)的分离结晶，在球粒陨石标准化稀土元素分布模式图上呈现左高右低向右倾斜的海鸥型[10](图5)。

图5 稀土元素球粒陨石标准化图解

表2 牢山岩体稀土元素含量(×10-6)及相关地球化学参数

4 牢山寨岩体与成矿关系讨论

花岗岩型萤石矿是指与花岗岩有紧密联系的热液型萤石矿，萤石大多数随着岩浆演化而趋于不断富集，花岗岩不仅是萤石成矿的重要物质来源，也是重要成矿场所。区内萤石矿体主要赋存于牢山花岗岩体中，岩体的地球化学特征和物质组成与其含矿性密切相关。

4.1 岩体地球化学特征

前人研究成果[11]表明：豫南地区与萤石矿成矿有关的花岗岩岩体多为高钾钙—碱性系列岩石，具有明显的高硅富碱特征；岩体矿石矿物中黑云母质量分数一般＞2%；轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，Eu亏损，标准化稀土元素配分曲线呈右倾的“海鸥型”特征。这与前面得出的牢山寨岩体特征相吻合，因此该岩体地球化学特征与萤石矿成矿关系密切，具备此类地球化学特征的岩体也是寻找萤石矿床的重要依据。

4.2 成矿物质来源

萤石的主要成矿元素为氟元素，不同时期不同岩性岩体含氟量见表3[9]，由表3知：燕山期酸性岩含氟量最高。岩体U-Pb同位素年龄测定为133±2Ma[12]，属燕山期早白垩世岩体，岩体中SiO2含量较高＞65%，属酸性岩类，由此得知：该岩体含有丰富的氟元素，为萤石矿成矿提供了物质来源，黑云母为氟元素的主要携带者[10]。

表3 不同岩性及不同时代花岗岩含F量

4.3 成矿空间

萤石矿体赋存于牢山寨岩体内，与岩体在空间上有密切关系。该岩体属于燕山期花岗岩，燕山期岩浆活动较为频繁，岩体冷凝收缩形成构造空间，并能致使早期形成的构造空间进一步扩大，为萤石矿赋存提供了场所。

5 结论

(1)牢山寨岩体具有明显的高硅(SiO2平均含量74.69%)特征，从岩体地球化学特征、SiO2-AR图、SiO2-K2O图，A/NK-A/CNK图知：岩体具碱性、低钛磷、过铝质等特点，岩体中稀土元素总量(∑REE)93.05×10-6～106.11×10-6，LREE/HREE比值8.56～11.54，轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，铕异常系数(δEu)0.43～0.51，为Eu负异常，在球粒陨石标准化稀土元素分布模式图上呈现左高右低向右倾斜的海鸥型，该特征与产萤石花岗岩所具备的特征一致。

(2)萤石矿体赋存于牢山寨岩体内，受岩体中的节理控制，矿体走向与节理方向一致。主要矿石矿物为萤石，呈淡绿色、灰紫色，脉石矿物为石英、方解石。

(3)具牢山寨岩体特征的花岗岩岩体内部及周围是寻找萤石矿的重要线索。