河南登封白土沟重晶石矿矿床地质特征及成因探讨

郭甲一，陈建光，孙红涛，谢白杨，姜治业

(1.河南省有色金属地质勘查总院，郑州 河南 450052；2.河南省有色金属深部找矿勘查技术研究重点实验室，郑州 河南 450052；3.河南省有色金属地质矿产局第二地质大队，郑州 河南 450016，4.河南省有色金属地质矿产局第六地质大队，郑州 河南 450016)

重晶石是钡的硫酸盐矿物，主要成分为硫酸钡[1]。其具有密度大，充填性良好，难溶于水和酸，无毒性，能吸收射线，化学和热力学性质稳定等特点。重晶石是一种重要的非金属矿产，广泛应用于石油、化工等工业领域，也是我国的优势矿产之一[2-4]。本文通过对登封白土沟重晶石矿矿床地质特征进行分析，矿床成因类型属中低温热液型脉状矿床，为今后该地区重晶石矿资源调查和勘探提供参考。

1 成矿地质背景

矿区大地构造单元位于华北地台南部，嵩箕台隆箕山背斜北翼中段。地层分区属华北地层区之豫西分区嵩箕小区。区域上出露地层主要有太古宇登封岩群、古元古界嵩山群、中元古界五佛山群、古生界寒武系、石炭系、二叠系及新生界第四系[5]。区内经历了多期次的构造运动，不同期次、不同方向的构造先后叠加、改造，区内构造形态和样式复杂，褶皱、断裂发育。其中断裂构造空间展布以北西西向、近东西向、北东向为主。主成矿构造送表后坡—张家门断裂带总体呈北东向，中部呈近东西向，带内发育断层角砾岩、构造泥砾岩、碎裂岩等构造岩，充填重晶石矿脉，具铅锌矿化、硅化、碳酸盐化蚀变。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区内出露地层主要为寒武系馒头组和张夏组、石炭系本溪组，第四系分布在沟谷中(图1)。

图1 矿区地质简图

(1)中下寒武统馒头组(∈1-2m)。

呈带状分布于矿区中南部，区内出露不全。由老到新分可为三个岩性段：下段为灰黄色、紫红色薄层状泥晶白云岩与含铁泥质白云质灰岩互层，夹灰色中厚层状泥晶灰岩、叠层石灰岩，属潮间沉积。中段上部为紫红色云灰质泥岩、白云质灰岩夹鲕粒灰岩；中部为铁泥质云质灰岩，下部为含铁质泥岩，属陆表海沉积。上段为紫红色、猪肝色页岩、云灰质泥岩，夹薄层状砂质微晶灰岩或鲕粒灰岩，顶部为海绿石石英砂岩夹鲕粒灰岩，属陆表海—潮坪沉积。与下伏地层整合接触。

(2)中寒武统张夏组(∈2z)。

为本区主要含矿地层[4]，在矿区中北部呈带状分布，由老到新分为五个岩性段：第一岩性段下部为灰色块状、厚层状砂屑鲕粒灰岩夹海绿石砂质灰岩；中部为厚层状泥晶灰岩夹鲕粒灰岩；上部为鲕粒灰岩夹黄绿色页岩，属潮间沉积。第二岩性段为灰色、灰黄色薄板状泥晶灰岩夹薄层状、中厚层状砾屑灰岩，底部为鲕粒灰岩，属陆棚沉积。第三岩性段为灰色厚层状含条带鲕粒灰岩夹薄层泥晶灰岩，属碳酸盐岩台地沉积。第四岩性段为灰色块状斑状泥晶灰岩、条带状泥晶灰岩夹薄层鲕粒灰岩，属碳酸盐岩台地沉积。第五岩性段为褐灰色块状残余鲕粒白云岩、细晶白云岩夹薄层状粉晶白云岩，属台地前缓坡带沉积。第五岩性段白云岩节理发育，断裂切割甚剧，常有方解石脉、石英脉、重晶石脉充填，是本区重晶石矿的主要赋矿层位。

(3)石炭系上统本溪组(C2b)。

在矿区北部及外围零星出露，岩性为粘土岩、粘土矿、铝土矿和铁质粘土岩等，属滨浅海相沉积。为本区铝土矿的含矿层位。与下伏地层呈平行不整合接触。

2.2 构造

矿区内褶皱构造不发育，总体为向北倾斜的单斜构造，中、东部走向近东西，西部走向北西西，倾向北北东，倾角22°～64°，平均35°。

区内近东西向、北东—南西向断裂构造发育。其中，近东西向断裂构造为区内重晶石矿主要控矿构造。该组断裂集中分布于矿区中北部，较大规模的为F1、F3、F12、F13等断层，其次为F4、F5、F6、F7、F8、F11、F14等断层，均为逆断层(表1)。该组断裂带形成时间较早，具多期次活动特点，重晶石脉主要产在该组断裂带内，为本区主要控矿、赋矿构造。北东向断层主要规模较小，主要有F8。

表1 矿区其它主要断层特征一览表

(1)F1断层：位于木兰沟村北西，总体走向80°左右，区内长450m，西端延出区外。断裂带宽1～5m，断层面具舒缓波状，不太光滑，倾向南，倾角40°～75°。断裂带内构造岩发育，主要由构造泥砾岩、角砾岩、碎裂岩及重晶石脉组成。构造岩具硅化、碳酸岩化蚀变。矿化以重晶石化为主，局部具方铅矿化，为区内重要的容矿构造，严格控制着K1-1重晶石矿体的分布。

(2)F3断层：分布于上老坟沟村北—木兰沟—白土沟—吴窑南之间，断续出露长2 200m，断裂带宽1～6m。断裂带走向总体呈近东西，平面上呈“S”型弯曲，西端向南偏转，东端向北偏转。具膨大、狭缩、分支、复合特征。断面倾向南，倾角55°～78°。带内构造岩发育，主要由构造角砾岩及重晶石脉组成，次为碎裂岩、构造泥砾岩及围岩透镜体。构造岩具硅化、方解石化蚀变，矿化主要为重晶石化，局部伴有方铅矿化，为区内最主要的容矿构造，严格控制着K3-1、K3-2重晶石矿体的分布。

(3)F12断层：展布于康窑南坡—西杨沟—安庄南坡，断续长1 000m，宽0.8～5.5m。断裂带总体走向85°左右，呈“S”型弯曲。向西与F3、F11复合。断裂倾向南，倾角41°～70°。断裂带中构造岩发育，主要为构造角砾岩，次为碎裂岩、构造泥砾岩。充填重晶石脉，硅化、方解石化蚀变强烈，方铅矿局部富集，为区内重要的容矿构造，控制着K12-1重晶石矿体的分布。

(4)F13断层：出露在西杨沟西坡—东杨沟西坡之间，向东被第四系覆盖。断续出露长800m，宽0.2～1.8m。总体走向东西向，中部向南弯曲，具膨大、狭缩特征；倾向南，倾角60°～75°。断裂带内构造岩较为发育，以构造角砾岩为主，次为构造泥砾岩，中东部膨大部位充填重晶石脉。硅化蚀变较为强烈。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

区内重晶石矿体呈倾斜脉状赋存于构造破碎带中，其形态受构造带控制，呈脉状、透镜状，多分布在距地表200m以浅。重晶石矿体中伴有方铅矿化，局部富集成铅矿体，但规模一般较小。区内较大规模重晶石矿体8个，其中以K3-1、K3-2、 K1-1、K12-1矿体规模最大，其它矿体为K14-1、K4-1、K11-1、K5-1规模均较小(表2)。从地表到深部品位稍有降低的趋势，变化不明显。

表2 白土沟重晶石矿区各矿体特征一览表

(1)K3-1矿体呈不规则脉状、透镜状产于F3构造带西段中上部，赋矿层位为寒武系沉积岩层。矿体呈脉状、透镜状产出，走向80°～100°，倾向南，倾角平均75°。矿体在局部(西段)膨大，两端稍薄，向深部矿体尖灭。矿体地表出露长度约1 500m，地表出露标高520～534m，控制最低标高370m，最大斜深160m。矿体厚度0.80～8.46m，平均5.38m。矿体BaSO4品位38.48%～83.35%，平均品位59.45%。

(2)K1-1矿体呈不规则脉状产于F1构造带中上部，矿体浅部较薄，向深部矿体变厚，矿体呈脉状产出，走向280°，倾向南，倾角平均76°。矿体地表出露长度长度1 200m，地表出露标高490～526m，控制最低标高420m，最大斜深110m。矿体厚度0.80m～6.42m，平均4.96m。矿体BaSO4品位54.45%～74.91%，平均品位67.54%。

(3)K3-2矿体呈不规则脉状产于F3构造带东段中上部，矿体浅部较厚，推测向深部矿体厚度较稳定，体呈脉状产出，走向80°，倾向东，倾角平均60°。矿体地表出露长度850m，地表出露标高475～535m，控制最低标高475m，最大斜深120m。矿体厚度0.80m～8.07m，平均4.68m。矿体走向70°～90°。单工程BaSO4品位40.46%～75.33%，矿体平均品位60.62%。

(4)K12-1矿体呈不规则脉赋存于F12构造带中，矿体走向250°，东段转为280°。矿体浅部较厚，向深部矿体变薄尖灭。矿体地表出露长度800m，地表出露标高456～524m。矿体厚度0.80m～4.29m，平均1.30m。矿体BaSO4品位最高77.06%，最低37.51%，平均56.07%。

3.2 矿石质量

(1)矿石类型。

依据矿石的主要矿物组合[6]，矿石自然类型可分为两类，一是重晶石矿石、方解石—石英—重晶石矿石，为矿区主要矿石类型；其次是(含)方铅矿—重晶石矿石，仅局部可见。

(2)矿石的结构、构造。

重晶石矿石：根据重晶石矿石中主要矿物重晶石的粒度、自形程度等划分为：自形粒状结构、半自形粒状结构、他型粒状结构。构造主要为巨晶块状重晶石矿石、角砾状重晶石矿石、多孔状及泥砾岩状重晶石矿石。

(含)方铅矿—重晶石矿石：矿石结构多呈他型粒状结构；矿石构造多为脉状构造、细粒浸染状构造、角砾状构造、浸染状构造。

块状重晶石矿石一般分布于含矿构造带中上部，角砾状重晶石矿石一般分布于矿带中部或块状重晶石矿两侧，多孔状及泥砾岩状重晶石矿多分布于矿带底板附近。(含)方铅矿—重晶石矿石多分布于块状重晶石矿两侧或矿带底板附近。

(3)矿石的矿物成分。

区内重晶石矿石主要为中低温热液充填形成的含方解石石英重晶石脉，其主要有用矿物为重晶石，含量30%～95%不等，脉石矿物主要为石英、方解石，少量白云石。金属矿物主要为方铅矿，少量闪锌矿。氧化矿物为褐铁矿、白铅矿等，含少量泥质。重晶石为白色、灰白色，呈自形—半自形板状，粒径0.03～40mm，集合体呈聚片状、菊花状，少部分呈细小板状、针状。镜下可见重晶石呈如下特征：无色，中正突起，解理完全，平行消光，最高干涉色一级黄，含固体包裹体较多而浑浊。重晶石呈现玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽，摩氏硬度3.3，比重4.5g/cm。

区内(含)铅矿石主要赋存于含重晶石方解石石英脉中，主要金属矿物为方铅矿，有少量闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿，氧化矿物为褐铁矿、氧化锰、铅钒、白铅矿等，主要脉石矿物为方解石、石英、重晶石等。方铅矿为铅灰色，石英脉中的方铅矿呈不规则他形粒状，粒度0.01～4.4mm。重晶石矿石中方铅矿多呈自形粒状，具完善的立方体解理，粒度2～14mm。光片中呈纯白色，低硬度，均质性，被白铅矿交代。

(4)矿石的化学成分。

重晶石矿石的主要化学成分为BaSO4，含量25.0%～80.0%不等，其次为SiO2，含量3.0%～ 40.0%。其它成分为：CaO含量0.4%～16.0%，Fe2O3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)矿石工业类型和品级。

重晶石矿石中与重晶石关系密切的金属硫化物含量一般小于1%，且分布不均匀，可供综合回收的伴生有用组分为方铅矿。因此，矿石工业类型为低硫化物型重晶石矿石。矿石中BaSO4含量均低于90%，只有少部分能达到化工用重晶石合格品标准[7-8]。

4 矿床成因探讨

(1)构造控矿特征。

矿区内矿体严格受断裂破碎带控制，成群成带出现，重晶石矿带长120～2 200m不等。矿体产状与断裂一致，矿体大小悬殊。矿体形态受构造带的控制，多呈脉状、透镜状、楔状等。矿区内重晶石矿控矿构造以断裂控矿为其主要的控矿特征。从控矿构造方向而言，近东西向、北西西向、北北东向的断裂构造均有发育，而以近东西向断裂为其主要控矿、赋矿构造。

(2)地层控矿特征。

矿床赋存于寒武系沉积岩层中，寒武系地层是封闭、半封闭的的海湾或泻湖相沉积产物。相关化探资料表明，区内白云岩、白云质灰岩地层中存在着串珠状排列的Ba元素异常，在灰岩、白云岩中含量次之，砂岩、页岩等地层中含量最低，表明白云岩、白云质灰岩是较好的成矿地层。同时，在含矿构造带顶、底板围岩为灰岩或白云岩时，矿体的厚度增大，矿石品位较高；在矿带围岩为泥岩、砂岩时，矿化较弱[9-10]。

(3)成矿温度。

矿区内重晶石矿体受构造带控制，矿物组合较为复杂，有的是单矿物重晶石脉，有的则和石英、方解石共生，多伴生金属硫化物。矿石主要矿物为重晶石、方解石、石英，少量方铅矿、黄铜矿、黄铁矿等。矿石结构主要为自形粒状结构、半自型粒状结构，少量他型粒状结构。矿石构造以块状、角砾状为主，少量脉状、多孔状。围岩蚀变以硅化、碳酸盐化为主，围岩蚀变弱。具有中低温热液充填成矿特点。因此，矿床属中低温热液矿床。

综合以上矿床地质特征，矿石矿物组合及相关关系结合矿床围岩蚀变类型认为，该矿床是成矿热液脱离母岩后，通过断裂时随着环境、压力、温度等条件的变化，使重晶石、石英、方解石、金属硫化物等析出沉淀，在有利的构造部位富集成矿[11]。