河南渑池地区重晶石矿床地质特征及矿床成因

陈春景，张素超，王巧玲，王冠华，王学贞，潘泽

(1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 4500162.河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，河南 郑州 450016)

0 引言

重晶石矿是一种重要的非金属矿产资源，重晶石(BaSO4)具有密度大、折射率高、难溶于水和酸、无毒、化学性能稳定等特征。重晶石粉主要用于石油、化工、油漆、填料、天然橡胶等工业部门，而 80%～90%用作石油钻井中的泥浆加重剂，具有广泛的工业用途(汤继新，1989；李文光，2002；陈有双等，2010；黄维安等，2010；绍厥年等，2010；袁建国等，2017)。中国重晶石资源丰富，目前储量、生产及出口居世界第一位(党智财等，2021；李哲等，2021)。随着我国经济的快速发展，石油和天然气作为重要的工业能源，仍是我国大力发展的行业，必将需要大量的重晶石。另外在化学工业中，各种钡盐生产量与重晶石原料消耗量之间有固定关系，重晶石消耗量很大。矿产资源不可再生的特点，决定了我国重晶石资源在不远的将来将出现紧缺(于延棠和毕双，2002；李占远，2004；张世洋等，2014；张福良和卢晓亚，2017)。

我国重晶石矿主要分布在贵州、广西、湖南、湖北、陕西、福建、甘肃、浙江、河南、山东、青海等地，其中以贵州省最多，保有储量占全国的60%，广西、湖南、湖北、陕西、福建省次之，以上六省总储量占全国的80%(李占远，2004)。重晶石矿床类型主要有沉积型、热液型及残坡积型等三种(绍厥年等，2010)，其他还有火山沉积型(李文光，1994；李占远，2004)、层控(内生)型(吴照洋等，2011；党智财等，2021)等矿床类型。储量大的多为沉积型和热液型矿床。沉积型矿床多分布于贵州、湖南等我国南方地区(鲍淼等，2020；夏瑞等，2021)；热液型矿床多分布于扬子地台和华北地区。渑池地区重晶石矿属于分布于华北地区的热液充填型重晶石矿床，中低温热液型重晶石矿床是华北地区最主要的重晶石矿床类型(党智财等，2021)。

河南省渑池地区位于华北地台南缘，豫西张茅—段村重晶石成矿远景区东部(彭翼和何玉良，2015；党智财等，2021)，是河南省重晶石矿发育的有利成矿地区之一(徐志刚等，2008；李春阳等，2010；屈云燕等，2020)，地理坐标范围为东经111°45′00″～112°05′00″，北纬34°50′00″～35°05′00″。该地区中元古界长城系熊耳群马家河组中—酸性火山岩及汝阳群云梦山组砂岩、页岩地层分布广泛，断裂构造发育，围岩具显著的热液蚀变，重晶石矿成矿地质条件有利。近十年来，河南多家地方企业先后在该地区开展了生产勘探等地质勘查工作(李柯柯等，2010①；闫丹等，2011②；刘平河等，2012③；王延堂等，2015④；李云等，2016⑤；王全义等，2016⑥王全义等，2017⑦王全义等，2020⑧)，新开采上涧、黄金山、李家山等重晶石矿床十余处(图1)。前人对豫西陕县、登封等地作过一定程度的重晶石矿床成矿规律研究(郗国增等，2013；许淑伟和程文厚，2017；曹纪虎等，2018；李经纬和韦炜，2021；薛志强等，2022)，但对渑池地区重晶石矿的矿床特征及矿床成因等方面系统的研究工作开展较少。笔者拟对渑池地区近年来完成的多个重晶石矿储量核实报告、生产勘探报告等第一手地质资料开展较详实的系统研究，总结并对比本文渑池地区多个重晶石矿床的地质特征、矿体特征，以期提出该地区重晶石矿的找矿标志，探讨其矿床成因。本次研究成果将为渑池地区及外围进一步寻找同类型重晶石矿床提供参考。

1 区域地质概况

研究区大地构造位置处于华北地台南缘，华熊台缘坳陷崤山—鲁山拱褶断束和渑池—确山陷褶断束的过渡地带内。区内中元古界地层分布广泛，断裂构造发育，岩浆活动较活跃，具有较好的重晶石成矿地质条件(图1)。

图1 河南省渑池地区区域地质简图(据李柯柯等，2001①修改)1—第四系；2—新近系上新统；3—二叠系中统石千峰组；4—二叠系中统上石盒子组；5—奥陶系中统；6—奥陶系下统；7—寒武系上统；8—寒武系中统张夏组；9—寒武系中统徐庄组；10—寒武系下统毛庄组；11—寒武系下统馒头+辛集组；12—中元古界汝阳群北大尖组；13—中元古界汝阳群白草坪组；14—中元古界汝阳群云梦山组上段；15—中元古界汝阳群云梦山组下段；16—中元古界熊耳群马家河组上段；17—中元古界熊耳群马家河组下段；18—石英斑岩19—地质界线；20—断层；21—重晶石矿位置及编号

区域地层属华北地层区的渑池—确山小区。出露地层主要为中元古界熊耳群、汝阳群，古生界寒武系、奥陶系，中生界二叠系及新生界新近系、第四系等。熊耳群马家河组上段、下段在区域中部大面积出露，主要岩性为灰紫色安山岩、辉石安山岩等。汝阳群出露于区域中、南部，为云梦山组、白草坪组、北大尖组，主要岩性为紫色石英砂岩、页岩、砾岩等。寒武系分布于区域北、东部，为辛集+馒头组、毛庄组、徐庄组等，岩性主要为灰岩、白云岩等。奥陶系下统、中统及二叠系中统上石盒子组、石千峰组小面积出露于区域北部，新近系、第四系大面积分布于区域河谷、沟谷中。

区域上褶皱构造主要为呈NW向延伸的北段—牛心坡背斜，断裂主要有NW向、EW向、SN向等，以NW向断裂最为发育、规模最大，走向长度数千米至十数千米，宽度一般2～5 m。规模最大的为四龙庙平推断层，走向长约23 km，产状近于直立。该断层展布于上涧、四龙庙、后沟一带，向东沿入新安县青崖地、中心坡、王家河一带，切割了熊耳群及寒武系地层，具较宽的破碎带或形成沟谷地貌，北东(下盘)岩层向北西推移，南东(上盘)岩层向东南推移。

区域岩浆岩较发育，表现为中元古代长城纪熊耳期中性—(中)酸性火山熔岩的喷发，在区域上形成了大面积出露的安山岩类火山岩，主要为马家河组；区域上侵入岩不发育，仅有两个呈小岩株状产出的燕山期石英斑岩体，其中东关村北约 500 m 处形成的石英斑岩体出露长0.9 km，出露宽度约0.35～0.50 km，面积约0.45 km2，长轴方向为NE。

区域上矿产主要为煤矿、铁矿、铝土矿、水泥灰岩、石英岩、重晶石矿等，其中已发现西山底、黄金山、东沟、东关、李家山南庄矿段、李家山丁庄沟段、李家山烟地沟段、上涧、四龙庙村、东庄沟(见图1中重晶石矿编号1～10)等重晶石矿床(点)十余处。

2 重晶石矿床地质特征

2.1 上涧重晶石矿床

2.1.1 矿区地质特征

该矿区出露地层为中元古界长城系熊耳群马家河组(Pt2m)和第四系(Q)(图2)。马家河组为熊耳群最上一组，分布于矿区及外围。主要岩性为辉石安山岩、安山岩夹数层紫红色泥岩、凝灰岩，由辉石安山岩—安山岩—凝灰岩组成喷发沉积韵律。

图2 上涧重晶石矿床地质简图(据李云等，2016⑤修改)1—第四系；2—熊耳群马家河组安山岩、辉石安山岩3—熊耳群马家河组沉凝灰岩；4—地质界线；5—断层及编号；6—产状；7—重晶石矿脉及编号；8—勘探线及编号

辉石安山岩、安山岩(Pt2m1)：辉石安山岩岩性为灰绿、暗紫红色，致密块状，其中含大量不规则状或大小不等的圆形、椭圆形杏仁，其物质多由硅质(玉髓、石英)及绿泥石组成；安山岩不及前者发育，一般出现在辉石安山岩之上，呈紫红色，个别为浅紫、灰绿色，性脆，节理发育，具杏仁状、致密块状及斑状构造，其中杏仁含量较多，个体大，多呈不规则的云朵状。

沉凝灰岩(Pt2m2)：紫红色，呈夹层状产出于安山岩中，可见数层，易风化破碎。

第四系(Q)：不整合覆于马家河组之上，主要分布于山顶及沟槽之中，为黄土层及残坡积层。

矿区位于岱嵋寨背斜的南翼，区内断裂发育。F1为区内主要断裂破碎带，构造岩为碎裂蚀变的安山岩等。主要矿化有重晶石化、硅化、碳酸盐化等。F1地表出露长度约1200 m，总体走向NNE～SSW，倾向261°～291°，倾角61°～86°。构造带地表出露宽度一般1.0～4.0 m，沿走向和倾向呈波状。F1是矿区内最主要的控矿断裂，对区内的成矿作用影响较大，为成矿作用提供了含矿热液和物质来源等重要的成矿地质条件。

区内岩浆活动以火山喷发作用为主，侵入活动微弱。

区内共圈定重晶石矿脉6条，其中具有工业价值的有Ⅰ、Ⅱ号矿脉，均赋存于F1断裂构造蚀变带内。F1构造蚀变带工程控制走向长约1200 m，倾斜延伸280 m。在平面上呈薄脉状。矿脉总体走向5°左右，倾向西，倾角61°～90°；矿体厚度0.27～3.19 m，矿脉产出严格受构造带的控制，矿体呈舒缓波状，其产状走向上南端走向NWW—北端NNE、倾向由北向南变陡立，矿体内局部存在夹石，主要是构造角砾岩长度一般一米至数米，宽度大多小于0.1～1.0 m。从整体来看沿走向有左右摇摆和膨胀、收缩、尖灭再现、分枝复合现象。矿脉多以单脉状产出，局部有复脉和夹层。矿区内存在Ⅲ～Ⅵ号细小矿脉露头，与主矿体Ⅰ号和Ⅱ号矿脉的走向和倾向相差较大，不构成工业规模矿体。

2.1.2 矿体特征

矿体在11号勘探线断开分为Ⅰ和Ⅱ两个矿体(图3)。

图3 上涧重晶石矿床06号(a)、11号(b)勘探线地质剖面图(据李云等，2016⑤修改)1—第四系；2—熊耳群马家河组安山岩、辉石安山岩；3—矿体及编号；4—产状；5—钻孔及编号；6—探槽及编号；7—平硐及编号

Ⅰ号矿体长度约180 m，延深90 m。沿断裂蚀变带F1呈NNW—SSE方向延展，倾向约280°，倾角约86°～90°。围岩岩性为安山岩、辉石安山岩，真厚度1.00～3.19 m，平均真厚度1.85 m，品位46.15%～92.9%，平均品位79.82%。

Ⅱ号矿体出露长度约1200 m，延深280 m。沿断裂蚀变带F1呈NNE—SSW向延展，倾向234°～291°，倾角一般在61°～86°，围岩岩性为安山岩，贴近矿体部位出现碎裂蚀变安山岩和构造角砾岩。真厚度0.60～2.92 m，平均真厚度1.49 m，品位24.79%～93.61%，平均品位72.29%(李云等，2016⑤)。

2.1.3 矿石质量

矿物组成：矿石矿物主要为重晶石，极少量毒重石。脉石矿物主要有石英、少量萤石、方解石、白云石等。矿石中有少量金属矿物，主要为赤铁矿、褐铁矿。

矿石化学成分：矿石主要以BaSO4(55%)为主，次为SiO2(42%)及少量BaCO3，其他Pb、Zn、Cu、Mn等元素含量很低，达不到伴生指标要求。

矿石结构、构造：矿石结构以半自形柱粒状晶体结构为主，其余为残余结构。矿石构造主要为条带状、斑杂状、块状构造，其次为角砾状构造，近矿围岩处偶见浸染状、晶洞状构造。矿石类型：据矿石的矿物共生组合划分为重晶石型和石英—重晶石型两种矿石类型。

矿体围岩和夹石：矿体围岩主要为安山岩、硅化蚀变岩和碎裂安山岩。矿体均赋存于断裂构造带中，一般断裂构造线即为矿体与围岩接触界线，为突变接触。矿体内夹石分布数量相对较少，夹石长度一般一米至数米，厚度一般0.1～1.0 m，其产状与矿体一致，夹石特征与矿石在颜色上有明显差异，主要为块状或泥状，个别为松散状，在开采过程中易手选去除。

2.2 黄金山重晶石矿床

2.2.1 矿区地质特征

该矿区地层主要为中元古界长城系熊耳群马家河组安山岩，矿区东南角出露中元古界蓟县系汝阳群云梦山组石英砂岩，在沟谷和山坡平坦处分布有第四系覆盖层(图4)。

图4 黄金山重晶石矿床地质简图(据王全义等，2020⑧修改)1—熊耳群马家河组上段杏仁状安山岩、斑状安山岩互层；2—熊耳群马家河组下段杏仁状安山岩；3—汝阳群云梦山组石英砂岩4—地质界线；5—断层及编号；6—重晶石矿脉及编号；7—产状；8—勘探线及编号

马家河组在矿区大面积分布，分为上、下岩性段，二者为整合接触。下岩性段(Pt2m1)以灰绿色杏仁状安山岩、安山玢岩为主，夹二至三层紫灰色斑状英安岩；上岩性段(Pt2m2)为灰绿色杏仁状安山岩与灰绿色斑状安山岩互层，局部夹安山玢岩，夹多层凝灰岩。云梦山组(Pt2y)不整合于马家河组之上，主要岩性为肉红、灰白色石英砂岩、长石石英砂岩夹泥页岩，底部为河流相砾岩。

矿区位于黛嵋寨背斜的南翼，矿区内断裂发育，编号F1～F11，按出露方向主要为近SN向、NW向和NE向。各条断裂均具重晶石化、硅化等蚀变。破碎带中角砾岩、碎裂岩、糜棱岩发育，从断面擦痕、阶步及低序次羽裂的排列方向推断，上盘向上，其性质为张—压扭性断裂。F1～F4号断裂是本区的主要控矿断裂破碎带，控制着矿区重晶石矿脉的产出特征，断裂沿走向、倾向具膨大、窄缩现象。

矿区内熊耳群安山岩分布广泛，未见侵入岩。

重晶石矿呈脉状产于中元古界熊耳群马家河组火山岩中，全区共发现11条重晶石脉，编号为K1～K11，重晶石脉均严格受断裂带控制。其中 K1～K4、K9为矿区的主要矿体。

2.2.2 矿体特征

K2矿体赋存在F2断裂带内，整体呈脉状产出，边界局部呈港湾状。矿体无后期构造或岩脉破坏。矿体沿走向长度620 m，沿倾斜方向最大延伸约 155 m，矿体垂深133 m。矿体厚度为1.00～1.80 m，平均1.50 m。矿体单样品位31.60%～94.29%，平均60.52%(图5a)。

图5 黄金山重晶石矿床24号(a)、40号(b)勘探线地质剖面图(据王全义等，2020⑧修改)1—熊耳群马家河组上段安山岩；2—矿体及编号；3—产状；4—探槽及编号；5—沿脉平硐及编号

K4矿体赋存在F4断裂带内，呈透镜体状。矿体沿走向长度140 m，沿倾斜方向最大延伸约122 m，矿体垂深102 m。矿体无后期构造或岩脉破坏。矿体厚度为0.71～1.12 m，平均0.93 m。矿体单样品位55.12%～96.20%，平均84.01%(王全义等，2020⑧)。

2.2.3 矿石质量

矿石矿物主要为重晶石，脉石矿物主要有石英，次为方解石和微量矿物、绢云母、高岭石、绿泥石、褐铁矿等。

矿石主要以BaSO4(65.45%～85.45%)为主，SiO2(4.00%～5.00%)、Al2O3、Fe2O3、CaO、MnO等其含量均较低。

矿石结构为板状、柱状、中粗粒他形、半自形粒状结构；矿石构造主要为致密块状构造、角砾状构造。

矿石为致密块状重晶石型。白色，中粗粒结构、块状构造。成分主要为重晶石，微量褐铁矿和石英。

矿体赋存于断裂构造破碎带中，破碎带顶板围岩为熊耳群马家河组的安山岩类，矿体与围岩界线清楚，不存在构造岩、非矿夹石等，结构完整。

矿区内火山岩岩石普遍有绿泥石化、绢云母化和褐铁矿化。近矿围岩有强烈硅化、绿泥石化和碳酸盐化、褐铁矿化。矿脉两侧有重晶石、石英、方解石细脉带与成矿关系密切。

2.3 矿体特征对比

渑池地区重晶石矿床目前已发现上涧、黄金山、李家山、四龙庙村等重晶石矿床(点)十余处，各矿床中矿体形态、规模、矿石矿物及矿石品位特征见表1。

表1 渑池地区部分重晶石矿床主要矿体特征

渑池地区各重晶石矿床中矿体均沿SN、NW、NE、NNE、NNW向等断裂蚀变带展布，以NNE、NNW向居多，如上涧、黄金山、四龙庙村重晶石矿床等。重晶石矿体形态有脉状、薄脉状、板脉状、透镜状等，其中黄金山、东沟矿体形态较复杂，其它重晶石矿体多为脉状。黄金山、上涧及东沟等重晶石床规模相对较大。多数矿床中矿石矿物主要为重晶石，仅李家山丁庄沟段、上涧为重晶石、石英。多数矿床中矿石品位BaSO4含量较高、SiO2含量较低。

3 找矿标志及矿床成因

3.1 找矿标志

断裂构造标志：断裂构造是研究区最重要的找矿标志。从重晶石赋矿断裂构造特征来看，成矿作用对不同方向的断裂构造无明显的选择作用，但对断裂构造的多期次活动具有明显的选择性。在含矿断裂膨大、产状局部突变以及次级裂隙与主断裂的交汇部位易成为重晶石矿体富集部位。

围岩蚀变标志：与重晶石矿化关系密切的围岩蚀变有硅化、碳酸盐化、绿泥石化等。在含矿地质体上部，因表生作用，形成褐铁矿化、赤铁矿化等，可以作为直接的找矿标志。

其他标志：研究区内重晶石矿在矿化较好地段多有民采露头、坑、硐等民采工程，亦是直接找矿标志。

3.2 矿床成因

研究区出露地层为中元古界熊耳群火山岩系及汝阳群石英砂岩、砂质页岩系，区内断裂构造发育，岩浆活动较活跃，构成了本区地层、构造和岩浆岩的“三位一体”的控矿机制。

(1)地层因素：研究区内出露的中元古界熊耳群火山岩(安山岩为主)和汝阳群云梦山组砂页岩与矿石、蚀变岩在物质组分上存在密切的关系，铅同位素组成特征十分相似，主要来自地幔和下地壳，具较高的BaO、SO3丰度值(王延堂等，2015④)是区内重晶石成矿的重要矿源层之一。

(2)构造因素：研究区内区域发育的近东西向、近南北向断裂，均在中元古代熊耳期即已形成，既控制了熊耳期的火山喷发，同时通过多次活动也控制了区域矿(床)点的分布(王延堂等，2015④)。到燕山中期，伴随区域岩浆热液事件，这些断裂再次活动，并与其他NW向、NNE向等断裂成为研究区内含矿热液运移的良好导矿和储矿构造。

(3)岩浆活动因素：研究区岩浆活动十分频繁，主要表现为熊耳期大规模的中、酸性火山喷发及燕山中期石英斑岩的侵入作用，其对重晶石矿形成的控矿作用，主要表现在岩浆期后热液对矿源层中矿物质的活化、迁移和富集提供了热动力条件，同时也为成矿作用提供了物质来源，并使局部围岩遭受强烈蚀变。

综上所述，研究区内多期次构造—热液作用使矿源层中的矿物质活化、迁移和富集，混合岩浆中派生出的含矿热水溶液，在适宜的构造条件下，通过导矿通道，进入到物理性质有脆性、孔隙度、透水性较好的围岩安山岩中的容矿断裂隙内，使所携带的成矿物质BaSO4沉淀、富集形成重晶石矿体，形成了本区破碎带蚀变岩中的热液充填型重晶石矿床(许淑伟和程文厚，2017；党智财等，2021)。

4 结论

(1)渑池地区重晶石矿床多分布于中元古界熊耳群马家河组安山岩，汝阳群云梦山组砂岩、页岩中，明显受断裂控制，围岩具显著的热液蚀变，属热液充填型重晶石矿床。

(2)渑池地区重晶石矿床多为中、小型矿床，矿体多呈脉状产出；埋藏较浅，易于开采；品位较高，经济价值较大。

(3)渑池地区有较好的重晶石成矿地质条件，目前发现的重晶石矿床(点)分布较多且密集，渑池地区及外围具有一定的寻找重晶石矿的较好找矿前景。

注 释

① 李柯柯，袁晓燕，赵洁.2010.河南省渑池县西山底重晶石矿核查区资源储量核查报告[R].郑州：河南省地质矿产勘查开发局测绘队.

② 闫丹，李柯柯，王爽.2011.河南省渑池县东庄沟重晶石矿核查区资源储量核查报告[R].郑州：河南省地质矿产勘查开发局测绘队.

③ 刘平河，屈强强，嵇步烈，刘莹娜.2012.河南省渑池县段村乡四龙庙重晶石矿资源储量核实报告[R].洛阳：洛阳康梁地质工程勘查技术有限公司.

④ 王延堂，郝伟涛，许光辉，李爽，米川.2015.河南省渑池县东沟重晶石矿勘探报告[R].郑州：河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院.

⑤ 李云，许荣达，彭传超.2016.河南省渑池县金鹰矿产品有限责任公司上涧重晶石矿生产勘探报告[R].北京：北京宝地益联地质勘查工程技术有限公司.

⑥ 王全义，刘理娜，马娟红.2016.河南省渑池县神龙实业有限公司李家山重晶石矿生产勘探报告[R].洛阳：洛阳康梁地质工程勘查技术有限公司.

⑦ 王全义，徐献统，刘理娜，杨鹤.2017.河南省渑池县南村乡东关重晶石矿生产勘探报告[R].洛阳:洛阳康梁地质工程勘查技术有限公司.

⑧ 王全义，徐献统，杨鹤.2020.河南省渑池县黄金山重晶石矿生产勘探报告[R].三门峡：三门峡大宗资源开发有限公司.