贵州西南部萤石矿成矿规律及找矿前景探讨

李朝晋,龚桂源,徐安全

(贵州省地质调查院,贵州 贵阳 550081)

1 引言

贵州西南部(下文简称“研究区”)的萤石矿,主要集中分布在普安—六枝、晴隆—兴仁—贞丰、望谟三个地区,另在水城、盘州、关岭、西秀、紫云、长顺、惠水、兴义等市、县(区)有零星分布。萤石矿早在清代就有发现,民国年间也有勘查记述,但开发利用甚少。1949年以后萤石矿产勘查逐渐增多,尤其是从1959年开始,安顺专区地质队对安顺华严洞、晴隆必康、大厂及兴义田坪子开展勘查评价。上世纪七十年代以后,贵州省地矿局112队、105队、115队、109队、117队、地调院等开展了较为系统的综合评价和勘查,先后发现坡贡、平桥、大厂、东瓜岭、韭菜坪、放马坪、金塘、高岭、交故、上冉道等30余处萤石矿床(点),累计查明CaF2资源储量6 052.28千t,占全省50.59%,达中型以上规模的矿床就有9处。从上世纪九十年代开始,贵州地矿、有色等地勘单位对研究区的区域成矿背景(戴传固等,2017)、矿床特征(蒋杰等,2009;陈星等,2021)、成矿作用(陈代演等,1992;王景腾等,2022)、成矿规律(胡思琴等,2016)等进行了详细研究,为本文研究奠定了基础。

本文依托《中国矿产地质志·贵州卷》研编平台,充分收集前人研究成果,对研究区赋存在不同层位的萤石矿矿床特征、控矿因素及成矿规律等进行了对比研究,进而划分了4个找矿远景区,对区内萤石矿产勘查及研究具有一定参考意义。

2 萤石矿床特征

2.1 赋矿层位

研究区目前已发现萤石矿产地有35处。赋矿地层由老到新有石炭系摆佐组、黄龙组、马平组、威宁组、南丹组及石炭系—二叠系南丹组至二叠系下统龙吟组硅化蚀变层;二叠系茅口组、峨眉山玄武岩组、茅口组至峨眉山玄武岩组或龙潭组的硅化蚀变层(俗称“大厂层”),吴家坪组及吴家坪组至三叠系下统罗楼组的硅化蚀变层;三叠系中统垄头组、花溪组及古近纪钙碱性煌斑岩与三叠系中统垄头组接触带。研究区的萤石矿床(点)及分布见表1、图1。

图1 研究区萤石矿床(点)分布图

表1 研究区的萤石矿床(点)一览表

2.2 矿床类型和主要矿床式

研究区萤石矿床的形成主要受燕山期褶曲、断裂构造所控制,矿体多富集在燕山期形成的小背斜轴部的层间剥离构造、次级背斜鞍部及隐伏的次级断裂的孔隙中,尽管它们的赋矿地层及容矿岩石有所不同,但控矿因素、成矿机制、成矿模式基本相同,矿床类型均为浅成中低温热液型矿床(龚大兴等,2021;陈代演等,1992;向洪等,2017;徐安全等,2021)。研究区的萤石矿层控性明显,受固定的地层和特定的岩石组合条件制约,宏观上有产于石炭系至二叠系沉积间断界线附近及其下部的萤石矿、二叠系中统至二叠系上统界线附近及其下部的萤石矿、二叠系上统至三叠系下统界线附近及其下部的萤石矿及三叠系中统碳酸盐岩中的萤石矿4个层位。对于前3个赋矿层位和岩石组合的萤石矿矿床,其勘查控制和研究程度比较成熟,故建立了相对应的矿床式,即平桥式(石炭系)、大厂式(茅口组、峨眉山玄武岩组)、巴毛冲式(吴家坪组);而对于赋存于三叠系垄头组与其异相花溪组中的萤石矿,由于矿床(点)较少,分布零散,且勘查研究程度较低,未建立矿床式。研究区萤石矿床特征及分布见表2。

表2 研究区萤石矿床特征及分布一览表

3 萤石矿成矿规律

3.1 “平桥式”萤石矿

“平桥式”萤石矿主要分布于研究区的水城、六枝、普安、晴隆、紫云、长顺及惠水等地,跨越两个V级构造单元——威宁—六枝北西向变形区和长顺—丹寨南北向变形区。含矿围岩为石炭系碳酸盐岩和上石炭系至二叠系沉积间断间的硅化蚀变岩。自上世纪七十年代发现平桥、金塘等萤石矿后,近年来贵州地矿局、有色局等地勘单位不断发现新的萤石矿床(点),个别矿山达到详查,但整体勘查控制程度和成矿规律研究相对较低。至目前已发现中型矿床2处,小型矿床5处,矿点4处,累计求获CaF2资源储量948.33千t。

3.1.1 主要控矿因素

赋矿地层:为石炭系(包括同时异相的南丹组、威宁组、黄龙组、马平组)和上石炭系(南丹组)至二叠系沉积间断间的硅化蚀变岩层。

岩性组合:萤石矿主要受碳酸盐岩(下部)—钙质粘土岩(上部)岩性组合控制,按相区和地层沉积间断分为包磨山+平川组/威宁组(P1p+b/CP1w)、龙吟组/南丹组(P1ly/CP1n)、梁山组/马平组/黄龙组/摆佐组(P2l/CP1m/C2h/C1-2b)三种组合,成矿流体充填于下部碳酸盐中的断层破碎带和张裂隙内,而上部的条带状硅质岩或钙质粘土岩对成矿流体运移主要起屏蔽作用,屏蔽层界面间具硅化蚀变层地段成矿最为有利。在九层山背斜南东平桥一带,石炭系(南丹组)至二叠系下统(龙吟组)界面发生强烈硅化蚀变,该硅化蚀变岩亦为重要的赋矿岩石。

地质构造:萤石矿体、矿化体主要沿背斜构造轴部及近轴部的层间剥离构造、次级背斜鞍部及隐伏的次级断裂产出。赋矿构造往往蚀变较为强烈,与萤石矿化关系密切的蚀变有硅化、黄铁矿化、角砾化、方解石化,以硅化、黄铁矿化适中的部位最为富集。

以上有利地层、岩性组合和地质构造的耦合部位最有利于萤石矿产的形成(陈星等,2021;韩佳佳等,2022;王景腾等,2022)。

3.1.2 空间分布规律

萤石矿床空间上分布极不均匀,成矿具有横向分区、纵向分带“双向”复合分带的特征。横向上跨越两个V级成矿区带——威宁—六枝煤—煤层气—页岩气-Pb-Zn-Fe-Mn-Ag-Cu-三稀成矿亚带和长顺—丹寨Hg-Sb-Au-Pb-Zn-磷—硫铁矿—重晶石—煤成矿亚带(陈毓川等,2015);纵向上以北西—南东向的紫云―垭都深断裂带与其它相邻成矿区带分界。成矿区带内萤石矿床产布具有丛聚性分布的特征,空间分布呈面型产布、线状排列、点状产出的特点。呈面型产布的矿床主要分布在九层山背斜(平桥、大坝)及羡塘复背斜(小坝);呈线状排列的矿床主要分布在九层山背斜(汪家地、大冲);呈点型产出的矿床分布在打郎复背斜(小苗寨)和长顺复背斜(金塘)。

3.1.3 成矿作用及成矿模式

石炭纪形成广泛的碳酸盐岩后,海西运动的开始导致地壳普遍上隆、拉张产生地裂,并伴随地幔热柱活动发生,喷溢的峨眉山玄武岩覆盖,构成规模宏大的大火成岩,区内石炭系上升成陆,遭受长期风化剥蚀形成古岩溶,随后龙吟期海水侵入,在局部低凹地带接受粘土岩、砂岩相沉积,由于上覆粘土岩和下伏石炭系碳酸盐岩石致密,其间的古风化壳为构造脆弱地带。在燕山期区域构造作用下,深部富含F-热液沿断裂向上运移,在P1ly/CP1n、P1b+p/CP1w与P2l/CP1m界面的古风化壳的角砾间孔隙侧向运移,热液与界面附近的岩石产生水/岩反应形成构造蚀变岩,在物化条件逐渐改变,运移到浅部时萃取围岩中Ca元素与其结合,从而沉淀成矿(龚大兴等,2021)。具体成矿模式见图2。

图2 “平桥式”萤石矿成矿模式图(据龚大兴等,2021.略修)

3.2 “大厂式”萤石矿

“大厂式”萤石矿主要分布于贵州盘州、普安、晴隆、兴仁及贞丰等地,位于普安—贞丰北东及北西向变形区(V级构造单元)北部(周琦等,正在出版),含矿围岩为二叠系中统茅口组碳酸盐岩、上统峨眉山玄武岩和二叠系中统茅口组至二叠系上统峨眉山玄武岩组或龙潭组的硅化蚀变岩(俗称“大厂层”)。自上世纪五十年代—七十年代发现碧康、大厂、东瓜岭、韭菜坪、放马坪等萤石矿以来,贵州省地矿局、有色局及其他地勘单位不断发现新的萤石矿床(点),晴隆大厂一带及其外围勘查程度和研究程度相对较高,与锑矿共生的萤石矿也得到开发利用,其余萤石矿(点)的勘查控制程度和成矿规律研究程度相对较低。区内已发现大型矿床1处,中型矿床5处,小型矿床3处,矿点7处,累计求获CaF2资源储量4 495.24千t。

3.2.1 主要控矿因素

赋矿地层:为二叠系茅口组、峨眉山玄武岩组和茅口组至玄武岩之间的硅化蚀变层或茅口组至龙潭组之间的硅化蚀变层。

岩性组合:萤石矿主要受碳酸盐岩(下部)—蚀变岩(中部)—玄武岩(上部)、碳酸盐岩(下部)—蚀变岩(中部)—碎屑岩(上部)、玄武岩(下部)—碎屑岩(上部)三种岩性组合控制。按有无玄武岩分为龙潭组/玄武岩/茅口组(P3l/P3β/P2m)、龙潭组/茅口组(P3l/P2m)两种纵向控矿层序,成矿流体主要充填于下部碳酸盐或玄武岩中的断层破碎带和张裂隙内,而上部的火山凝灰岩或碎屑岩等对成矿流体运移主要起屏蔽作用,而屏蔽层界面间具硅化蚀变岩地段成矿最为有利。研究区内莲花山背斜、碧痕营穹窿、贞丰背斜等隆升构造上二叠系茅口组至峨眉山玄武岩组和二叠系茅口组至龙潭组界面间具有广泛而厚大的硅化蚀变岩,亦为最重要的赋矿岩石。

地质构造:萤石矿体、矿化体主要沿背斜、穹隆构造轴部及近轴部的古喀斯特界面及层间剥离构造、次级背斜鞍部及隐伏的次级断裂产出。赋矿构造往往蚀变较为强烈,与萤石矿化关系密切的蚀变有硅化、黄铁矿化、角砾化,并以硅化、黄铁矿化适中的部位最为富集。

以上有利地层、岩性组合和地质构造的耦合部位最有利于萤石矿产的形成(陈代演等,1992;周家喜等,2020;宋正刚等,2021)。

3.2.2 空间分布规律

萤石矿床空间上分布于普安—贞丰Au-Sb-Hg-Tl-煤—煤层气—页岩气—重晶石—萤石成矿亚带(Ⅴ级)北部(陈毓川等,2015;周琦等,正在出版),北东面以北西—南东向的紫云―垭都深断裂带与其它相邻成矿区带分界。成矿区带内萤石矿床产布具有丛聚性分布的特征,空间分布呈面型产布、线状排列的特点。呈面型产布的矿床为分布在碧痕营穹窿(大厂、高岭、冬瓜林、必康、栗寨、紫田、银厂坪、放马坪等)及贞丰背斜(黄家湾、小屯、纳央等),常与金、锑、黄铁矿等相伴生形成综合矿床;呈线状排列的矿床分布在莲花山背斜(保冲、哈栗树、龙选地等)和三丈水背斜(坡贡)。

3.2.3 成矿作用及成矿模式

中二叠世古特提斯海水由南西向北东大规模入侵,接受了海相碳酸盐岩沉积,海西运动的开始导致地壳普遍上隆、拉张产生地裂,并伴随地幔热柱活动发生,喷溢的峨眉山玄武岩覆盖,构成规模宏大的大火成岩顶盖,原来的海洋沉积环境转向为陆地的风化与沉积环境。大量的凝灰物质进入水盆,形成了凝灰质粘土岩,火山喷气中的HF或F配合物分解后,与海水中的CaCO3反应或交代灰岩,生成萤石。燕山运动时期,以区域性的东西向对扭产生北西南东向水平挤压,使北东向断裂发生右行扭动,造成了区内北东向褶皱、断裂及层间滑动。在强大的压力和较高的温度下,地下水受热,具有较大的溶解、交代能力,形成含矿热卤水。这种含矿溶液,在适当条件下,在成矿有利构造部位和容矿空间沉淀,改造原萤石矿层,使其富集,形成似层状、团块状、透镜状、扁豆状、浸染状等的萤石矿体(蒋杰等,2009;胡思琴等,2016;谭华等,2019)。具体成矿模式见图3。

图3 “大厂式”萤石矿成矿模式图(据晴隆大厂锑矿和贞丰小屯萤石矿等勘查资料联合修编)

3.3 “巴毛冲式”萤石矿

“巴毛冲式”萤石矿主要分布于研究区的望谟县境内,位于册亨—罗甸东西向及北西向变形区(V级构造单元)北东部(周琦等,正在出版),含矿围岩为二叠系上统吴家坪组碳酸盐岩和二叠系上统吴家坪组—三叠系下统罗楼组的硅化蚀变岩。自2010年贵州省地矿局115队在开展老王山地区金矿详查时发现萤石矿后,贵州省地矿局117地质大队、地调院等地勘单位不断发现新的萤石矿床(点),但勘查控制程度和矿床成矿规律研究程度低。至目前已发现中型矿床1处,小型矿床1处,矿点3处,矿化点10余处,累计求获CaF2资源储量587.40千t。

3.3.1 主要控矿因素

赋矿地层:为二叠系吴家坪组和二叠系吴家坪组至三叠系下统罗楼组的硅化蚀变层。

岩性组合:萤石矿主要受碳酸盐岩(下部)—粘土岩(上部)岩性组合控制,即罗楼组/吴家坪组(T1ll/P3w)组合。成矿流体主要充填于下部碳酸盐垂向张裂隙、层间破碎带及岩溶空隙中,而上部的粘土岩对成矿流体运移主要起屏蔽作用,屏蔽层界面间具硅化蚀变层地段成矿最为有利。在打岩背斜西翼、新屯背斜北翼,二叠系吴家坪组至三叠系下统罗楼组界面发生强烈硅化蚀变,该硅化蚀变岩亦为重要的赋矿岩石。

地质构造:萤石矿体、矿化体主要沿背斜构造轴部及近轴部基本一致或斜交的张性断裂、层间剥离构造、次级背斜鞍部及隐伏的次级断裂产出。赋矿构造往往蚀变较为强烈,与萤石矿化关系密切的蚀变有硅化、黄铁矿化、角砾化、粘土化、重晶石化、方解石化等,并以硅化、黄铁矿化适中的部位最为富集。

以上有利地层、岩性组合和地质构造的耦合部位最有利于萤石矿产的形成(向洪等,2017;徐安全等,2021)。

3.3.2 空间分布规律

萤石矿床空间上处于册亨—罗甸Au-Sb-Hg-萤石—软玉—水晶成矿亚带(Ⅴ级)北东部(陈毓川等,2015;周琦等,正在出版)北东部,主体分布于北西—南东向的紫云―垭都深断裂带内及边部。萤石矿体主要分布在背斜构造翼部次级背斜虚脱空间、层间裂隙及破碎带内。此外,在地层、岩性、构造三重有利条件耦合部位是矿体最佳储集场所。

3.3.3 成矿作用

“巴毛冲式”萤石矿具两期成矿,在燕山早期强烈构造作用下,二叠系与三叠系地层由于岩石能干性差异,致沿该界面层间滑动,深部含矿热液沿导矿断裂带往上运移,由于上覆三叠系罗楼组一段碎屑岩起着屏蔽障的作用,使吴家坪组顶部灰岩和三叠系罗楼组底部薄层灰岩、粉砂岩、粘土岩发生强硅化,部分萤石矿分散分布于硅化蚀变岩中,使萤石得到初始富集。三叠世晚期,槽盆内古老断层开始复合,进入造山阶段,随着燕山运动的发生、发展,褶皱、断裂相继产生,在三叠纪浅水盆地区,因其基座坚实,多形成差异性降升,也产生了较弱的褶皱、断裂构造,原台地相区表现为密集分布的断裂构造和宽缓褶皱,在此时期,由于天水的渗透、古构造复合,在深部加热形成含液体,再次沿断裂破碎带或构造裂隙带上升,受三叠系罗楼组碎屑岩蔽障的作用而充填于碎屑岩之下的硅化蚀变岩石和二叠系吴家坪组灰岩层间裂隙、断裂破碎带、孔隙中,同时也促进了原硅化岩石中萤石重新活化和富集,形成似层状、生长纹状、团块状、透镜状等的萤石矿体(徐安全等,2021)。

3.4 其它萤石矿

除了上述“平桥式”、“大厂式”、“巴毛冲式”萤石矿外,尚有零星分布在兴义、贞丰、西秀等地的萤石矿床(田坪子、阴河、华严洞),均赋存于三叠系中统碳酸盐岩中,大致沿中三叠关刀期台地边沿礁滩相—台地前沿斜坡相(戴传固等,2017)走向分布,累计求获CaF2资源储量21.31千t。田坪子、华严洞萤石矿主要赋存在三叠系中统花溪组和垄头组中上部,大致以似层状和透镜状沿层断层带及层间破碎带产出;贞丰阴河萤石矿点,位于古近纪钙碱性煌斑岩侵入体与垄头组接触带及外围垄头组灰岩张裂隙中,该萤石矿可能与侵入古近纪钙碱性煌斑岩有关。已知赋存于三叠系中统碳酸盐岩中的萤石矿分布零散、品位相对较低,盖层多为泥质白云岩或无屏蔽层,故难以形成规模较大的矿床。

4 找矿前景探讨

在上述矿床式控矿因素及成矿规律研究的基础上,结合各构造变形区的成矿特征等因素,在研究区划分出4个萤石矿找矿远景区。具体如下:

4.1 水城—普安—六枝萤石找矿远景区

主要位于水城、普安、六枝等地。区内萤石矿受石炭系碳酸盐岩(下部)—二叠系钙质粘土岩(上部)岩性组合控制,主要有在平川组+包磨山组/威宁组(P1b+p/CP1w)、龙吟组/南丹组(P1ly/CP1n)两种地层组合;岩性组合下部为碳酸盐岩,上部为钙质粘土岩;隆升构造有阿志河、九层山、绿卯坪、丁头山等背斜。在找矿远景区内隆升构造的核部及两翼,寻找上述有利地层、岩性组合及硅化蚀变岩的耦合部位,找矿远景大。

4.2 普安—晴隆—贞丰萤石找矿远景区

主要位于盘州、普安、晴隆、兴仁及贞丰等地。区内萤石矿受二叠系碳酸盐岩(下部)—蚀变岩(中部)—碎屑岩(上部)、碳酸盐岩(下部)—蚀变岩(中部)—玄武岩(上部)及玄武岩(下部)—碎屑岩(上部)岩性组合控制,主要有龙潭组/玄武岩(P3l/P3β)、玄武岩/茅口组(P3β/P2m)、龙潭组/茅口组(P3l/P2m)三种地层组合;岩性组合下部为碳酸盐岩或玄武岩,上部为碎屑岩或火山凝灰岩;隆升构造有碧痕营穹窿、莲花山、贞丰等背斜。在找矿远景区内隆升构造的核部及两翼,寻找上述有利地层、岩性组合及硅化蚀变岩的耦合部位,找矿远景巨大。

4.3 望谟萤石找矿远景区

位于望谟县境内。区内萤石矿主要受碳酸盐岩(下部)—粘土岩(上部)岩性组合控制,地层组合为罗楼组/吴家坪组(T1ll/P3w);岩性组合下部为碳酸盐岩,上部为粘土岩;隆升构造有包树、打岩、新屯等背斜。在找矿远景区内隆升构造的核部及两翼,寻找上述有利地层、岩性组合及硅化蚀变岩的耦合部位,找矿远景较大。

4.4 紫云—长顺—惠水萤石找矿远景区

位于紫云、长顺、惠水一带。区内萤石矿主要受碳酸盐岩(下部)—粘土岩或条带状硅质岩(上部)岩性组合控制,主要有梁山组/马平组(P2l/CP1m)、马平组/黄龙组(CP1m/C2h)、黄龙组/摆佐组(C2h/C1-2b)三种地层组合;对应的岩性组合下部为灰岩、上部为钙质粘土岩,下部为灰岩、上部为泥质条带粘土岩,下部为灰岩、上部为条带状硅质岩;隆升构造有打郎、长顺及羡塘等复背斜。在找矿远景区内隆升构造的核部及两翼,寻找上述有利地层、岩性组合的耦合部位,有一定的找矿远景。

5 结论

(1)研究区的萤石矿,层控性明显,受固定的地层层位和特定的岩石组合条件制约。宏观上有产于石炭系至二叠系沉积间断界线附近及其下部的萤石矿、二叠系中统至二叠系上统界线附近及其下部的萤石矿、二叠系上统至三叠系下统界线附近及其下部的萤石矿及三叠系中统碳酸盐岩中的萤石矿4个层位。

(2)矿床的形成主要受燕山期褶曲、断裂构造所控制,矿体多富集在燕山期形成的小背斜轴部和破碎带旁侧,尽管它们的赋矿地层及容矿岩石有所不同,但控矿因素、成矿机制、成矿模式基本相同,矿床类型均为浅成中低温热液型矿床。

(3)萤石矿的容矿岩石为碳酸盐岩、玄武岩及硅化蚀变岩,在容矿岩石所在碳酸盐岩、玄武岩及硅化蚀变岩之上地层一般都是覆盖有泥质岩石(少数为火山凝灰岩等)地层作为该类热液型矿产的屏蔽层。

(4)萤石矿的规模与赋矿围岩和屏蔽层的厚度具相关性。一是赋存于硅化蚀变岩中且有厚屏蔽层的萤石矿,形成的矿体连续、厚度大、品位高,多具大型、中型规模;二是赋存于碳酸盐岩和玄武岩中且有厚屏蔽层的萤石矿,形成的矿体不连续、厚度不稳定,但品位高,多具中型、小型规模;三是赋矿于碳酸盐岩中、仅有薄屏蔽层或无屏蔽层的萤石矿,形成的矿体不连续、厚度不稳定,且品位低,多具小型规模或矿化。

(5)经综合对比研究区萤石矿床特征和成矿规律,选取成矿地质条件好、勘查控制程度高的石炭系至二叠系、二叠系茅口组至龙潭组、二叠系吴家坪组至三叠系的3个萤石矿赋矿岩性组合,对应建立了“平桥式”萤石矿、“大厂式”萤石矿、“巴毛冲式”萤石矿三个矿床式,并对各矿床式的深边部及外围找矿前景进行分析,进而划分出四个找矿远景区,对该区萤石矿找矿具有一定参考意义。