山東高密大王柱重晶石礦床地質特征及成因探討

李巖 任寒寒

摘要：大王柱重晶石礦床位于沂沭斷裂帶東側，膠萊坳陷邊緣。礦體嚴格受北西向張扭性構造控制，賦礦圍巖為白堊紀萊陽群楊莊組，賦礦巖石為硅化重晶石化碎裂巖、重晶石化細砂巖、重晶石化砂礫巖等。礦體總體傾向北東，傾角50°～80°，呈脈狀、透鏡狀或扁豆狀斷續分布于斷裂帶中。圍巖蝕變主要為硅化、方鉛礦化、重晶石化、碳酸鹽化，礦體與圍巖界線清晰。賦礦地層、控礦構造、圍巖蝕變以及物探異常等可作為區內直接或間接的找礦標志。礦體深邊部仍具有一定的找礦潛力。礦床屬于中—低溫熱液脈型礦床。

關鍵詞：重晶石礦床；中—低溫熱液脈型礦床；山東高密；找礦標志

重晶石是以硫酸鋇（BaSO4）為主要成分的非金屬礦產，具有比重大、硬度低、性脆、化學性質穩定、無磁無毒等特性，其產品廣泛應用于電子、建筑、冶金、化工等諸多行業領域，還可用作顏（涂）料、填充劑和加重劑等。重晶石礦是我國蘊藏豐富的礦種之一，其探明儲量位居世界前列。礦床主要分布在貴州、湖南、廣西、甘肅、陜西、四川、山東、福建及湖北等地區。前人對重晶石礦床的成因已開展了較為深入的研究，根據礦床的成礦機理、產狀、礦體與圍巖的關系等因素，將重晶石礦床成因類型分為：沉積型、火山—沉積型、層控型、熱液脈型及風化（殘積坡積）型等，上述礦床模型的提出為國內重晶石礦找礦勘查工作提供了重要的理論指導。大王柱重晶石礦區位于高密市南約25km，通過以往地質勘查工作，該礦區屬中型重晶石礦床規模。該礦床已開采多年，淺部區域資源接近枯竭。本文主要介紹了大王柱重晶石礦床的區域地質背景、礦床地質特征等，闡述了礦床成因及找礦標志，為礦床深邊部找礦及區域范圍內尋找同類型礦床提供理論參考。

1.區域地質背景

研究區位于沂沭斷裂帶東側，地處華北陸塊，魯東隆起，膠萊坳陷區之高密—景芝凹陷內。區域內大面積出露中生代白堊紀地層，主要為萊陽群止鳳莊組、楊家莊組、杜村組、法家塋組、青山群后夼組以及王氏群林家莊組、辛格莊組、紅土崖組。斷裂構造較為發育，以NW方向為主，NNE、NE方向次之。巖漿巖不發育。

2.礦床地質特征

2.1礦區地層

礦區地層以萊陽群楊家莊組（Kly）、杜村組（Kld）、止鳳莊組（Klz）為主，局部出露青山群后夼組（K1h）以及第四系（圖1）。

萊陽群止鳳莊組（Klz）：主要巖性為紫灰、灰黃色礫巖夾紫灰色中粗粒—中細粒長石砂巖和粉砂巖，屬河流相沉積。

萊陽群楊家莊組（Kly）：整合于止鳳莊組之上，主要巖性為黃色、灰綠色中粒—中細粒砂巖夾含礫砂巖、粉砂巖夾紫色泥巖或紫色細砂巖薄層，可見槽狀交錯層理、水平層理及剝離線構造，局部見小型對稱波痕，從東向西粒度變細，呈現有辮狀沉積向曲流河沉積的變化趨勢，為重晶石礦主要賦礦地層。

萊陽群杜村組（Kld）：整合于楊家莊組之上，主要巖性為灰色礫巖夾含礫砂巖，礫巖成分以變質巖、糜棱巖為主，尚有一定量的灰巖，礫徑可達10cm，分選較差，以沖積扇相、泥石流沉積為主。

青山群后夼組（K1h）：被斷層控制，主要巖性為流紋質熔結凝灰巖、流紋質凝灰巖，屬于一套爆發相或噴發沉積相的產物。

2.2礦區構造

礦區斷裂構造發育，具有多期次活動疊加特點，可分為NW、NNE、NE向三組（圖1）。其中，NW向斷裂最為發育，為重晶石礦脈主要控礦和容礦構造，長1.1km～5.2km，寬0.5m～5.0m，傾向北東，傾角一般在41°～83°。破碎帶內充填以砂巖或頁巖組成的角礫巖、碎裂巖、重晶石化角礫巖以及扁豆狀相連的脈狀重晶石礦體。斷裂性質為左行張扭，為成礦前或成礦期斷裂，控制著成礦的全過程，且在成礦后仍有活動，表現在斷裂帶內硅化和重晶石的片理化等現象。

2.3礦體特征

重晶石礦脈嚴格受構造控制，分布在中生代地層萊陽群楊家莊組內構造帶中，礦體與圍巖界線清晰。礦脈規模不等，走向長230m～2400m，厚0.35m～2.52m，控制最大延深192m。礦脈總體走向305°～310°，傾向35°～40°，傾角41°～83°，呈脈狀、透鏡狀或扁豆狀斷續分布，沿走向或傾向存在著膨脹、收縮、分枝、復合等特點。礦體工程控制程度偏低，走向和傾向延伸未封閉，其深邊部具有一定的找礦潛力。

礦石主要成分為BaSO4，含量30.85%～88.33%，沿走向和傾向變化較大，其次為SiO2，含量5.90%～66.49%。另外個別重晶石礦體中還伴生鉛礦化，但礦化不均勻，鉛含量一般在0.013%～4.67%，最高含量6.76%，鉛礦化一般出現在礦脈的邊緣或與圍巖的接觸部位。

2.4礦石類型

重晶石礦脈的形成過程比較復雜，按其礦物的生成順序、礦物的組合特點以及賦存的狀態大體可分為三個階段：重晶石形成初期階段伴有大量的碳酸鹽生成，重晶石礦石中有方解石和菱鐵礦的包體出現。之后見石英形成，并發現方鉛礦，強烈的硅化為后一階段的主要特征，分布普遍，石英交代重晶石使之呈殘晶出現，形成了礦石的交代殘余結構，礦石貧化，使礦石變硬，BaSO4品位降低。重晶石成礦的各個階段在不同地點發育也不相同，致使礦物組合在走向上或傾向上變化較大。根據礦石礦物組合可將礦區礦石類型劃分為：方解石重晶石礦石、重晶石礦石、石英重晶石礦石、方鉛礦重晶石礦石等四種類型。其中，石英重晶石礦石為區內主要礦石類型，其次為重晶石礦石和方解石重晶石礦石，方鉛礦重晶石礦石最少，但其具有可以綜合回收利用價值。

2.5圍巖蝕變

礦區內蝕變作用與礦床成礦地質條件關系密切，蝕變類型主要有：重晶石化、碳酸鹽化、硅化、方鉛礦化等，其主要特點如下：

重晶石化：重晶石化是礦區最主要、最普遍的一種礦化蝕變現象，與成礦作用直接相關，主要沿斷裂構造及圍巖的節理裂隙發育。重晶石化作用形成重晶石化碎裂巖，或重晶石化構造角礫巖。砂巖則變為重晶石化砂巖，或含重晶石細脈的砂巖。

碳酸鹽化：基本與重晶石化同時或晚于重晶石化，其形式常為方解石細脈，常見于礦體的頂底板，或重晶石脈的邊部，或成細脈狀穿插于重晶石脈和圍巖中，是找礦的一種重要標志。

硅化：區內普遍發育，主要見于斷裂帶內或斷裂面上，常形成硅化碎裂巖、硅化構造角礫巖、硅化（質）砂巖等。硅化作用貫穿于成礦的全過程：早期硅化交代兩側圍巖；中期硅化混入礦液形成硅化重晶石脈或石英—重晶石脈，礦石質量下降，有時形成團塊狀、蜂窩狀石英；晚期硅質熱液沿重晶石脈的裂隙充填，同時交代重晶石使其邊緣成鋸齒狀，是找礦的一種重要標志。

方鉛礦化：見于重晶石礦脈中，與重晶石礦相伴生，多成晶形完好的立方體狀或粒狀出現，個別呈星點狀或團塊狀集合體分布。方鉛礦分布不均勻，含量一般在0.013%～ 4.67%，最高含量達6.76%。

3.礦床成因

礦床位于高密—景芝凹陷內，受NNE向深大斷裂—沂沭斷裂帶左行扭動影響，在其旁側形成一系列北西向張扭性次級斷裂構造，由于多期次構造活動的疊加，在斷裂帶內形成了一定規模的容礦空間，為含礦熱液的運移和BaSO4的富集創造了良好的空間條件。

礦脈圍巖為細砂巖、泥巖或斷層面硅化較強時，礦石質量較好，分布也較穩定，其原因是硅化斷層面及泥巖對礦液的屏蔽和保護作用良好，當圍巖為砂巖、砂礫巖、含礫砂巖時，則礦石質量較差，礦液往往沿節理裂隙成細脈狀填充于圍巖中。當地表水向深部滲透時溶解了圍巖中含Ba2+礦物，使得Ba2+以絡合物形式進行搬運，在深部被加熱形成含礦熱液，在構造活動階段，含礦熱液沿構造破碎帶向上運移，在有利的成礦空間內，由于物理化學條件改變，pH值以及氧化還原電位發生變化，使Ba2+絡合物分解形成穩定的BaSO4沉淀成礦。在沉淀過程中，由于含礦熱液不斷地與圍巖發生交代作用，并伴隨著溫度、壓力的變化和方解石、石英、重晶石、方鉛礦等礦物的不斷析出，含礦熱液成分也在不斷發生變化，進而形成了各個不同階段的礦物組合。另外，前人在區內同類型重金石礦床中開展過重晶石樣品原生包體測溫研究，獲得成礦熱液溫度在100℃～168℃之間，氣液比5%或<5%，故成礦熱液為中—低溫熱液。另據硫同位素δS34變化值在3.05%～9.70%之間，δS34變化的范圍與大氣降水及現代海水硫酸鹽中δS34值變化范圍相吻合，BaSO4中的硫也有部分來源于陸源硫。

綜上所述，認為大王柱重晶石礦床屬于中—低溫熱液脈型礦床。

4.找礦標志

按照區域成礦地質條件和控礦地質特征分析，認為區內重晶石礦分布具有如下特征：

（1）巖性控制。重晶石礦主要分布在中生代白堊紀地層萊陽群中。

（2）受構造控制。礦體呈脈狀產出嚴格受北西向構造控礦。

（3）圍巖蝕變與礦體關系較為密切。主要蝕變類型為重晶石化、碳酸鹽化、硅化和方鉛礦化等。

（4）礦體位置出現明顯物探低阻異常。在有重晶石礦出現的地段，溫納裝置的曲線圖上有明顯的低阻凹槽，如果礦體規模較大，顯示的低阻凹槽愈發明顯。

因此，上述特征可作為區內尋找同類型重晶石礦的直接或間接找礦標志。

5.結論

（1）礦床賦礦圍巖主要為白堊紀萊陽群楊莊組，礦體嚴格受北西向張扭性構造控制，總體傾向北東，傾角41°～83°。礦體呈脈狀、透鏡狀或扁豆狀斷續分布于斷裂帶中。賦礦巖石為硅化重晶石化碎裂巖、重晶石化細砂巖、重晶石化砂礫巖等。與礦化有關的蝕變主要為硅化、方鉛礦化、重晶石化、碳酸鹽化，礦體與圍巖界線清晰。

（2）礦床屬于中—低溫熱液脈型礦床。

（3）巖性控制、構造控制、圍巖蝕變類型、物探低阻異常等特征可作為區內尋找同類型重晶石礦床直接或間接的找礦標志。

參考文獻：

[1]何偉明，郗國增，徐青峰.河南劉樓重晶石礦床地質特征及找礦標志[J].礦床與地質， 2010， 24（6）： 557-561.

[2]宣之強.我國重晶石礦床成因及成礦遠景綜述[J].化工礦產地質， 1999， 21（1）： 24-30.

[3]褚有龍.中國重晶石礦床的成因類型[J].礦床地質， 1989， 8（4）： 91-96.

[4]李文炎，余洪云.中國重品石礦床[M].北京：地質出版社， 1991.

[5]陳先沛，高計元.中國重品石礦床[M].北京：地質出版社， 1994.

[6]尤湘杰，邢同菊，尹明泉.高密市化山礦區重晶石礦地質特征及成因分析[J].山東國土資源， 2016， 32（7）： 26-30.

[7]黃德將.湖北保康百峰—店埡螢石—重晶石礦床地質特征及成因[J].西部資源， 2018（01）： 34-36.

[8]翟明國，朱日祥，劉建明，等.華北東部中生代構造體制轉折的關鍵時限[J].中國科學（D輯：地球科學）， 2003（10）： 913-920.

[9]蘇紹基.華北某重晶石型鉛鋅礦床地質特征及成因探討[J].地質論評， 1965（04）： 302-307.

[10]楊超.陜西平利縣水坪—鳳凰山重晶石礦帶地質特征與找礦預測[D].中國地質大學（北京）， 2019.