河南羅山定遠一帶牢山寨巖體地球化學特征與螢石礦成礦關系

孫春曉，張廣山，馬 群，陳傳剛，李永良，周 輝，王紀平

(中國建筑材料工業地質勘查中心河南總隊，河南 信陽 464000)

螢石作為含氟量最高的礦物之一，被廣泛應用于冶金、水泥、玻璃等傳統行業外，在新能源、國防、醫療、半導體等新興領域中應用也愈加廣泛。螢石作為一種不可再生礦產資源，先后被中國、美國、歐盟等國家或地區納入戰略性礦產或關鍵性礦產[1-3]，體現了國家對螢石礦資源的重視。近年來，前人對螢石礦礦床地質特征、成礦規律及成因等方面做了不少研究，為螢石礦找礦工作了提供重要參考依據。但是，研究大多集中在螢石礦本身，很少涉及到與螢石礦成礦有關的巖體，然而，我國大部分螢石礦集中于巖漿活動強烈帶，因此，巖漿巖與螢石礦成礦關系密切。本文通過對牢山寨巖體地球化學特征的研究，結合前人研究成果，總結該巖體與螢石礦成礦關系，并以此為類似地質背景區尋找螢石礦床提供線索。

1 地質概況

研究區大地構造位置位于秦嶺大別造山帶，該帶是一個經歷了多期次、多階段構造演化的復雜的大陸碰撞造山帶[4-5]，巖漿活動較為強烈，為各類礦產的形成、成礦物質的遷移、聚集提供了有利條件。帶內以龜山—梅山斷裂為界，北側屬北秦嶺弧盆系，南側屬南秦嶺陸鵬—陸坡帶和桐柏—大別高壓—超高壓變質巖帶[6-7]，牢山寨巖體位于南秦嶺陸鵬—陸坡帶中部，區內構造發育，巖漿活動強烈。

研究區內出露地層有中新元古界龜山巖組下段(Pt2g1)和上段(Pt2g2)，下段巖性主要以斜長角閃(片)巖、(含榴)絹云(白云)石英片巖為主，上段巖性以斑點狀黑云二長變粒巖夾斜長角閃片巖及大理巖透鏡體為主，巖石普遍具殘斑結構和石英多晶條帶結構、云母魚構造，剪切褶皺發育；泥盆系南灣組(Dn)，巖性主要為殘余微細韻律層理發育的黑云變粒巖、含方解石綠簾二云石英片巖、砂板巖；第四系(Q)主要為河床沖積物和洪積物，為黃土、亞砂土等[8]；區內構造主要有近EW向的韌性剪切帶和NE向正斷層，EW向韌性剪切帶貫穿全區；區內巖漿巖為牢山寨花崗巖，巖體內節理發育，NE-SW向和NW-SE向節理縱橫交錯，該巖體展布形態受EW向韌性剪切帶和NE向斷裂構造控制，以EW向斷裂控制尤為明顯，致使巖體長軸呈EW向(圖1)。

圖1 牢山寨巖體一帶地質簡圖

2 礦體地質特征

2.1 礦體特征

研究區內有K1、K2兩條礦體，均賦存于牢山寨巖體內的節理中，受節理控制，呈脈狀或帶狀產出，礦體走向均呈北西—南東向，其中K1礦體長約500m，出露寬度0.5～2.3m，連續性較好，礦體厚度1～1.8m，傾角72～80°。K2礦體斷續延長約600m，出露寬度約2m，礦體厚度0.2cm～2.0m，傾角較陡多在80～83°之間，中間部位礦體較厚，向兩端逐漸變薄或尖滅，礦石品位一般在20%～40%之間，最高可達60%。

2.2 礦石特征

區內礦體的礦石礦物組成基本相同，主要礦石礦物為螢石，呈淡綠色、灰紫色等，半透明—透明，脈石礦物主要有石英、方解石等。

礦石結構主要為半自形晶狀不等粒結構，構造以塊狀構造為主，伴有條帶狀、角礫狀構造。

礦石的主要化學成分為CaF2、SiO2，CaF2含量56.28%～77.40%，SiO2含量10.06%～25.84%。

3 牢山寨巖體巖石學及地球化學特征

3.1 樣品采集及測試

本次選用的3件元素分析樣品均采自牢山寨巖體，樣品新鮮無風化。主量元素采用等離子體發射光譜儀及紫外可見分光光度計測定，稀土元素采用電感耦合等離子體質譜儀及X-射線熒光光譜儀測定，由河南省巖石礦物測試中心完成。

3.2 巖體巖石學特征

牢山寨巖體巖性為中粒黑云二長花崗巖，巖體出露面積113.7km2。侵位于南灣組變質地層中，接觸面傾向圍巖，界線清晰，接觸帶破碎，圍巖蝕變強烈，主要為綠簾石化、硅化、螢石礦化等，局部可見烘烤現象。

巖石呈肉紅色—黃灰色，中粒花崗結構，塊狀構造。礦物成分以更長石(35%～45%)、鉀長石(25%～40%)、石英(25%～35%)為主，還含有少量的黑云母(2%～5%)、黝簾石(1%～2%)及磁鐵礦、綠簾石、磷灰石、獨居石等。其中更長石粒徑1～4mm，半自形板狀、聚片雙晶；鉀長石粒徑多在3mm以上，自形板狀，一般為微斜條紋長石，常見卡氏雙晶及格子雙晶，晶體內常見有細粒更長石包體，石英粒徑2～4mm，他形粒狀。

3.3 巖體地球化學特征

巖體主量元素結果見表1所示。巖體中SiO2含量74.02%～75.50%，遠高于中國花崗巖[9]71.63%；TiO20.12%～0.15%，低于中國花崗巖[9]0.29%；P2O50.032%～0.034%，低于中國花崗巖[9]0.09%。巖體中較高的SiO2含量，表現為巖體具較強的酸性；較低的TiO2含量和P2O5含量，反映了巖體中鈦鐵礦、磷灰石等礦物較強的分離結晶作用。巖體總體上表現為高硅、低鈦磷等特征。

表1 牢山巖體主量元素含量(%)及相關地球化學參數

巖體中Al2O3含量13.36%～14.30%，K2O含量3.89%～4.50%，Na2O含量3.94%～4.40%，

在SiO2-AR圖解中(圖2)，所有樣品均落入堿性區。里特曼指數σ1.89～2.46＜3.3，屬于鈣堿性巖。在SiO2-K2O圖解中(圖3)，所有樣品均落入高鉀鈣堿性系列，屬于高鉀鈣—堿性系列巖。巖體中鋁飽和指數A/NK1.17～1.40，A/CNK1.08～1.27，鋁飽和指數能有效判別過鋁質花崗巖和準鋁質花崗巖，在A/NK-A/CNK圖解中(圖4)，所有樣品均落入過鋁質花崗巖區，屬過鋁質花崗巖。

圖2 SiO2-AR圖解

圖3 SiO2-K2O圖解

圖4 A/NK-A/CNK圖解

巖體稀土元素結果見表2所示。稀土元素總量(∑REE)93.05×10-6～106.11×10-6，輕稀土元素(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，輕、重 稀 土 比 值(LREE/HREE)8.56～11.54，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，銪異常系數(δEu)0.43～0.51，為Eu負異常，表明巖體在成巖過程中發生過明顯的斜長石和富輕稀土礦物(磷灰石、獨居石)的分離結晶，在球粒隕石標準化稀土元素分布模式圖上呈現左高右低向右傾斜的海鷗型[10](圖5)。

圖5 稀土元素球粒隕石標準化圖解

表2 牢山巖體稀土元素含量(×10-6)及相關地球化學參數

4 牢山寨巖體與成礦關系討論

花崗巖型螢石礦是指與花崗巖有緊密聯系的熱液型螢石礦，螢石大多數隨著巖漿演化而趨于不斷富集，花崗巖不僅是螢石成礦的重要物質來源，也是重要成礦場所。區內螢石礦體主要賦存于牢山花崗巖體中，巖體的地球化學特征和物質組成與其含礦性密切相關。

4.1 巖體地球化學特征

前人研究成果[11]表明：豫南地區與螢石礦成礦有關的花崗巖巖體多為高鉀鈣—堿性系列巖石，具有明顯的高硅富堿特征；巖體礦石礦物中黑云母質量分數一般＞2%；輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，Eu虧損，標準化稀土元素配分曲線呈右傾的“海鷗型”特征。這與前面得出的牢山寨巖體特征相吻合，因此該巖體地球化學特征與螢石礦成礦關系密切，具備此類地球化學特征的巖體也是尋找螢石礦床的重要依據。

4.2 成礦物質來源

螢石的主要成礦元素為氟元素，不同時期不同巖性巖體含氟量見表3[9]，由表3知：燕山期酸性巖含氟量最高。巖體U-Pb同位素年齡測定為133±2Ma[12]，屬燕山期早白堊世巖體，巖體中SiO2含量較高＞65%，屬酸性巖類，由此得知：該巖體含有豐富的氟元素，為螢石礦成礦提供了物質來源，黑云母為氟元素的主要攜帶者[10]。

表3 不同巖性及不同時代花崗巖含F量

4.3 成礦空間

螢石礦體賦存于牢山寨巖體內，與巖體在空間上有密切關系。該巖體屬于燕山期花崗巖，燕山期巖漿活動較為頻繁，巖體冷凝收縮形成構造空間，并能致使早期形成的構造空間進一步擴大，為螢石礦賦存提供了場所。

5 結論

(1)牢山寨巖體具有明顯的高硅(SiO2平均含量74.69%)特征，從巖體地球化學特征、SiO2-AR圖、SiO2-K2O圖，A/NK-A/CNK圖知：巖體具堿性、低鈦磷、過鋁質等特點，巖體中稀土元素總量(∑REE)93.05×10-6～106.11×10-6，LREE/HREE比值8.56～11.54，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，銪異常系數(δEu)0.43～0.51，為Eu負異常，在球粒隕石標準化稀土元素分布模式圖上呈現左高右低向右傾斜的海鷗型，該特征與產螢石花崗巖所具備的特征一致。

(2)螢石礦體賦存于牢山寨巖體內，受巖體中的節理控制，礦體走向與節理方向一致。主要礦石礦物為螢石，呈淡綠色、灰紫色，脈石礦物為石英、方解石。

(3)具牢山寨巖體特征的花崗巖巖體內部及周圍是尋找螢石礦的重要線索。