閩北大坪螢石礦構造蝕變、巖石地球化學特征與礦床成因探討

張青松,王春連,栗克坤,劉增政,馮校輝,閆曉博,韓志坤,蔣濟勇,江建浪

(1. 中化地質礦山總局 河南地質局， 河南 鄭州 450000； 2. 中國地質科學院 礦產資源研究所， 自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室， 北京 100037； 3. 河南省地球物理空間信息研究院， 河南 鄭州 450000)

閩北地區螢石礦資源豐富，螢石礦成礦地質條件較好，已發現的大型螢石礦有南山下、將樂、羊古庵等。大坪螢石礦位于粵東-閩北螢石礦成礦區、閩西北螢石礦成礦亞帶，屬于福建省邵武南山下-龍湖南山下熱液型螢石礦遠景區(李長江等, 1991； 曹俊臣， 1994； Harald， 2010； 王吉平等， 2014)，以往僅開展了預查、核實、利用現狀調查等工作，研究程度較低(張惠堂等, 1984； 李士勤， 1985； 吳自強等， 1989； 王宏海， 1991； 章永加, 1996； 胡建余, 1997； 國土資源部， 2003； 王吉平等， 2015； 李源等, 2016； 陳新立等， 2018)。本文對大坪螢石礦床含礦構造蝕變帶及巖石地球化學特征進行了詳細的調查研究，總結了礦化蝕變特征與元素富集特征，初步探討了礦床成因，欲為該地區螢石礦床勘查找礦工作提供重要線索。

1 區域地質背景

大坪螢石礦位于福建省邵武市，Ⅰ級(中國)大地構造單元屬武夷-云開-臺灣造山系(Ⅴ)，Ⅱ級構造單元位于華夏陸塊(Ⅴ-3)，Ⅲ級構造單元位于武夷基底雜巖(Ⅴ-3-1)(徐志剛等, 2008； 潘桂棠等, 2009)。成礦區帶區劃屬濱太平洋成礦域(Ⅰ-4)華南成礦省(Ⅱ-16)粵東-閩北螢石礦成礦區(ⅢF-11)閩西北螢石礦成礦亞帶(Ⅳ-1)的福建省邵武南山下-龍湖南山下熱液型螢石礦遠景區(Ⅴ-3)(曹俊臣， 1987； 王吉平等， 2014， 2015)(圖1c)。

區域內出露地層主要為元古宙大源片麻巖，長城系大金山巖組、南山巖組，南華紀下峰巖組，震旦紀西溪組，三疊紀焦坑組，侏羅紀梨山組下段及第四紀全新統。

區域內侵入巖主要有燕山晚期花崗斑巖，燕山早期似斑狀中-中粗粒正長花崗巖，燕山早期少斑、中細粒正長巖，燕山早期含斑細粒正長花崗巖，燕山早期細粒正長花崗巖，加里東期細-中細粒二云母正長花崗巖，加里東期中細粒二云母正長花崗巖(圖1a)(Stanley, 1983)，其中燕山期侵入巖與區域內螢石礦關系密切。

區域內構造以斷裂構造為主，主要為北東向、近南北向，少量為北西向。北東向斷裂構造是區域內主要的控礦構造(圖1a)。

2 樣品與分析方法

主要沿大坪螢石礦剖面(圖1b)采集了各類樣品6件，其中斑狀花崗巖(樣號b1，下同)、絹云母化蝕變花崗巖(b2)、碎裂絹云母化蝕變花崗巖(b3)、弱絹云母化蝕變花崗巖(b4)、螢石礦化硅質巖(b5)、碎裂化蝕變花崗巖(b6)各1件，主要沿剖面P2分布，具體位置見圖2、圖3。

圖1 福建省大坪螢石礦一帶地質簡圖(徐偉光等， 2005)(1)徐偉光，黃家龍. 2005. 1∶25萬區域礦產地質調查報告(邵武幅) .

采集新鮮巖石樣品，送至河南化地工程檢測技術有限公司進行主量、微量元素和稀土元素分析，其中主量元素用全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES)檢測，檢測依據為GB/T 14506.28-2010，分析精度小于2%；微量元素采用等離子質譜儀(ICPMS-PE300D) 檢測，檢測依據為GB/T14506.30-2010，分析精度小于5%～10%；稀土元素分析在Element型高分辨等離子質譜儀上采用 ICP-MS 方法進行，檢測下限為n×10-13～n×10-12，相對誤差小于10%，絕大多數小于3%。

3 大坪螢石礦礦床地質特征

3.1 含礦構造帶特征

大坪螢石礦含礦構造帶出露長度大于10 km，斷裂帶寬度2～160 m不等，一般10～40 m，斷層傾向主要為南東向，局部倒轉傾向北西向，傾角40°～85°不等，局部近直立。含礦構造帶內主要出露絹云母化蝕變花崗巖、碎裂絹云母化蝕變花崗巖、弱絹云母化蝕變花崗巖、螢石礦化硅質巖(螢石礦化帶)、碎裂化蝕變花崗巖(圖2)，圍巖為斑狀花崗巖，詳細特征如下：

圖2 大坪螢石礦構造剖面圖(P2)

(1) 斑狀花崗巖： 巖石風化強烈，呈黃褐色、淺肉紅色，中細粒花崗結構，塊狀構造。斑晶主要為鉀長石，含量約20%，粒徑4～7 mm；基質主要為假像斜長石(28%±)、正長石(20%±)、石英(20%±)、假像暗色礦物(12%±)，黃鐵礦少量，假像斜長石呈半自形粒狀、板狀，絹云母化呈其假像，零散分布；假像暗色礦物，半自形柱狀，褐鐵絹云綠泥石化呈其假像；黃鐵礦零星分布。局部見石英細脈，寬約1cm。

(2) 絹云母化蝕變花崗巖：巖石呈灰褐色，變余中細粒狀結構，塊狀構造，主要成分為鉀長石(35%±)、假像斜長石(30%±)、石英(25%±)、黑云母(8%±)、褐鐵礦(2%±)，鉀長石由正長石組成，零散分布；假像斜長石，半自形粒狀、板狀，強絹云母化呈其假像，同時有褐鐵礦粉末零散分布；石英，它形粒狀，零散分布；黑云母，半自形片狀，多數脫鐵褐鐵白云母化呈其假像，零散分布；褐鐵礦，膠狀、粉末狀，部分交代白云母化黑云母、絹云母化斜長石，部分呈集合體聚集，零散分布。巖石內密集發育兩組“X”型裂隙，走向分別為0°和30°，寬1～5 mm，裂隙密度8條/10 cm。巖層厚45.70 m。

(3) 碎裂絹云母化蝕變花崗巖： 淺綠色、肉紅色，似斑狀結構，變余中細粒半自形粒狀結構，碎裂化結構，塊狀構造，斑晶主要為鉀長石(18%±)、石英(10%±)，基質主要成分為斜長石(31%±)、鉀長石(25%±)、石英(12%±)、黑云母、褐鐵礦少量。斜長石呈半自形粒狀、板狀，強絹云母化部分呈其假像 ，零散分布。巖石具微破裂，沿裂紋有膠狀褐鐵礦充填、渲染。局部見透鏡狀石英脈，寬1～3 cm不等。巖層厚34.38 m。

(4) 弱絹云母化蝕變花崗巖： 淺肉紅色、淺綠色、灰褐色，連續不等粒結構，塊狀構造，斜長石表面發育弱絹云母化，見少量褐鐵礦化。巖層厚34.38 m。

(5) 螢石礦化硅質巖(螢石礦化帶)： 白色、黃白色，粒狀結構，塊狀構造，主要礦物成分為石英(65%±)、螢石(25%±)、鉀長石(5%±)、絹云母(2%±)、白云母、褐鐵礦、玉髓等少量。石英呈白色粒狀隱微晶狀，d≤0.1 mm，膠結長石-石英等碎屑，零散分布；螢石呈淺紅色、淺綠色，半自形-他形粒狀，多數粒徑0.1～0.9 mm，部分螢石零散分布于隱微晶石英集合體中。可見鉀長石、石英和白云母碎屑，假像斜長石碎屑少量。石英碎屑，次棱角狀，d=0.1～3.0 mm，多為巖屑聚集，零散分布；鉀長石碎屑，次棱角狀，d=0.5～2.0 mm，多與石英組成d=2～5 mm巖屑，具微破裂，零散分布；斜長石碎屑，次棱角狀，d=0.02～0.35 mm，強絹云母化呈其假像，并為粉末狀-膠狀褐鐵礦渲染，零散分布；白云母碎屑，變晶片狀，d=0.05～0.20 mm，受褐鐵礦渲染呈褐色，零星分布。巖層厚32.52 m。

(6) 碎裂化蝕變花崗巖： 呈淺肉紅色、淺綠色、黃褐色，斜長石表面發育弱絹云母化，見少量褐鐵礦化。巖石受應力作用微破裂，碎塊相對位移不大，碎塊間有粉末狀-膠狀褐鐵礦充填，零散分布。巖層厚14.17 m。

含礦構造帶內局部見螢石礦化帶，大坪一帶螢石礦化帶出露長約900 m(圖1b)，后期被F9斷裂切割，螢石礦化帶走向北東向，傾向南東，傾角58°～68°不等，帶內主要蝕變有硅化、絹云母化、螢石礦化，巖性主要包括螢石礦化硅化碎斑巖、硅化碎裂螢石礦化石英巖、絹英巖化碎裂巖，圍巖為高嶺土化花崗巖(圖3、圖4a)，詳細特征如下。

螢石礦化硅化碎斑巖(螢石礦)： 淡綠色，它形-半自形粒狀變晶結構(變余碎斑結構)，塊狀構造(圖3、圖4c)。礦石礦物為螢石(76%±)，它形-半自形變晶粒狀，d=0.01～3.50 mm，多數d=0.8～3.5 mm；脈石礦物為石英(22%±)和絹云母(2%±)。 容礦巖石為硅化碎斑巖， 碎斑由d=0.2～2.5 mm的次棱角狀絹英巖化長石組成，零散分布，碎基由隱微晶石英交代的變余碎粒-碎粉組成，構成巖石的變余碎斑結構，部分次生石英沿破裂螢石裂隙呈細脈狀充填，零散分布。

硅化碎裂螢石礦化石英巖： 呈灰白色，顯微粒狀變晶結構，條帶狀、角礫狀、塊狀構造(圖3、圖4b)。主要成分為石英(85%±)、螢石(12%±)、絹云母(3%±)，褐鐵礦微量。螢石呈它形變晶粒狀，不均勻聚集，零散分布；絹云母呈變晶鱗片狀，不均勻褐鐵礦渲染。巖石具微破裂，碎塊間為次生石英脈充填。

圖3 大坪螢石礦礦化帶特征(P1)

圖4 大坪螢石礦帶、礦化帶、螢石礦石及螢石礦鏡下顯微特征

絹英巖化碎裂巖：呈淺灰綠色，顯微鱗片粒狀變晶結構、變余碎裂結構，條帶狀、網脈狀、塊狀構造(圖3)。主要成分為石英(75%±)、絹云母(24%±)，螢石、褐鐵礦少量。石英由變晶粒狀與它形粒狀石英組成：它形粒狀石英，多具微破裂，零散分布；粒狀變晶石英，呈顯微粒狀分布，與顯微鱗片狀絹云母共同交代長石及其碎粒呈其假像。絹云母，顯微變晶鱗片狀零散分布。褐鐵礦，呈粉末狀，常與絹云母、石英形成集合體。巖石具微破碎，碎塊間為次生石英及變質重結晶石英碎粒、絹英巖化長石充填。

大坪螢石礦含礦構造帶內普遍見不同程度蝕變，主要蝕變有硅化、絹云母化，少量褐鐵礦化、綠泥石化，局部地段發育螢石礦化，且硅化、絹云母化蝕變強烈，形成螢石礦化帶。

根據螢石含礦構造帶內蝕變礦物特征，帶內蝕變至少有兩個期次：第1期為硅化、絹云母化、螢石礦化期，主要受螢石成礦熱液影響產生蝕變，為螢石成礦期；第2期為綠泥石化、褐鐵礦化期，為螢石成礦期后形成。

3.2 礦體地質特征

大坪螢石礦賦存在北東向斷裂構造帶內(圖1)，共圈定螢石礦體1條，礦體地表連續出露長約200 m，礦體形態為一較規則的脈狀透鏡體，產狀30～60°∠60～70°，沿走向或傾向均見一定的脹縮，真厚度0.46～12.5 m不等，平均品位45.96%～64.35%。礦石礦物主要為螢石，少量褐鐵礦。螢石以淺綠、翠綠為主，次為無色、灰白色、淺紫色和深紫色等，半自形-它形粒狀，粒徑一般0.01～1.20 mm不等，脈石礦物為石英(43%±)、絹云母(4%±)等，石英呈粒徑0.2～1.2 mm的次棱角狀或集合體，多具微破裂。礦石結構主要為半自形粒狀結構，少量為自形晶粒狀、碎粒結構。礦石構造類型主要為致密塊狀(圖4e)、角礫狀和網脈狀(圖4g、4h)，次為條帶狀(圖4f)、晶簇晶洞狀、細脈狀構造。礦體圍巖主要為硅質巖、硅質角礫巖、蝕變花崗巖，圍巖內局部見少量螢石礦化，礦體和圍巖間呈斷層接觸。礦體內未見夾石。

4 分析結果

4.1 主量元素特征

從表1的分析結果可以看出，蝕變花崗巖的SiO2含量72.05%～75.08%，平均73.47%，略高于螢石礦化硅質巖中SiO2含量；蝕變花崗巖中Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、K2O、TiO2、P2O5、MnO平均含量均高于螢石礦化硅質巖中含量，約為螢石礦化硅質巖中含量的2～6倍；蝕變花崗巖中Na2O平均含量明顯高于螢石礦化硅質巖中含量，約為螢石礦化硅質巖中含量的13倍；螢石礦化硅質巖中CaO的含量明顯高于蝕變花崗巖中平均含量，約為蝕變花崗巖中含量的127倍。

4.2 稀土元素特征

由表1可見區內絹云母化蝕變花崗巖、碎裂絹云母化蝕變花崗巖、弱絹云母化蝕變花崗巖、碎裂化蝕變花崗巖稀土元素總量∑REE介于173.75×10-6～304.63×10-6之間，與斑狀花崗巖稀土元素總量297.33×10-6總體一致；輕重稀土元素比值(LREE/HREE)介于2.91～4.44之間，螢石礦化硅質巖稀土元素總量92.79×10-6，輕重稀土元素比值(LREE/HREE)為0.65，稀土元素總量和輕重稀土元素比值具有由斑狀花崗巖、蝕變花崗巖到螢石礦化硅質巖逐漸減少的趨勢，螢石礦化硅質巖稀土元素總量相對較低，具有明顯的重稀土元素相對富集的特征。以上特征表明研究區內螢石礦化硅質巖具有較好的分餾度(曹俊臣, 1997； 鄒灝等, 2014； 許東青等, 2009； 孫海瑞等, 2014； 劉道榮, 2015； 張遵遵等, 2018)。

表1 巖石樣品的主量(wB/%)、稀土和微量元素(wB/10-6)分析結果表

在稀土元素球粒隕石標準配分圖(圖5)，斑狀花崗巖、蝕變花崗巖、螢石礦化硅質巖稀土元素配分型式基本一致，虧損Eu、Ho、Tm、Lu，富集Gd、Er、Yb、Y，反映出三者的同源性。Tb/Ca-Tb/La雙變量圖解已被廣泛應用于螢石礦成因辨析(M?lleretal., 1976)，在圖6中，大坪螢石礦螢石礦化硅質巖位于熱液型區域內，表明大坪螢石礦屬熱液成因(Bau and Dulski， 1995； Ismailetal.， 2015)。

圖5 大坪螢石礦部分樣品稀土元素球粒隕石標準配分圖(標準化數據據Evensen et al., 1978)

圖6 大坪螢石礦Tb/Ca-Tb/La圖解(底圖據M?ller et al., 1976)

4.3 微量元素特征

從表1分析結果可以看出，蝕變花崗巖的Ti、Nb、Ta、Sc、Th、Ba、V、K、Co、Rb、U、Ga、Sn等元素平均含量均高于螢石礦化硅質巖中含量，約為螢石礦化硅質巖含量的2～7倍；蝕變花崗巖中Cd的平均含量明顯高于螢石礦化硅質巖中含量，約為螢石礦化硅質巖中的29倍；螢石礦化硅質巖中F含量明顯高于蝕變花崗巖中相應元素含量，約為蝕變花崗巖內平均含量的65倍；螢石礦化硅質巖中Li、Gr元素含量高于蝕變花崗巖中的平均含量，約為蝕變花崗巖內平均含量的3倍；其它元素二者含量差別不大。

5 討論

5.1 成礦元素遷移特征

大坪螢石礦礦體受斷裂構造控制，含礦帶內REE及成礦物質(如Ca、F等)主要是通過流體循環與巖石相互作用中的水/巖反應獲得的，溶液淋濾圍巖，使圍巖釋放REE及成礦物質進入溶液，因此這種溶液的組成也應是礦源層REE組成的反映，而能反映溶液REE組成的沉淀物(礦物)的REE組成也應與這種礦源層的REE相同(似)。REE的來源在一定程度上間接地反映了溶液中其他物質的來源(鄒灝等, 2014)，大坪螢石礦含礦構造帶內蝕變花崗巖、螢石礦化硅質巖與圍巖斑狀花崗巖稀土元素配分型式基本一致，這反映出三者的同源性，同時也表明螢石礦化硅質巖中的其他物質(如Ca、F、Li、Gr等)也與圍巖有關。含礦構造帶為含礦熱液提供了運移通道，為礦化蝕變提供了空間。

研究區螢石礦化硅質巖與圍巖斑狀花崗巖相比，具有明顯的高CaO、F、Li、Gr等，低Na2O、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、K2O、TiO2、P2O5、MnO、Cd、Ti、Nb、Ta、Sc、Th、Ba、V、K、Co、Rb、U、Ga、Sn等特征，反映成礦流體淋濾圍巖時，將Ca、F、Li、Gr等元素萃取至成礦流體中，形成富Ca、F、Li、Gr等元素的成礦流體，在成礦有利部位富集成礦。

5.2 成礦期次劃分及礦床成因

螢石礦是成礦作用的直接產物，不同成礦期次的成礦作用形成不同類型的礦石，螢石礦石的特征是反映不同成礦期次的直接證據。研究區螢石礦石的構造類型主要為致密塊狀、角礫狀和網脈狀，次為條帶狀、晶簇晶洞狀、細脈狀構造，致密塊狀礦石是成礦作用的直接產物，角礫狀和網脈狀礦石是后期不同成礦作用對前期形成礦石改造作用的產物。

大坪螢石礦蝕變主要包括硅化、絹云母化和綠泥石化、褐鐵礦化兩個期次，硅化、絹云母化發生于螢石礦化期，可以反映螢石成礦時的環境。

綜合大坪螢石礦礦石構造及其蝕變特征，認為研究區螢石礦至少包括3個成礦期次： 第1期次石英-螢石期，在張應力作用下，斷裂發生張性活動，熱液上升就位，沉淀形成石英螢石礦；第2期次石英-螢石期，張性斷裂活動進一步加劇，第1期次形成的石英螢石礦破碎形成角礫，被該期熱液膠結形成新的石英螢石礦，包括含角礫螢石礦(圖4g)和致密塊狀螢石礦；第3期次螢石-石英期，張性斷裂活動減弱，帶內巖石在應力作用下形成微破裂，局部形成網脈狀小裂隙，沿裂隙充填螢石石英細脈，形成網脈(細脈)狀螢石礦。

大坪螢石礦礦體受斷裂構造控制，礦體與圍巖界線清楚，具充填礦床的特征，且圍巖中見不同程度的硅化、絹云母化等熱液蝕變，礦石礦物組合基本上是螢石和石英，硫化礦物極少，未見高溫和氣成礦物。結合區域資料，認為該區螢石礦應為巖漿期后中-低溫熱液充填型礦床。

6 結論

(1) 大坪螢石礦含礦斷裂構造帶內主要充填為硅化帶、構造角礫巖帶、蝕變花崗巖帶、螢石礦化帶等，帶內蝕變主要有絹云母化、硅化、螢石礦化。

(2) 大坪螢石礦斑狀花崗巖、蝕變花崗巖、螢石礦化硅質巖三者具有相同的物質來源。螢石礦化硅質巖表現為具有明顯的高CaO、F，低Na2O、Cd、Ti等特征。

(3) 大坪螢石礦成礦期次包括石英-螢石期、石英-螢石期、螢石-石英期這3個成礦期次。礦床為巖漿期后中-低溫熱液充填型礦床。

? 栗克坤， 張青松， 韓志坤， 等. 2020. 福建邵武-順昌螢石礦調查總結報告.

致謝中化地質礦山總局河南地質局教授級高工陳新立和長安大學副教授汪幫耀在成稿過程中提出了許多建設性的意見，審稿專家提出了許多有益建議，在此一并致謝！