衛輝市大池山礦區重晶石礦床地質特征及成因

趙少杰，曾強，王巧玲，吳家祥，張全傅，王勝華，韓姍姍

(1.河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊， 河南 鄭州 450016； 2.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心， 河南 鄭州 450016)

0 引言

衛輝市大池山礦區位于豫北，地理坐標為東經113°52′47″～114°00′02″，北緯35°34′15″～35°37′45″，是河南省較為典型的重晶石成礦區之一(李春陽等，2010)，該區成礦地質條件優越，找礦前景良好(郭志敏，1988；褚有龍，1989)。1967年和1968年，中南冶金602隊對該地區進行了地質草測和礦點調查；1980年和1982年，河南省地質礦產局地質二隊開展了礦區普查工作；2011年，河南省地質礦產勘查開發局地球物理勘查隊在礦區進行了重晶石資源儲量核查工作；2016～2017年，河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊共發現28條規模較大的重晶石礦脈，其中新發現了11條重晶石礦脈。通過地表工程揭露和深部鉆探工程控制，共圈出了33個重晶石礦體，估算重晶石資源量(333)+(334)？132.71千噸。

本文在總結衛輝市大池山重晶石礦的區域地質成礦背景和礦體地質特征等基礎上，分析研究礦石質量和類型及其礦床成因。研究成果對進一步的勘查工作具有指導意義，也為類似礦區提供了可參考的找礦標志(魏東等，2016；尤湘杰等，2016；陳艷等，2019；鮑淼等，2020)。

1 區域地質概況

大池山礦區大地構造單元屬于中朝準地臺(一級)山西臺隆(二級)太行山拱斷束(三級)內，東以青羊口斷裂為界與華北坳陷的湯陰斷陷相鄰；位于華北成礦省(II-1)太行山Fe-Cu-Pb-Zn-重晶石—耐火黏土—硫鐵礦—煤成礦帶(III-1)中南太行山Fe-Cu-Pb-Zn-重晶石—耐火黏土—石英巖—硫鐵礦—煤成礦帶(III-1-①)內(彭翼和何玉良，2015)，礦產種類主要為重晶石、水泥灰巖、白云巖，次為鐵、銅、鉛鋅礦等其它礦產(圖1)。

圖1 區域大地構造與礦產圖(據趙少杰等，2018①修改)1—斷層；2—磁鐵礦點；3—銅礦點；4—重晶石礦點；5—石灰巖礦點；6—黏土礦點；7—煤礦點；8—省界；9—研究區

區域地層自太古宇至古生界奧陶系均有出露，其中太古宇及震旦系地層在研究區僅有零星出露，寒武系、奧陶系地層廣泛分布。

區內斷裂構造極為發育，主要以近EW、NE、NW、NNE向斷裂為主，其中NE向斷裂最為發育，斷裂多成組展布。各組斷裂縱橫交錯，NE向斷裂與近EW向斷裂構成斷裂構造格架，多為正斷層。近EW向的斷層生成時期較早，而NE向的斷層和裂隙生成較晚，分布其間的NW向裂隙與NE向裂隙為同期生成，它們為含礦熱液的充填成礦提供了空間條件。

區內主要有燕山期角閃石英二長斑巖(ηπ53)和石英閃長玢巖(δμ52)零星分布。

2 礦區地質特征

礦區除有少量的寒武系(∈)地層出露于山谷低地以外，大部分地區為下奧陶統(O1)地層，南部局部出露有中奧陶統下馬家溝組(O2x)地層(圖2)。重晶石礦體主要賦存于下奧陶統(O1)地層中的斷裂破碎帶中。

礦區內斷裂構造非常發育，控制了重晶石礦脈(體)的分布、形態、規模和產狀等。近EW向的斷層生成時期較早，為燕山期的巖漿活動提供了侵入通道。重晶石礦體主要位于NE向斷裂中，是礦區主要的容礦控礦構造，其在礦區中規模較大的共有6條，走向為30°～80°，傾向多NW向，個別有傾向為SE，傾角70°～80°，少數近于直立，這組斷裂在空間上平行展布。

構造帶具膨大、狹縮之特征，在破碎帶內充填有圍巖(白云巖、灰巖)和重晶石等的角礫、以及透鏡狀相連的脈狀重晶石礦體，斷面較為光滑，沿走向呈舒緩波狀，為壓扭性斷裂。NW向斷裂一般發生在NE向斷裂之間，走向在300°～350°，傾向西或北東，傾角70°～85°，個別直立，規模都比較小，主要呈裂隙出現，裂隙局部擦痕清晰可見，見有斷層泥和圍巖角礫，部分也為石英—重晶石脈或重晶石脈充填形成礦脈。

礦區巖漿巖主要為角閃石英二長斑巖(ηπ53)和石英閃長玢巖(δμ52)。其中，角閃石英二長斑巖呈巖體和巖墻產出，在化學成分上角閃石英二長斑巖平均含Ba 0.06×10-6，與區域上其他巖體相比含Ba要高出2～6倍；石英閃長玢巖，呈脈狀侵入下奧陶統白云巖中。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

3.1.1 礦(化)體形態、規模及品位特征

區內重晶石礦(化)體嚴格受斷裂構造控制，規模大小相差較大，其形態隨構造帶的形態而變化，其中NE、NW向構造為區內主要的控礦容礦構造，且在斷裂破碎帶的交匯處及其膨大部位為重晶石礦體的有利富集地段。

礦(化)體走向主要有NE、NW向，傾向變化較大，傾角陡立(70°～90°)；厚度不穩定，一般在0.80～1.75 m；重晶石品位較高，從淺部探槽、老硐控制的結果看，礦(化)體中部品位高，從地表向深部重晶石品位有變貧的趨勢。

研究區共圈出了33個重晶石礦體，相對規模較大的礦體有K11-2、K23、K2、K10、K11-1、K29、K31、K17、K5，其礦體特征見表1，其余礦體規模小。

表1 部分重晶石礦體特征一覽表

K11-2礦體(圖3)：賦存于母豬窩—桐樹洼斷裂帶中，礦體呈脈狀，走向長300 m，產狀113°～115°∠78°～87°，最大斜深117 m，礦體賦存標高+565～+453 m，埋深0～110 m。礦體沿走向和傾向連續分布，但沿著深部增加厚度逐漸減小；礦體厚度0.82～1.50 m，平均厚度1.08 m，厚度變化系數25.72%；BaSO4品位39.93%～61.23%，平均品位47.80%，品位變化系數17.44%。礦體兩側圍巖為結晶白云巖，二者界線清晰。

圖3 大池山重晶石礦區1112勘探線地質剖面圖(據趙少杰等，2018①修改)

K23號礦體(圖4)：賦存于下奧陶統結晶白云巖中，礦體呈不規則脈狀，走向長450 m，走向300°～324°，傾角直立，最大斜深100 m，礦體賦存標高+463～+363 m，埋深0～94 m。礦體沿走向連續分布，但沿著深部增加逐漸尖滅；礦體平均厚度0.92 m，厚度變化系數15.74%；BaSO4品位40.47%～77.33%，平均品位57.65%，品位變化系數23.26%。

圖4 大池山重晶石礦區2301勘探線地質剖面圖(據趙少杰等，2018①修改)

礦體形態多為不規則脈狀、透鏡狀或楔狀等；礦體厚度變化較大，總體地表較厚，向深部變薄或尖滅；礦體延伸性整體較差，普遍存在尖滅再現以及分枝復合等現象，傾向上向深部延伸不長。

3.1.2 礦體賦存部位及圍巖特征

重晶石礦(化)體多數賦存于下奧陶統白云巖的斷層破碎帶和較大的節理裂隙中，少數賦存于上寒武統白云巖中，推測區內奧陶系和寒武系的白云巖、結晶白云巖、灰質白云巖等碳酸鹽巖類地層是較好的賦礦層位。多數礦體埋深不超過50 m，個別礦體大于100 m。

圍巖(圖5)主要為下奧陶統(O1)的白云巖，顏色呈灰—深灰色，粒度為細—中粗粒，局部達粗粒，半自形或他形結構，塊狀構造，礦物成分主要為白云石，含量達98%，其次為方解石、燧石、泥質、鐵質等。少數重晶石礦(化)體圍巖為大理巖，呈灰白色、土黃色等，粒狀變晶結構，塊狀構造，礦物成分主要為方解石、石英，含少量重晶石等。

圖5 礦(化)體圍巖鏡下特征照片a—白云巖；b—大理巖

圍巖主要有硅化、碳酸鹽化，局部見少量重晶石化、方解石化蝕變。局部圍巖見褪色現象。硅化和方解石化一般呈網脈狀充填在礦脈兩側圍巖的細小裂隙中。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石特征

(1)礦石結構、構造：巖礦鑒定結果表明，研究區內的礦石結構主要有粒柱狀變晶結構和角礫狀結構，礦石構造主要為塊狀構造，局部見有角礫狀構造(圖6)。

圖6 重晶石鏡下特征照片a—角礫狀重晶石；b—塊狀重晶石

(2)礦石礦物成分：主要成分為重晶石、方解石、石英。重晶石呈灰白色、土黃色等，自形、半自形板狀為主，少量長柱狀、板狀，粒徑0.02～3.30 mm 不等。脈石礦物主要為石英、方解石，少量白云石。礦石中除重晶石外，含有少量黃銅礦、黃鐵礦、褐鐵礦、方鉛礦、方解石、螢石等。

(3)礦石化學成分：重晶石礦體的品位BaSO4一般在40%～70%，最高77.78%，石英、方解石含量30%～50%。礦區內BaSO4的最高含量為91.25%，一般在40%～70%之間，平均品位為50.69%。

重晶石礦的組合含量(表2)：SiO2最高含量16.08%，最低0.64%；CaO最高含量為20.28%，最低0.41%；CaF2最高含量為5.20%，一般在1.45%；Cu最高含量0.0024%，一般僅十萬分之幾；Pb最高含量0.066%，最低0.0017%；Al2O3最高1.29%，最低0.17%，一般少于1%；Fe2O3最高0.46%，最低0.091%；Mn最高0.086%，最低0.0035%；Au最高含量為0.09×10-6，最低0.05×10-6。

表2 重晶石礦組合分析結果表

據光譜全分析資料(表3)，礦石中除Cu、Pb、B、Na、Sr、Mn、Ti、Fe、Al、Ca、Mg、Ca外，其它元素的含量大多低于儀器的靈敏度。其中礦石中Pb、Cu元素含量較高(100×10-6、100×10-6)。

表3 重晶石光譜全分析結果表

3.2.2 礦石類型

(1)根據礦石的結構、構造可分為塊狀重晶石和角礫狀重晶石。其中塊狀重晶石礦石一般分布在含礦構造帶的中上部；角礫狀重晶石一般分布在礦帶中部或者含礦構造帶的膨大部位。

(2)按礦物成分劃分主要為石英—重晶石型礦石和重晶石—石英型礦石，少量方解石—重晶石礦石。

4 礦床成因分析

該重晶石礦床賦存于下古生界奧陶系和寒武系碳酸鹽地層中，礦體形態、規模嚴格受斷裂構造控制，呈脈狀、透鏡狀產出。重晶石礦石結構主要為粒柱狀變晶結構、自形晶板狀結構，礦石構造主要為塊狀構造，次為角礫狀構造；礦石類型主要為硫化物型，礦物成分主要為重晶石、方解石、石英，伴生組分主要為方鉛礦、黃鐵礦、黃銅礦等；近礦圍巖蝕變以硅化、碳酸鹽化、重晶石化為主，具有中低溫熱液型成礦的特征(呂宇和董艷明，2007；劉靈等，2019)。

早古生代，本區處于相對穩定狀態，發育了一套以白云巖、灰巖為主的碳酸鹽地層(高懷忠，1998)。燕山期，構造巖漿活動強烈，導致地殼深部的含礦熱液向上運移，當熱液通過NW、NE向等壓扭性斷裂及裂隙等通道時，隨著壓力、溫度等的變化，使重晶石在中、低溫階段，由弱酸性向弱堿性過渡的氧化環境的硫酸鹽型溶液中形成，并在有利的構造部位Ba元素富集而成為重晶石礦床(何偉民等，2010；吳先文，2019；夏瑞等，2021)；NW、NE向壓扭性斷裂及其伴生的次級斷裂為重晶石礦脈(體)的形成和賦存提供了良好的空間。

綜合以上地質特征，該區礦床類型屬中、低溫熱液型脈狀重晶石礦床。

5 結論

(1)大池山地區重晶石礦賦礦層位特點較為明顯，其重晶石礦(化)體主要分布于下奧陶統的白云巖、結晶白云巖、白云質灰巖等巖石中，碳酸鹽地層是該區賦存重晶石礦的重要層位。該地區重晶石具有品位高、厚度薄、延伸差的特點。

(2)通過野外地質調查、槽探、老硐、鉆探及樣品測試結果可知，礦脈(體)多沿構造帶(NE、NW向斷裂或裂隙)產出，其規模、形態以及產狀嚴格受斷裂構造控制。角礫狀重晶石多賦存于構造膨大部位，品位較低；塊狀重晶石多賦存于構造狹小部位，品位高。

(3)與成礦有關的圍巖蝕變類型主要為方解石化、硅化、碳酸鹽化等蝕變，其中斷裂破碎帶或裂隙附近的圍巖硅化、方解石化蝕變越強，重晶石的品位越富；或者在圍巖附近表現為一系列平行的石英、方解石或重晶石的細脈帶，因此這些脈帶的存在也是一種良好的找礦標志。

注 釋

① 趙少杰，吳家祥，曾強，王勝華，韓姍姍. 2018. 河南省衛輝市大池山礦區重晶石礦普查報告[R]. 鄭州：河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊.