湖南宜章县界牌岭矿区萤石矿地质特征及矿床成因分析

周旭林，秦雅静

( 1.湖南省国土资源规划院，湖南 长沙 410007；2.湖南省矿产资源储量评审中心，湖南 长沙 410007 )

0 引言

界牌岭萤石矿是近年来探明的一处超大型萤石锡多金属矿床。通过矿山近期的生产勘探，界牌岭矿区累计查明萤石矿物量1461.7万吨，锡金属量89 838 t，规模为超大型[1]，另外共伴生有锡铜铅锌铋银铍等多金属矿。区内萤石矿床由浅部含铍萤石矿床和深部与锡多金属共生萤石矿床两部分组成，前者赋存于浅部层间破碎带中，后者赋存于深部蚀变带中，与锡多金属矿同体共生产出。关于锡多金属矿床的地质特征及成矿规律，已有多人撰文进行过分析研究与总结[2-6]，但是对矿区的萤石矿床的地质特征与成矿规律却少有人单独研究分析。矿区的萤石矿床矿化蚀变、矿物组合、成矿机制具有其独特性及典型意义，本次作者收集了该矿床的大量资料并进行了分析研究，总结了矿区的萤石矿床特征及成矿规律，对南岭地区同类型萤石矿床的找矿工作具有理论意义。

1 矿区地质概况

1.1 地层

界牌岭矿区位于南岭成矿带中段瑶岗仙钨锡铅锌多金属矿田的西南部瑶岗仙—汝城复式背斜中。矿区出露地层有上古生界下石炭统的石磴子组、测水组、梓门桥组和中上石炭统壶天群，为一套海相碳酸盐岩夹海陆交互相的碎屑岩沉积，并零星分布有中生代白垩系。石磴子组为矿区的直接赋矿层位，出露于界牌岭背斜的核部，岩性为浅灰、灰白色厚层状白云岩、白云质灰岩、灰岩，深灰、灰黑色中至薄层状灰岩、含炭质、泥质生物碎屑灰岩。

1.2 构造

矿区主要褶皱构造为界牌岭背斜，次级褶皱发育。主背斜轴向NE23°，轴面向南东倾斜，往北轴面近乎直立。背斜核部为石磴子组灰岩，两翼由测水组砂页岩组成，东西两翼分别受F1、F3两条走向断层所切割。

矿区断裂构造较为发育，按其产状可分为近SN向、NWW向、NEE向三组。SN向断裂主要有4条：F1、F3、F4、F5等，规模较大，属成矿前形成的断裂，并具有多期活动特征，与成矿关系密切。其中F4分布于倾伏背斜轴部，早期表现为张性特征，而后期又表现为压扭性特征，区内岩浆岩、矿化等均围绕F4展布，是本区主要的导矿、控矿构造。NWW向断裂主要有F201、F202、F401、F402扭性横断层，NEE向断裂主要有F301、F302压扭性横断层等，这两组断裂均错断近SN向断裂，属于成矿后断裂(图1)。

矿区节理、劈理非常发育，尤其在F4断层两侧的石磴子组灰岩中节理、劈理成带出现被后期热液矿物所充填，形成锂云母、萤石细脉(微脉)，并伴有Be、Sn、W、Pb、Zn、Cu等矿化。

图1 界牌岭矿区地质略图

1—白垩系 2—壶天群 3—梓门桥组 4—测水组 5—石磴子组 6—花岗斑岩及编号 7—萤石矿体 8—断层 9—背斜 10—向斜 11—剖面线 12—钻孔

1.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动较强烈，主要为花岗斑岩体，地表出露大小岩体有7处，岩体地表出露面积最大为0.12 km2，最小者仅200 m2，呈岩墙、岩脉及岩豆产出，总体走向NEE10°～20°，与主构造线方向一致。岩石呈浅灰—浅黄色。具斑状结构，块状构造。斑晶主要为长石，粒径在(5～10) mm×(10～30) mm之间，次为石英。岩石斑晶含量为30%～55%。基质主要由石英、长石、黑云母等组成，含量为45%～70%。据花岗斑岩岩性特征可分为边缘相(Y-1、Y-2、Y-7号，侵入相对较早)和内部相(Y-3、Y-4、Y-5、Y-6号，侵入相对较晚)。据原有色238队勘查资料，Y-1号花岗斑岩K-Ar法测定年龄值约为75 Ma，Y-4号、Y-5号花岗斑岩Rb-Sr等值线法测定年龄值分别为89 Ma和81 Ma，由两种测定结果可知，区内花岗斑岩应为燕山晚期的产物。这与刘悟辉[3]、卢友月[7]、毛景文[8]等研究成果基本一致。

2 矿床地质特征

2.1 萤石矿体特征

萤石矿床共有矿体14个，其中主矿体1个(编号为V-1号)，次矿体4个(编号为V-7、V-9、V-13、V-14)，零星矿体9个。矿体主要赋存于界牌岭倾伏背斜轴部的虚脱部位或层间破碎带中，矿体底板围岩为石磴子组灰岩，顶板主要为石磴子组灰岩，部分为测水组砂页岩，矿体与围岩的界线一般较清楚。矿体中主要有用组分CaF2变化均匀，其平均品位为37.77%，变化系数为29.86%；伴生的BeO的品位变化较大(0.001%～0.66%)，且连续性差，其平均品位为0.19%。

V-1号萤石矿体呈厚大的似层状产出。走向NE20°～25°，倾向SE，倾角14°～55°，分布在122～142线之间。矿体走向长约860 m，倾斜延深160～350 m，矿体赋存于270～500 m高程之间(图2)。在130～138线间已裸露出地表，地表出露宽度16～52 m。据见矿钻孔统计，矿体平均铅直厚度为48.72 m，最大厚度(ZK1305)为120.06 m(图2)，最小厚度(ZK1343)为2.0 m。厚度变化系数为69.97%。w(CaF2)最低为20%，最高为64.63%，平均品位为38.01%，品位变化均匀，品位变化系数为27.79%。从纵向上看，矿体中部的品位较高，而往南往北品位逐渐降低。CaF2含量在130～136线略高，平均品位w(CaF2)>43%；130线以南和136线以北逐渐降低；130线至126线平均品位w(CaF2)为37.24%～39.86%；而136线以北至140线，平均品位w(CaF2)为30.64%～33.95%。CaF2含量与矿体的厚度呈正相关，即有厚度增大则品位升高的趋势。垂直方向上，CaF2含量表现为矿体上部相对于矿体下部略高，在375 m高程以上，平均品位w(CaF2)=40.13%；375～295 m高程之间，平均品位w(CaF2)=39.85%；在295 m高程以下平均品位w(CaF2)=38.81%。

图2 界牌岭矿区132线剖面图(据2017年核实报告①修改)

1—梓门桥组 2—测水组 3—石磴子组 4—花岗斑岩 5—燕山期花岗岩 6—萤石矿体 7—萤石锡多金属矿体 8—地质界线 9—断层 10—钻孔 11—采空区

其他矿体均位于Ⅰ号矿体下部，由剖面或单工程控制，规模小，均为隐伏矿体，呈透镜状产出于层间破碎带中，厚度为1.35～30.63 m，平均品位w(CaF2)一般为20.94%～38.52%，各矿体分布范围、矿体形态、规模及厚度品位等特征见表1。

2.2 矿石特征

2.2.1 矿石矿物特征

矿石矿物成分主要为萤石、黄玉、白云母、绢云母、铁锂云母、方解石等，次要矿物有水铝石、石英、绿泥石等，少见矿物有金绿宝石、氟镁石、硅镁石、黄铁矿、方铅矿、毒砂及锡石。萤石多为半自形—他形粒状，边缘常被熔蚀成港湾状，呈聚晶状、致密浸染状，与鳞片状大小不一的白云母或绢云母组成集合体(图3a、3b)，与方解石、黄玉共生一起。

2.2.2 矿石的化学成分

区内萤石的化学成分见表2。由表2可知，矿石中以CaF2为主，w(CaF2)为40.84%～46.98%，次为CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3，另有少量的Sn、Pb、Zn、Cu等有色金属元素，杂质含量较低。

2.2.3 矿石结构构造

萤石矿石的结构主要有他形晶结构、包含结构[图3a，颗粒粗大的萤石(红色)中，包含有细小的云母(浅黄—灰白色)及硅镁石(蓝色、暗绿色)]、交代结构[图3b，他形粒状的萤石(红色)交代硅镁石(蓝色—浅绿色)]。

表1 界牌岭矿区其他矿体特征

图3 界牌岭萤石矿石特征

成分广州有色研究院湖南有色研究院元素广州有色研究院湖南有色研究院CaF246.9840.84Zn0.130.12CaCO313.7915.11Cu0.015SiO211.6616.80S0.10Al2O31.203.80P0.01Fe2O31.023.91As0.006BeO0.190.26Sn0.0130.035MgO2.86Pb0.240.12MnO1.02Ag10

注：矿石类型为云母-萤石型；数据量单位为%，其中w(Ag)/10-6。

主要构造有条带(纹)状构造(图3c)、浸染状构造、脉状构造(图3d，脉状黄玉-云母-萤石矿石)及块状构造。

2.2.4 矿石类型

按矿物共生组合关系可划分为两个类型：一为云母-萤石型；二为黄玉-云母-萤石型。以前者为主，后者仅呈细脉状穿插于前者之中，彼此界限清晰，前者具工业价值，后者量少，无单独工业价值。

1)云母-萤石型：灰白、浅灰和灰色，地表及浅部风化较强，风化后呈暗褐色(图3e、3f)，矿石中主要成分为萤石，呈半自形—他形粒状晶，粒径一般为0.35～0.175 mm，大于0.7 mm及小于0.124 mm者量少。萤石含量为40%～45%，次为白云母、金云母(两者含量约为40%)。主要矿物萤石多常呈聚晶状、密集浸染状、不规则状与鳞片大小不一的白云母或绢云母集合体，或与黄玉、方解石嵌生在一起。在这类矿石中往往由尖晶石、云母组成白色波状条纹，或由云母、硬水铝石组成条纹，也有由萤石、硬水铝石组成条带。在矿石中可见金绿宝石、硅铍石、氟镁石。

2)黄玉-云母-萤石型：灰白、淡黄褐色或淡红褐色，花岗变晶结构，条纹、条带状构造，主要矿物为自形—半自形—他形粒状萤石和纤柱状—放射状集合体的球粒或他形—半自形的黄玉相互嵌生，并常有云母、尖晶石等组成条纹产于其中。萤石含量为40%～45%，次为黄玉，含量为35%～40%，另有少量的白云母，含量约为5%。该类矿石一般呈细脉状穿插于云母-萤石型矿石中(图3d)。

2.3 围岩蚀变

受岩浆热力及热液活动作用的影响，区内岩石蚀变十分普遍，蚀变程度高，蚀变种类多。主要集中在花岗斑岩体边部和含矿构造带及顶底板围岩中。主要蚀变类型有云母化、黄玉化、云英岩化、萤石化、硅化、绿泥石化、矽卡岩化、大理岩化及碳酸盐化等，垂向上由上往下具有云母-萤石化组合向黄玉-萤石-云英岩化组合分带的特征[2，9]。其中云母化、萤石化等与萤石矿化关系密切，矿化强度与蚀变强度呈正相关关系，而云英岩化、云母化，黄玉化、绿泥石化等与锡铅锌矿关系较密切。

3 控矿因素分析

3.1 地层岩性对成矿的控制

矿区矿化蚀变主要分布在石磴子组的两个部位，一是萤石矿体赋存于石磴子组顶部中厚层状灰岩与薄层状泥灰岩的互层段，二是锡-萤石矿体赋存在石磴子组中下部中厚层状灰岩、白云岩、白云质灰岩、灰岩及生物碎屑灰岩混杂岩段。由此可见，不纯灰岩比质纯灰岩成矿有利，不纯灰岩所含的杂质有的易于溶解，有利于矿液渗透交代，并为矿液的运输、富集创造了更多的空间。

测水组页岩层阻挡了挥发分的扩散，使之富集成矿。测水砂页岩层透水性差，密闭性好，当含矿挥发分沿着断裂向上运移时，遇到测水组砂页岩盖层的阻挡，便在背斜核部的虚脱空间或层间裂隙运移，交代围岩形成厚度巨大似层状的萤石矿体。

3.2 构造对成矿的控制

1)褶皱构造对成矿的控制。界牌岭背斜是一个复式背斜，并且向北东方向倾伏，在背斜的形成过程中，在背斜的轴部形成虚脱空间，并发育了一系列的规模大小不等的断裂构造，有顺层的层间破碎带，也有垂直层理的节理裂隙带，有利于岩浆侵入、矿液充填及交代富集成矿。

2)断裂构造对成矿的控制。区内断裂构造按其方向可以分为NE向、NW向及近SN向，但对成矿有利的主要是近SN向的断裂构造。近SN向断裂构造具有多期多阶段活动的特点，形成于成矿前，在成矿期与成矿后均有活动。根据F1、F4、F5断裂破裂带岩石微量元素分析结果(表3)，断裂带中的Pb、Zn、W、Sn、F、Be等矿化元素含量高出地壳克拉克值若干倍，F4与不含矿的F1、F5相比，亦高出几十倍，特别是F、Be元素反映尤为明显。由此可见F4断裂带是区内的控矿导矿及容矿构造。

表3 界牌岭矿区断裂构造微量元素分析结果

3)劈理、节理裂隙对成矿的控制。在界牌岭主背斜的轴部，在褶皱形成过程中，褶皱纵弯作用形成了一系列与主构造带方向一致的劈理，且密集平行发育，由于受到多次构造活动的影响，劈理常有分支复合现象，有些则过渡为节理，局部地段则表现为张性破碎带。这些节理、劈理是含矿热液活动的良好空间，因此这些裂隙常被云母、萤石、黄玉、黄铁矿等所充填，形成细脉或网脉带。经观察统计，由主背斜翼部到轴部，细脉数量逐渐增多，矿化逐渐增强，脉幅也由窄变宽，形成区内一些次要的萤石矿体。

3.3 岩浆岩对成矿的控制

界牌岭矿区矿体均产于花岗斑岩岩体外接触带中，空间上与岩体关系密切。根据区内花岗斑岩的岩石化学成分分析结果(表4)，区内岩体大多数为铝过饱和，岩石中暗色矿物少，碱性长石含量高，富钾、钠、而贫钙、镁、铁，与中国花岗岩平均成分相比较，SiO2、TiO2、MnO含量基本一致，而Fe2O3、MgO则偏低，Na2O+K2O则偏高，这基本符合南岭地区与成矿有关的花岗岩的特征[11-13]。另外根据区内花岗斑岩的微量元素分析结果(表5)，界牌岭花岗斑岩富含F、Li等挥发组分及W、Mo、Cu、Pb、Zn等成矿元素，特别是晚期花岗斑岩的K、F、Cl、Rb等元素含量及K/Na、F/Cl、Rb/Sr比值高于早期，Rb/Sr 比值高，花岗斑岩属于高分异花岗岩，有利于矿化富集[4]。区内花岗斑岩具备成矿花岗岩的地球化学特征，为成矿带来了丰富的成矿物质及成矿热液。

表4 花岗斑岩岩石化学成分

注：成分量单位为%。

表5 花岗斑岩微量元素分析结果

注：元素量单位为wB/10-6；()中数字为样品数。

4 成矿作用及矿床成因

4.1 成矿物质来源

1)本区成矿物质氟元素主要来自花岗斑岩。前面已经述及本区花岗斑岩的氟等挥发组分含量高，这种高含量的成矿元素及挥发组分为岩浆分馏出成矿热流体提供了物质基础。喻爱南[16](1992)对界牌岭矿床开展同位素研究，分析得出金属矿物硫同位素δ34S范围为-0.1%～7.5%，位于花岗斑岩范围内；矿石中铅同位素组成与花岗斑岩中的长石铅非常一致；成矿流体δD、δ18O同位素(δD为-40%～-85%；δ18O为5.5%～9.5%)落入岩浆水范围，说明成矿溶液来源于花岗斑岩岩浆。另外据矿区稀土元素地球化学研究，区内花岗斑岩、黄玉萤石岩、锡石三者稀土配分模式十分相似(图4)，亦反映成岩与成矿的关系密切以及岩浆和矿质的同源性。

2)部分钙元素来自于沉积的碳酸盐岩。矿区与邻近的上双水源地段石磴子组灰岩岩石化学分析结果(表6)表明，矿区石磴子组灰岩w(SiO2+Al2O3+Fe2O3+MgO)=11.73%，而上双水源的石磴子组灰岩w(SiO2+Al2O3+Fe2O3+MgO)=4.42%，前者明显高于后者；另外矿区灰岩的w(CaO)=46.48%，上双水源的w(CaO)=52.77%，说明矿区赋矿层受含矿热液的影响，有大量的物质带进带出，SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO等成分多渗入到围岩中，而CaO则被带出与氟元素结合形成广泛的萤石矿物。

图4 稀土元素配分模式图(据文献[17])

表6 界牌岭矿区与邻近的上双水源地段石磴子组灰岩岩石化学成分

注：测试单位为桂林矿产地质研究院分析室，1991；成分量单位为wB/%。

4.2 成矿温度

本区矿物包裹体均一法测温结果显示，区内可划分为两个成矿温度阶段：第一阶段为高中温气成热液成矿阶段，温度为206℃～428℃，主要形成云英岩化、锡石矿化、萤石矿床；第二阶段为中低温热液成矿阶段，成矿温度为95℃～224℃，主要形成锡石硫化物矿床②。矿区萤石及锡石、铅锌硫化物矿床的成矿温度与柿竹园钨锡钼铋伴生萤石矿床的成矿温度[18-19]基本一致。

4.3 矿床成因

燕山晚期形成的分异演化完全的花岗斑岩沿着界牌岭背斜轴发育的断裂构造向上侵位，并携带着含丰富的W、Sn、Pb、Zn、Be、Cu、F成矿元素的气水热液，当岩体在侵位、冷凝的过程中，由于分异作用，岩浆带来的挥发分及成矿元素沿垂直方向集中到高度分异的晚期花岗斑岩的顶部，含矿热液在压力差及浓度差的作用下，沿构造裂隙运移，对岩体和围岩进行交代，产生较强烈的云英岩化、黄玉化等，同时伴随有锡石、铅、锌等矿化形成；含矿流体继续向上渗透进入灰岩时，岩性不纯的灰岩有利于流体的运移与交代作用，在背斜的核部受到上覆砂页岩的阻挡则富集，并产生广泛的黄玉萤石化或黄玉云母萤石化等蚀变，形成黄玉云母萤石矿体或黄玉云母萤石蚀变岩。矿床属热液交代成因，形成于燕山晚期。

5 找矿标志

1)近矿围岩蚀变。本区背斜轴部广泛发育的云母萤石岩及沿裂隙密集发育的云母萤石脉或含硫化物的云母萤石网脉带，是找矿的直接标志。此外近矿围岩中往往具有退色化现象。

2)地表黑土带。它是由地表矿化蚀变岩石风化而引起钙质流失，从云母、黄铁矿等矿物中分解出的铁质物污染造成地表蚀变岩石风化后呈褐黄色。它与未矿化的灰岩，砂页岩所风化的泥土在颜色上有明显的差异，因此黑土带是重要的找矿标志。

3)物化探信息。化探异常直接反映了矿化活动，本区就是通过化探次生晕在地表发现有Cu、Pb、Zn、Sn、Be、Ag、F等多元素组合异常而开展工作的，因此化探异常分布地段，特别是原生晕异常地段布设地质工程，可望获得较好的找矿效果。

致谢：文章撰写过程中得到湖南省地质矿产勘查开发局湘南地质勘察院、湖南省有色地质勘查局有色一总队的大力支持，在此表示衷心感谢。

注释：

① 雷泽恒，候茂松，刘亚新，等. 湖南省宜章县界牌岭矿区萤石锡多金属矿资源储量核实报告[R]. 2017：1-155.

② 贺文良，赵中权，候茂松，等. 湖南省宜章县界牌岭矿区含铍萤石、锡(铜)矿普查报告[R]. 1998：1-114.