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甘肃一些大型矿床的重晶石化、Ba异常
及其对矿床成因等的指示意义
陈耀宇
（甘肃省地矿局第三地勘院 甘肃 兰州 730050）
摘 要：甘肃自20世纪50-60年代发现和勘查评价了镜铁山铁矿、白银铜矿,60-90年代初发现和评价了西（和）-成铅锌矿田，80-90年代初发现和评价了拉尔玛金矿和干沙河脑稀土矿，这些不同矿种的典型矿床都不同程度地发育有重晶石化。通过对以上矿区重晶石化为主的围岩蚀变、以Ba元素为主的地球化学特征的介绍和所指示的矿床成因、找矿标志等的初步分析，以启示对相似成矿背景、成矿条件下重晶石化和Ba异常的研究，挖掘成矿、找矿信息以指导地质勘查工作部署与找矿。
关键词：大型矿床 重晶石化 Ba异常 矿床成因 甘肃 中图分类号： 文献标识码：A
1 钡的地球化学特征及重晶石成矿
1.1钡的地球化学特征
在自然界只有Ca与Ba（Sr）有比较密切的地球化学关系，Ba只形成正二价阳离子，是典型的亲氧元素。由离子半径决定了Ba与K最适宜进行类质同像而替代到钾长石中，Ba无法参加到钙矿物中，也不能替代矿物质中的Mg和Fe,与既能替代Ca又能替代K的锶比较，钡的地球化学行为比锶简单的多（刘英俊等，1987）。Ba在地壳、上地幔、下地幔、地球中的含量分别为390×10、76×10、1×10、23×10，显示Ba的明显亲石（岩）性。Ba的含量随岩浆由基性到酸性、碱性的演化而增加，如BaO在辉石岩与橄榄岩中为3×10，到基性岩的70×10，中性岩的260×10，酸性岩的480×10，碱性岩都富Ba，平均含量高于1000×10。其中霞石正长岩为1427×10，响岩为1000×10，霞石碧玄岩为1976×10，苏联著名洛沃泽尔碱性岩钡更高达3300×10。在各种造岩矿物中Ba 的含量为钾长石983×10、斜长石377×10、黑云母352×10、白云母263×10，石英16×10、角闪石187×10、辉石223×10、橄榄石22×10、方解石47×10，即以钾长石为最高，斜长石、黑云母为次。与此类似，在岩浆岩中Ba主要替代钾长石和云母中的K，在辉石和角闪石中替代Ca的机会却很少，安山岩中的黑云母和碱性岩中的黑云母与长石都是钡的载体矿物。 Ba在水溶液中极易为水解沉淀的粘土物质所吸附，绝大多数的Ba被近岸的粘土吸附沉淀，很少能被带到外海。已知海水中Ba平均含量比较低为20×10，而在生物活动频繁的海洋沉积物中富含钡，黑色页岩通常比一般页岩富含钡，说明钡的含量与生物作用或有机质有成因上的联系（刘英俊等，1987）。 1.2 钡的重晶石成矿
根据同位素研究，热液中的钡和锶主要来源于围岩，而与侵入体没有成因联系。钡和锶之 所以能带出围岩与钾的活动性有关，绢云母化、硅化使钡被带出，被易于含氧的气体和溶液转移并集中到热液中，形成含萤石-重晶石矿脉（刘英俊等，1987）。据李虎杰等（2010）介绍：热液成矿阶段，热液可从富钾造岩矿物的围岩中获取Ba，岩浆期后热液中的Ba可呈卤化物搬运，
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在氧化-还原电位较高而温度不太高的环境中，形成BaSO4和BaCO3的工业性堆积。重晶石矿床中重晶石的成矿温度一般介于73℃～273℃，成矿压力（100～200）×10Pa。中国的7个典型矿床如贵州天柱大河边、甘肃文县东风沟（矿石量4235万吨）、陕西平利水坪、湖北随州柳林、四川彭水郁山镇、广西象州潘村、山东安丘守官疃等重晶石矿的氧化-还原电位(Eh/mV)较高为276～390，PH值6.4～7.1，为弱酸性-中性，即重晶石矿成矿的地球物理化学环境为中-低温、低压、较高的氧化-还原电位、弱酸性-中性。中国最具工业价值的沉积型重晶石矿床（矿床规模一般大中型）的重晶石以矿物或胶结物形成存在于海相或湖相细碎屑岩或泥质岩中，或者赋存在砂页岩和石灰岩层之间，围岩以黑色页岩为主，如陕西安康石梯、湖南新晃贡溪等重晶石矿床。基于对贵州天柱、玉屏及湘西新晃贡溪等重晶石化矿床的研究发现：含矿岩系中包含有大量类似现代太平洋海底热水生物群的藻类、海绵骨针、管状生物等化石组合；重晶石矿石中有机碳含量较低，具有原生残留有机质的明显特征；与同期的海相盐酸盐Sr/Sr比值（约为0.7090）相比较，重晶石矿床的Sr /Sr比值要低，集中在0.708310～0.708967之间。表明在矿床的形成过程中有来源于海底火山或海底热液活动提供的具有低Sr /Sr比值的锶加入，此类沉积型重晶石矿床的成因类型为热水沉积。
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2 镜铁山铁矿的重晶石化
镜铁山铁矿由镜铁山和黑沟两个铁矿区组成，铁资源储量4.38亿吨，共生铜15.94万吨。产于祁连西段桦树沟、黑沟复式向斜内，含矿地层为长城纪桦树沟组之千枚岩系上部，矿床成因属海底喷流沉积“Sedex”型铁矿床（张新虎等，2013）。桦树沟组是以陆源碎屑为主夹白云质大理岩及铁矿层的厚逾4000m的浅海相类复理式含铁碎屑岩建造，岩性为千枚岩夹石英岩及透镜状灰岩、白云岩，除铁矿层(第7层)外均为各类千枚岩等，铁矿层为黑褐色条带状镜铁矿、菱铁矿夹碧玉、千枚岩，其上标志层为黑色千枚岩，其下伏岩层为褐灰色钙质千枚岩、灰黑色炭质千枚岩、灰白色绢云千枚岩、灰白色石英岩，千枚岩与底部浅色纯净石英岩是含矿岩系的特殊标志层。铜矿产于FeⅠ矿体底部及下盘千枚岩中，与FeⅠ矿体产状一致。
矿石中主要铁矿物为菱铁矿、镜铁矿、褐铁矿，少量黄铁矿；脉石矿物有碧玉、石英、铁白云石、重晶石及少量绢云母、绿泥石。铁矿石类型有五类，包括碧玉镜铁矿菱铁矿矿石、碧玉菱铁矿镜铁矿矿石、碧玉镜铁矿矿石、碧玉菱铁矿矿石、镜铁矿褐铁矿矿石，以前二者为矿区主要矿石类型。碧玉镜铁菱铁矿多分布于矿层上部，被晚期石英、重晶石、铁白云石细脉穿插，少见黄铁矿、黄铜矿，重晶石多与铁白云石伴生；碧玉镜铁矿石和碧玉菱铁矿矿石多分布于矿带的中下部，碧玉菱铁镜铁矿多分布于矿层下部；但碧玉镜铁矿矿石重晶石含量较高，碧玉菱铁矿矿石硫化物高于其它矿石（于国立等，2013）。即含重晶石较多的矿石分布于矿带上
①于国立,雷永顺,温涛涛,等. 甘肃省肃南县镜铁山铁铜矿资源潜力调查与评价报告(内部)，甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司，2013.
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部，而含菱铁矿、硫化物较高者分布于矿带中下部，重晶石矿物的空间分布可间接指示矿带不同类型矿石的空间位置。铜矿石矿石类型有含铁碧玉岩型和千枚岩型两种。前者的蚀变以硅化、碳酸岩化、黄铁矿化为主，后者的蚀变以绢云母化、碳酸盐化为主。金属矿物主要为黄铜矿，次为辉铜矿、黄铁矿、菱铁矿、镜铁矿、赤铁矿、孔雀石等，脉石矿物主要为石英（碧玉）、铁白云石、方解石、绢云母、重晶石、绿泥石等。
对照中国主要铁矿床类型划分，镜铁山（铜）铁矿应划归为沉积变质型之变质碳酸盐岩型和有关铁矿床类型组的沉积变质菱铁矿型和沉积变质多金属硫化物型（赵一鸣，2004），镜铁山铁矿类型相当于沉积变质（镜）菱铁矿型，晚于铁矿形成的铜矿相当于沉积变质多金属硫化物型，即镜铁山异体铁、铜共生矿表现为两个成矿系列。
重晶石化在铜矿化中的蚀变强度不及铁矿化，应与铜矿化的产出层位较铁矿化为深有关。重晶石主要分布于铁矿带的上部或中上部偏氧化环境，菱铁矿及黄铁矿、黄铜矿等金属硫化物多分布于矿带中下部偏还原环境。重晶石化是喷流沉积铁矿中的重要围岩蚀变，重晶石所分布的位置指示矿体位于矿带的中上部。
3 白银矿田小铁山铅锌矿的重晶石化与Ba异常
3.1 小铁山铅锌矿赋矿地层岩性与矿床成因
白银铜多金属矿田发现和评价于20世纪50-50年代，系由折腰山铜矿（特大型）、火焰山铜矿（小型）、小铁山铅锌矿（特大型）、四个圈铅锌矿（小型）和铜厂沟铅锌（小型）矿计2个特大型3个小型铜铅锌多金属矿组成，勘查当期报告提交铜铅锌金属量230.4万吨，伴生金33.8吨(表1)，其中折腰山-火焰山矿（习称白银厂铜矿）为铜-锌型，小铁山、四个圈、铜厂沟为铅-锌-铜型，构成同一矿田的两个成矿系列或成矿组分系列。小铁山铜铅锌矿是白银铜多金属矿田以铅锌为主（储量97.7万吨）的锌铅铜储量达111.4万吨的特大型矿床，铅锌成矿以锌为主，Pb/Zn为1/1.61～1/5.33。
表1 白银铜多金属矿田金属量统计
矿区 名称 折腰山 火焰山 小铁山 四个圈 铜厂沟 合计
金属量（10t） Cu
Pb
Zn
91.2 11.3 2.51 2.5 13.7 37.5 60.2 0.2 1.1 2.6 1.9 0.9 4.8 109.51 39.5 81.4
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平均品位（%），Au、Ag为10 Au 10 4.8 19 33.8
Cu 1.25 1.37 1.23 1.09 1.47
Pb 3.36 1.65 0.9
Zn 2.13 4.64 5.42 0.8 1.31
Au 1.04 0.83 2.12 6.61
Ag 15.6 10.5 113.2
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Pb/Zn 1/1.61 1/2.36 1/5.33
注：资料来源于1:20万靖远幅区域矿产报告
白银矿田赋矿地层为中寒武世黑茨沟组（第三岩组），岩性为浅灰、褐灰凝灰质千枚岩、石英角斑岩类、细碧角斑岩夹硅质岩、大理岩透镜体，产三叶虫及微古植物，厚1810m(杨雨等，1997)。矿赋存于石英角斑凝灰岩中，上、下盘岩石分别为硅质千枚岩、石英钠长斑岩。其矿床成因宋叔和（1982）的观点是，系石英钠长斑岩分异最后期的含多金属、富氯化物和挥发分的
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