Question

重晶石矿床地质

Answer 1

一、成矿地质条件

重晶石是钡的硫酸盐，钡元素在地壳中的丰度值为390 ×10^-6（黎彤，1976）。在岩浆作用阶段，钡的富集程度很低，在岩浆岩中，钡的平均含量为0.09%。只是在岩浆分异的晚期阶段，由于Ba²⁺与K^＋的离子半径相近，负电性相近，Ba—O 与K—O键力类似，它们易于产生类质同像，因而钡在富钾造岩矿物黑云母、钾长石中含量较高。但在岩浆岩中未发现钡的独立矿物，更不能形成钡矿床。

在热液阶段，热液可从富钾造岩矿物的围岩中获取钡，岩浆期后热液中的钡可呈卤化物搬运，在热液脉中富集形成重晶石等独立钡矿物。因此，重晶石作为常见的脉石矿物，广泛见于多种金属热液矿床中。钡矿物的大量聚集，是在氧化－还原电位较高而温度不太高的环境中，形成硫酸钡和碳酸钡的工业性堆积。多数重晶石矿床属于中—低温热液矿床。成矿地质条件与多金属矿床十分相似，重晶石常常作为多金属矿石的副产品开采。热液成因的重晶石矿床，其围岩可以是酸性和碱性侵入岩、火山岩，以及其他硅酸盐岩石。矿体有交代成因的，也有充填结晶的矿脉。美国学者认为这种类型的重晶石，是含BaCl₂和BaS的热液与含

的渗流水作用而形成的。重晶石矿床的围岩也可以是石灰岩，如四川酉阳一带的重晶石－萤石矿床。这是因为Ba易于被含F的气体和溶液转移，在有利场所聚集而形成重晶石矿脉。也有产于碳酸盐岩区层控铅锌矿床中共生的重晶石－萤石矿床。

在表生作用阶段，钾长石、黑云母等含钡矿物易于风化、分解，使钡能很快参加表生循环作用，呈可溶性的钡重碳酸盐或氯化物、硫酸盐形式被搬运。BaSO₄的溶解度很低，但当水体中有K、Mg等电解质存在时，可大大提高溶解度。含有BaSO₄的水体被蒸发，或者受到石灰岩的中和作用，尤其是在水体中

浓度增加时，可促使BaSO₄发生沉淀。因此沉积重晶石，常赋存在沿岸带的碎屑及泥质物或硅质沉积物中。近年来，在国内外发现了不少大型沉积成因的重晶石矿床。例如，在一些地区的暗色硅质岩层中，常有巨大的、有臭味的黑色重晶石矿层。有时因其与暗色的不纯灰岩相似而被忽视。因此，在富含硫酸盐的古代和现代湖泊、沼泽及海盆地区，都有可能找到沉积型重晶石矿床。

深海粘土中也可富集重晶石。深循环的加热海水，可以从下伏洋壳淋滤金属和钡，以氯化物形式搬运，在含矿质的热海水对流系统相对较差的环境中发生沉淀。

在意大利Rome省的第四纪碱性火山岩区火山中心间的大盆地中，发育有来自火山岩的河湖沉积。其中，重晶石、方解石及很细粒的萤石，在某些层位的含量可高达60%。

对不同成因的重晶石矿床研究表明，重晶石矿床的成矿温度区间一般介于73 ～273℃，成矿压力为（100～200）×10⁵Pa，氧化－还原电位较高，pH 为弱酸性—中性（表10-3）。

表10-3 重晶石（金岩样）E_h、pH测定值

（据李文炎等，1991）

二、矿床主要成因类型及地质特征

重晶石作为常见的脉石矿物，广泛见于多种金属热液矿床中。钡矿物的大量聚集，是在氧化－还原电位较高而温度不太高的环境中，形成硫酸钡和碳酸钡的堆积。多数重晶石矿床属于中—低温热液矿床。在表生作用阶段，含有BaSO₄的水体被蒸发，或者受到石灰岩的中和作用，可促使BaSO₄发生沉淀，形成沉积型的重晶石矿床。目前已知重晶石矿床的成因有三种类型，即热液型矿床、沉积型矿床和残积型矿床，均具有工业意义。

1.热液型重晶石矿床

这是分布最广的矿床类型，规模大小不等。矿体多呈脉状，产于各种围岩中，但多数大型矿床均产于硅酸岩中，矿体成群成带出现，其形态受断裂控制，呈简单的单脉、复杂的复脉和透镜体，有分支复合、尖灭再现现象；长数十米到2000余米，延深数十米到数百米，厚度一般数米。围岩蚀变不强烈，或者不明显，常见者有高岭石化（多见于火山岩系内）和硅化（多见于石灰岩内）。矿脉产状受断裂构造控制，有时也产于层理裂隙及各种洞穴构造中。主要矿物为灰—白色重晶石、萤石、石英。有时金属硫化物含量很高，重晶石反被当做副产品开采。矿石一般呈致密块状，有时在晶洞中有板状重晶石晶簇。在矿床风化带中，可见到白色、半透明—透明的钟乳状、纤维状或致密状的次生重晶石集合体。矿石中矿物组分较简单，有五种组合形式：重晶石单矿物组成、石英－重晶石组合、萤石－重晶石组合、多金属硫化物－重晶石组合、毒重石－斜钡钙石－重晶石组合。常有类质同像的锶元素存在，有时有铅、锌、铜、黄铁矿、萤石、毒重石等矿产共（伴）生。矿床规模一般是中、小型，也有较大工业价值的重晶石矿床，如广西象州潘村重晶石矿床、山东郯城房庄重晶石矿床。

这类矿床是含矿的中低温热液在有利的构造裂隙中充填结晶而成。一般以低温热液矿床的矿石质量较好。矿床多分布在构造－岩浆活动带的外带，主要受断裂构造控制。在热液型多金属成矿区，应注意作为共生矿种的重晶石的综合评价。

矿床实例：广西象州重晶石矿田

矿田位于广西象州东北约35km 处，包括潘村、寺村、龙保、普和等几个大型重晶石矿床。象州矿田含矿岩系为泥盆系，以角度不整合覆于寒武系水口群浅变质碎屑岩系之上。泥盆系下统下部为红色砂砾岩，上部那高岭组、四排组、郁江组为海相细碎屑岩与台地碳酸盐岩。中统应堂组、东岗岭组为台地碳酸盐岩与碎屑岩互层。上统是南丹型盆地相榴江组，为硅质岩、条带状灰层。泥盆系厚度为2500m 左右。象州大乐之东区域性的雷山－通挽断裂控制了区域岩相的分界。断裂之东上泥盆统为台地相，断裂之西上泥盆统为盆地相，与象州西部来宾洪江的上泥盆统组成统一的断陷盆地。矿脉较集中产于下泥盆统上部的四排组和郁江组中，岩性主要为灰岩、泥灰岩夹泥岩和泥岩夹灰岩。矿田中大部分矿床属脉型重晶石矿床，亦形成有堆积型重晶石矿床。

潘村矿区内矿体受北西向和南北向两组断裂控制，北西向断裂走向313°～355°，倾向北东，倾角52°～85°；南北向断裂走向350°～360°，倾向东，倾角70°～80°（图10-1）。

区内重晶石脉80余条，矿脉产状与断层产状基本一致。重晶石脉出露长30～1700m，厚1～10m，延探50～60m。矿脉围岩为灰岩、泥岩及泥质灰岩等。围岩蚀变有硅化、重晶石化、方解石化和角砾岩化等。重晶石化与硅化关系密切。重晶石与石英、方解石共生。矿脉厚度地表较大，向深部有变小的趋势；重晶石品位地表较富.BaSO₄平均83.58%，向深部趋贫，BaSO₄平均64.12%。

重晶石富矿石多为重晶石单矿物类型矿石，柱板状结构，块状构造，晶体粗大，重晶石含量85%～95%。贫矿石多属石英－重晶石型，粒状结构，角砾状构造，重晶石含量50%～60%，此类矿石经风化堆积可相对富集，手选后可达到高品位富矿石。为中—低温热液矿床。

图10-1 广西象州县潘村重晶石矿区7线剖面图

（据汤继新等，1983)

1—硅化破碎带；2—重晶石矿脉；3—BaSO₄(%)/厚度（m)

2.沉积型重晶石矿床

矿体呈层状、似层状、透镜状产出；重晶石以主要矿物或胶结物形式存在于湖相或海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。矿体中心部位硫酸钡含量高，边部含量低；产状和围岩一致，围岩通常为黑色页岩。重晶石与FeS₂等硫化物共生，因此，矿石一般为暗色—黑色带有硫化氟臭味的重晶石细粒集合体。矿石中矿物组分简单，有四种组合形式：重晶石单矿物组成、石英－重晶石组合、方解石－石英－重晶石组合、毒重石－斜钡钙石－重晶石组合。成矿后的变质作用常使矿石重结晶，矿物粒度增大。矿床规模一般大、中型，是最有工业价值的重晶石矿床，如陕西安康石梯、湖南新晃贡溪、贵州天柱大河边、镇宁乐纪、湖北柳林、安徽东至、浙江富阳、广西三江重晶石矿床。

德国的麦根矿床赋存于砂、页岩和石灰岩之间，厚6m，矿石中共生矿物有黄铁矿及沥青质。矿床的形成是在还原条件的水盆地中进行的，这种水盆地中富含H₂S（有人认为H₂S来自水下喷气和热泉）。当水溶液中含有Fe和Ba时，在水盆中心沉积大量黄铁矿，有时共生闪锌矿。水盆地边部因游离氧较多，H₂S被氧化成H₂SO₄，生成重晶石沉积物（图10-2）。

图10-2 沉积型重晶石矿床沉积环境示意图

1—砂页岩；2—黄铁矿；3—重晶石（矿体）；4—灰岩

近年来通过对贵州天柱、玉屏及湘西新晃贡溪等重晶石矿床的研究，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；重晶石矿石中有机质碳含量较低，具有原生残留有机质的明显特征；与同期的海相碳酸盐⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值（约为0.7090）相比较，重晶石矿床的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr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⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的锶加入。从而提出了下寒武统重晶石矿床为热水沉积的观点，并总结提出了陆坡带上与沉积作用有关的（贡溪式）重晶石矿床模式（图10-3）。

图10-3 陆坡带上与沉积作用有关的（贡溪式）重晶石矿床模式图

（据车勤建，1995)

1—下寒武统牛蹄塘组下段；2—下寒武统牛蹄塘组中段；3—震旦系；4—含硅质钙质磷块岩；5—沉凝灰岩；6—炭质页岩；7—粉砂岩；8—重晶石矿体；9—海底火山；10—含矿（Ba）热卤水；11—深大断裂及同沉积断裂

贡溪式重晶石矿床模式：

（1）成矿构造背景

该类型矿床主要分布在湖南新晃－贵州天柱地区。该区新元古宙处于古陆边缘并发生由西南向东北方向的海侵。雪峰运动后，该区处于相对稳定状态，发育了一套以硅质岩、白云岩、炭质页岩为主的沉积建造，并伴有相应的沉积成矿作用。

（2）产出地质环境

主要控矿构造 该区受北东向大断裂控制，在早寒武世，断裂的东盘发生沉陷，西盘继续上升，形成一边缘海盆。其陆坡地带的中下部发生了重晶石成矿作用，从而使该类型矿床沿着北东向继续分布。

含矿岩系特征 主要含矿岩系为下寒武统牛蹄塘组下段，为一套炭质页岩夹硅质岩、含钙质磷块岩、沉凝灰岩或凝灰质硅质岩、白云岩组合，属于陆坡－边缘海盆沉积。其Ba元素丰度值极高，是其他地层的数倍至数十倍。矿层顶底板与矿层稀土元素配分曲线和微量元素组合基本相似。

（3）矿床地质特征

矿体赋存于下寒武统牛蹄塘组下段，钙质磷块岩、沉凝灰岩之上，炭质页岩之下。矿层与地层产状一致，形态简单，产状稳定，以层状、似层状为主，局部为透镜状。一般长度为2000～3000m，最长者达20km以上，厚度一般为2～3m。矿石矿物主要为重晶石；脉石矿物主要有方解石、石英，其次有黄铁矿、胶磷矿和高岭石。微量及偶见矿物有绢云母、白云母、斜长石、磷灰石、绿泥石、黄铜矿等。矿石中有用组分有Mo,Ni,V, U, Y,Pt,Pd,Ag,Au,Sn等。矿石的结构主要有镶嵌粒状变晶结构，其次为花岗变晶结构、放射状结构。主要构造为致密块状和条纹状构造，其次为条带状、层纹状构造，还有少量的结核状、晶洞状、脉状、透镜状、片状、梳状、缝合线构造等。

（4）矿床模式描述

模式简要说明：晚震旦世留茶坡期大规模的海侵从南往北席卷湘西、黔东地区，沉积了一套以硅质岩为主的建造。早寒武世初期，海侵持续扩大，新晃、天柱地区全部沦为海盆边缘，并带来了丰富的成矿物质，在盆地边缘陆坡地带发生大规模的重晶石沉积成矿作用。尔后海盆处于半封闭状态，沉积了一套以炭质页岩为主的地层，对含矿层位起着覆盖与保护作用。

成矿时空演化及成矿主要机制：①物质来源：该区基底岩石Ba的平均含量是地壳丰度的17.7倍；重晶石矿层与底部钙质磷块岩之间有一层厚约1.0m 的沉凝灰岩或凝灰质硅质岩，其Ba平均含量是海水丰度的35倍，是震旦系上统富Ba岩石的1.69～5.76倍。因而基底岩石风化溶蚀、海底火山喷发是Ba的来源之一。②重晶石矿体中富含V,Mo, Ni及Au,Pt,Pd,Ag和稀土元素，是由水下含矿（Ba）热卤水沿深大断裂或火山喷发通道源源不断提供的。③重晶石矿石δ³⁴S值变化于33.04 ‰～37.98‰之间，平均为36.14‰，说明硫的来源既不是蒸发岩，也不是岩浆岩中的硫酸盐，而是与有机质、厌氧细菌、生物有关的硫，从而造成3S4的异常富集。④基底沉积物在成岩过程中，大量的Ba离子从硅胶团中解脱呈游离状态进入盆地，与水下含矿（Ba）热卤水带来的Ba汇聚一起，在适当的沉积环境（气候炎热干燥，处于氧化还原界面附近）和物理化学条件（E_h值小于0,pH 值近于8）下与丰富的硫酸根化合形成BaSO₄，并在一定的范围内快速堆积形成矿床。

（5）控矿因素及找矿标志

主要控矿因素：斜坡相沉积的含矿岩系，古构造、古地理环境和沉积相的变化部位。

找矿主要标志：①主要矿层产于下寒武统底部，具有广泛的区域性。②矿层顶、底板岩性主要有三种类型：顶、底板均为硅质岩类；顶板为结核状重晶石板状炭质页岩，底板为钙质磷块岩；顶板为硅质岩，底板为白云岩。③在矿层周围沟谷和河流中有重晶石重砂富集。④区域地层Ba元素丰度比地壳丰度高得多。

3.残积型重晶石矿床

矿体即为含重晶石的石灰岩和白云岩的风化壳。重晶石碎块和粘土相混杂，有少量燧石、石英及碳酸盐岩碎石。矿层厚度可达数米。矿床覆盖面积及矿石的质量，受原生矿脉的分布情况及矿物组合控制。美国密苏里州的这类矿床是典型实例。

该类矿床主要产于我国南方原生重晶石矿床附近的第四纪残坡积层中。矿体形态受原生矿和地形控制，呈复杂的扁豆状、透镜状；面积数千到数十万平方米，厚度数十厘米到3m；埋深数十厘米到2m；产状与围岩不一致。矿石中以重晶石、围岩碎屑、粘土为主，石英、方解石少量。矿床规模一般是小型，偶见中型，是有一定工业价值的矿床，如广西象州寺村重晶石矿床、海南儋州冰岭重晶石矿床。

三、资源分布及成矿规律

我国重晶石资源丰富，广泛分布于22个省（自治区、直辖市）（图10-4）。其中，储量以贵州最多，占全国总量的34.2%，其次是湖南（15.2%）、广西（10.6%）、甘肃（10.3%）、陕西（10.1%）、山东（5.9%）、福建（4.4%），以上7个省（自治区）储量合计占全国总储量的90.7%。截至2004年底，全国共查明资源储量的矿床103处，查明资源储量42597.14万t，居世界第一位。

图10-4 中国重晶石资源分布示意图

根据重晶石矿床的分布特点，我国可划分为8个成矿带（见表10-4）。

表10-4 我国重晶石矿床主要成矿带

我国主要的大型、特大型矿床常以单一的重晶石型为主要的矿石类型，属层状重晶石矿床，矿石具有明显的沉积构造和结构，矿物成分和化学成分比较简单，质纯。我国还有许多伴生重晶石矿床，虽然其没有单独开采或利用的价值，但可以综合利用或顺便开采，作为生产过程的副产品。例如，酒泉钢铁公司等单位已对甘肃镜铁山铁矿石中共生的重晶石做过选矿试验，开展综合利用研究。

我国的重晶石矿床在各个地质时代都有产出，主要集中在寒武纪、泥盆纪、奥陶纪和中生代的地层中。层状重晶石矿床主要集中于寒武系，其次是泥盆系，其中以下寒武统层状矿床总规模十分巨大。层状矿床与同沉积的活动性大断裂空间关系亦很明显，说明矿床与构造关系密切。脉状矿床多产在奥陶系、泥盆系和三叠系，充填于中－小型断裂、裂隙中，明显受构造控制。层状重晶石矿床主要产于构造活动褶皱带（区）和地台区的深水盆地中。脉状重晶石矿床主要产在地质构造较稳定的碳酸盐岩地台区的碳酸盐岩台地中。

重晶石矿床的含矿岩系也各有特色，层状矿床的含矿岩石为含有机质的碎屑岩、硅质岩，并具有眼球状构造；脉状重晶石矿床的围岩常为含燧石的碳酸盐岩与沉积初期的碎屑岩，普遍有明显的硅化蚀变。层状与脉状重晶石均与SiO₂有密切关系。