冀北围场地区萤石矿地质特征及找矿方向浅析

　　冀北围场地区萤石矿地质特征及找矿方向浅析

　　    萤石是重要的含氟工业矿物，不仅广泛用于冶金、化工、航空、精密仪器等工业部门，而且是原子能、火箭、宇航、新能源、新材料等尖端领域重要高能材料，因此大多数发达国家已把萤石矿产列入重要战略资源。萤石也是我国的优势矿种，主要分布于浙江、内蒙古、湖南、江西、福建、河南等省，其中冀北围场地区萤石成矿地质条件优越，经过多年来的勘查工作，在该地区已发现大、中、小型萤石矿床40余处。典型萤石矿床有托果奈萤石矿床、北沟萤石矿床、前道萤石矿床、叉素沟萤石矿床、招素沟萤石矿床、大桦头萤石矿床、大唤起萤石矿床、砬子沟萤石矿床、小东沟萤石矿床等。近年来，随着我国氟化工业的快速发展及萤石应用领域的不断扩展，对萤石矿产的需求呈现快速增长的态势，因此开展萤石矿的找矿及成矿规律研究工作具有十分重要的现实及科学意义。本文以冀北围场地区典型萤石矿床为例，总结分析该地区萤石矿床成矿规律及找矿方向，为丰富该地区萤石成矿理论及区域找矿提供依据。

　　    1.成矿地质背景

　　    研究区大地构造位置属于中朝准地台(I2)内蒙地轴(II21)围场拱断束(Ⅲ23)上黄旗岩浆岩带(Ⅳ25)、半截塔中断凹(Ⅳ26)、中三营中断凹(Ⅳ27)，属于冀北—辽西萤石矿成矿带。研究区内地层主要有侏罗系张家口组、义县组、大北沟组、土城子组、下花园组，二叠系三面井组。其中张家口组、义县组地层与萤石成矿最为紧密，是多数萤石矿的赋矿围岩。研究区域内构造发育，主要有近EW向康保—围场深大断裂，NE向上黄旗—乌龙沟断裂，NEE向丰宁—隆化断裂，以及上述深大断裂相关的次级断裂构造，不同时期、不同方向、不同性质的断层复合在一起形成放射状和似环状的断裂构造体系，称为围场环状构造。环状构造不仅控制着区内岩浆岩的分布，同时也为区内萤石矿的形成创造了有利的空间。研究区内岩浆活动强烈，岩浆岩大面积出露于研究区中南部，自古元古代、晚古生代到中生代、新生代均有发育，其中以中生代岩浆侵入活动最为强烈，出露规模最大，早白垩世岩浆侵入活动达到了顶峰，晚古生代次之，古元古代岩浆岩已经变质成为变质深成岩。侵入岩以中深成酸性、中酸性岩为主，其次为浅成—超浅成酸性、亚碱性侵入岩，主要岩性为早白垩世碱性石英正长岩、中侏罗世正长花岗岩、中侏罗世二长花岗岩、早侏罗世石英二长岩。综合以往研究成果显示燕山期中酸性花岗岩与萤石矿的形成息息相关，对萤石矿床的形成起到了关键性作用。

　　    2.典型矿床特征

　　    研究区属于冀北—辽西萤石矿成矿带，萤石矿资源丰富，矿床均为热液充填型。已查明的中小型萤石矿床（点）几十处，矿体主要产于侏罗系张家口组地层、义县组地层、燕山期中酸性侵入岩内。矿体多呈脉状，少量呈似层状和豆荚状，受断裂构造破碎带控制。矿体走向以NE、NNE向为主，少量NW向，矿体产状与控矿断裂产状一致，倾角一般较陡，多在50°以上。本文重点以托果奈、北沟萤石矿为例介绍冀北围场地区萤石矿床地质特征、成矿规律及找矿方向。

　　    2.1 托果奈萤石矿

　　    2.1.1 矿区地质特征

　　    矿区地层主要有中生界下侏罗统义县组(J1y)及新生界第四系全新统(Q4)。义县组(J1y)出露于矿区中南部，为一套酸性火山碎屑岩，岩性为灰紫—粉红色流纹质岩屑晶屑玻屑凝灰岩，岩石由岩屑、晶屑、塑性玻屑、火山灰组成。第四系全新统(Q4)主要分布在矿区北部和西南部的沟谷的两侧，由第四系砂土、亚粘土组成的残坡积。

　　    矿区发育NE向Fl断裂构造，分布在矿区中北部，地表延长近700m，宽度0.6～2.Om，倾向NW、倾角75°，局部存在反倾；该组断裂控矿作用显著，断裂内部及两侧发育硅化、萤石矿化，是矿区重要的找矿标志。矿区内未见岩浆岩出露，仅在矿区北部外围见安山岩脉。

　　    2.1.2 矿体特征

　　矿区内共有6条矿体，均产出于萤石矿化带，其中I号矿体规模最大，占全部工业矿体矿石量63%。位于07～04勘探线之间，矿体控制长度约290.Om，控制标高960.0～1130.Om，控制最大斜深178.Om左右。走向NE，倾向NW，倾角80°左右，矿体厚度6.13～12.30m，平均厚度7.24m。矿体产出于流纹质凝灰岩中，蚀变主要为硅化、萤石矿化、高岭土化、绿泥石化。

　　    2.1.3 矿石特征

　　    矿石自然类型为石英—萤石型，矿物组成较简单，矿石矿物为萤石，脉石矿物以石英为主，偶见玉髓。萤石为半自形—他形粒状结构；石英呈细脉状—网状分布。矿石颜色呈绿色、紫色、灰白色。矿石结构为半自形—他形粒状结构，条带状构造、角砾状构造。矿石化学成分较简单，主要由CaF2、Si02组成。矿石单样CaF2含量37.17%～51.90%，矿床CaF2平均含量47.47%；矿石伴生有害组分S、P、CaC03含量均低于规范下限值，矿石质量较好，对选矿无影响。

　　    2.2 北沟萤石矿

　　    2.2.1 矿区地质特征

　　矿区地层主要有中生界下侏罗统义县组(J1y)及新生界第四系全新统(Q4)。义县组(J1y)为一套酸性火山碎屑岩，主要岩性为流纹质岩屑晶屑凝灰岩，厚度90.O～380.Om，矿体即赋存在该组地层的断裂构造Fl内；第四系全新统(Q)主要分布在矿区西南部地区，由洪冲积、残坡积粘土、砂及砾石组成。矿区内发育有近SN向断裂构造Fl，为正断层，走向长度710m，断层破碎带宽0.8～1.50m，倾向正西、倾角77°～85°，破碎带两侧可见挤压片理化现象，带内均有不同程度的萤石矿化和硅化现象，I号矿体赋存其中，为主要控矿构造。区内岩浆岩主要为安山质凝灰熔岩。在Fl构造破碎带及萤石矿脉的两侧发育有宽度1.0～2.Om不等的围岩蚀变，蚀变以硅化为主，萤石化、高岭土化次之。

　　    2.2.2 矿体特征

　　矿区内圈定1条工业矿体（I号矿体），分布在采区中部，呈脉状产出，矿体长571.Om，厚度0.85～1.10m，平均厚度1.02m；走向正北，倾向正西，倾角83°；出露标高1276.0～1236.Om，赋存标高1275.6～1107.7m。

　　    2.2.3 矿石特征

　　矿石呈绿色、淡绿色、白色、灰白色，半自形—他型粒状结构及自形—半自形粒状结构，块状构造。矿石矿钧为萤石，脉石矿物为石英、方解石、长石，少量黑云母。矿石化学成分主要为CaF2，矿石CaF2含量24.47%～88.09%，矿床CaF2平均含量46.83%。矿石CaF2含量与Si02的含量变化呈此消彼长关系，Si02、S、P等伴生有害元素含量均低于规范下限值，矿石质量较好。矿石自然类型为石英—萤石型。

　　    3.物探高密度电阻率剖面特征

　　高密度电阻率剖面测量不仅在隐伏活动断层探测方面具有很好的效果，同时在探寻与构造断裂有关的矿床时也得到的广泛的应用。近年来，部分学者通过综合物探手段在冀北地区寻找萤石矿方面取得了一定的成果。通过对前人工作方法系统分析并结合本研究区的实际地质情况，在托果奈矿区开展了高密度电阻率法剖面测量，共采集物性标62块岩（矿）石标本，统计结果表明，矿区围岩及侏罗系火山岩地层表现为中低阻特征，萤石矿体表现为中高阻特征。此外，含围岩角砾的矿（化）体电阻率相对较低，含硅化的矿（化）体电阻率相对高，裂隙发育情况下，电阻率偏低。电阻率因岩石结构、构造以及含水量的不同出现较大变化。

　　    测量结果显示视电阻率值呈现东高西低，西侧视电阻率值介于50～400Ω·m，东侧视电阻率值多在500～lOOOΩ·m，结合电性参数特征，推测是由断层Fl两盘第四系沉积物覆盖厚度不一而引起的。电阻率值普遍较高值的位置推测是由致密流纹质岩屑晶屑玻屑凝灰岩或硅化引起，视电阻率呈梯度带特征位置推测是由断裂构造引起，即Fl断层。该断层倾向北西，倾角约75°，深部延伸较大，约至标高850.Om，后期经钻孔ZK0301验证，在孔深约43.Om处发现构造破碎带，宽约36.Om，而该破碎带下盘为含矿段，厚约90.5m，位于推测断裂Fl两侧。由此可见，视电阻率梯度带所反应的构造破碎带下盘即是本矿区的主要含矿位置。

　　    4.成矿规律与找矿方向

　　    4.1 成矿地质条件

　　    (1)区域构造环境。

　　    冀北围场地区大地构造位置位于中朝准地台(I2)内蒙地轴(Ⅱ21)围场拱断束(Ⅲ23)上黄旗岩浆岩带(Ⅳ25)、半截塔中断凹(Ⅳ26)、中三营中断凹(Ⅳ27)，属于冀北—辽西萤石矿成矿带。该萤石成矿带内已发现大型萤石矿床1处，中小型萤石矿床几十处，均为热液充填型。自太古宙以来经历了迁西、阜平、双山子、吕梁、海西、印支与燕山运动等多期剧烈的地壳活动，主要概括为四个阶段：太古代—古元古代古老基底强烈运动，伴随着中酸性岩浆侵入及区域变质作用；晚古生代华力西期韧性剪切作用及强烈中酸性岩浆侵入；中生代陆内造山作用，发育印支—燕山晚期构造断裂及岩浆作用，其中印支期构造断裂多为EW向，燕山期多为NE-NNE向；新生代以地壳伸展为主导，多为NE-NNE向正断层及NW向张扭性断层。多期次的构造岩浆活动为成矿物质的活化、迁移、聚集成矿提供了有利条件。

　　    (2)地层条件。

　　    研究区内与成矿关系密切的地层为张家口组及义县组，为一套早白垩世火山岩—沉积岩系列，上部以中基性火山岩（安山岩、玄武岩等）为主，夹厚度不等的沉积岩；下部以酸性火山岩为主，夹中性火山岩及少量沉积岩层。由此推断，在该区张家口组、义县组及北沟组地层内与构造断裂相关的蚀变矿化是寻找萤石矿的良好靶区。

　　    (3)构造条件。

　　    研究区域内构造发育，主要有近EW向康保—围场深大断裂，NE向上黄旗—乌龙沟断裂，NEE向丰宁—隆化断裂，以及上述深大断裂相关的次级断裂构造。不同时期、不同方向、不同性质的断层复合在一起形成放射状和似环状的断裂构造体系，不仅控制着区内岩浆岩的侵入，同时也控制区域内各类金属、非金属矿产的分布。通过野外调查发现，区内萤石矿床均位于断裂构造内或附近，呈现出NE-NNE向的展布特征。矿体的形态也受到断裂的控制。由此可以初步确定，断裂构造对萤石矿床的形成起到了重要作用。

　　    (4)岩浆岩条件。

　　    研究区内岩浆活动频繁，主要发育早白垩世碱性石英正长岩、中侏罗世正长花岗岩、中侏罗世二长花岗岩、早侏罗世石英二长岩。该地区中生代陆内造山期间发生了多期强烈的火山喷发形成遍及全区的中酸性火山岩、次火山岩、火山碎屑岩；区内火山机构发育，在围场地区晚侏罗世和早白垩世火山喷发形成的部分火山机构具有良好的矿化显示。菊花沟破火山口位于四合永南侧，是晚侏罗世张家口组酸性火山喷发的产物。外围发育石英斑岩，内部发育英云岩、火山角砾岩及环状断层、放射状断层；火山机构对热液蚀变和矿化具有显著控制作用，热液蚀变包括云英岩化、硅化、黄铁矿化和碳酸盐化，大桦头萤石矿即产于火山喷发形成的次级断裂与区域上NE向断裂的交汇部位。由此可以推断，中侏罗世—早白垩世岩浆侵入活动与同期的火山喷发活动为萤石矿的形成提供了热液、矿质来源。

　　    (5)矿体产出条件。

　　    研究矿区萤石矿体呈脉状、似层状、豆荚状产于张家口组及义县组地层、次火山岩构造断裂中，矿体在空间上严格受到断裂构造控制；矿石具有半自形—自形粒状结构，条带状、块状及角砾状构造，围岩蚀变主要为硅化、碳酸盐化、高岭土化、萤石化，次为绿泥石化绢云母化，其中地表硅化、萤石化是良好的找矿标志。

　　    4.2 成矿物质来源

　　    由于Ca2+的离子半径与稀土元素，特别是中稀土元素很相近，因此它们具有相似的化学性质。REE3+常与Ca2+共同沉淀，而萤石又是稀土的重要携带者之一，因此萤石中的稀土元素特征，完全可以代表结晶时流体分组特征，通过萤石及围岩稀土元素分析，对解释成矿物质来源及矿床成因就有重要意义。通过对区域内招素沟萤石矿床、砬子沟萤石矿床围岩及萤石微量元素分析可知，萤石中的Sr含量大于地壳平均值，鉴于Sr、Ca具有相似的地球化学性质，推测萤石中的Sr可能来自流体对围岩的萃取或流体自身具有高Sr特征。矿石稀土元素显示轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，具有热液型萤石矿特征；围岩稀土元素显示与矿石相似特征，推测二者具有一定的亲缘关系。流体包裹体显微测温显示，招素沟萤石矿包裹体均一温度主要集中在180～220℃，盐度主要集中在1.5%～2.0%，流体包裹体密度为0.63～0.89g/cm3，总体是一种较均一的中低温、低盐度、低密度的流体。

　　    4.3 成矿模式探讨

　　    研究区经历了多期构造岩浆活动，在燕山期达到了顶峰，燕山期侵入岩与同期的张家口组及义县组火山岩、次火山岩紧密联系，为成矿提供了热动力、矿质来源；同时该区域形成的NE-NNE向构造岩浆格架，为成矿物质的迁移、聚集沉淀提供了良好空间；岩浆作用晚期大气降水沿着断裂构造下渗到一定深度后被加热，导致与近地表水形成对流循环，此过程发生一系列的水岩反应，活化萃取围岩中的Ca和F元素，随着时间推移逐渐形成含矿热液，当此循环系统遇到近地表半开放系统时发生沉淀；加之萤石矿体形态多为脉状，且围岩蚀变发育，主要为硅化、萤石矿化、高岭土化、绿泥石化；矿石包裹体均一温度180～220℃，推测属中低温热液充填型矿床。

　　     4.4 找矿方向

　　    (1)根据区域成矿地规律分析认为，在燕山期中酸性火山碎屑、次火山岩及同期伴生构造位置有利于萤石矿床的形成。

　　    (2)区域内火山喷发形成的环形次级断裂构造与区域内主要断裂交汇部位是萤石矿床形成的有利位置。

　　    (3)通过高密度电阻率剖面法对托果奈萤石床Fl断裂测量可知，视电阻率梯度带位置即中低阻梯度带异常位置是该区域寻找与断裂构造有关萤石矿床的最佳位置。

　　    5.结论

　　    (1)冀北围场位于冀北—辽西萤石矿成矿带内，区内萤石矿床严格受断裂构造控制，多期次的构造岩浆活动为成矿物质的活化、迁移富集成矿提供了良好的时空环境。

　　    (2)冀北围场地区燕山期侵入岩与同期的张家口组及义县组火山岩、次火山岩广泛出露，为成矿提供了热动力和矿源层，随着时间推移受到水岩作用的影响，含矿热液在构造有利位置沉淀成矿，形成热液充填型萤石矿床。

　　    (3)冀北围场地区萤石成矿条件优越，应在燕山期中酸性火山碎屑、次火山岩及同期伴生构造位置、火山喷发形成的环形次级断裂构造与区域内主要断裂交汇部位、视电阻率测量中低阻梯度带异常位置重点开展找矿工作。   

　　                                            摘自：《中国非金属矿工业导刊》2023年第1期