山西螢石礦產(chǎn)資源及典型礦床地質(zhì)特征

黃晉榮，程永萍

（山西省地質(zhì)調(diào)查院，太原 030006）

螢石又稱氟石，化學(xué)成分為CaF2，是一種鈣的天然鹵素化合物，是工業(yè)上氟元素的主要來源，也是世界上二十多種重要的非金屬礦物原料之一。

螢石的用途十分廣泛，主要用于冶金、化工、建材、輕工、光學(xué)、核工業(yè)等。螢石是氟化學(xué)工業(yè)的基本原料，以螢石為基礎(chǔ)原料發(fā)展起來的氟化工是一門新興產(chǎn)業(yè)，氟化工產(chǎn)品以其耐化學(xué)品、耐高低溫、耐老化、低摩擦、絕緣等優(yōu)異性能而廣泛應(yīng)用于軍工、化工、機(jī)械等領(lǐng)域，已成為化工行業(yè)中發(fā)展最快、最有前景的行業(yè)之一。我國已將氟化工業(yè)作為具有重大帶動(dòng)作用的先導(dǎo)性、戰(zhàn)略性行業(yè)，列入重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并將螢石列入國家戰(zhàn)略新興礦產(chǎn)調(diào)查礦種之一。

1 山西螢石礦產(chǎn)資源概況

我國螢石礦產(chǎn)資源比較豐富，探明資源量居世界前列，主要集中分布于東部沿海地區(qū)、華中地區(qū)和內(nèi)蒙古中東部，其礦床類型主要?jiǎng)潪闊嵋撼涮钚?、沉積改造型和伴生型[1-2]。

山西省螢石礦產(chǎn)地相對分布較少，全省現(xiàn)記錄發(fā)現(xiàn)螢石礦產(chǎn)點(diǎn)10 多處，其中具有工業(yè)利用價(jià)值的螢石礦產(chǎn)地僅1 處，即位于山西渾源縣董莊村螢石小型礦床；其余的均屬暫不具備工業(yè)價(jià)值的螢石礦（化）點(diǎn)，主要集中分布于山西呂梁市離石區(qū)紅砂疙咀、下羅卜村、砂坪、大疙瘩峁、腰莊上柳子掌和小神頭村一帶，另外零散分布于山西臨縣大肚山、介休冀家莊、靈石前進(jìn)溝、澤州河西村前打尖等地[3]。

山西螢石礦地質(zhì)工作程度較低，螢石礦產(chǎn)資源還不十分清楚，在全省已發(fā)現(xiàn)的10 多處螢石礦產(chǎn)點(diǎn)中，除山西渾源縣董莊螢石礦進(jìn)行過地質(zhì)普查工作并提交一定資源儲量外，其余的大部分只進(jìn)行過簡單的踏勘工作。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前有呂梁市離石區(qū)紅砂疙咀、下羅卜村、砂坪等螢石礦點(diǎn)二十世紀(jì)六七十年代踏勘檢查評價(jià)記錄，另外從“山西省地質(zhì)礦產(chǎn)資源”和“山西省非金屬礦產(chǎn)利用”查閱到零星資料，無系統(tǒng)的地質(zhì)資料。

山西渾源縣董莊螢石礦為山西典型螢石礦床代表。礦區(qū)地質(zhì)工作最早始于1958年，首先由山西雁北地質(zhì)隊(duì)進(jìn)行過礦點(diǎn)檢查；1961年再次進(jìn)行了地表踏勘工作，并根據(jù)螢石礦地表露頭粗略估算資源量和預(yù)測資源量；1988-1989年，山西地礦局217 地質(zhì)隊(duì)在董莊螢石礦區(qū)開展地質(zhì)普查工作，提交螢石礦產(chǎn)資源儲量CaF2共計(jì)18.12 萬t；2010年，山西地勘局217 地質(zhì)隊(duì)又對董莊螢石礦區(qū)進(jìn)行了螢石礦產(chǎn)資源儲量核查[4-5]。到目前為止，董莊螢石礦是山西僅有提交被認(rèn)定的螢石礦產(chǎn)資源儲量。因此，山西省現(xiàn)有的螢石礦產(chǎn)資源遠(yuǎn)不能滿足本省各種工業(yè)需求，絕大部分需要從外地（內(nèi)蒙古、河南、浙江、福建等地）購買來實(shí)現(xiàn)，成本相對較高。

2 董莊螢石礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)背景

山西渾源董莊螢石礦區(qū)地處恒山東段，為山西斷?。á颍┖脱嗌匠两祹Вá颍﹥蓚€(gè)Ⅱ級構(gòu)造單元接壤地帶。區(qū)內(nèi)出露地層主要為中太古界恒山群黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖、黑云角閃片麻巖等變質(zhì)巖系。礦區(qū)巖漿巖種類分布較多，主要有中生代燕山期石英斑巖、斑狀細(xì)粒花崗巖，古元古代呂梁期輝長-輝綠巖，以及少量新太古代五臺期斜長角閃巖等巖脈；與該區(qū)螢石成礦關(guān)系密切的巖漿巖主要為石英斑巖，其形態(tài)較為復(fù)雜，多以巖脈及巖墻、巖床產(chǎn)出，呈NW-SE 走向，傾向NE，傾角較陡，多為70°～80°，走向延長一般為幾十米到幾百米，個(gè)別長達(dá)千米。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形式主要表現(xiàn)為NW-SE 走向的張-張扭性斷裂（帶），長達(dá)30 km，寬數(shù)米至數(shù)十米，縱貫礦區(qū)南北，控制著區(qū)內(nèi)石英斑巖脈和螢石礦脈的走向和分布，如圖1所示。

圖1 山西渾源董莊螢石礦區(qū)地質(zhì)簡圖

2.2 礦床地質(zhì)特征

2.2.1 礦體形態(tài)、產(chǎn)狀及規(guī)模

礦體產(chǎn)于礦區(qū)內(nèi)燕山期石英斑巖或賦存于中太古界恒山群黑云斜長片麻巖硅化斷裂破碎帶中，嚴(yán)格受NW-SE 走向的張-張扭性斷裂（帶）控制。已發(fā)現(xiàn)螢石礦（化）體12 條，其中達(dá)到工業(yè)利用價(jià)值的主要有7 條，主要分布于礦區(qū)3 個(gè)含礦段。

南礦段（Ⅰ）主要包括①、②、④號礦體，分布于礦區(qū)東南部，為礦區(qū)主要含礦段。①號礦體為礦區(qū)最大礦體，控制延長365 m，厚度0.95～4.27 m，平均2.73 m；礦石儲量占64.57%。礦體呈單脈-復(fù)脈狀、透鏡體狀，走向330°～340°，傾向東，傾角65°～75°，局部近直立。有用組分CaF2平均含量53.20%～59.56%。

中礦段（Ⅱ）主要包括③、⑤號礦體，分布于礦區(qū)中西部。③號礦體也為礦區(qū)較重要的礦體之一。礦體形狀及產(chǎn)狀類同于①號礦體。有用組分CaF2含量24.46%～63.90%。

北礦段（Ⅲ）：主要包括⑥、⑦號礦體，分布于礦區(qū)西北端。礦體規(guī)模相對較小。礦體多呈復(fù)脈狀、有分支現(xiàn)象。有用組分CaF2平均含量61.63%。

礦體圍巖頂、底板主要為硅化石英斑巖、硅化斑狀細(xì)?；◢弾r以及硅化黑云斜長片麻巖，一般靠近礦體硅化逐漸增強(qiáng)。

2.2.2 礦石類型、組分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石礦物組合簡單，主要為螢石、石英，前者為有用礦石礦物，后者為脈石礦物；根據(jù)礦物組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物成分特點(diǎn)，將礦石自然類型主要分為3 種。

一是螢石型。螢石占95%以上，CaF2含量＞65%，屬富礦型，1 號礦體中出現(xiàn)較多。二是石英-螢石型。硅質(zhì)成分增多，但仍以螢石為主，螢石占50%～70%，脈石石英30%，CaF2含量多在30%～50%，屬貧礦型，為本區(qū)主要礦石類型。

螢石-石英型：硅質(zhì)成分占多數(shù)，螢石僅占20%～30%，脈石石英在60%以上，CaF2含量僅15%～30%，礦石質(zhì)量較差，一般只構(gòu)成表外礦。

礦石類型空間分布上沒有一定規(guī)律性，彼此劃分界線不明顯，多呈漸變過渡關(guān)系。另外，礦石作為冶金、化工、建材工業(yè)用料，有害成分未超出允許范圍，其化學(xué)組分特征如表1所示[5-6]。

表1 螢石礦組合分析結(jié)果

礦石結(jié)構(gòu)主要為細(xì)-粗晶它形粒狀結(jié)構(gòu)，少量為自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造和條帶狀構(gòu)造等。

2.2.3 圍巖蝕變及找礦標(biāo)志

圍巖蝕變除螢石礦化以外，以硅化最為強(qiáng)烈，其次有絹云母化、鈉長石化、綠泥石化、高嶺土化和碳酸鹽化，其中硅化與螢石礦化關(guān)系最為密切，是找礦的重要標(biāo)志。一般情況下，在礦體貧化尖滅處或礦體出露或接近地表時(shí)，遭受強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕作用，使相對易剝蝕的螢石組分流失，留下難剝蝕的硅質(zhì)組分，常形成堅(jiān)硬的硅質(zhì)巖、硅化角礫巖等“硅帽”。

2.3 礦床成因

山西渾源董莊螢石礦床在成因上主要與礦化圍巖（提供礦質(zhì)來源）、成礦構(gòu)造（提供成礦空間）、巖漿熱液（提供流體交代）“三位一體”成礦要素密切相關(guān)。

2.3.1 礦化圍巖

董莊螢石礦體主要以充填脈狀形式產(chǎn)于石英斑巖和黑云斜長片麻巖中，并主要在其接觸帶富集。其礦質(zhì)成分Ca、F、Si 等主要來自圍巖-黑云斜長片麻巖和石英斑巖，據(jù)化學(xué)分析測試資料統(tǒng)計(jì)，黑云斜長片麻巖CaO 含量最高可達(dá)9.57%，平均為6.17%；SiO2含量平均為75.95%。石英斑巖CaO 平均為0.32%，SiO2平均為75.95%。因此，變質(zhì)巖地層和侵入巖體含有較多、較廣泛的CaO、SiO2，可作為取之不盡的礦質(zhì)來源，另一礦質(zhì)成分F則主要來源于侵入巖。

2.3.2 成礦構(gòu)造

礦區(qū)螢石礦體嚴(yán)格受NW-SE 走向的張-張扭性斷裂破碎帶控制。主礦體主要賦存于石英斑巖中的斷裂帶中，次要礦體則主要產(chǎn)于石英斑巖與片麻巖中的壓扭、張扭斷裂中。這些斷裂破碎帶既是成礦作用良好的熱液通道（導(dǎo)礦構(gòu)造），也是有利的礦物質(zhì)存儲空間（儲礦構(gòu)造）。

2.3.3 巖漿熱液

螢石礦主要成分為CaF2，其Ca質(zhì)成分主要來自圍巖-片麻巖中，并通過巖漿熱液蝕變活化轉(zhuǎn)移而來；而F 成分則主要來自巖漿侵入巖（石英斑巖），并通過巖漿分異作用形成[5-7]。其成礦過程可用化學(xué)反應(yīng)式簡略表示。

氟（F）主要來源：2H2O+2F2[含氟熱液]→4HF[氫氟酸]+O2↑。

外接觸帶鈣（Ca）質(zhì)來源于圍巖（黑云斜長片麻巖及石英斑巖）。

內(nèi)接觸帶鈣（Ca）質(zhì)來源于：a（Na、Ca）AlSi3O8[酸性斜長石]+bk2O+cH2O →dKAlSi3O10（OH）2[絹云母]+eCa2+[鈣析出]+fSiO2[硅質(zhì)遷出]+gNa2O+hCa2+[鈣析出]+2HF[氫氟酸]→nCaF2[螢石]+H2↑。

2.3.4 成礦模式

董莊螢石礦圍巖主要為石英斑巖、黑云斜長片麻巖或硅化的黑云斜長片麻巖，礦體多富集于石英斑巖及其接觸帶中。受區(qū)域性的NW-SE 走向的張扭性斷裂（帶）或次一級的斷裂控制影響，大量的酸性巖漿巖（石英斑巖）沿?cái)嗔褞Х植?，為螢石礦的形成提供了物質(zhì)來源和氣熱液的通道，氟主要來源于燕山期石英斑巖及其伴生的高溫階段形成的螢石、磷灰石等含氟副礦物的再溶濾，產(chǎn)于石英斑巖體內(nèi)接觸帶螢石礦的鈣質(zhì)主要來源于近礦圍巖黑云斜長片麻巖中的斜長石絹云母化析鈣蝕變，產(chǎn)于巖體外接觸帶螢石礦的鈣質(zhì)來源于對鈣質(zhì)圍巖的萃取，如圖2所示。

圖2 董莊螢石礦典型礦床成礦模式

我國現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的螢石礦床，其成因類型以巖漿熱液充填型居多，并且成礦溫度大多低于300℃。國內(nèi)東南沿海地區(qū)螢石礦主產(chǎn)區(qū)礦床研究資料顯示，利用礦物母液包裹體測定成礦溫度，得出螢石礦床成礦溫度主要集中在80～240℃，多屬于中-低溫?zé)嵋旱V床。山西渾源董莊螢石礦床與此相比具有可類比性，因此礦床成因類型為較典型的硅酸鹽中的中-低溫?zé)嵋撼涮钚兔}狀礦床。另外，分布于山西呂梁市離石區(qū)等地的螢石礦產(chǎn)點(diǎn)，其成礦模式類似于渾源董莊螢石典型礦床特征，成礦類型也屬熱液充填型，只是在巖漿、構(gòu)造活動(dòng)形式以及成礦時(shí)代等方面有所不同。

3 結(jié)語

山西巖漿熱液充填型螢石礦床在成礦位置上往往處于構(gòu)造和巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈地帶，在成礦模式上具有許多共同或類同的地質(zhì)特征。一是圍巖：具有含一定鈣（Ca）質(zhì)成分的圍巖地層巖性（片麻巖、花崗巖以及碳酸鹽巖類等）提供成礦物質(zhì)來源。二是構(gòu)造：具有張扭性斷裂（帶）或次一級構(gòu)造，其往往既是導(dǎo)礦構(gòu)造，也是容（儲）礦構(gòu)造，控制礦體空間分布規(guī)模、產(chǎn)狀等。三是巖漿巖：具有中酸性巖漿巖（花崗巖類或酸性巖脈等），侵入圍巖及貫入斷裂構(gòu)造裂隙中，并由巖漿熱液提供氟（F）物質(zhì)來源，在中-低溫條件下與鈣（Ca）質(zhì)成分結(jié)合逐步充填沉淀和富集成礦。

因此，建議加強(qiáng)山西全省螢石礦以往資料的綜合整理和成礦規(guī)律研究，一方面在山西北部五臺山-恒山成礦區(qū)帶的渾源董莊螢石礦區(qū)及外圍繼續(xù)開展地質(zhì)找礦工作；另一方面在山西中部呂梁山-關(guān)帝山成礦區(qū)帶的呂梁市離石區(qū)螢石礦點(diǎn)集中分布區(qū)（帶）進(jìn)行綜合評價(jià)工作，并提出進(jìn)一步工作依據(jù)，力爭實(shí)現(xiàn)全省螢石找礦工作的新突破。