內蒙古烏蘭浩特地區(qū)螢石礦床成礦預測

王軍有，郭 斌，馬飛敏，李 榛

(內蒙古自然博物館，內蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

氟元素是現(xiàn)代化工業(yè)的重要非金屬元素之一，螢石作為一種含氟礦物，被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)領域。我國螢石礦床僅有兩種類型，或是熱液充填型礦床，或存在于硅質巖中[1]。雖然我國的螢石資源豐富，總儲量具亞洲第一，但是螢石礦的平均品位僅有34.7%?，F(xiàn)今探明儲量的礦區(qū)主要分布在內蒙古、湖南、云南、福建等地，大型礦區(qū)共13個[2]。在內蒙古烏蘭浩特地區(qū)，存在多處螢石礦化點，六合螢石礦床和太平螢石礦床更是該地區(qū)代表性的中大型礦床，自20世紀60—70年代以來開采多年。但當前對該地區(qū)的礦床研究程度較低，成礦預測方向的探索較少[3]。這次研究將以衛(wèi)東螢石礦床為例，對礦區(qū)的地質條件和成礦特征進行分析，并采用地球物理手段進行成礦預測，圈定找礦靶區(qū)。

1 礦床地質特征

烏蘭浩特地區(qū)位于蒙東南中—晚華力西褶皺帶，以NE向、NW向斷裂構造最為發(fā)育，整體構造呈網(wǎng)格狀結構。NE向斷裂是早期形成的斷層，也是主要的成礦控制因素[4]。圖1為烏蘭浩特地區(qū)地質簡圖，整個區(qū)域的主要出露地層為上侏羅統(tǒng)白音高老組(J3b)和第四系(Qhpld)，早白堊系花崗斑巖(K1γπ)為主要出露侵入巖。NE向斷裂是研究區(qū)的構造格架，控制了火山機構的產(chǎn)出；同時，斷裂構造控制了晚侏羅世及早白堊世的部分侵入巖的形態(tài)分布，沿斷裂產(chǎn)出了大量脈巖。在斷裂交匯處，頻繁的熱液活動利于成礦[5]。從構造單元的大地構造演化來看，頻繁的巖漿-火山活動、構造活動長周期，使得區(qū)域內有大量內生金屬礦產(chǎn)產(chǎn)出。該區(qū)域構造經(jīng)歷多次拉張，且割裂較深，這不僅為區(qū)域成礦提供了通道，而且活動帶來的強烈應力和熱能改變了地殼內部壓力和溫度，進而產(chǎn)生部分熔融，造成了礦源層多金屬的活化遷移，為礦產(chǎn)在構造部位富集提供動力[6]。

這次研究所發(fā)現(xiàn)的螢石礦體位于礦區(qū)北部，受F7斷裂帶控制。F7呈NE向展布，位于花崗斑巖與流紋質晶屑凝灰?guī)r接觸帶附近，傾向約330°，傾角約68°，地表延伸約800 m；其性質為張性斷裂，斷距在2～10 m之間，與其周圍發(fā)育的次一級斷裂組成斷裂構造角礫巖帶，并具一定深度延伸。螢石礦體或分布于構造裂隙中，或與角礫巖呈膠結物形態(tài)。在研究區(qū)地表共圈出2條礦化蝕變帶，礦化蝕變帶Ⅰ為主要研究對象。放射性勘探測線位置見圖1。

圖1 烏蘭浩特地區(qū)地質簡圖Fig.1 Geological sketch map of Ulanhot area1—第四系全新統(tǒng) 2—流紋質晶屑凝灰?guī)r 3—早白堊世花崗斑巖 4—地質界線 5—實測正斷層 6—礦化蝕變帶 7—礦體 8—放射性測線

圖2為勘探線剖面圖。礦化蝕變帶Ⅰ位于F7斷裂帶北東段，探槽、鉆孔控制效果見圖2；控制長度約90 m，寬2～15 m；傾向320°，走向60°，傾角與F7基本一致，沿傾向深部寬度趨窄。探槽揭露顯示該蝕變帶的主要巖性為花崗斑巖、流紋質晶屑凝灰?guī)r，高嶺土化極為發(fā)育，并伴有碳酸鹽化、局部螢石礦化。鉆孔控制傾角約68°，平均厚度為5 m，見螢石礦化較強。螢石礦體多以團塊狀、膠結物態(tài)分布于角礫巖中，又以細脈狀分布于頂?shù)装鍑鷰r，整體分布形態(tài)呈網(wǎng)脈狀及細脈狀。

圖2 勘探線剖面圖Fig.2 The profile of exploration line1—坡洪積層 2—流紋質晶屑凝灰?guī)r 3—花崗斑巖 4—螢石礦化構造角礫巖帶 5—螢石礦化體 6—礦體編號 7—化學樣取樣位置 8—探槽位置及編號 9—鉆孔編號/孔口高程

由圖2可見，礦化蝕變帶Ⅰ中共4條螢石礦體(Ⅰ、Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3)及5條螢石礦化體(Ⅰ-4、Ⅰ-5、Ⅰ-6、Ⅰ-7、Ⅰ-8)。Ⅰ號礦體是這次研究的主礦體，其平均品位為34.17%，礦體西南走向呈變厚趨勢，深部礦體品位趨富；礦體傾向深部厚度趨小，品位呈貧化趨勢；整體看來，礦體呈透鏡狀形態(tài)產(chǎn)出。Ⅰ-1號礦體位于Ⅰ號礦體上方，平均品位為26.26%；Ⅰ-2、Ⅰ-3號礦體位于Ⅰ號礦體下方，平均品位分別為20.81%和31.32%。

2 成礦模型構建及成礦預測技術

2.1 基于顯微測溫的成礦模型構建

在Ⅰ號礦體的深部62 m處和近地表處分別采樣，并命名為a1、a2，取樣位置見圖2。通過顯微測溫技術，得到不同深部礦體的流體包裹體類型及性質。圖3為流體包裹體特征，可以發(fā)現(xiàn)a1、a2內部的原生包裹體主要發(fā)育，次生包裹體部分發(fā)育；兩者分布方式多為帶狀分布，a2中存在部分串珠狀排列；兩者包裹體類型以純液和富液包裹體為主，a2中有少量氣烴包裹體發(fā)育。

圖3 Ⅰ號礦體流體包裹體的類型及形態(tài)特征Fig.3 The types and morphological characteristics of fluid inclusions in No.1 orebody(a)L+V型-a1 (b) L+V型-a2 (c) L+V，V型-a2 (d) L+V，L型-a2 (e) L+V，L，V型-a2

a1內僅含L+V型流體包裹體，數(shù)量相對較少，以橢圓狀為主，介于2 μm×6 μm到22 μm×15 μm之間，氣液比約為15%。a2所含包裹體類型豐富，數(shù)量較多，以橢圓狀為主，介于4 μm×5 μm到10 μm×14 μm之間，氣液比約為20%。由此推測，對同一礦體而言，隨著地層深度增加，流體包裹體數(shù)量、類型逐漸減少，體積逐漸增大，氣體含量降低。由此推測，該區(qū)域礦體存在礦化垂直分帶特征。

對流體包裹體的各項物理特征進行分析。對包裹體進行加熱，測量其剛好由多相變?yōu)閱蜗鄷r的溫度，即均一溫度[7]。以冰點溫度求解流體包裹體的鹽度W，公式(1)為其計算式：

(1)

其中：W表示鹽度的質量分數(shù)，Tm為冰點溫度。用t表示均一溫度，A、B、C為與鹽度W有關的函數(shù)，公式(2)為流體包裹體密度ρ的計算式。

ρ=A+B·t+C·t2

(2)

流體包裹體的壓力P計算采用前人的經(jīng)驗公式[7]，見公式(3)：

(3)

根據(jù)上述公式可以得到流體包裹體的各項物理特性，對礦石樣品內包裹體的物理特性進行統(tǒng)計，見圖4。由圖4可知，烏蘭浩特地區(qū)成礦流體的均一溫度在170℃～195℃之間，平均值為186℃；鹽度w(NaCleq)范圍為0.35%～5.41%，平均值為3.14%；平均密度為0.94 g/cm3，平均壓力為16.45 bar。因此成礦流體為中低溫、低鹽度、低密度流體，并推測該礦區(qū)屬于淺層成礦。

圖4 Ⅰ號礦體流體包裹體的鹽度和均一溫度特征Fig.4 The salinity and homogenization temperature of fluid inclusions in No.1 orebody

根據(jù)成礦特征分析，構建烏蘭浩特地區(qū)的成礦模型(圖5)。

圖5 烏蘭浩特地區(qū)成礦模型Fig.5 The metallogenic model of Ulanhot area1—流紋質晶屑凝灰?guī)r 2—花崗斑巖 3—斷層 4—螢石礦體 5—巖漿熱液 6—大氣降水

內蒙古烏蘭浩特地區(qū)與赤峰林西地區(qū)同屬一個構造-巖漿活動帶，既有研究對該構造帶的成礦來源有兩種觀點，一是來源于燕山期中晚期的巖漿活動，二是來源于流體萃取和富集[8]。結合其他地區(qū)前人研究成果[9-11]及本區(qū)成礦特征，本研究對烏蘭浩特地區(qū)的成礦模式有下述推測。大氣降水沿地層裂隙往下滲，并在長期作用下于基底形成富水盆地；盆地的大氣降水將周圍巖層中的含Ca礦物質萃取出來，并形成了富Ca流體。在中生代燕山期的構造-巖漿活動中，中酸性巖漿上涌，并攜帶有部分F元素；當上涌巖漿與富礦流體相遇時，發(fā)生復雜的化學反應。在這一過程中，成礦元素隨加熱的低密度流體持續(xù)上涌，在近地表裂隙發(fā)育處隨著溫度壓力的降低過飽和結晶析出，富集成礦。

2.2 基于伽馬能譜測量的成礦預測技術

地球物理方法在金屬礦的成礦預測中應用較為成熟，但其在非金屬礦的成礦預測上應用還不甚廣泛。有研究表明，根據(jù)放射性元素的種類和數(shù)量可以區(qū)分不同的地質體，而土壤中的放射性元素會受到基巖影響[12]。研究區(qū)位于內蒙東部淺覆蓋區(qū)，屬于淺層中—低溫熱液裂隙充填成礦，且嚴格受F7斷裂構造控制。另一方面，推測礦區(qū)存在垂直分帶模式，即礦體硅質蓋頂、頭部、中部、尾部在性質上存在明顯分帶規(guī)律。這意味著若區(qū)域內存在硅質破碎帶，則它極可能是深部礦體的硅質蓋頂，且這一區(qū)域具有深部找礦潛力。

本研究采用伽馬能譜測量進行成礦預測。通過測量巖石或土壤中放射性元素的豐度，可以判斷隱伏礦體的位置[13]。從礦區(qū)地質條件和成礦特征來看，推測采用伽馬能譜測量進行成礦預測具有一定的可行性。以垂直礦體、礦化體為剖面線布設原則，采用100 m×20 m的網(wǎng)度布設測線剖面，測線方位為140°，共布設13條，完成測點393個。根據(jù)實際情況調整測線長度，總長度為7574 m，控制面積為0.85 km2。測線布置見圖1。

測量儀器為HD-2002便攜式伽馬能譜儀，提前進行標定和“三性”檢查，保證誤差、精度要求；測量前需要開機預熱5 min；測量時間設置為5 min。每條測線測量時需要設置點號及線號，以便于儀器自動記錄。在實際工作中，包括地表測量和全孔測量兩方面內容，測量地質體為凝灰?guī)r、花崗斑巖、螢石礦體、第四系腐殖土。地表測量時，將儀器探頭置于地質體平坦處，5 min后讀數(shù)并存儲，每次讀取鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)、放射性總量(Ur)四組數(shù)據(jù)。在Ⅰ號礦體選擇一個鉆孔巖心進行全孔測量，巖心段每2 m設置一個測點，礦心段每1 m設置一個測點；巖心段大于10 m時，多點測量取均值；最終共完成測點44個。若存在異常測點，需重復測量并詳細記錄地質情況。

3 基于伽馬能譜測量的成礦預測及靶區(qū)圈定

伽馬能譜測量反映了區(qū)域的地質的放射性元素特征，對測量結果進行統(tǒng)計分析(表1)。就放射性總量Ur來看，花崗斑巖的測量值最高，尤其是U的范圍值明顯高于另外三種地質體；其次是凝灰?guī)r、第四系腐殖土；螢石礦體的放射性總量最低。就單種放射性元素的測量結果來看，不同地質體的含量趨勢與總量趨勢一致，螢石礦體的各項放射性元素顯著低于其他地質體。由此可知，研究區(qū)不同地質體的放射性元素存在顯著差異，采用伽馬能譜測量具有可行性。

表1 伽馬能譜測量結果Table 1 Gamma spectrum measurement result

以6線的測量結果為例，分析不同地質體與放射性元素變化趨勢的對應關系(圖6)。由圖6可見，放射性元素U、Th、K的變化趨勢基本一致；曲線低值區(qū)為5號、6號，高值區(qū)為1號、2號、3號、4號。從對應位置來看，高值區(qū)對應花崗斑巖與圍巖的接觸帶附近，例如1號、4號位于花崗斑巖處，2號、3號位于巖體與地層接觸帶附近。5號低值區(qū)與螢石礦體位置基本對應，其U、Th、K測值均處于低水平。在6號低值區(qū)中，雖然Th值為低水平，但U、K測值反映不明顯，且無明顯對應關系。全孔測量結果與上述結果一致。根據(jù)上述分析推測，該區(qū)域礦體的放射性含量顯著低于周圍其他地質體，因此6號低值區(qū)可能存在隱伏礦體或礦化體。

圖6 6線伽馬能譜測量曲線圖Fig.6 The gamma spectrum measurement curve in No.6 line1—坡洪積層 2—流紋質晶屑凝灰?guī)r 3—花崗斑巖 4—斷層 5—螢石礦脈

作為自然界化學性質最為穩(wěn)定的放射性元素，Th能較準確地反映實際地質情況，接下來將以Th含量進行靶區(qū)圈定。圖7為Th含量等值線平面圖。由圖7可見，依據(jù)Th含量差異，可將測量區(qū)域分為高、中、低值區(qū)域。高值區(qū)域顯示為橙色—褐色，w(Th)為8.32×10-6～10.22×10-6；中值區(qū)域顯示為黃色—土黃色，w(Th)為6.54×10-6～8.01×10-6；低值區(qū)域顯示為藍色—淡藍色，w(Th)為1.74×10-6～6.11×10-6。由此可以推測，低值區(qū)域為成礦預測的主要對象，這里以粉紅色框線進行圈定，并以A、B、C對其命名(圖7)。結合區(qū)域地質情況來看，高值區(qū)域對應花崗斑巖及部分流紋質晶屑凝灰?guī)r；中值區(qū)域主要對應流紋質晶屑凝灰?guī)r；低值區(qū)域在礦體、礦化體附近，部分位于第四系淺覆蓋區(qū)。

前述已通過工程驗證工作證實，Ⅰ號、Ⅱ號礦體深部存在螢石礦體，而Ⅰ號、Ⅱ號礦體位于區(qū)域A內低值異常最顯著部位，因此這次研究共圈出兩處成礦遠景區(qū)，它們分別位于區(qū)域B、C。1號成礦遠景區(qū)位于區(qū)域C內一山脊處。此處見一螢石礦體沿破碎帶侵入，地表出露約50 m，寬1～2 m；見高嶺土化等蝕變現(xiàn)象，礦石細脈沿裂隙分布；近地表處存在硅質蓋層，與區(qū)域A的成礦條件類似。區(qū)域C的w(Th)在4.34×10-6～5.68×10-6之間，整體為NW向低值異常帶，與區(qū)域A的放射性異常特征類似。2號成礦遠景區(qū)位于區(qū)域B內一平緩山坡地帶。此處位于Ⅰ號礦體東南延伸帶處，因地表存在覆蓋層，未見礦體及礦化體出露；區(qū)域整體呈NE向展布，w(Th)在4.23×10-6～5.24×10-6之間。由于該處存在淺覆蓋層，推測低值異常區(qū)的淺地表附近存在隱伏礦體或礦化現(xiàn)象。綜上所述，將1號成礦遠景區(qū)確定為A類遠景區(qū)，將2號成礦遠景區(qū)確定為B類遠景區(qū)，有待進一步深部驗證。

5 結論

1)烏蘭浩特地區(qū)螢石礦成礦流體的均一溫度在170℃～195℃之間，平均值為186℃；鹽度w(NaCleq)范圍為0.35%～5.41%；平均密度為0.94 g/cm3，平均壓力為16.45 bar。因此成礦流體為中低溫、低鹽度、低密度流體。

2)螢石礦體的U、Th、K質量分數(shù)范圍分別為1.76×10-6～6.35×10-6、18.2×10-6～25.7×10-6、0.37%～2.45%，礦體放射性元素含量顯著低于其他地質體，因此伽馬能譜測量具有可行性。

3)根據(jù)測量結果圈定出A類和B類成礦遠景區(qū)各一個。研究結果對于螢石礦的地球物理找礦預測具有一定的參考，但具體成礦情況有待進一步工程驗證。

4)依據(jù)地質條件和成礦特征分析構建了區(qū)域成礦模型，認為成礦作用與中生代燕山期熱事件有關。含氟的中酸性巖漿熱液與上覆盆地富鈣循環(huán)流體相遇并發(fā)生復雜的化學反應形成含礦低密度流體，隨后上升至近地表裂隙發(fā)育處并隨著溫度壓力的降低而過飽和結晶析出，富集成礦。