阿爾金山庫木塔什薩依螢石礦成礦地質(zhì)特征及控礦因素①

伍光鋒 魏龍飛 王博 汪振宇 王錦鵬 郗國慶 王暢

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，北京 100013

在中國西部阿爾金地區(qū)卡爾恰爾一帶，螢石礦整體勘查程度低，通過近年來礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查工作，螢石找礦取得重大發(fā)現(xiàn)，已發(fā)現(xiàn)卡爾恰爾、庫木塔什薩依、布拉克北、拉依旦北、皮亞孜達坂、托蓋里克等多處大-中型螢石礦床（點），找礦潛力巨大，具有超大型遠景，已初步形成新的大型礦產(chǎn)資源基地[1]。

本文選擇阿爾金地區(qū)西段卡爾恰爾一帶中的庫木塔什薩依螢石礦床作為研究對象，通過野外地質(zhì)調(diào)查，收集各地質(zhì)要素及采集相應樣品，總結其成礦地質(zhì)特征，結合巖礦石元素地球化學研究，分析討論、總結其控礦因素、礦床成因，為該區(qū)域螢石礦床成因研究提供基礎資料、理論參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

庫木塔什薩依螢石礦位于青藏高原的北部邊緣，大地構造位置主要處于阿中地塊中部（圖1）。區(qū)域內(nèi)出露地層以古元古界地層為主，次為新元古界地層、新生界地層及少量中元古界地層，其中新太古界至新元古界遭受程度不一的變形變質(zhì)作用改造，以中深變質(zhì)巖為主。古元古界地層出露阿爾金巖群，構成庫木塔什薩依螢石礦區(qū)的基底[1]，該巖群分為a、b兩組，區(qū)內(nèi)以a巖組為主，a巖組（Pt1A.a）為區(qū)域上螢石礦的賦礦地層，高-低角閃巖相變質(zhì)巖組合，以含矽線石為特征。

區(qū)域內(nèi)巖漿活動十分頻繁，中元古代薊縣紀-早古生代志留紀巖漿巖均有不同程度發(fā)育，主要為侵入巖，次為脈巖[2]。巖漿活動以新太古-古元古代和奧陶紀-泥盆紀最為強烈。新太古-古元古代侵入巖均受到區(qū)域變質(zhì)作用，形成了區(qū)域變質(zhì)巖，而早-晚古生代侵入巖均與板塊俯沖碰撞相關，類型為中酸性、堿性巖。脈巖相對比較發(fā)育，淺成、深成巖脈均有出露，主要包括輝長巖脈、花崗巖脈、堿長花崗巖脈及偉晶巖脈，多分布在巖體附近的地層中及區(qū)域性北東向大斷裂帶中，其中堿長花崗巖脈區(qū)域上與螢石成礦關系密切。

區(qū)域構造活動異常頻繁，經(jīng)歷了前寒武紀多期變形變質(zhì)作用的強烈改造和構造置換以及顯生宙以來多期韌（脆）性、脆性構造的相互疊加，構造形跡十分復雜。區(qū)內(nèi)構造主要為斷裂，褶皺因受到巖漿侵位及斷裂構造的破壞，形態(tài)極不完整。庫木塔什薩依螢石礦區(qū)北東側主要發(fā)育有蓋吉勒斷裂，總體走向為北東向，北西傾，出露長超54km，早期韌性左行走滑-斜落正斷層，晚期疊加脆性右行正斷層，與區(qū)域上螢石成礦關系密切。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)位于庫木塔什薩依西一帶、蓋吉勒斷裂（F1）的南盤。區(qū)內(nèi)地層出露以古元古界阿爾金巖群a巖組（Pt1A.a）為主，為螢石賦礦地層。該巖組巖石類型主要以深灰色黑云斜長片麻巖為主，大理巖次之，局部呈透鏡狀產(chǎn)出，灰白色-灰綠色斜長變粒巖少量出露于礦區(qū)西北部（圖1）。

圖1 庫木塔什薩依螢石礦區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geologic sketch map of Kumutashisayi fluorite mining area

礦區(qū)侵入巖為元古代英云閃長巖（Qbγδo）[2]，呈巖基產(chǎn)出，經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成黑云斜長片麻巖、黑云二長片麻巖；次為少量青白口紀花崗閃長質(zhì)巖（Qbγδ）出露由于礦區(qū)北西部，經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成花崗質(zhì)片麻巖、眼球狀二云二長片麻巖。區(qū)內(nèi)脈巖極其發(fā)育，脈巖類型有堿長花崗巖脈、花崗偉晶巖脈、方解石脈、螢石方解石脈和石英脈，其中以堿長花崗巖脈尤為發(fā)育，成巖時期為加里東晚奧陶世（鋯石 U-Pb年齡450.0±2.7Ma）[3]，為A型花崗巖，脈巖受斷裂控制明顯，走向總體以北東東-近東西向為主，少量北東走向，與區(qū)內(nèi)螢石礦化關系密切。

區(qū)內(nèi)斷裂較為發(fā)育，期次較多，主要呈北北東向、北東向、北東東向，多為平移斷層、正斷層，發(fā)育韌性-脆性剪切帶，局部見有揉皺，其中北東向斷裂基本控制著區(qū)內(nèi)的巖脈發(fā)育和展布，北東東向斷裂主要與區(qū)內(nèi)的螢石礦化關系密切。區(qū)內(nèi)發(fā)育的褶皺表現(xiàn)為向斜、背斜以及片內(nèi)無根褶皺等，局部形成小的復式背向形構造，主要表現(xiàn)在F2斷裂兩側，褶皺對區(qū)內(nèi)的成礦關系和影響不大。區(qū)內(nèi)與成礦關系密切的斷裂特征如圖2。

圖2 庫木塔什薩依螢石礦區(qū)主要構造特征Fig.2 Main structural characteristics of Kumutashisayi fluorite mining area

F1蓋吉勒斷裂。區(qū)域性大斷裂，位于礦區(qū)西側（圖1），北東-南西向延伸區(qū)外，北西傾，早期韌性左行走滑-斜落正斷層，晚期疊加有脆性右行正斷層，其南盤次級斷裂比較發(fā)育，控制著區(qū)內(nèi)螢石礦化的分布。

F2正斷層。位于區(qū)內(nèi)東中部，呈北東向延伸，長約 3km，北西傾，傾角 67°左右，地形、地貌上發(fā)育沖溝、溝谷、山鞍，為張性斷裂。其兩盤多見有同向的堿長花崗巖脈、螢石方解石脈、方解石脈、螢石礦化體發(fā)育，局部被后期北北東向、近南北向斷裂錯動。該斷裂與螢石成礦關系密切，提供成礦熱液運移、賦存的通道和空間，起到控礦作用（圖2a）。

F3推測斷層。位于區(qū)內(nèi)中部，F(xiàn)2正斷層的南側，呈北東向延伸，長約3km，地形、地貌上發(fā)育沖溝、溝谷。其西端見有構造角礫巖發(fā)育，東端北側見有堿長花崗巖脈、螢石方解石脈發(fā)育，局部可見螢石方解石脈（細脈）受擠壓呈條帶狀（圖2b），推測其前期為張性，后期為壓扭性斷裂。

F6正斷層。位于區(qū)內(nèi)中部，呈北東向延伸，長約1.8km，南東傾，傾角80°左右，地形、地貌上發(fā)育沖溝、溝谷、山鞍。局部錯動F2、F3斷層，局部可見韌性剪切帶和構造角礫巖發(fā)育（圖2c），為韌-脆性斷裂。在北端南東側可見螢石礦化體發(fā)育，與成礦關系密切，為控礦構造。

F7左行平移斷層。位于區(qū)內(nèi)東部，呈北北東西展布，長約 0.5km，南東傾，傾角較陡，其地形、地貌上發(fā)育沖溝、溝谷、山鞍。其前期斷裂活動為韌性，后期疊加脆性（圖2d），局部錯動F2正斷層和螢石礦化體，對礦化體具有破碎作用。

F8推測斷層。位于區(qū)內(nèi)中部，呈近南北向展布，延伸出區(qū)外，地形、地貌上發(fā)育大的沖溝、溝谷。錯動區(qū)內(nèi)所有的北東向斷層，兩側北東向脈體（堿長花崗巖脈、方解石脈、螢石礦化體）多呈碎裂化，局部呈構造角礫巖。

2.1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)螢石礦化主要賦存于螢石構造角礫巖帶、螢石方解石脈內(nèi)，與圍巖灰色黑云斜長片麻巖、淺黃色-肉紅色堿長花崗巖脈、灰白色大理巖呈斷層接觸關系、侵入接觸關系（圖3）。共圈出14條螢石礦化體（圖1），多呈北東東向，少量呈北東走向，傾向北北西，傾角40°～70°，寬0.3～3.58m，露頭長50～980m。其中I、Ⅱ、Ⅲ號礦（化）體具有代表性，特征如下：

圖3 庫木塔什薩依礦區(qū)螢石礦（化）體特征Fig.3 Characteristics of fluorite mine body(mineralization) in Kumtamashzai mining area

（1）I號螢石礦化體，位于區(qū)內(nèi)東部半山坡上，賦存于螢石構造角礫巖帶內(nèi)，呈北東向延伸，地表斷續(xù)出露長約 540m，寬 0.5～4.0m，產(chǎn)狀320°～330°∠54°～74°，平均真厚 3.36m，CaF2平均品位23.30%。構造角礫巖角礫以方解石為主，含少量螢石角礫，見有堿長花崗巖角礫。圍巖為灰色黑云斜長片麻巖和堿長花崗巖脈。

（2）Ⅱ號螢石礦化體，位于區(qū)內(nèi)東部溝谷邊上，賦存于螢石方解石脈中，呈北東向延伸，地表斷續(xù)出露長約790m，寬0.4～3.0m，產(chǎn)狀320°～330°∠54°～74°，平均真厚 2.14m，CaF2品位20%～27.62%，平均品位26.81%。磷灰石螢石方解石脈侵入堿長花崗巖脈、黑云斜長片麻巖中，局部可見0.2～40cm巖脈穿插于堿長花崗巖中。圍巖蝕變主要為碳酸鹽化、螢石化、黑云母化。

（3）Ⅲ號螢石礦化體，位于區(qū)內(nèi)東部溝谷南側山坡上，賦存于螢石方解石脈中，呈北東向延伸，地表斷續(xù)出露長約480m，寬0.3～2.0m，產(chǎn)狀 320°～330°∠54°～74°，真厚 2.00m，CaF2平均品位23.05%。

2.2 礦石特征

礦石自然類型有脈狀(圖4a)、條帶狀、角礫狀(圖4b)，局部地段為塊狀礦石（圖4c），礦物成分簡單，主要是方解石、螢石、磷灰石、鋰云母，少量石英（圖4）。

圖4 庫木塔什薩依礦區(qū)螢石礦石特征Fig.4 Fluorite ore characteristics in Kumutashisayi mining area

螢石礦物顏色呈淡紫色、紫色、紫黑色、無色，少量呈淡綠色；礦石具粗晶結構、自形-半自形粒狀結構、它形粒狀結構、碎裂結構（圖4）。礦石工業(yè)類型主要是 CaF2-CaCO3型，少量SiO2-CaF2-CaCO3型；礦石CaF2含量變化20%～40%，工業(yè)品級屬需選礦的富碳酸鈣中等二氧化硅的貧螢石礦。

2.3 圍巖蝕變

圍巖蝕變較為發(fā)育，主要為碳酸鹽化、黑云母化、綠簾石化、硅化、螢石化，次為弱絹云母化、褐鐵礦化。局部堿長花崗脈中見有螢石石英細脈發(fā)育，螢石呈紫色、無色，自形-它形晶；片麻巖中多具黑云母化、綠簾石化、高嶺土化；堿長花崗巖多具黑云母化、硅化、綠簾石化、碳酸鹽化、弱絹云母化、褐鐵礦化。

3 地球化學特征

3.1 微量元素特征

從采集的礦石樣品涉及部分稀有元素和放射性元素的測量結果來看（表1），螢石礦石除 U整體含量相對較高外，Be、Ta、Th含量相對較低，其余元素含量較不均勻，其中 U的含量為0.70×10-6～75.17×10-6，平均 21.62×10-6；Rb 含量為 0.98×10-6～119.30×10-6，平均 30.75×10-6；Cs的含量為 0.08×10-6～14.07×10-6，平均 3.28×10-6；Nb 的含量為 1.04×10-6～65.44×10-6，平均16.41×10-6；Li的含量為 3.66×10-6～71.91×10-6，平均 27.11×10-6。

表1 庫木塔什薩依礦床螢石礦石微量元素分析結果Table 1 Trace elements results of fluorite ores in Kumutashisayi deposit

3.2 稀土元素特征

含鈣礦物是稀土元素的重要載體，是研究熱液成礦作用過程中稀土元素地球化學行為的重要介質(zhì)[3-4]。方解石-螢石類型礦石中稀土元素的含量及相關參數(shù)能為揭示成礦流體物質(zhì)來源、性質(zhì)與演化以及反演熱液成礦作用過程提供重要信息。礦區(qū)內(nèi)巖、礦石稀土元素分析結果如表2所示。

表2 庫木塔什薩依礦床螢石礦石及圍巖稀土元素分析結果(×10-6)Table 2 REE contents of fluorite ores and ore-bearing surrounding rocks in Kumutashisayi deposit(×10-6)

區(qū)內(nèi)螢石礦石的∑REE 為 237.13×10-6～421.49×10-6，平均值為 278.90×10-6；∑LREE/∑HREE 為 10.51～19.90，平均為 13.04；(La/Yb)N為 9.89～26.74，平均為 14.94，說明配分曲線呈較陡的右傾斜；(La/Sm)N為4.88～5.69，平均為5.07，說明輕稀土顯著富集；δEu 0.30～0.51，平均 0.34，明顯負異常；δCe 0.83～0.97，平均 0.91，輕微負異常。

堿長花崗巖（圍巖）的∑REE為41.52×10-6～314.23×10-6，均值為 185.62×10-6，圍巖稀土總量均低于螢石礦石；圍巖中∑LREE/∑HREE為11.03～15.88，平均為 12.73；(La/Yb)N為 10.57～21.02，平均為 13.68，說明配分曲線呈較陡的右傾斜；(La/Sm)N為4.52～5.64，平均為5.10，說明輕稀土顯著富集；δEu 0.30～0.47，平均0.36，明顯負異常；δCe 0.82～0.98，平均0.92，輕微負異常。

礦區(qū)內(nèi)螢石礦床中螢石礦石和圍巖（堿長花崗巖）的稀土元素參數(shù)特征和球粒隕石標準化配分模式（圖5）表明，REE配分模式變化的趨勢是相同的，整體趨勢也是一致的，螢石礦石稀土配分曲線與圍巖具有相似同步性，均具有輕稀土元素顯著富集、Eu明顯負異常、Ce輕微負異?；蛭⑷踟摦惓Ｌ卣?。因此認為礦區(qū)內(nèi)螢石礦脈中主要含鈣礦物（螢石、方解石）的成礦物質(zhì)來源是相同的，且與圍巖的物源具有相似性[6]和繼承性。

圖5 庫木塔什薩依螢石礦床螢石礦石及圍巖（堿長花崗巖）稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns for the fluorite ores and the ore-bearing surrounding rocks in Kumutashisayi deposit.

Sm和Nd化學性質(zhì)十分相似，不易分離，故Sm/Nd能較好地反映出源區(qū)的特征[7-8]。礦區(qū)螢石礦石（包括螢石方解石）的Sm/Nd為0.42～0.53，平均為 0.50；賦礦圍巖的 Sm/Nd為 0.47～0.54，平均為0.52。據(jù)Sm/Nd數(shù)據(jù)可知，螢石礦石與賦礦圍巖的Sm/Nd基本一致，說明螢石礦石的成礦物質(zhì)應該與圍巖有關。

δEu和δCe值的變化對成巖成礦環(huán)境具有指示意義。Eu和Ce是變價元素，對外界氧化還原條件的反應很靈敏，本次分析的所有螢石礦石及圍巖（堿長花崗巖）樣品Eu表現(xiàn)明顯負異常（螢石礦石δEu=0.30～0.51，平均0.34；圍巖Eu 0.30～0.47，平均0.36），Ce具輕微負異常或無異常（螢石礦石δCe 0.83～0.97，平均0.91；圍巖δCe 0.82～0.98，平均 0.92）。在流體結晶沉淀時，溫度大于 250℃環(huán)境中，Eu2+將占主導地位，但由于Eu2+(離子半徑0.117nm)半徑大于Ca2+(離子半徑0.100nm)，不易進入含鈣礦物（螢石、方解石)主礦物晶格，易形成Eu負異常[9]。在氧逸度較高（相對氧化）的條件下，Ce3+易被氧化成 Ce4+，而Ce4+溶解度很低，易被氫氧化物吸附而脫離溶液體系，使流體中虧損Ce，導致沉淀礦物亦表現(xiàn)出負Ce異常[9-10]。根據(jù)REE地球化學演化的氧化-還原模式，在相對氧化的條件下，Eu2+被氧化成 Eu3+，而后者離子半徑增大，不易替代 Ca2+，導致結晶的螢石具有負 Eu異常特征[10]。礦區(qū)內(nèi)螢石礦石和圍巖均表現(xiàn)Eu明顯負異常、Ce輕微負異常或無異常，且 δEu、δCe基本一致，反應了堿長花崗巖（圍巖）成巖環(huán)境、螢石礦石成礦環(huán)境均為封閉的較還原環(huán)境。

Bau M等[11]在研究了德國和英國數(shù)個礦床中螢石的Y元素與其他REE的關系后，總結出了La/Ho-Y/Ho關系圖，并指出Y、Ho的分餾現(xiàn)象并不取決于流體來源，而是取決于流體的組成及其物理化學性質(zhì)。同源同期形成的螢石中 Y/Ho與La/Ho之間的值具有相似性，其兩者比值應趨近一直線。從圖6可見，礦區(qū)螢石礦石在Y/Ho-La/Ho圖中未呈水平分布，說明區(qū)內(nèi)螢石礦成礦流體具有不同的物理化學性質(zhì)，且成礦期次有差異，這與區(qū)內(nèi)至少具有兩期成礦是一致的（塊狀礦石、角礫狀礦石成礦期次不同）。

圖6 庫木塔什薩依螢石礦床螢石礦石及圍巖La/Ho-Y/Ho圖解Fig.6 La/Ho-Y/Ho diagram of the fluorite ores and the ore-bearing surrounding rocks in Kumutashisayi deposit

4 控礦因素

區(qū)內(nèi)螢石礦（化）體賦存于螢石方解石脈、構造角礫巖中，與黑云斜長片麻巖、堿長花崗巖（脈巖）、大理巖等圍巖呈侵入、斷層接觸關系（突變接觸），呈充填狀分布于北東向構造裂隙內(nèi)，其中堿長花崗巖（脈巖）成巖時期為加里東晚奧陶世（鋯石U-Pb年齡450.0±2.7Ma）。從礦石與堿長花崗巖（圍巖）稀土元素特征顯示的螢石成礦物質(zhì)來源與堿長花崗巖的物源具有相似性和繼承性，表明了螢石成礦期較堿長花崗巖成巖時期晚，成礦與晚奧陶世巖漿晚期活動關系密切。

4.1 地層

區(qū)內(nèi)螢石礦化帶、螢石方解石脈、螢石構造角礫巖帶均分布在阿爾金巖群a巖組中，礦（化）體與圍巖界線清楚。地層中發(fā)育片麻巖和大量大理巖，區(qū)域地球化學特征顯示其富集CaO，鈣質(zhì)來源豐富，為螢石礦化提供了有利的成礦物質(zhì)。該地層中發(fā)育多期構造活動（北東向、北東東向斷裂），構造破碎帶、張性裂隙發(fā)育，為礦化提供了賦存空間。

4.2 巖漿巖

區(qū)內(nèi)發(fā)育青白口紀、中晚奧陶紀兩期巖漿活動，主要受北東向斷裂控制，多呈北東向展布。熱液蝕變較為發(fā)育，主要為鉀長石化、綠泥石化、鈉長石化、碳酸鹽化、硅化。在堿長花崗巖脈中發(fā)育有螢石方解石脈、螢石構造角礫巖、螢石石英脈，且界線清楚，通過樣品分析，堿長花崗巖脈富含F(xiàn)和鈮、鋰、釔等稀有元素，表明中晚奧陶紀巖漿期后殘余熱液富含成礦元素，為礦化提供了成礦物質(zhì)和熱源。

4.3 構造

區(qū)內(nèi)發(fā)育北東向、北北東向、北西向斷裂。其中北東向F1斷裂（圖1）為區(qū)域性斷裂，其早期發(fā)育較多北東向、北北東向次級斷裂，晚期主要發(fā)育北西向斷裂，錯動北東向斷裂和礦（化）體。礦區(qū)構造特征表明，北東向斷裂具有多期性，其控制著區(qū)內(nèi)巖漿巖分布、礦化帶展布和礦體規(guī)模，與成礦關系密切，提供了含礦氣水熱液運移通道和賦存空間，并對早期的礦（化）體起到破碎和改造作用（角礫狀螢石）。

4.4 礦化蝕變

區(qū)內(nèi)螢石礦化主要賦存于螢石方解石脈、構造角礫巖中，產(chǎn)于堿長花崗巖（脈巖）、黑云斜長片麻巖、大理巖中的構造裂隙內(nèi)。圍巖發(fā)育以低溫熱液蝕變?yōu)橹鞯牡V化蝕變，如碳酸鹽化、硅化、絹云母化、高嶺土化、綠簾石化等，方解石脈與螢石礦化關系密切。因此碳酸鹽化、硅化、綠簾石化等低溫熱液蝕變是尋找螢石礦的重要礦化蝕變標志。

4.5 化探特征

區(qū)內(nèi)螢石礦化均分布于F異常區(qū)（1∶20萬化探）內(nèi)，因此F化探異常是尋找螢石礦的重要化探標志。

綜合上述，區(qū)內(nèi)螢石礦床成因為晚奧陶世巖漿期后氣水熱液充填型螢石礦床。成礦作用為含礦熱液沿裂隙運移，在一定的地質(zhì)環(huán)境下充填于裂隙中成礦。

5 結論

（1）庫木塔什薩依螢石礦床的螢石礦含礦建造為阿爾金巖群a巖組黑云斜長片麻巖建造、大理巖堿長和堿長花崗巖建造，控礦、容礦構造為區(qū)域性北東向斷裂及其次級斷裂。（2）“阿爾金巖群a巖組黑云斜長片麻巖建造+晚奧陶世堿長花崗巖建造+區(qū)域性北東向斷裂構造+F化探異常+碳酸巖化”是區(qū)內(nèi)螢石礦的重要控礦因素。（3）礦床類型為熱液充填型螢石礦床，成礦時期較晚奧陶世堿長花崗巖成巖期晚。螢石礦化主要賦存于螢石方解石脈中，礦物成分簡單。稀土地球化學特征顯示區(qū)內(nèi)螢石礦脈中主要含鈣礦物（螢石、方解石）的成礦物質(zhì)來源是相同的，且與圍巖（堿長花崗巖）的物源具有相似性和繼承性。