內(nèi)蒙古榮昌螢石礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律

李繼業(yè)，王紀(jì)昆，祝永平，蔡 童，董 帥

(天津華北地質(zhì)勘查總院，天津 300170)

螢石又稱氟石，具有性能高、附加值高等特性，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，除冶金、化工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)以外還包括新材料、信息技術(shù)、新能源、生物、高端制造、節(jié)能環(huán)保等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，行業(yè)內(nèi)譽為“第二稀土”[1]。作為一種重要的不可再生非金屬資源，先后被中國、美國、歐盟、日本等國納入危機礦產(chǎn)、戰(zhàn)略性礦產(chǎn)或關(guān)鍵性礦產(chǎn)[2-3]。開展對螢石礦成礦規(guī)律的研究，對于指導(dǎo)找礦和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的科學(xué)部署都具有重要的現(xiàn)實意義。

榮昌螢石礦位于內(nèi)蒙古錫林浩特市白音錫勒牧場境內(nèi)，與石灰窯大型稀有金屬礦比鄰[4]，同處白乃廟—錫林郭勒Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Mn-Cr-Au-Ge-煤-天然堿—芒硝多金屬成礦帶[5]，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越。張文等[6]對榮昌螢石礦的地質(zhì)和礦體特征進(jìn)行過研究，認(rèn)為榮昌螢石礦屬中—低溫?zé)嵋撼涮钚偷V床、并進(jìn)一步指出礦區(qū)北東向構(gòu)造帶的北部是進(jìn)一步找礦的主要區(qū)域，但尚未深入探討礦產(chǎn)成因和成礦規(guī)律。筆者于2013～2014年在該區(qū)開展詳查地質(zhì)工作，新發(fā)現(xiàn)隱伏礦體20余條，提交資源量規(guī)模達(dá)到大型。研究區(qū)地處淺覆蓋區(qū)，覆蓋面大，方法上創(chuàng)新采用激電測深、磁法掃面等相結(jié)合圈定異常，有效排除干擾因素，利用槽探、鉆探等工程手段進(jìn)行驗證，找礦成果顯著，對尋找淺覆蓋區(qū)熱液型礦床有一定的借鑒意義。當(dāng)前國內(nèi)學(xué)者對于該成礦帶內(nèi)的稀有金屬研究較多[7-10]，而對螢石這樣的非金屬戰(zhàn)略性礦產(chǎn)研究較少，本文基于詳查工作所獲得的資料，從成礦地質(zhì)背景入手，采用野外地質(zhì)調(diào)查與室內(nèi)研究相結(jié)合、宏觀與微觀相結(jié)合，在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析研究區(qū)成礦地質(zhì)特征，同時類比區(qū)域上的礦床，探討礦床成因，進(jìn)而總結(jié)成礦規(guī)律，以期對于尋找類似礦床起到一定的參考和指導(dǎo)作用。

1 成礦地質(zhì)背景

榮昌螢石礦的大地構(gòu)造位置處于天山—興安地槽南緣艾力格廟—錫林浩特地塊寶音圖—錫林浩特火山型被動陸緣增生帶(圖1)。區(qū)域地層出露較簡單，由老至新主要為下二疊統(tǒng)大石寨組、上二疊統(tǒng)林西組、上侏羅統(tǒng)白音高老組及第四系。受多次構(gòu)造運動影響，區(qū)內(nèi)褶皺強烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育[10-15]。巖漿活動頻繁且分布較廣，主要包括早侏羅世酸性侵入巖及二疊世的中酸性侵入巖、中性侵入巖。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[16]修改)

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

研究區(qū)出露的地層相對比較簡單，主要為上二疊統(tǒng)林西組及第四系(圖2)。區(qū)內(nèi)林西組巖性以灰黑色碳質(zhì)板巖為主，硅質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖次之，局部為灰?guī)r，是一套海陸交互相沉積巖。該地層的碳質(zhì)板巖及灰?guī)r為螢石礦體的主要圍巖，出露面積約占研究區(qū)的26%。第四系分布廣泛，主要為風(fēng)成砂、腐殖土等，根據(jù)鉆孔資料顯示，厚度一般為4～40m，最厚處達(dá)71m。

圖2 榮昌礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[6]修編)

2.2 構(gòu)造

研究區(qū)褶皺和斷裂構(gòu)造較發(fā)育，褶皺主要為北東東向緊密小褶皺。斷裂構(gòu)造主要分為東西向、北北西向及北東向三組。區(qū)內(nèi)北東向斷裂為石灰窯—敖包圖斷裂破碎帶(種畜場—海流特山大斷裂)的一部分，控制著地層及巖漿巖的分布，為主要導(dǎo)礦、儲礦構(gòu)造，其性質(zhì)為張扭性斷層，區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為糜棱巖帶，時代越老的地層及巖體糜棱巖化越強，時代較新的巖體表現(xiàn)為碎裂結(jié)構(gòu)。產(chǎn)狀傾向北西，傾角變化較大，總體較陡(其表現(xiàn)形式為陡立—水平—陡立)。北西向、東西向斷裂構(gòu)造形成較晚，為北東向斷裂的次級構(gòu)造，對主斷裂構(gòu)造產(chǎn)生一定的影響。北東向斷裂構(gòu)造為螢石礦床的形成提供了熱液運移通道和儲集場所[17]。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)侵入巖出露面積較小，通過鉆探工程揭露，底部為大面積花崗巖，巖體主要為早侏羅世花崗巖、鈉長石化花崗巖、花崗閃長巖、閃長玢巖、花崗偉晶巖等，呈巖株、巖枝、巖脈狀，出露面積為0.28km2，約占礦區(qū)的12%。其中脈巖為花崗閃長巖、閃長玢巖、花崗偉晶巖，其產(chǎn)狀與區(qū)內(nèi)構(gòu)造線方向一致，呈北東向分布。區(qū)內(nèi)巖漿活動較為強烈，為地下熱水萃取氟、鈣成為含礦熱鹵水提供了熱源[17-19]。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)礦體形態(tài)上呈脈狀、似脈狀、透鏡狀，主要沿上二疊統(tǒng)林西組碳質(zhì)板巖、灰?guī)r及蝕變花崗巖的接觸部位產(chǎn)出，呈“帶狀分布、斷續(xù)延伸、分段集中”的特點。礦化蝕變帶長約1.1km，傾向延深100～200m，厚7～30m不等，礦體的規(guī)模與形態(tài)受北東走向張扭性斷裂破碎帶控制明顯。礦體在走向上呈北東向，以脈狀為主，部分地段呈囊狀，主斷裂帶處礦體傾角較大，而遠(yuǎn)離主斷裂帶則傾角變小，整體表現(xiàn)出厚度變化中等、品位變化均勻[6]。

關(guān)于隱伏礦床(體)的定義和分類，國內(nèi)外學(xué)者尚未有統(tǒng)一意見。當(dāng)前的主流觀點認(rèn)為隱伏礦(床)體是指埋藏于基巖中受到或未受到現(xiàn)代切割作用，受到或未受到沉積物覆蓋的所有礦床(體)[20-22]。區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)礦體為隱伏礦體，形態(tài)上呈脈狀、囊狀，長度200m，延深100m，見礦標(biāo)高在1150～1220m，傾向上產(chǎn)狀變化大，傾角2°～50°，走向上延伸具有膨脹收縮現(xiàn)象。礦體具有明顯的分帶性，其特征為由中心向邊緣，礦石由塊狀變?yōu)橹写至?，呈漸變過渡。圍巖與礦體界線清楚，巖性為碳質(zhì)板巖和灰?guī)r。

礦床資源量主要集中于4個隱伏礦體(C5-I、C5-II、C6-I、C6-Ⅲ)，占比為67%，其特征如下。

C5-I號礦體：位于13～17勘查線間。礦體產(chǎn)于構(gòu)造破碎帶中，賦存標(biāo)高1100～1220m，長度100m，走向北北東18°左右，傾向北北西，傾角55°～63°。礦體厚大，平均真厚度17m；礦體呈透鏡狀，向13線深部變薄。礦體CaF2平均品位51.27%，最高品位91.82%。頂?shù)装逯饕獓鷰r為灰?guī)r、碳質(zhì)板巖，界線明顯，在13線和17線底板為蝕變花崗巖，接觸界線不明顯。

C5-II號礦體：位于7～15勘查線間，礦體產(chǎn)于北東東向的構(gòu)造破碎帶內(nèi)，控制長度150m，延深110m，賦存標(biāo)高1260～1151m。礦體呈囊狀，走向北東30°，向北西傾覆，傾角較緩，傾角10°～40°，具有分支復(fù)合的現(xiàn)象。礦體最大厚度31m，平均品位CaF2為44.24%，最高品位CaF2為95.27%。礦體圍巖為為碳質(zhì)板巖，較破碎，界線明顯。

C6-I號礦體：主體位于33～35勘查線間。賦存標(biāo)高1065～1250m，長度100m，延深120m。礦體走向北東30°～45°，傾角較陡，傾角60°～70°。礦體呈透鏡狀，35勘查線厚度最大達(dá)13m(圖3)，向33勘查線變薄，向37勘查線尖滅。礦體CaF2平均品位54.55%，CaF2最高品位98.50%。礦體圍巖為黑色碳質(zhì)板巖或灰?guī)r，界線清晰。

圖3 榮昌螢石礦35勘查線剖面簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[6]修編)

C6-Ⅲ號礦體：位于21～25勘查線間，賦存標(biāo)高1195～1090m，長度70m，沿深100m，礦體傾角52°。礦體呈囊狀，工程穿礦最大厚度88m，CaF2平均品位57.02%，礦體頂板為破碎的碳質(zhì)板巖，底板為大理巖化灰?guī)r。

3.2 圍巖蝕變特征

區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用強烈，蝕變種類多。變質(zhì)作用類型包括動力變質(zhì)作用、接觸變質(zhì)作用和熱液變質(zhì)作用。主要蝕變有硅化、螢石礦化、糜棱巖化(圖4a)、綠簾石化(圖4b)、大理巖化、鈉長石化(圖4c)、高嶺土化(圖4d)、絹云母化、矽卡巖化、碳酸鹽化等。與成礦關(guān)系密切的蝕變類型為高嶺土化、硅化和螢石礦化，硅化較為普遍，從礦體中心到邊緣均有發(fā)育。

圖4 榮昌螢石礦床圍巖蝕變及組構(gòu)特征照片

3.3 礦石特征

(1)礦石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)礦石多呈白色、紫色、綠色，少量淺黃色、灰褐—灰白色，透明—半透明。結(jié)構(gòu)較簡單，主要為自形結(jié)構(gòu)、半自形粒狀結(jié)構(gòu)(圖4f)、他形粒狀結(jié)構(gòu)(4e)、細(xì)粒結(jié)構(gòu)乃至巨晶結(jié)構(gòu)，交代結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)次之。

礦石構(gòu)造以塊狀(圖4h)、角礫狀構(gòu)造(圖4g)為主，條帶狀、梳狀、晶洞及同心環(huán)狀構(gòu)造次之，局部見葡萄狀—瘤狀構(gòu)造。

根據(jù)礦石的礦物組合及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，礦石類型劃分為塊狀礦石、角礫狀礦石。

塊狀礦石：顏色主要為白色、綠色、紫色，主要以結(jié)晶程度較好螢石為主，其他組分主要為石英，大多分布在礦體中部，包括細(xì)晶糖粒狀、條帶狀礦石。

角礫狀礦石：灰褐色，在區(qū)內(nèi)角礫狀的礦石原巖為灰?guī)r。

(2)礦石礦物成分。

礦石礦物主要為螢石，以中粗粒為主，細(xì)粒次之，局部呈偉晶狀，主要脈石礦物為方解石、石英，少量的角閃石、褐鐵礦等。

(3)礦石化學(xué)成分。

通過分析測試，查明了礦石中有用、有害組分的含量特征。區(qū)內(nèi)主要有用組分為CaF2，有害化學(xué)組分為SiO2、CaCO3、S、P。

主要有用組分CaF2含量一般在34.52%～ 79.59%，單樣最高者達(dá)98.81%，平均品位為51.35%。有害化學(xué)組分SiO2含量在12.07%～42.48%，平均為27.10%；CaCO3含量在1.06%～13.63%，平均6.11%；S含量0.001%～ 1.84%，平均0.208%；P含量0.006%～0.032%，平均0.017%；從礦石的化學(xué)成分看CaF2品位較高，CaCO3、S、P較低(表1)。據(jù)光譜半定量全分析結(jié)果可知，微量及稀土元素含量較低，只有Be略高些，含量30～50ppm，Cu、Pb含量在10ppm左右，鋅含量＜0.01%。同一礦體的不同部位，礦石成分呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，尤其是垂向上礦體中的SiO2與CaF2互為消長關(guān)系，在礦體中部CaF2含量較高，淺部和深部兩頭SiO2含量較高，中下部的CaCO3含量有增高趨勢。

表1 研究區(qū)有用有害組分分析結(jié)果簡表 (單位：%)

4 礦床成因及成礦規(guī)律

4.1 礦床成因

⑴成礦熱液及物質(zhì)來源。

螢石礦化學(xué)成分為氟化鈣(化學(xué)式為CaF2)，由鈣元素(Ca)和氟元素(F)組成。區(qū)內(nèi)林西組地層(主要為灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r)提供鈣元素，花崗巖提供氟元素(燕山期酸性黑云母含氟最高[23-25]。白音錫勒牧場二疊紀(jì)含天河石花崗巖呈現(xiàn)“富堿、貧鎂和鈣”的特征[26]。在巖漿巖晚期至熱液階段，氟元素與鉀、鈉、鎂等元素相結(jié)合，大量二氧化硅參與其中，形成四氟化硅的流體，在斷裂構(gòu)造作用下向地表淺部遷移[27-30]?；◢弾r在遭受風(fēng)化剝蝕后，大氣降水下滲，經(jīng)循環(huán)加熱成為地?zé)崴^程(圖5)中，發(fā)生水巖反應(yīng)，淋濾汲取出巖石中的氟離子、鈣離子等成礦組分，上升流體與淺部巖石中滲流的相對低溫冷水不斷混合，伴隨溫度、壓力降低，pH值升高，CaF2溶解度降低，在有利空間螢石晶出沉淀，形成螢石礦[18]。

圖5 榮昌螢石礦成礦模式圖(據(jù)文獻(xiàn)[1]修編)

(2)儲礦空間。

研究區(qū)北東向斷裂構(gòu)造為張扭性，形成構(gòu)造破碎帶，既為燕山期花崗巖侵入活動提供了通道，又為螢石的結(jié)晶沉淀提供了充足空間；斷裂構(gòu)造活化使早期形成的螢石再次發(fā)生破碎、熔融，兩期的螢石、石英發(fā)生膠結(jié)，導(dǎo)致螢石礦呈現(xiàn)多階段。

榮昌螢石礦具備良好的成礦構(gòu)造環(huán)境，在近地表二疊系林西組地層的碳質(zhì)板巖又具有良好的封閉條件，為螢石聚集提供了良好的存儲空間。

綜上，本區(qū)礦床成因類型為熱液充填型。

4.2 成礦規(guī)律

已有的研究表明大興安嶺中南段地區(qū)典型的熱液螢石礦床(烏力吉敖包螢石礦、林西水頭螢石礦、三道營子螢石礦、小北溝螢石礦等)形成時代主要集中在早白堊世(143～120Ma)[1,32]。本次工作未對榮昌螢石礦未開展同位素年齡測定，但其賦礦圍巖主要為上二疊統(tǒng)林西組，與成礦密切相關(guān)的巖體形成時代為燕山早期，鄰區(qū)石灰窯礦區(qū)云英巖化花崗巖的白云母40Ar-39Ar等時線年齡為143.3±1.4Ma[33]，據(jù)此判斷榮昌螢石礦成礦時代為燕山期。

區(qū)域上與成礦相關(guān)的斷裂為小烏蘭溝西斷裂，受小烏蘭溝西斷裂帶影響，斷裂帶內(nèi)巖石破碎成千枚巖，節(jié)理發(fā)育。后期有石英脈侵入，壓碎呈角礫狀產(chǎn)出，表現(xiàn)為構(gòu)造的復(fù)合，斷裂的繼承活動，與榮昌螢石礦的產(chǎn)出特征一致。榮昌螢石礦主要賦存于北東向構(gòu)斷裂造破碎帶中，成礦期與構(gòu)造同期或稍晚，螢石脈體明顯沿斷裂構(gòu)造破碎帶充填，呈現(xiàn)出脈體產(chǎn)狀與含礦斷裂帶產(chǎn)狀近乎一致的特點，在平面上呈不規(guī)則透鏡狀或扁豆?fàn)町a(chǎn)出，在剖面上顯示為雁列狀或串珠狀產(chǎn)出。

此外，區(qū)內(nèi)礦體在垂向上呈現(xiàn)一定的分帶性。根據(jù)螢石礦脈形態(tài)、礦石組構(gòu)、礦物組合和元素組分特征，榮昌螢石礦自上至下可劃分為頂蓋、頭部、中部和尾部礦體。頂蓋主要由石英組成，底部可見螢石呈小團(tuán)塊狀；頭部礦體主要由石英和螢石組成，位于次級構(gòu)造部位，品位較高；中部礦體主要位于斷裂破碎帶部位，以塊狀、角礫狀、條帶狀礦石為主，為區(qū)內(nèi)的主要富礦體；尾部礦體呈現(xiàn)方解石含量的增多。

綜上所述，榮昌螢石礦大地構(gòu)造位置上處于天山—興蒙造山系錫林浩特巖漿弧內(nèi)，燕山期侵入巖發(fā)育，主要為花崗巖。地層主要為上二疊統(tǒng)林西組，地層巖性包括高含氟的源巖灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r等，賦礦圍巖為灰?guī)r者多形成大型螢石礦床。區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂構(gòu)造較發(fā)育，北東向擠壓破碎帶為石灰窯大斷裂帶的一部分，該構(gòu)造帶控制著與燕山期侵入巖的分布，礦化集中于斷裂最發(fā)育的靡棱巖帶地區(qū)。良好的物源基礎(chǔ)并伴有斷裂活動等成礦地質(zhì)條件是榮昌螢石礦具備形成大型礦床的關(guān)鍵要素。這些特征與規(guī)律的研究、總結(jié)，對螢石礦化露頭的工業(yè)評價、隱伏礦體和盲礦體的預(yù)測以及礦床( 體) 勘探、開采工作的部署，均具重要的實踐意義和理論價值。

5 結(jié)論

(1)榮昌螢石礦區(qū)新圈定礦體20余條，均為隱伏礦體。礦體嚴(yán)格受區(qū)內(nèi)北東向斷裂構(gòu)造控制，在垂向上呈現(xiàn)分帶性特征。C5-I、C5-II、C6-I和C6-Ⅲ號礦體是本區(qū)的主礦體，礦石品位較富，CaF2平均品位44.24%～57.02%。

(2)礦石結(jié)構(gòu)簡單，主要為自形結(jié)構(gòu)、半自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、細(xì)粒結(jié)構(gòu)乃至巨晶結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造以塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造為主。礦石礦物主要為螢石，脈石礦物為方解石、石英。從礦石的化學(xué)成分看CaF2品位較高，有害組分以SiO2為主，CaCO3、S、P含量較低。

(3)通過分析礦區(qū)內(nèi)螢石礦地質(zhì)特征，礦體特征、成礦物質(zhì)來源、成礦構(gòu)造背景和環(huán)境、成礦空間等，認(rèn)為該礦床為熱液充填型螢石礦床，成礦時代為燕山期。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，巖漿活動強烈，地層中有富含鈣的灰?guī)r，為螢石成礦提供了有利的條件，具備“斷裂+侵入巖+灰?guī)r”等大型礦床形成的“三位一體”關(guān)鍵要素。

(4)礦床內(nèi)的礦體主要受斷裂構(gòu)造控制，北東向的張扭性斷裂為主要控礦構(gòu)造。礦體呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出，在垂向上呈現(xiàn)一定的規(guī)律性；礦石類型以塊狀、條帶狀、角礫狀礦石為主。成礦與硅化、高嶺土化關(guān)系密切。經(jīng)綜合研究分析，該礦床為熱液充填型螢石礦床，成礦時代為燕山期。