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(lái)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(lái)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(guó)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(guó)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(guó)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)潪闊嵋撼涮钚汀⒊练e改造型和伴生型[1-2]。

山西省螢石礦產(chǎn)地相對(duì)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(guò)地質(zhì)普查工作并提交一定資源儲(chǔ)量外，其余的大部分只進(jìn)行過(guò)簡(jiǎn)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(píng)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(wú)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(guò)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(cè)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(chǔ)量CaF2共計(jì)18.12 萬(wàn)t；2010年，山西地勘局217 地質(zhì)隊(duì)又對(duì)董莊螢石礦區(qū)進(jìn)行了螢石礦產(chǎn)資源儲(chǔ)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(chǔ)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(gòu)買來(lái)實(shí)現(xiàn)，成本相對(duì)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，為山西斷隆（Ⅱ）和燕山沉降帶（Ⅱ）兩個(gè)Ⅱ級(jí)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(zhǎng)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(zhǎng)-輝綠巖，以及少量新太古代五臺(tái)期斜長(zhǎng)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(zhǎng)一般為幾十米到幾百米，個(gè)別長(zhǎng)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(zhǎng)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(jiǎn)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(zhǎng)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(hào)礦體，分布于礦區(qū)東南部，為礦區(qū)主要含礦段。①號(hào)礦體為礦區(qū)最大礦體，控制延長(zhǎng)365 m，厚度0.95～4.27 m，平均2.73 m；礦石儲(chǔ)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(hào)礦體，分布于礦區(qū)中西部。③號(hào)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(hào)礦體。有用組分CaF2含量24.46%～63.90%。

北礦段（Ⅲ）：主要包括⑥、⑦號(hào)礦體，分布于礦區(qū)西北端。礦體規(guī)模相對(duì)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)粒花崗巖以及硅化黑云斜長(zhǎng)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(jiǎn)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(hào)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?jī)H15%～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(méi)有一定規(guī)律性，彼此劃分界線不明顯，多呈漸變過(guò)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(zhǎng)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(duì)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(lái)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(zhǎng)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(lái)自圍巖-黑云斜長(zhǎng)片麻巖和石英斑巖，據(jù)化學(xué)分析測(cè)試資料統(tǒng)計(jì)，黑云斜長(zhǎng)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(lái)源，另一礦質(zhì)成分F則主要來(lái)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(chǔ)空間（儲(chǔ)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(lái)自圍巖-片麻巖中，并通過(guò)巖漿熱液蝕變活化轉(zhuǎn)移而來(lái)；而F 成分則主要來(lái)自巖漿侵入巖（石英斑巖），并通過(guò)巖漿分異作用形成[5-7]。其成礦過(guò)程可用化學(xué)反應(yīng)式簡(jiǎn)略表示。

氟（F）主要來(lái)源：2H2O+2F2[含氟熱液]→4HF[氫氟酸]+O2↑。

外接觸帶鈣（Ca）質(zhì)來(lái)源于圍巖（黑云斜長(zhǎng)片麻巖及石英斑巖）。

內(nèi)接觸帶鈣（Ca）質(zhì)來(lái)源于：a（Na、Ca）AlSi3O8[酸性斜長(zhǎng)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(zhǎng)片麻巖或硅化的黑云斜長(zhǎng)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(jí)的斷裂控制影響，大量的酸性巖漿巖（石英斑巖）沿?cái)嗔褞Х植迹瑸槲炇V的形成提供了物質(zhì)來(lái)源和氣熱液的通道，氟主要來(lái)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(lái)源于近礦圍巖黑云斜長(zhǎng)片麻巖中的斜長(zhǎng)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(lái)源于對(duì)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(guó)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(guó)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(cè)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(yǔ)

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(lái)源。二是構(gòu)造：具有張扭性斷裂（帶）或次一級(jí)構(gòu)造，其往往既是導(dǎo)礦構(gòu)造，也是容（儲(chǔ)）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(lái)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(tái)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(píng)價(jià)工作，并提出進(jìn)一步工作依據(jù)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)全省螢石找礦工作的新突破。