內蒙古榮昌螢石礦地質特征及成礦規律

李繼業，王紀昆，祝永平，蔡 童，董 帥

(天津華北地質勘查總院，天津 300170)

螢石又稱氟石，具有性能高、附加值高等特性，其應用領域廣泛，除冶金、化工等傳統產業以外還包括新材料、信息技術、新能源、生物、高端制造、節能環保等戰略性新興產業，行業內譽為“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、戰略性礦產或關鍵性礦產[2-3]。開展對螢石礦成礦規律的研究，對于指導找礦和產業規劃的科學部署都具有重要的現實意義。

榮昌螢石礦位于內蒙古錫林浩特市白音錫勒牧場境內，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]，成礦地質條件優越。張文等[6]對榮昌螢石礦的地質和礦體特征進行過研究，認為榮昌螢石礦屬中—低溫熱液充填型礦床、并進一步指出礦區北東向構造帶的北部是進一步找礦的主要區域，但尚未深入探討礦產成因和成礦規律。筆者于2013～2014年在該區開展詳查地質工作，新發現隱伏礦體20余條，提交資源量規模達到大型。研究區地處淺覆蓋區，覆蓋面大，方法上創新采用激電測深、磁法掃面等相結合圈定異常，有效排除干擾因素，利用槽探、鉆探等工程手段進行驗證，找礦成果顯著，對尋找淺覆蓋區熱液型礦床有一定的借鑒意義。當前國內學者對于該成礦帶內的稀有金屬研究較多[7-10]，而對螢石這樣的非金屬戰略性礦產研究較少，本文基于詳查工作所獲得的資料，從成礦地質背景入手，采用野外地質調查與室內研究相結合、宏觀與微觀相結合，在前人研究的基礎上進一步分析研究區成礦地質特征，同時類比區域上的礦床，探討礦床成因，進而總結成礦規律，以期對于尋找類似礦床起到一定的參考和指導作用。

1 成礦地質背景

榮昌螢石礦的大地構造位置處于天山—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)。區域地層出露較簡單，由老至新主要為下二疊統大石寨組、上二疊統林西組、上侏羅統白音高老組及第四系。受多次構造運動影響，區內褶皺強烈，斷裂構造發育[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 研究區區域地質構造簡圖(據文獻[16]修改)

2 礦區地質特征

2.1 地層

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

圖2 榮昌礦區地質簡圖(據文獻[6]修編)

2.2 構造

研究區褶皺和斷裂構造較發育，褶皺主要為北東東向緊密小褶皺。斷裂構造主要分為東西向、北北西向及北東向三組。區內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，為主要導礦、儲礦構造，其性質為張扭性斷層，區內主要表現為糜棱巖帶，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為碎裂結構。產狀傾向北西，傾角變化較大，總體較陡(其表現形式為陡立—水平—陡立)。北西向、東西向斷裂構造形成較晚，為北東向斷裂的次級構造，對主斷裂構造產生一定的影響。北東向斷裂構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

區內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，約占礦區的12%。其中脈巖為花崗閃長巖、閃長玢巖、花崗偉晶巖，其產狀與區內構造線方向一致，呈北東向分布。區內巖漿活動較為強烈，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

區內礦體形態上呈脈狀、似脈狀、透鏡狀，主要沿上二疊統林西組碳質板巖、灰巖及蝕變花崗巖的接觸部位產出，呈“帶狀分布、斷續延伸、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，礦體的規模與形態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，而遠離主斷裂帶則傾角變小，整體表現出厚度變化中等、品位變化均勻[6]。

關于隱伏礦床(體)的定義和分類，國內外學者尚未有統一意見。當前的主流觀點認為隱伏礦(床)體是指埋藏于基巖中受到或未受到現代切割作用，受到或未受到沉積物覆蓋的所有礦床(體)[20-22]。區內新發現礦體為隱伏礦體，形態上呈脈狀、囊狀，長度200m，延深100m，見礦標高在1150～1220m，傾向上產狀變化大，傾角2°～50°，走向上延伸具有膨脹收縮現象。礦體具有明顯的分帶性，其特征為由中心向邊緣，礦石由塊狀變為中粗粒，呈漸變過渡。圍巖與礦體界線清楚，巖性為碳質板巖和灰巖。

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。礦體產于構造破碎帶中，賦存標高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%。頂底板主要圍巖為灰巖、碳質板巖，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，礦體產于北東東向的構造破碎帶內，控制長度150m，延深110m，賦存標高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°，具有分支復合的現象。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板巖或灰巖，界線清晰。

圖3 榮昌螢石礦35勘查線剖面簡圖(據文獻[6]修編)

C6-Ⅲ號礦體：位于21～25勘查線間，賦存標高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板巖，底板為大理巖化灰巖。

3.2 圍巖蝕變特征

區內變質作用強烈，蝕變種類多。變質作用類型包括動力變質作用、接觸變質作用和熱液變質作用。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育。

圖4 榮昌螢石礦床圍巖蝕變及組構特征照片

3.3 礦石特征

(1)礦石結構與構造。

區內礦石多呈白色、紫色、綠色，少量淺黃色、灰褐—灰白色，透明—半透明。結構較簡單，主要為自形結構、半自形粒狀結構(圖4f)、他形粒狀結構(4e)、細粒結構乃至巨晶結構，交代結構、包含結構次之。

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

根據礦石的礦物組合及結構構造特征，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，包括細晶糖粒狀、條帶狀礦石。

角礫狀礦石：灰褐色，在區內角礫狀的礦石原巖為灰巖。

(2)礦石礦物成分。

礦石礦物主要為螢石，以中粗粒為主，細粒次之，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。區內主要有用組分為CaF2，有害化學組分為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98.81%，平均品位為51.35%。有害化學組分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%；從礦石的化學成分看CaF2品位較高，CaCO3、S、P較低(表1)。據光譜半定量全分析結果可知，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，礦石成分呈現出規律性的變化，尤其是垂向上礦體中的SiO2與CaF2互為消長關系，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 研究區有用有害組分分析結果簡表 (單位：%)

4 礦床成因及成礦規律

4.1 礦床成因

⑴成礦熱液及物質來源。

螢石礦化學成分為氟化鈣(化學式為CaF2)，由鈣元素(Ca)和氟元素(F)組成。區內林西組地層(主要為灰巖、大理巖化灰巖)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含天河石花崗巖呈現“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、鎂等元素相結合，大量二氧化硅參與其中，形成四氟化硅的流體，在斷裂構造作用下向地表淺部遷移[27-30]。花崗巖在遭受風化剝蝕后，大氣降水下滲，經循環加熱成為地熱水過程(圖5)中，發生水巖反應，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(據文獻[1]修編)

(2)儲礦空間。

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

榮昌螢石礦具備良好的成礦構造環境，在近地表二疊系林西組地層的碳質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，本區礦床成因類型為熱液充填型。

4.2 成礦規律

已有的研究表明大興安嶺中南段地區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林西組，與成礦密切相關的巖體形成時代為燕山早期，鄰區石灰窯礦區云英巖化花崗巖的白云母40Ar-39Ar等時線年齡為143.3±1.4Ma[33]，據此判斷榮昌螢石礦成礦時代為燕山期。

區域上與成礦相關的斷裂為小烏蘭溝西斷裂，受小烏蘭溝西斷裂帶影響，斷裂帶內巖石破碎成千枚巖，節理發育。后期有石英脈侵入，壓碎呈角礫狀產出，表現為構造的復合，斷裂的繼承活動，與榮昌螢石礦的產出特征一致。榮昌螢石礦主要賦存于北東向構斷裂造破碎帶中，成礦期與構造同期或稍晚，螢石脈體明顯沿斷裂構造破碎帶充填，呈現出脈體產狀與含礦斷裂帶產狀近乎一致的特點，在平面上呈不規則透鏡狀或扁豆狀產出，在剖面上顯示為雁列狀或串珠狀產出。

此外，區內礦體在垂向上呈現一定的分帶性。根據螢石礦脈形態、礦石組構、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塊狀；頭部礦體主要由石英和螢石組成，位于次級構造部位，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，為區內的主要富礦體；尾部礦體呈現方解石含量的增多。

綜上所述，榮昌螢石礦大地構造位置上處于天山—興蒙造山系錫林浩特巖漿弧內，燕山期侵入巖發育，主要為花崗巖。地層主要為上二疊統林西組，地層巖性包括高含氟的源巖灰巖、大理巖化灰巖等，賦礦圍巖為灰巖者多形成大型螢石礦床。區內褶皺和斷裂構造較發育，北東向擠壓破碎帶為石灰窯大斷裂帶的一部分，該構造帶控制著與燕山期侵入巖的分布，礦化集中于斷裂最發育的靡棱巖帶地區。良好的物源基礎并伴有斷裂活動等成礦地質條件是榮昌螢石礦具備形成大型礦床的關鍵要素。這些特征與規律的研究、總結，對螢石礦化露頭的工業評價、隱伏礦體和盲礦體的預測以及礦床( 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 結論

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

(2)礦石結構簡單，主要為自形結構、半自形粒狀結構、他形粒狀結構、細粒結構乃至巨晶結構。礦石構造以塊狀構造、角礫狀構造為主。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)通過分析礦區內螢石礦地質特征，礦體特征、成礦物質來源、成礦構造背景和環境、成礦空間等，認為該礦床為熱液充填型螢石礦床，成礦時代為燕山期。區內斷裂發育，巖漿活動強烈，地層中有富含鈣的灰巖，為螢石成礦提供了有利的條件，具備“斷裂+侵入巖+灰巖”等大型礦床形成的“三位一體”關鍵要素。

(4)礦床內的礦體主要受斷裂構造控制，北東向的張扭性斷裂為主要控礦構造。礦體呈脈狀、透鏡狀產出，在垂向上呈現一定的規律性；礦石類型以塊狀、條帶狀、角礫狀礦石為主。成礦與硅化、高嶺土化關系密切。經綜合研究分析，該礦床為熱液充填型螢石礦床，成礦時代為燕山期。