內蒙古烏蘭浩特地區螢石礦床成礦預測

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

氟元素是現代化工業的重要非金屬元素之一，螢石作為一種含氟礦物，被廣泛應用于工業生產領域。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今探明儲量的礦區主要分布在內蒙古、湖南、云南、福建等地，大型礦區共13個[2]。在內蒙古烏蘭浩特地區，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]。這次研究將以衛東螢石礦床為例，對礦區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。

1 礦床地質特征

烏蘭浩特地區位于蒙東南中—晚華力西褶皺帶，以NE向、NW向斷裂構造最為發育，整體構造呈網格狀結構。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為烏蘭浩特地區地質簡圖，整個區域的主要出露地層為上侏羅統白音高老組(J3b)和第四系(Qhpld)，早白堊系花崗斑巖(K1γπ)為主要出露侵入巖。NE向斷裂是研究區的構造格架，控制了火山機構的產出；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分布，沿斷裂產出了大量脈巖。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，使得區域內有大量內生金屬礦產產出。該區域構造經歷多次拉張，且割裂較深，這不僅為區域成礦提供了通道，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，進而產生部分熔融，造成了礦源層多金屬的活化遷移，為礦產在構造部位富集提供動力[6]。

這次研究所發現的螢石礦體位于礦區北部，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巖接觸帶附近，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。在研究區地表共圈出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 烏蘭浩特地區地質簡圖Fig.1 Geological sketch map of Ulanhot area1—第四系全新統 2—流紋質晶屑凝灰巖 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、流紋質晶屑凝灰巖，高嶺土化極為發育，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、膠結物態分布于角礫巖中，又以細脈狀分布于頂底板圍巖，整體分布形態呈網脈狀及細脈狀。

圖2 勘探線剖面圖Fig.2 The profile of exploration line1—坡洪積層 2—流紋質晶屑凝灰巖 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，礦體呈透鏡狀形態產出。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，可以發現a1、a2內部的原生包裹體主要發育，次生包裹體部分發育；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育。

圖3 Ⅰ號礦體流體包裹體的類型及形態特征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為單相時的溫度，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，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，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計算采用前人的經驗公式[7]，見公式(3)：

(3)

根據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計，見圖4。由圖4可知，烏蘭浩特地區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

根據成礦特征分析，構建烏蘭浩特地區的成礦模型(圖5)。

圖5 烏蘭浩特地區成礦模型Fig.5 The metallogenic model of Ulanhot area1—流紋質晶屑凝灰巖 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與赤峰林西地區同屬一個構造-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]。結合其他地區前人研究成果[9-11]及本區成礦特征，本研究對烏蘭浩特地區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上涌，在近地表裂隙發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，根據放射性元素的種類和數量可以區分不同的地質體，而土壤中的放射性元素會受到基巖影響[12]。研究區位于內蒙東部淺覆蓋區，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律。這意味著若區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，測量地質體為凝灰巖、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后讀數并存儲，每次讀取鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)、放射性總量(Ur)四組數據。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圈定

伽馬能譜測量反映了區域的地質的放射性元素特征，對測量結果進行統計分析(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；其次是凝灰巖、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；曲線低值區為5號、6號，高值區為1號、2號、3號、4號。從對應位置來看，高值區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。根據上述分析推測，該區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—流紋質晶屑凝灰巖 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含量進行靶區圈定。圖7為Th含量等值線平面圖。由圖7可見，依據Th含量差異，可將測量區域分為高、中、低值區域。高值區域顯示為橙色—褐色，w(Th)為8.32×10-6～10.22×10-6；中值區域顯示為黃色—土黃色，w(Th)為6.54×10-6～8.01×10-6；低值區域顯示為藍色—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)。結合區域地質情況來看，高值區域對應花崗斑巖及部分流紋質晶屑凝灰巖；中值區域主要對應流紋質晶屑凝灰巖；低值區域在礦體、礦化體附近，部分位于第四系淺覆蓋區。

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，它們分別位于區域B、C。1號成礦遠景區位于區域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象，礦石細脈沿裂隙分布；近地表處存在硅質蓋層，與區域A的成礦條件類似。區域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，與區域A的放射性異常特征類似。2號成礦遠景區位于區域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，推測低值異常區的淺地表附近存在隱伏礦體或礦化現象。綜上所述，將1號成礦遠景區確定為A類遠景區，將2號成礦遠景區確定為B類遠景區，有待進一步深部驗證。

5 結論

1)烏蘭浩特地區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)根據測量結果圈定出A類和B類成礦遠景區各一個。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)依據地質條件和成礦特征分析構建了區域成礦模型，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流體相遇并發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育處并隨著溫度壓力的降低而過飽和結晶析出，富集成礦。