中国萤石矿床地质特征与成因综述

成 功，邱献引

（中南大学地球科学与信息物理学院有色金属成矿预测教育部重点实验室，湖南 长沙 410083）

1 概述

萤石(CaF2)，又名氟石，是自然界常见矿物，主要用于制造氢氟酸及炼钢的助熔剂等。世界萤石资源丰富，主要分布于墨西哥、法国、前苏联、南非、蒙古、泰国及中国。我国萤石产量居世界首位，目前我国发现并已进行地质勘查的萤石矿床约210余个，矿床分布范围广，除天津、上海、宁夏和西藏等部分省市外，其余省市均有分布。主要分布于浙江、湖南、江西、福建、河南和内蒙古(见下图)。大中型萤石矿床集中于中国东部沿海地区、华中地区和内蒙古中东部[1-2]。

中国萤石矿分布(据朱训，2011年修改)

2 成矿地质背景

成矿大地构造单元主要为华南造山带和北山内蒙吉林造山系，次为扬子准地台、祁秦造山系东段、华北准地台东北部及天山兴安造山系[1]。华南褶皱系浙东南区域出露的地层有下元古界陈蔡群和中元古界龙泉群、侏罗系、白垩系和第四系[3]。内蒙古苏莫查干敖包特大型矿床及外围出露的地层主要有新元古界艾力格庙群变质沉积岩、下二叠统西里庙群火山—沉积岩、上侏罗统查干诺尔组火山岩、上白垩统沉积岩和第四系沉积物[4]。

控矿构造主要为深大断裂及次级断裂。断裂构造按照方向大致分为近东西向、北东向、北西向及南北向四组断裂，其中以北东向及北西向最明显。赋矿围岩主要为碳酸盐岩和硅质岩(沉积岩、变质岩、侵入岩及火山岩)。与成矿有关的岩浆岩主要为海西末期、印支期及燕山期中酸性侵入岩和火山岩。华南褶皱系区域内侵入岩体较为发育，按照岩浆的活动时间分为吕梁期、晋宁期和燕山期，其中以燕山期侵入体为主，分为早期和晚期两个阶段[3]。苏莫查萤石矿区及外围，各个地质时代、不同产出规模和各种几何形态的中酸性侵入岩体分布广泛，并且呈岩基、岩株和岩群状分别侵入到新元古界艾力格庙群变质岩、下二叠统西里庙群火山—沉积岩和上侏罗统查干诺尔组火山岩地层中，形成于海西期[4]。

3 矿床成因类型

根据成因可将我国萤石矿床划分为热液充填型、热水沉积型和伴生型三种。以热液充填型和热水沉积型萤石矿为主。

3.1 热液充填型

(1)基本地质特征。

矿体主要产于断裂中，其产状和规模受断裂控制，呈透镜状、脉状。产状较陡，一般60～80°左右。矿体长度几十米至2100m，厚数米至78m，延深100～500m左右，常具尖灭再现、尖灭侧现现象。矿物成分主要为萤石，其次为石英，二者总量＞95%。含少量方解石、白云石、绢云母、黄铁矿、褐铁矿、重晶石、斜长石、自然金、自然银、方铅矿、闪锌矿、高岭石及蛋白石。矿石自然类型主要有萤石型、石英萤石型及萤石石英型3种。富矿石，品位(CaF2)一般为60%～90%。矿石构造主要为块状和条带状构造，其次为角砾状、网脉状及浸染状构造。块状矿石，主要由萤石组成，主要分布于矿体中心部位；条带状矿石，主要由不同颜色的萤石互层、或者萤石与石英间互组成条带形成，主要分布于矿体中心部位及边部；角砾状矿石，是早期形成的矿石被后期断裂活动破碎后，由后期萤石和石英胶结形成，主要分布于矿体上、下盘；网格状矿石，是成矿后期的萤石细脉充填在不规则细小裂隙或节理中形成；浸染状矿石，是后期形成的萤石呈星散状充填在硅化岩中形成，主要分布于矿体边部。矿体围岩主要为中—酸性侵入岩、火山岩、次火山岩、碳酸盐岩、云母石英片岩和片麻状花岗岩等。围岩蚀变强度大，主要为硅化，其次为碳酸盐化、绿泥石化和绢云母化等[1]。

(2)典型矿床实例。

根据王吉平等[2]的圈定，将中国萤石矿划分为10个萤石矿矿集区。其中甘中、承德—阜新、豫南、赣北—皖南—浙西北、浙中、闽北等萤石矿矿集区均属热液充填型萤石矿床。

甘中萤石矿矿集区：位于甘肃省中部张掖、金昌一带。矿集区面积约4.0万km2。本区有萤石矿床6个，均为大中型，查明萤石矿资源量约322万t。本区基底为前古生代变质岩，盖层为中生代地层，侵入岩有加里东期、海西期和燕山期花岗岩。萤石矿床受复合黎山—龙首山北西向主构造的次一级北东向构造控制，产于海西期云母花岗岩岩体的内外接触带附近。

承德—阜新萤石矿矿集区：位于河北省承德至辽宁省阜新一带，矿集区面积约8.8万km2，本区有萤石矿床10个，以大中型为主，查明萤石矿资源量约434万t。本区位于华北陆块北缘，基底为震旦系，盖层为侏罗系酸性火山岩，白垩系—第三系零星分布。侵入岩有太古宙五台期花岗岩、古元古代吕梁期花岗岩及华力西期、燕山期花岗岩、花岗闪长岩，喷出岩有华力西期、燕山期火山岩。萤石矿床受构造控制，产于花岗岩内外接触带附近的各类岩石中。

豫南萤石矿矿集区：矿集区西北自河南省嵩县，东南至湖北省红安县，面积5.6万km2，有萤石矿床14个，以大中型为主，查明萤石矿资源量约1296万t。区内萤石矿床主要分布于河南省嵩县、信阳，湖北省红安、大悟县等地。以石英—萤石型、萤石型矿石为主。本区基底为元古宇变质岩、混合岩、寒武系碳酸岩、大理岩，盖层为侏罗系、白垩系、第三系。侵入岩有燕山期花岗岩及岩脉。萤石矿床受武当山—淮阳隆起、鸡公山—伏牛山北西向构造控制，围岩及构造控矿明显。

赣北—皖南—浙西北萤石矿矿集区：矿集区西起江西省德安县，经安徽南部，东至江苏省苏州市，南至浙江省常山县，面积约9.5万km2。区内有萤石矿床18个，以大中型为主，查明萤石矿资源量约1748万t。本区位于安吉—昌化、溧阳—广德火山喷发区，属苏皖浙拱褶带，基底为震旦—志留系，上覆晚侏罗世或白垩纪火山岩，有燕山期花岗岩、花岗闪长岩侵入。萤石矿床受北东或北西向断裂控制，产于花岗岩、花岗闪长岩与侏罗纪熔结凝灰岩、砂砾岩接触带、与寒武系碳酸盐岩接触带。

浙中萤石矿矿集区：矿集区西起浙江省江山县，东至宁波市，面积约5.0万km2。区内有萤石矿床53个，以大中型为主，查明萤石矿资源量约3000万t。是中国大中型萤石矿床最集中的地区，也是中国萤石矿资源量最大的矿集区。控矿断裂为隆起边缘次级构造控盆断裂、岩体接触带断裂，产于浙中隆起中次一级的块断隆起、断陷盆地及断陷盆地边缘。赋矿围岩为变质岩、燕山期火山岩及少量侵入岩和奥陶系、白垩系沉积岩。围岩蚀变明显，主要有硅化、绢云母化、高岭土化等。

闽北萤石矿矿集区：矿集区大部分位于福建省北部，包括浙江省西南部和江西省东部一小部分，面积约5.2万km2。区内有萤石矿床17个，以大中型为主，查明萤石矿资源量约1056万t。本区位于浙闽粤沿海中生代构造火山带的南段，基底为前震旦—志留纪地层，上覆晚侏罗世、白垩纪火山岩，有燕山期花岗岩、花岗闪长岩侵入。萤石矿受围岩及构造控制。

3.2 热水沉积型

(1)基本地质特征。

这类矿床的矿体与周围沉积岩呈整合关系，具有一定层位，呈层状、扁平透镜状产出。矿体长度40～350m，厚0.5～22m,平均5.6m。矿体形态和产状、矿石结构构造等基本具沉积本色。只有经受后期热液作用、变质或构造变动才会具有较复杂的形态。矿体后期改造因地而异，可分为弱改造型和强改造型矿体。无论宏观还是微观，均保留了较多的沉积本色和改造特征[5]。矿石自然类型主要有石英—萤石型，其次有石英—硫化物—萤石型、方解石—石英—萤石型和萤石—石英型。矿石构造以块状、条带—条纹状及角砾状萤石矿为主，局部见伟晶状萤石矿。围岩蚀变不明显。

(2)典型矿床实例。

滇东—黔西南萤石矿集区：矿集区西南自云南省富源县，东北至贵州省安顺市，面积约1.6万km2。区内有萤石矿床9个，查明萤石矿资源量约371万t，矿床类型为沉积改造型和热液充填型，以沉积改造型为主，中型矿床居多。

内蒙古四子王旗萤石矿矿集区：位于内蒙古自治区中部白云鄂博至二连一带，矿集区面积约3.2万km2。本区有萤石矿床4个，以大型为主，查明萤石矿资源量约2072万t。对内蒙古苏—查矿床的产出环境、矿床地质特征、矿物学和围岩蚀变类型进行了系统野外地质调查和详细室内研究工作，对萤石矿床的成因探讨，一种观点认为该区的萤石主要是与早二叠世海相酸性火山活动有关的具层控特点的热水沉积矿床[5]；另一种观点认为该区的萤石矿床主要是早白垩世酸性花岗岩侵入的结果[6]。许冬青等[7]将苏—查矿床划属为与早白垩世酸性准铝—弱过铝质花岗岩有关的岩浆热液充填—交代矿床。

浙江八面山是以沉积为主，后经热液改造的特大型萤石矿床[8]。萤石矿床位于扬子准地台华埠—新登陷褶带上方—罗村拗褶束西南段内。主要分布在岩前花岗岩体旁侧的寒武系泥质灰岩和灰岩地层中，按矿体赋存状态可分为三大类: ①产于岩体接触带中的似层状矿体；②产于围岩层间破碎带中的似层状、透镜状矿体；③产于构造带中的陡倾斜脉状矿体。近矿体围岩蚀变为绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化、硅化、角岩化和矽卡岩化。

3.3 伴生型

(1)基本地质特征。

该类型萤石矿多呈灰黑色、深灰色，他形粒状和自形—半自形晶结构，局部见有交代结构，成分较复杂。矽卡岩型萤石矿，主要是一些矽卡岩矿物(符山石、石榴子石、矽灰石、透辉石和阳起石、透闪石等)，其次是金属矿物锡石、辉钼矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿等，矿石含CaF2多在15%～30%之间，平均约25%。由交代伴有充填作用形成的萤石矿石，成分主要由萤石、石英、长石、方解石、绢云母、绿泥石、泥质、碳质组成，偶见有矽卡岩矿物和角闪石、绿帘石等。矿石自然类型主要有：石英—萤石型，萤石—石英型，绢云母、石英—萤石型，石英、长石、方解石—萤石型，萤石—方解石型等。含CaF2多在30%～65%之间，平均约42.02%，为中品位矿石。矿石构造有块状、角砾状、条带状、条纹状、浸染状和网脉状、细脉状构造等。中低温热液成矿期是主要萤石成矿期，该类型矿床具有较大的工业意义。矽卡岩期以锡多金属萤石矽卡岩型矿床为主，萤石矿是伴生有益组分，可综合利用[9]。

(2)典型矿床实例。

鲁东萤石矿矿集区：本区南起郯城，北至烟台，面积约5.2万km2。区内有萤石矿床9个，以中型为主，无大型萤石矿床，查明萤石矿资源量约280万t。萤石矿床受北东、东西及北西向构造复合部位控制，分别产于胶辽隆起区的前震旦纪片麻岩与花岗闪长岩的内外接触带中。本区以热液脉状充填型萤石矿床为主，北部和南部有两个伴生萤石矿。

湘东—赣南—粤东萤石矿矿集区：矿集区北起湖南省衡东县，南至广东省河源县，面积约11.3万km2，有萤石矿床27个，查明萤石矿资源量约1700万t，矿集区东部多大型矿床，西部多小型矿床。东部矿床类型为热液充填型萤石矿床，西部有少量伴生型萤石矿床。与闽北萤石矿集区一样，本区位于浙闽粤沿海中生代构造火山带的南段。基底为震旦—志留纪地层，上覆晚侏罗世、白垩纪火山岩。有燕山期花岗岩、花岗闪长岩侵入。萤石矿受围岩及构造控制，产于郴县等地石炭系泥质灰岩与千里山花岗岩侵入体周围形成的云英岩—矽卡岩型伴生型萤石矿床，以大中型居多，著名的有郴县柿竹园钨锡钼铋矿伴生萤石矿床。

浙西北寒武系碳酸盐岩内萤石矿体矿床类型和湖南柿竹园钨、锡、钼多金属萤石矽卡岩型矿床颇为相似，但矿床规模相对较小，局部分布[9]。产出方式主要有下列数种：①直接产于岩体接触面附近的透镜状、似层状锡多金属萤石矽卡岩型、萤石矽卡岩型(或角岩型)矿床和萤石矿床；②产于层间滑动破碎带或虚脱构造内透镜状、似层状萤石矿床，且多为隐伏产出矿床；③产于围岩各组不同方向构造破碎带陡倾斜脉状矿体，多出露于地表，且倾向延深不大。

4 萤石矿的成因分析

4.1 成矿温度

了解萤石矿成矿温度的变化规律是研究萤石矿的重点，关于热液矿床成矿温度的划分，一般认为300～500℃为高温、200～300℃为中温、50～200℃属低温。

目前，利用矿物母液包裹体测定成矿温度应用较广，也是行之有效的方法。所有气液包裹体可细分为两类：一类为纯液相包裹体，不含气相物质；另一类为气液两相包裹体，气液比大多在1∶4～1∶5之间。赵霞[10]对塔里木盆地塔中45井及柯坪西克尔萤石进行分析，柯坪西克尔萤石与塔中45井萤石中气液包裹体气相成分基本相同主要成分为CO2、N2、N2S、CH4、SO2、C2H2和C3H8。而对于液相成分而言，西克尔萤石中包裹体液相成分较为复杂，主要为CO2、N2、H2S、CH4、Cl2和有机成分(C3H8、C6H6)； 塔中45井萤石中包裹体液相成分较简单，主要为CO2，其次为N2、SO2和有机成分(C2H4、C3H8)。萤石中气液包裹体成分分析结果表明：包裹体中大量有机组分(CH4、C2H2、C3H8、C6H6)的存在是低温还原环境的指示剂。

王伟等[11]对浙江松阳县萤石矿床进行分析，通过对比流体包裹体均一温度与气—液相比的关系，包裹体均一温度有随着气—液相比的增加而上升的规律，说明在温度高的成矿流体中含有较多的气体。

据邹灏等[12]有关萤石矿成矿温度的研究成果(见表1)，得知大多数萤石矿的成矿温度都低于300℃，属于中低温矿床，只有少数萤石矿的成矿温度超过300℃，如四川冕宁稀土矿床萤石矿。

4.2 成矿物质来源

萤石由氟和钙组成，因此，成矿物质必源于富氟、富钙岩石。自然界中，富氟岩石主要为碱性和酸性岩浆岩，富钙岩石主要为碳酸盐岩类岩石。所以，萤石矿床成矿物质必源于这两类岩石。

曹俊臣[33]对华南地区低温热液脉型萤石矿床进行研究，通过对比华南地区与花岗岩有关的萤石和国内其它类型岩石中的萤石稀土元素特征发现，在Tb/Ca～Tb/La坐标中，因围岩不同而各点呈带状分布，说明围岩对低温热液脉型的萤石矿床形成有密切的关系。推测成矿物质来源于地下热液对围岩的淋滤和萃取，岩浆岩是热量和物质来源。

表1 萤石矿成矿温度一览表[13-32]

李长江等[34-39]对我国东南地区的萤石矿床的野外地质和氢、氧同位素及成矿年龄等进行研究，认为萤石的氟矿物主要来自地热水循环淋滤变质岩基底和围岩。在浙江缙云县骨洞坑萤石矿床区，不同岩浆岩的氟丰度随酸度的增高和时代的变新而增高，这与侏罗纪火山岩氟丰度普遍低于白垩纪火山岩是对应的，大气降水长期淋滤也是不可忽略的因素之一[32]。这种富水盆地长期接受地表水淋滤和地下水循环作用，可不断地从盆地和周边富矿质地层岩石中不断萃取F、Ca等元素，并在盆地中心及其深部进一步富集。

李长江等[40]把我国东南部的萤石矿床按照矿床和岩浆岩产状的空间关系分为产于中生代火山岩区的和燕山期花岗岩区的两类。通过对两类矿床锶同位素特征的分析，得出两类矿床锶同位素87Sr/86Sr的值大多＞0.710，明显高于中生代上地幔的87Sr/86Sr的平均值0.7045，也高于我国东部第三纪玄武岩的初始值0.70134～0.70532，表明成矿物质不是来源于地幔溶液。此外对比两类矿床的87Sr/86Sr比值差异和REE曲线特征，得出结论：中生代火山岩区的萤石矿床成矿物质来源于基底变质岩。

韩文彬等[41]在对浙江松阳区域内杨家等多个萤石矿和各类岩石进行稀土元素分析，发现该区萤石矿的球粒陨石标准化模式曲线具有与基底变质岩相似的模式曲线特征，说明成矿物质氟都来自于基底变质岩层。成矿物质钙的来源问题，王玉荣等[42]对黑云斜长片麻岩做浸出F、Ca、Mg的试验，结果如表2所示。

表2 黑云斜长片麻岩在不同介质溶液中浸取Ca、Mg、F的比值

从表中可以看到强酸性介质(10-2HCl、10-1HCl)有利于F、Ca、Mg的浸取。成矿热液可能是酸性的，其Ca、Mg元素是和F元素一同从变质岩基底岩石中浸出的，F元素主要以CaF+、MgF+等形式存在，Ca、F元素可同时迁移。玉岩矿区萤石矿床的赋矿围岩除了火山凝灰岩外还有砂岩，从矿区萤石矿床围岩的非单一性可以看到萤石成矿对围岩没有选择性。可见，这一地区的萤石矿床是典型的充填型热液矿床。矿床萤石的 F、Ca 等矿物质都不是直接来源于围岩，而是来源于热液淋滤基底变质岩层。燕山期的火山洼地塌陷形成的断裂为萤石提供了含矿热液运移通道和赋矿空间，在这些断裂空隙里萤石都可以沉淀成矿[3]。

4.3 成矿流体

一般来讲成矿热液流体的来源可分为四种：岩浆热液、大气降水、海水、变质水。不同专家对萤石的测试得出，大气降水是萤石成矿热液流体的来源。

内蒙古东七一山萤石矿床为岩浆热液成因[43]。成矿物质：Ca元素是由地层(主要是大理岩)提供的，F元素主要是中、酸性岩浆活动产生的岩浆热液从地下深处携带而来的。而成矿过程稀土元素的分馏作用，可能主要与不同矿化阶段岩浆热液成分的变化有关。

曹俊臣等[44]对华南及内蒙古、山东等地萤石矿床的包裹体测试研究表明萤石气液包裹体水的氢、氧同位素变化范围为：δD：-63‰～-43‰，δ18O：-6.3‰～-3.0‰，其比值坐标图上所有点均落在Craig大气降水线的右下方，靠近大气降水，而远离岩浆水和变质水。浙江武义萤石矿成矿流体以大气降水补给的地热水为主[45]。塔里木盆地西克尔萤石成矿热液并非为岩浆期后热液(岩浆水)，应为大气降水来源[29]。

内蒙古苏摩查干敖包萤石矿的成矿作用主要是以大气降水来源的建造水与以岩浆来源的高温、高盐度的流体的混合、稀释和降温的结果[7]；浙江八面山萤石矿床成矿流体水具有多源性，成矿流体具有大气降水、变质水和岩浆水共同混合作用的结果，在岩浆侵入热源的作用下，三种水混合后被加热，形成了成矿溶液的重要载体[8]。前人研究成果证实，大气降水在萤石矿成矿流体的来源中占据了十分重要的地位。

5 结语

据成因可将我国萤石矿床划分为热液充填型、热水沉积型和伴生型三种类型。以热液充填型和热水沉积型萤石矿为主，前者矿体主要呈脉状、透镜状，以大中型矿床为主；后者矿体呈层状，规模为大型。

我国萤石矿大多属于中低温矿床，成矿物质来源复杂：①华南地区成矿物质来源于大气降水形成的地下热液对围岩的淋滤和萃取；②东南地区萤石的氟矿物来自地热循环淋滤变质岩基底和围岩；③东南部的产于中生代火山岩区的萤石矿床成矿对围岩没有选择性，来源于基底变质岩，但成矿流体大都与大气降水有关。

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