内蒙古达茂旗黑沙图萤石矿地质特征与成因探讨

2016-10-15阳正熙张文磊宋玉坤魏美丽张益翔成都理工大学地球科学学院四川成都60059黑龙江省区域地质调查所黑龙江哈尔滨50080东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳089

中国非金属矿工业导刊 2016年3期

刘　阳，阳正熙，张文磊，李　盟，宋玉坤，魏美丽，张益翔（.成都理工大学地球科学学院，四川成都　60059；.黑龙江省区域地质调查所，黑龙江哈尔滨　50080；.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳　089）

刘阳1，阳正熙1，张文磊1，李盟2，宋玉坤2，魏美丽1，张益翔3
（1.成都理工大学地球科学学院，四川成都610059；2.黑龙江省区域地质调查所，黑龙江哈尔滨150080；3.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819）

黑沙图萤石矿矿床位于华北地台北缘，呈脉状产于黑云母花岗岩断裂破碎带中，脉长约130m，宽约2m，严格受断裂构造控制，结合前人对萤石矿床的研究资料，推测F元素主要来自黑云母花岗岩，成矿流体主要为大气降水，初步判定黑沙图萤石矿为中低温热液裂隙充填型萤石矿床。

萤石矿；地质特征；矿床成因；花岗岩

萤石在建材、国防、化工等领域应用广泛，是重要原材料。我国是世界上重要的萤石生产国，萤石储量居世界第三位，仅次于南非、墨西哥，产量居世界首位。内蒙古作为我国萤石储量大省，在萤石生产中扮演着举足轻重的角色，区内不仅有世界范围内最大规模的单一萤石矿苏莫查干敖包萤石矿，也有举世闻名的白云鄂博铁铌稀土伴生萤石矿。

黑沙图萤石矿位于达茂旗百灵庙镇北西方向约40km处，行政隶属达茂旗管辖，从达茂旗有公路及便道通往矿区，交通极为便利。

1　成矿地质环境

黑沙图萤石矿位于华北地台北端(Ⅰ级)，北邻天山—大兴安岭海西褶皱带，南倚内蒙台背斜，狼山—白云鄂博台缘凹陷(Ⅱ级)东北端，即白乃庙—哈达庙铜、金、萤石成矿带(见图1)[1]。

图1　区域构造及成矿区带划分示意图

矿区内出露地层较为简单，分别为都拉哈拉岩组、尖山岩组以及第四系，其中都拉哈拉岩组和尖山岩组产于中元古界白云鄂博群。白云鄂博群是一套厚度大、岩相变化大的岩系，其年龄时限为1 000～1730Ma[2]，不整合于五台群(或称色尔腾山群)之上，尖山岩组中基性火山岩单颗粒锆石U-Pb年龄1 728± 5Ma[3-5]，其次为第四系全新统残坡积物、风积物及冲洪积物。

1.1地层

1.1.1 白云鄂博群(Pt2)

(1) 都拉哈拉岩组(Pt2d)。

在矿区西部、南部、东部均有分布，其中西部的地层走向EW，倾向北；东部地层走向NE45°，倾角约60～70°；南部是该地层主要出露地段，构成大南山的主体。根据不同岩性由下至上可分为7段：①红柱石云母片岩、板岩与石英砂岩段；②暗色石英岩段；③含碳硅质灰岩、碳质板岩段；④含碳硅质灰岩夹石英砂岩段；⑤灰色石英岩段；⑥红柱石云母片岩夹石英片岩段；⑦浅色石英岩段。

(2) 尖山岩组(Pt2j)。

分布于矿区北部，整合于都拉哈拉岩组之上，出露华力西晚期侵入其中的黑云母花岗岩。

按岩性划分为2个岩段：①磁铁红柱石云母石英片岩段；②红柱石云母石英片岩段。

1.1.2 第四系全新统(Q4)

大部分分布于萤石矿区北部，主要组成为风成砂和残坡积物(Q4esl)；部分冲沟有冲洪积物(Q4pal)，主要由砂及砾石组成，砾石大多为花岗岩，磨圆较差，呈棱角、次棱角状，砂质较为松散，无胶结，厚度6～10m。

1.2区域构造

该区构造主要分为前中两期，简述如下：

(1) 前期构造：此次构造表现为东西向，是由海西期俯冲碰撞所形成的，形成数条断裂构造，如白云鄂博—达茂旗—镶黄旗深断裂。

(2) 中期构造：具体表现为南北向，形成时期为印支运动，由于太平洋构造域的影响，致使该区域发生东西向水平挤压，形成一组晚于东西向断裂构造的左旋剪切性质的断裂，对区域内印支—燕山期岩浆活动具有一定的控制作用。

1.3岩浆岩

该区域的岩浆岩特征较简单，主要是华力西中晚期中酸性侵入岩。

(1) 华力西中期花岗闪长岩(γδ42a)。

主要分布在矿区西北部，出露范围较小。岩石呈灰黄色，结构为中细粒花岗结构，粒径大小0.5～3.5mm，块状构造。由斜长石(67%)、钾长石(＜20%)、石英(＜18%)和黑云母(＜5%)等组成。岩体中脉岩发育。

(2) 华力西晚期中细粒二长花岗岩(γ34(4))。

分布在晚期黑云母花岗岩中，淡肉红色，风化面呈黄褐色，块状构造，呈捕虏体或岩枝状产出岩石，具中细粒花岗结构，矿物颗粒粒径0.3～3mm。钾长石(25%～30%)，他形粒状；斜长石为更长石(28%～34%)，半自形板状略有环带；石英(30%～35%)，他形粒状；暗色矿物黑云母(2%～4%)，呈他形片状；角闪石(1%～2%)为粒状。

(3) 华力西晚期中粒黑云母花岗岩(γ34(5))。

分布在矿区中部，区域上呈岩基状产出，新鲜面为淡肉红色，中粒花岗结构，块状构造，矿物粒径约1～2mm，主要为斜长石(35%～40%)、石英(25%)、钾长石(25%)及黑云母(＞5%)等组成。在矿区北部与尖山岩组接触部位产生角岩化，形成有红柱石角岩。

1.4 变质作用及围岩蚀变

变质岩类型主要为片岩类、包括石英片岩、云母片岩及石英岩类。依据变质矿物组合，红柱石+斜长石+黑云母+石英，属低绿片岩相。说明本区以区域动力变质为主导因素，变质过程中温度较低，属低温动力变质作用。

围岩蚀变以硅化为主，在萤石矿脉两侧可见宽40～70cm的硅化带，局部地段硅化强烈，花岗岩转变成石英岩；随着远离矿体，硅化减弱，出现5～10cm的绢云母化带。这种萤石矿脉两侧围岩蚀变的分带性，反映了成矿热液在运移和成矿过程中，与围岩发生反应，导致热液本身的分异和演化。

2　矿床地质

矿床出露的地层主要为海西晚期侵入的灰黄色中细粒似斑状黑云母花岗岩和第四系。矿床构造仅为北西向断裂构造，地貌上表现为大沟。

矿体呈脉状产于黑云母花岗岩体中，厚度从开采情况看变化较大，总体趋势向深部变厚，向两端迅速变薄。矿体地表出露较好，覆盖少。

2.1矿体特征

矿床共圈定1条矿体，编号为Ι号。矿体呈近南北向展布，长约130m；矿体裸露地表，地表水平厚度约2m，呈脉状，走向约0°，倾向约270°，倾角约60°，从矿山开采情况看矿体厚度变化较大，总体趋势向深部变厚，向两端迅速变薄。

2.2矿石特征

(1) 矿石的物质成分：矿石颜色呈绿色、白色、紫色、玫瑰色。主要有用矿物为萤石，脉石矿物为石英、玉髓、方解石、重晶石，粘土质含量较少。

(2) 矿石结构：主要为晶粒结构，其次为混熔状、浸染状结构。

(3) 矿石构造：致密块状、条纹状、环带状、角砾状、条带状构造。

(4) 矿石类型、质量特征：主要为萤石型和萤石—石英型两种，以晶粒结构为多，属易选矿石，化验结果CaF2一般为60%～65%。

3　矿床成因分析

3.1成矿温度

了解萤石矿床的成矿温度是研究萤石矿床的重点，据邹灏等[6]有关萤石矿床成矿温度的成果(见表1)[7-16]可知，在已统计的20个萤石矿床中，除四川冕宁稀土矿床萤石矿成矿温度高于300℃，其余19个萤石矿成矿温度均低于300℃，属于中低温矿床。

3.2成矿物质来源

萤石的化学成分为氟化钙，所以成矿物质必须来自富氟和富钙的岩石。有研究证明，地壳中的F元素大多来自于地幔，随着地球的演化，携带化学物质的挥发分从地幔向地壳上部移动，于莫霍面周围形成一个富含H2O和F的浓集带，随着时间的进一步推移，该浓集带继续移动上升(见表2)。

表1　国内部分萤石矿成矿温度

表2　我国不同侵入岩和不同时代花岗岩F含量(×10-6)

从表2可以看出，依据岩性，含氟元素较多的岩性为酸性岩，依据时代，含F最多的为燕山期花岗岩，其次为海西—印支期。本区海西期黑云母花岗岩较发育，为萤石矿的形成提供了良好的F元素来源。据统计，华南地区约80%的萤石矿大多与黑云母花岗岩有着密切的联系，主要原因是黑云母是F元素的主要携带载体[17]，有资料进一步表明，黑云母花岗岩中黑云母F含量占总岩石的40%～70%[18]。

3.3成矿流体

由于该矿床储量较小，地质资料相对匮乏，前人未做相关研究。但曹俊成[19]通过对流体包裹体中的氢氧同位素研究指出，那些与花岗岩有关的萤石矿床成矿热液是由循环于地下的大气降水不断淋滤围岩而形成的。

4　结论

综合上述资料可知，在海西期的黑云母花岗岩侵入过程中，地壳大量的F元素可能以SiF6-2、NaF0、HF0、MgF+、FeF2+、AlF+2进入到黑云母花岗岩体中，随着时间的推移，以大气降水为主的成矿热液在运移过程中淋滤岩体中的F元素，并与含Ca的岩石不断发生反应，然后由于静压力、构造压力和温度梯度关系运移到断裂破碎带时，空间变大，压力减小，温度下降，氧逸度增高，CaF开始逐渐沉淀，最终形成黑沙图萤石矿床，矿床产于黑云母花岗岩体中，与围岩界限清晰，严格受南北向断裂带控制，具有典型的热液充填型成矿特点，如矿石中发育环带状、角砾状、条带状构造，属中低温热液裂隙充填型萤石矿床。

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