肃南黄萤沟萤石矿成矿条件及成因初探

应方业，沈作刚，郭 勇

(中国建筑材料工业地质勘查中心甘肃总队，甘肃 天水 741000)

肃南黄萤沟萤石矿位于甘肃省武威市西营镇南西方向约16km，矿区周边半阳河—焦家庄一带萤石矿主要分布在下石炭统臭牛沟组(C1ch)长石石英砂岩、泥灰岩、上寒武统大黄山组(∈2-3d)变质砂岩以及志留纪碱长花岗岩(ξγSa)中，研究该萤石矿的成矿条件、控矿因素和矿床成因，对指导本区进一步开展萤石矿找矿工作具有重要意义。

1 区域地质背景

黄萤沟萤石矿大地构造地处北祁连新元古代—早古生代沟弧盆系—走廊弧后盆地(Ⅲ-2-2-1)[1]，属酒泉—永昌—皇城的铁-金-铜-铅-锌-锡-钨-硼-重晶石-萤石-磷成矿亚带(Ⅳ-20①)。

区域成矿亚带上萤石矿床(点)多赋存于上寒武统大黄山组(∈2-3d)变质砂岩、下石炭统臭牛沟组(C1ch)长石石英砂岩、泥灰岩及志留纪多斑状碱长花岗岩(ξγSa)中，矿体产出受到断裂构造控制。截止目前，成矿亚带上已有27个萤石矿床(点)，其中大型1处、中型2处、小型及矿点24处。区域西北地段萤石多赋存于上寒武统大黄山组∈2-3d)变质砂岩，有焦家庄、照路沟、西石门、联柄萤石矿等6处，其中焦家庄、照路沟等萤石矿已开发利用；区域中部萤石多赋存在志留纪碱长花岗岩(ξγSa)中，有大沙沟、大全沟、黄萤沟、老鸦沟萤石矿等8处，其中大全沟萤石矿已被开发利用；区域南部萤石矿床多位于白羊圈—半阳河一带，多赋存于碱长花岗岩、下石炭统臭牛沟组(C1ch)长石石英砂岩中，有半阳河、干沙鄂博、大五沟萤石矿等13处，其中半阳河、大五沟矿点已被开采。总体来看萤石矿点分布密集，成矿前景较好。

区域内出露地层主要有：上侏罗统享堂组(J3x)和中侏罗统龙凤山组(J2l)、中下三叠统五佛寺组(T1-2w)、下二叠统大黄沟组(P1d)、上石炭统羊虎沟组(C2y)以及第四系(Qp3)。地层总体展布方向为北西—南东向，与区域构造线相一致。

区域内断层较为发育，主要发育有5条，主要为恒绪大坂逆断层、走向逆断层、双腰湾西逆断层、大口子正断层、前顶山南正断层。其中与矿区萤石成矿较为紧密的为F2恒绪大坂走向逆断层，走向为北西，倾向北东，倾角＞45°，延伸长约4km，宽约数十米，花岗岩体覆于上石炭统之上，岩层产状紊乱，沿断层线发育有萤石矿脉。断裂构造均具有压扭性，控矿构造主要为北西向断裂，推断其为成矿热液上升运移通道，主构造旁的次级构造多为容矿构造。

区域内岩浆岩活动发育，从寒武系—奥陶系—志留系均有岩浆活动，发育了一套基性—酸性—偏碱性的岩石组合，主要侵入时期为加里东期。萤石矿产于志留纪花岗岩岩体的中心相部位，以多斑状碱长花岗岩(ξγSa)为主，大面积分布的志留纪碱长花岗岩(ξγSa)为后期萤石成矿提供了丰富的钙质来源。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区内出露地层主要为上石炭统羊虎沟组(C2y)，主要为石英砂岩与炭质页岩互层。砂状结构，接触式胶结，块状构造。主要由碎屑(98%)、填隙物(2%)组成，并含有极少量金属矿物。碎屑主要为石英，粒径以0.1～2mm为主，少量较大。野外实地观察到石炭系(C2y)地层石英砂岩裂隙表面见有薄膜状萤石脉体填充，表明该区萤石矿床形成晚于石炭系(图1)。

图1 黄萤沟萤石矿地质图

2.2 构造

区内构造发育，断裂主要发育为南北向构造带，目前已发现的较大断裂有4条，分别为F2、F3、F4、F5断裂，均具有压扭性，其中与萤石成矿关系较为紧密的有F2、F5号断裂。F2号断裂位于FL3号矿体南侧，走向为北西向，沿走向延伸约为320m，直至延伸进入第四系覆盖，被硅质脉体充填，脉体中零星见有团块状萤石矿化，厚度大，分布极不均匀。F5号断裂为主要断裂，走向北西—南东向，延伸长度为2km，推断其为主要的成矿热液运移通道，控制的萤石矿体主要有FL2、FL4、FL5三个矿体。FL2、FL4、FL5号矿体沿走向方向均延伸到该断层。F3、F4号断裂实地均见有断层残痕，对矿体的富集与破坏影响不大。通过对区内萤石矿分布特征分析，萤石矿主要赋存在主干断裂的次级构造中。

2.3 岩浆岩

区内出露岩浆岩主要为志留纪浅肉红色多斑状碱长花岗岩，半自形粒状结构，块状构造。岩石主要由钾长石(63%)、斜长石(5%)、石英(20%)、角闪石、黑云母(8%)、榍石(1%)、磷灰石(1%)等组成，并含有金属矿物(1%～2%)。沿构造裂隙仔细观察有细小萤石矿脉及萤石石英脉。大面积分布的志留纪碱长花岗岩(ξγSa)为萤石形成提供了丰富的钙质来源。

3 矿床特征

3.1 矿体特征

黄萤沟萤石矿多赋存在志留纪多斑状碱长花岗岩(ξγSa)中，矿体分布较为零散，与断裂构造关系较为紧密，产出受断裂构造控制。矿区共圈定萤石矿(化)体12条，其中矿体7条、矿化体5条，主要矿体有FL1、FL3和FL8号矿体，次要矿体有FL2、FL6、 FL7和FL10号矿体(表1)。

3.1.1 主要矿体特征

FL1矿体产于勘查区西北部F1号断层中，由PD171、TC101、TC131三个工程控制。矿体呈脉状产出，产状为60°∠70°，长300m，厚度 0.94 ～ 0.99m，平均厚度 0.97m，厚度变化系数 2.63%；CaF2品位 22.61% ～ 89.99%，平均44.81%，品位变化系数68.16%。矿石类型属萤石型。

FL3矿体产于沙子泉沟东F7号断层中，由TC301、TC321、TC341和TC361四个工程控制。矿体呈脉状产出，产状为88°∠70°，长200m，厚度0.82～3.73m，平均厚度1.99m，厚度变化系数 57.53%；CaF2品位 21.21% ～ 39.74%，平均25.91%，品位变化系数23.23%。矿体两侧见有绿泥石化、绿帘石化等。矿石类型属萤石—石英型。

FL8矿体产于勘查区南部F12号断层中，由TC801和TC841两个工程控制。矿体呈脉状产出，产状为0°∠75°，长200m，厚度0.99～5.56m，平均厚度2.79m，厚度变化系数87.26%；CaF2品位12.2%～60.29%，平均29.19%，品位变化系数47.75%。矿石类型属石英—萤石型。

表1 黄萤沟萤石矿(化)体特征

3.1.2 次要矿体特征

FL2矿体产于沙子泉沟西滩阳坡F6号断层中，由TC201控制。矿体呈脉状产出，产状为105°∠71°，长130m，厚度2.40m；CaF2品位49.37% ～ 58.12%，平均 53.75%，品位变化系数11.51%。矿石类型以紫色块状萤石为主。矿体地表大面积被第四系覆盖。

FL6矿体产于勘查区南部F10号断层中，由TC601一个工程控制。矿体呈脉状产出，产状为183°∠75°，长120m，厚度0.96m；CaF2品位53.79%。

FL7矿体产于勘查区南部F11号断层中，由TC701、TC721两个工程控制。矿体呈脉状产出，产状为180°∠74°，长100m，厚度1.23～2.05m，平均厚度1.64m，厚度变化系数60.00%；CaF2品位20.00%～27.88%，平均23.57%，品位变化系数15.35%。

FL10号矿体产于勘查区南部F13号断层中，由TC1001一个工程控制。矿体呈脉状产出，产状为140°∠63°，长100m，厚度5.92m；CaF2品位16.87%～48.74%，平均28.03%，品位变化系数41.63%。

3.2 矿石特征

矿石类型按矿石的矿物组合可分为萤石型、石英—萤石型、萤石—石英型三类[2]，矿石矿物为萤石，粒度在1～20mm，脉石矿物主要为石英及隐晶质泥质、硅质物等。

按矿石构造特征可划分为角砾状、块状矿石。根据不同构造的矿石，其矿物成分也相应不同。角砾状萤石矿石一般为角砾状结构，块状构造。主要分布于 FL3、FL4、FL6、FL7、FL8、FL11、FL12矿体中。矿石主要由碎屑(68%)、胶结物(30%)组成，并含有金属矿物(1%～2%)。岩石中的碎屑一般为花岗质岩屑、砂砾岩岩屑、硅质岩屑等，粒径在2mm到几十毫米不等，次棱角状。胶结物为相互混杂的土状萤石和粒状萤石，部分粒状萤石围着岩屑生长。块状萤石矿石一般为粒状结构、块状构造[2]，主要分布于FL1、FL2、FL5、FL9、FL10矿体中。矿石主要由萤石(64%)、硅质、石英、长石(35%)等组成，并含有金属矿物(1%)。矿石中的萤石以大小不等的粒状为主，有的切面为方形，少量为隐晶质，呈近不透明状，呈小团雾状分布于粒状萤石的边缘或其中。硅质为隐晶质—显微晶质，相互聚集，或与他形粒状石英、板粒状长石、大小不等的片状黑云母(具蚀变)、白云母等相互混杂，呈团条状，或与萤石颗粒相互穿插或包含。

4 成矿地质条件与控矿因素

4.1 构造条件

区内断裂构造极为发育，萤石矿体的分布、规模和形态均受断裂构造所控制。在构造对萤石成矿的控制作用中，褶皱与断裂相比，断裂为主，褶皱次之[3]。区内共发现18条断裂，控矿断层性质为压扭性质，对矿体具有明显的控制作用。主要分为导矿和控矿断裂。主要发育的导矿断裂为F5，具有延伸长、宽度大、硅化强、矿化弱的特点。断裂延伸长度2km，宽度1～7.8m，在断裂带两侧见少量萤石矿化。导矿断裂两侧派生的次级构造非常发育，且与主构造相通，规模较小，延伸一般，是矿体赋存的有利部位。F5号断裂派生的次级断裂(容矿断裂)为F6、F8、F9、F16、F17五条，控制的矿(化)体有FL2、FL4、FL5号矿体。区内容矿断裂以北东、北西向最发育，东西、南北向次之，南西、南东向更次之。北东、北西向断裂长度122～422m，宽度1.2～6.99m，萤石品位20.00%～89.99%，平均品位48.14%。东西、南北向断裂长度155～377m，宽度0.9～7.41m，萤石品位20%～60.29%，平均品位34.01%。南西、南东向断裂长度84～486m，宽度0.5～1.52m，萤石矿化体品位16.44%～23.64%，平均品位20.04%。矿体两侧围岩强烈高岭土化、绿帘石化、褐铁矿化(图2)。矿体与断层面完全一致，断层面呈舒缓的波状，矿体也随之变化，远离断层围岩中沿羽状裂隙充填石英萤石细脉逐渐减少至消失。矿体沿走向有中部厚，向两侧逐渐变薄直至尖灭，沿倾向方向有膨大缩小的特点，呈串珠状，从厚度与品位上中间部位稍好于两侧。

图2 黄萤沟萤石矿探槽素描图

断裂构造为含矿热液提供了良好通道，使得含矿热液沿断裂上升，贯入成矿有利部位，通过交代、结晶及分离作用，有用组分析出，形成矿体，后经多次构造活动的破坏和重结晶作用，最终形成了有经济价值可开采的矿床。区内多数派生的次级构造被深部上升的热液充填而形成石英脉或萤石矿脉，在萤石矿形成后，断层曾多次复活对矿体有一定的破坏作用，见有萤石矿体被错断位移，并有围岩成分呈角砾出现在矿体中，造成了局部矿石质量下降[4]。

4.2 岩浆岩条件

黄萤沟萤石矿赋存于志留纪多斑状碱长花岗岩中，该时期岩浆侵入规模大，分布相对集中。该岩体为一富钙岩体，经化学全分析测试后，萤石成矿所需的Ca元素表现特征为由围岩到矿体呈现含量逐渐由大变小的趋势，在矿体中富集交代含量最高(表2)，为萤石成矿提供了丰富的物质来源，又为构造的形成提供动力[5-6]。其含氟热液来源于海西末期隐伏的岩浆活动，全分析测试中，虽围岩中含有极少量的F元素，该类型的F元素来源同样为后期岩浆活动充填的萤石细脉。在该区中未见出露。海西末期隐伏的岩体不断向上侵入，温度逐渐变低，岩浆开始冷却结晶形成碱长花岗岩的过程中形成残余热液，另一方面，在岩浆向上侵入的过程中，在围岩以及已经冷却的岩浆中形成一系列构造，残余热液顺着已经形成的构造运移，并在多数构造中形成萤石矿脉及石英脉。岩浆活动是本区萤石矿形成的必不可少的条件，无论是物质来源，还是物质运移通道和储存空间，都有着直接的关系。

表2 黄萤沟萤石矿和碱长花岗岩化学成分

5 成因探讨

关于成矿时代，从上石炭统羊虎沟组长石石英砂岩中出现薄膜状萤石细脉(图3)判断，萤石成矿形成晚于石炭系。

加里东—海西期伴随着大规模的构造运动，使地壳深部的混合岩发生部分熔融，形成地壳重熔花岗岩浆，由此分异出来的富含挥发分和成矿物质的中酸性、酸性岩浆，沿主干断裂由深部向地表迁移，形成了广泛分布的花岗岩体[7]，碱性斑岩岩浆和热液中携带了大量的F、CO2等挥发性气体组分，沿断层运移，从碱长花岗岩的斜长石中夺取钙，形成CaF2[8]。关于热液矿床成矿温度，一般认为300～500℃为高温、200～300℃为中温、50～200℃属低温。对比甘肃省马衔山萤石矿成矿温度为127.3℃(80～260℃)[9]可知，该区萤石矿属中—低温热液交代充填类型。

图3 黄萤沟矿区石炭系石英砂岩萤石矿化素描图

6 结论

肃南黄萤沟萤石矿位于酒泉—永昌—皇城的铁-金-铜-铅-锌-锡-钨-硼-重晶石-萤石-磷成矿亚带。矿体赋存在志留纪多斑状碱长花岗岩中的断裂构造中，主构造两侧的次级构造非常发育，是矿体赋存的有利部位，区内含氟热液来源于海西末期隐伏岩浆活动，志留纪多斑状碱长花岗岩提供了丰富的钙质来源，为中—低温热液交代充填型萤石矿。