福建松溪寺坑萤石矿床地质特征与成矿模式探讨

梁 林

(福建省闽北地质大队，邵武，354000)

松溪寺坑矿区萤石矿的勘查工作始于1958年、1961年的踏勘、初查，1984年至1986年冶金工业部福建地质勘探公司在该矿区开展地质评价工作，并估算出萤石矿矿石量(C+D)级表内储量为42.7万t，其中富矿为6.2万t；2005年、2011年由福建省闽北地质大队分别对该矿区进行了阶段性的资源储量核实工作，并估算了该矿区保有的资源储量(122b+333)矿石量为22.72万t，矿物量(CaF2)为9.47万t。该矿床的开采工作始于1968年，多家企业先后对该矿山进行了规模大小不一的开采，至2011年开采出的矿石量约为36.92万t。该矿区虽然前期做了较多的地质勘查工作，并进行了多年的开采，但对于矿区萤石矿的控矿因素、成矿规律、成矿模式等方面的研究较少，笔者在详细收集前人的地质、采矿相关资料基础上，通过采集微量元素、同位素、包裹体等相关样品进行分析，并对成矿流体等进行研究，以期总结寺坑萤石矿床的成矿地质特征及成矿规律，建立成矿模式，为矿区的下一步地质勘查或区域上的萤石找矿工作提供一定的参考。

1 区域地质背景

松溪寺坑矿区萤石矿位于华夏地块北武夷隆起区浦城—顺昌基底隆起区北缘的东侧，位于武夷山成矿带政和—南平成矿亚带的北部。区内地层分布相对较单一，主要有侏罗纪及零星分布的三叠纪、白垩纪地层。区内矿产主要有萤石矿、铁矿等。

区内断裂构造十分发育，褶皱构造主要发育在基底变质岩中，常形成北东向的线形褶皱，呈紧密的复式向斜、背斜。中生代地层一般呈北东向宽展的单斜或开阔的向斜、背斜，在断裂带附近，局部产生较强烈的褶皱。

区内燕山期岩浆侵入活动比较强烈，中酸性岩广泛分布，主要有燕山早期白云母二长花岗岩、黑云母花岗岩和燕山晚期花岗斑岩以及细晶岩、伟晶岩、正长斑岩、石英斑岩、石英脉等。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层较简单，主要为第四纪和古元古代麻源岩群大金山岩组。大金山岩组岩性以黑云二长片麻岩、黑云斜长片麻岩为主，次有花岗片麻岩，夹少量角闪斜长片麻岩浅粒岩和云母片岩等，岩石局部混合岩化(图1)。

图1 松溪寺坑萤石矿区地质图Fig.1 Geological map of Sikeng fluorite deposit in Songxi county1—第四纪；2—麻源岩群大金山岩组；3—晚白垩世花岗斑岩；4—闪长岩脉；5—闪长玢岩脉；6—断层及编号；7—矿体及编号；8—勘探线及编号；9—钻孔位置及编号；10—平硐位置及编号

2.2 侵入岩

矿区内岩浆岩发育，出露面积约占一半，以晚白垩世花岗斑岩为主，闪长岩和闪长玢岩呈脉状零星分布。

2.3 构造

区内构造以断裂为主，褶皱不发育，仅在变质岩中见小型褶皱和揉皱。断裂构造有北北东-北东、北东东和北西向3组。其中北北东-北东向压扭性断裂为区内主要断裂，规模较大，主要有F4和F24断裂；其次为北东东向断裂，极为发育，为区内的控矿断裂，规模较大，具多期次活动特点，该组断裂在花岗斑岩侵入之前即已形成，花岗斑岩沿该组断裂侵入，规模较大的有F1、F2、F8和F9等断裂。由于萤石矿成矿物质(F , Ca等)均属活性较大的元素组分，控矿断裂多期活动的过程中可逐步加剧岩石遭受破坏，在变质岩中小型褶皱和揉皱发育地段的破碎程度，扩展破碎带的贮矿构造空间，压性、压扭性断裂还保持了控矿构造的相对封闭条件，一定程度上避免和阻止了含矿热液上升运移过程中F和Ca等活性组分的逸散和流失，断裂成为矿区萤石矿成矿最为有利的控矿构造。

F4断裂：位于矿区东部，产状为110°∠60°～70°，呈舒缓波状，磨擦镜面和擦痕发育，为右旋压扭性逆冲断裂。

F24断裂：位于矿区勘探3线以南，规模较小，产状为130°～150°∠50°～75°，磨擦镜面发育，具压扭性特征。断裂带宽约10～15 m，长约150 m。

F1断裂：位于矿区勘探4～9线间，长约640 m，Ⅰ-1主矿体空间展布上受其控制；产状为160°～170°∠65°～80°，在平剖面上均呈舒缓波状。

F2断裂：位于矿区勘探7线北部，长约130 m，控制了Ⅱ矿体空间上的展布；走向近东西，倾向南，倾角60°左右，破碎带宽≤3.0 m，具强硅化、萤石矿化。

F8断裂：位于矿区勘探6～20线间，长约660 m，控制了Ⅰ-2和Ⅰ-4矿体的空间展布，产状为160°～175°∠60°～85°，在平面和剖面上均呈舒缓波状，产状变化较大；断裂破碎带内岩石硅化强烈，形成大量硅化岩；并见有较多石英晶簇、晶洞和构造角砾岩；角砾成分主要为变质岩、花岗斑岩、石英及少量萤石等，呈次圆状、不规则状，大小不一，一般为3～8 mm，最大可达25 mm；萤石矿体即产于断裂带硅化岩中。

F9断裂：位于矿区勘探2线东部，长约100 m，控制了Ⅴ矿体空间上的展布。产状为150°～160°∠60°～70°；破碎带宽≤3.0 m。

3 矿床地质特征

区内共圈定Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5和Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ9个萤石矿体，矿体均呈脉状或长透镜状贮存于硅化破碎带中(图2)。受断裂控矿，区内矿体总体呈北东东向展布。矿体形态较为简单，品位整体较稳定，各矿体特征(表1)。现将主矿体Ⅰ-2简述如下。

表1 松溪寺坑萤石矿形态特征统计Table 1 Morphological characteristic statistics of Sikeng fluorite ore in Songxi county

3.1 矿体特征

Ⅰ-2矿体特征：矿体呈长透镜状，受F8断裂控制，地表出露长约200 m，厚度为0.65～2.66 m，矿体沿深部延伸控制至60 m标高，推测最大延伸至21 m标高，分布标高为21～453 m。矿体品位往深部有所变富，CaF2平均品位为46.93%。

3.2 结构构造

矿石结构主要为半自形粒状结构，其次为他形粒状和自形粒状结构。矿石构造主要为致密块状构造和角砾状构造，其次为条带状、放射状、细脉状、网脉状和晶洞构造。矿石矿物主要为萤石，脉石矿物主要为石英和蛋白石，其次为燧石、高岭土、绢云母，成条带状、网脉状穿插于萤石矿物中，发育少量黄铁矿、方解石等金属矿物。

3.3 矿石类型

根据矿石的主要矿物组合划分，矿石类型主要为石英-萤石型矿石和萤石-石英型矿石。

3.4 围岩蚀变

矿体产于硅化断裂破碎带中，直接围岩为硅化岩、硅化角砾岩，近矿围岩有破碎的花岗斑岩、片麻岩、压碎岩、云英岩、绢英岩等。主要围岩蚀变为硅化、绢云母化或绿泥化，其次为碳酸盐化等，其中硅化与成矿关系较为密切。

4 矿床成因探讨

此次研究工作是在全面收集该矿山历年来已有的地质、采矿等相关地质资料的基础上，深入矿山实地对各个中段的沿脉、穿脉巷道及采空区进行观察，并在PD1-YM104进行了取样，共采集稀土3件、微量元素1件，流体包裹体样1件，氢氧同位素样1件，锶同位素比值样3件。

4.1 样品特征及分析结果

寺坑萤石矿矿石的微量元素含量表现为富集Th、La、Nd和Y，而亏损Nb、Sr及Zr的特点(1)福建省地矿局，闽北地区萤石矿地质特征及找矿靶区优选，2017。(表2)。稀土总量(ΣREE)较低(162×10-6), 稀土元素分配模式曲线略呈右倾或近似水平，属重稀土富集(图3)。

表2 松溪寺坑萤石矿床岩矿石稀土与微量元素特征Table 2 Characteristics of rare earth and trace elements in rocks and ores of Sikeng fluorite deposit in Songxi county

萤石脉中包裹体较为发育，主要呈带状分布，少部分呈群体状分布，其中以透明无色-灰色的富液包裹体为主，透明无色的盐水包裹体次之，部分视域内可见深灰色的气体包裹体或浅灰色的富气包裹体(图4)。萤石矿床中萤石气液包裹体水的氢、氧同位素变化δD为-93.2‰，δ18OH2O为-1.29‰，投在δD-δ1 8OH2O坐标图上，其点落在Craig大气降水线的右下方，岩浆水的左下方，远离且明显低于岩浆水和变质水的δD和δ18O分布区(图5)。

图4 松溪寺坑萤石矿床萤石中流体包裹体岩相学特征(a)与均一温度直方图(b)Fig.4 Histographic characteristics of fluorite fluid inclusion (a) and homogeneous temperature (b) of Sikeng fluorite deposit in Songxi county

图5 松溪寺坑萤石气液包裹体δD-δ18O坐标图[2]Fig.5 δ D -δ18O coordinate diagram of Sikeng fluorite gas-liquid inclusions in Songxi county

4.2 成矿物质与流体来源

萤石矿石的稀土元素配分模式与其围岩的稀土元素配分模式具有明显的相似性，可以表明成矿热液对围岩的淋滤、汲取、聚集作用，也说明了萤石矿成矿的主要物质来源为变粒岩、花岗岩围岩。

萤石矿床中萤石气液包裹体水的氢、氧同位素投在δD-δ1 8OH2O坐标图上的位置情况，说明该矿区的萤石矿成矿流体主要来源于大气降水与岩浆热液的混合溶液。

锶同位素分析结果显示，萤石矿石的87Sr/86Sr初始比值为0.727 104，花岗斑岩的87Sr/86Sr初始比值为0.799 801，以及变粒岩的87Sr/86Sr初始比值为0.726 185。萤石矿石与变粒岩的87Sr/86Sr初始比值十分相近，而与花岗斑岩的锶同位素值差距甚远，表明萤石中锶的来源与变粒岩密切相关，暗示萤石成矿物质可能与变粒岩有关。进一步结合区域资料与前人的研究结果[3-4]，围岩中黑云斜长变粒岩含钙较高( CaO为1.97%)，为成矿提供所需的钙[3, 5]。综合分析松溪寺坑萤石矿床中的氟元素很可能来自燕山晚期的花岗岩类岩石，岩浆演化晚期所聚集的岩浆热液流体携带着大量的挥发分沿着裂隙运移并萃取了围岩地层中的Ca，且大陆地壳的Sr同位素87Sr/86Sr平均值为0.719，而地幔Sr的初始值为0.704，因此，矿区中的燕山期花岗岩与前震旦纪地层均提供了成矿所需的必要物质，成矿物质主要来源于地壳。

4.3 成矿流体特征

对于萤石中分布广泛、形态较为规则的富液相流体包裹体进行均一温度与冰点温度的测试，结果显示均一温度集中于118～162℃，平均133℃，指示了寺坑萤石矿床成矿热液为低温热液。由冰点温度计算而得到的流体包裹体的盐度在5.41%～11.61%NaCl eq.，平均9.71%NaCl eq.。普遍较低的盐度值表明，形成该矿床的成矿流体是一种相对稀释或被稀释了的含矿热水溶液，反映了流体在运移和沉淀过程中可能有大气降水补给(表3)。

5 成矿模式

松溪寺坑萤石矿床成因属于压扭构造环境下的地热水环流汲取成矿作用[6]。即在燕山晚期侵入的花岗岩浆已固结成岩，并遭受风化剥蚀之后，大气降水下渗，经循环加热成为地热水过程中，从岩石内淋滤汲取出F-、 Ca2+等成矿组分后，上升并注入断裂等有利空间运移，之后与在浅部岩石中渗流的相对“冷”水不断混合，随着温度、压力降低，pH值升高，在这种环流活动的混合区内有利空间，导致萤石沉淀出来。综上，寺坑萤石矿床的成因类型属于低温热液充填型。

如前所述，该矿区萤石中锶的来源与麻源岩群大金山岩组变质岩密切相关，显示了成矿流体在较长距离和长时期持续成矿过程中，成矿组分的富集明显受到麻源岩群地层、变质岩围岩的支持与贡献，是萤石矿成矿主要的物源层、物源岩。

另外，该矿区内断裂构造十分发育，具有多期性、继承性和转换的特点。区内成矿大致可分为两个阶段，一是以正长花岗岩为主的侵入，带来了富含氟钙等矿质；二是当岩浆结晶之后,富含氟钙等矿质的热液析出,沿构造有利部位运动，在构造有利部位定位形成低温热液充填型萤石矿[7-8]。

依据上述寺坑矿区萤石矿的地质特征及与成矿相关的流体、物质来源等方面的分析，初步总结出该矿区萤石矿的成矿机制、规律，进一步总结出该矿成矿作用的全过程和其成矿模式(图6)。

图6 松溪寺坑矿区萤石矿成矿模式图Fig.6 Mineralization pattern diagram of Sikeng fluorite deposit in Songxi county1—麻源岩群大金山岩组；2—早白垩世正长花岗岩；3—萤石矿体；4—构造破碎带；5—断层；6—热液流动方向

6 结论

(1)寺坑萤石矿主要为燕山期花岗岩与前震旦纪地层分别提供了萤石成矿所必需的F与Ca。成矿流体来源于岩浆热液，明显受到大气降水的混合，显示低温、低盐度特征。

(2)断裂构造是矿床形成的主要控矿因素，矿床的成因类型属于低温热液充填型。