阿尔金山库木塔什萨依萤石矿成矿地质特征及控矿因素①

伍光锋 魏龙飞 王博 汪振宇 王锦鹏 郗国庆 王畅

中化地质矿山总局地质研究院，北京 100013

在中国西部阿尔金地区卡尔恰尔一带，萤石矿整体勘查程度低，通过近年来矿产地质调查工作，萤石找矿取得重大发现，已发现卡尔恰尔、库木塔什萨依、布拉克北、拉依旦北、皮亚孜达坂、托盖里克等多处大-中型萤石矿床（点），找矿潜力巨大，具有超大型远景，已初步形成新的大型矿产资源基地[1]。

本文选择阿尔金地区西段卡尔恰尔一带中的库木塔什萨依萤石矿床作为研究对象，通过野外地质调查，收集各地质要素及采集相应样品，总结其成矿地质特征，结合岩矿石元素地球化学研究，分析讨论、总结其控矿因素、矿床成因，为该区域萤石矿床成因研究提供基础资料、理论参考。

1 区域地质背景

库木塔什萨依萤石矿位于青藏高原的北部边缘，大地构造位置主要处于阿中地块中部（图1）。区域内出露地层以古元古界地层为主，次为新元古界地层、新生界地层及少量中元古界地层，其中新太古界至新元古界遭受程度不一的变形变质作用改造，以中深变质岩为主。古元古界地层出露阿尔金岩群，构成库木塔什萨依萤石矿区的基底[1]，该岩群分为a、b两组，区内以a岩组为主，a岩组（Pt1A.a）为区域上萤石矿的赋矿地层，高-低角闪岩相变质岩组合，以含矽线石为特征。

区域内岩浆活动十分频繁，中元古代蓟县纪-早古生代志留纪岩浆岩均有不同程度发育，主要为侵入岩，次为脉岩[2]。岩浆活动以新太古-古元古代和奥陶纪-泥盆纪最为强烈。新太古-古元古代侵入岩均受到区域变质作用，形成了区域变质岩，而早-晚古生代侵入岩均与板块俯冲碰撞相关，类型为中酸性、碱性岩。脉岩相对比较发育，浅成、深成岩脉均有出露，主要包括辉长岩脉、花岗岩脉、碱长花岗岩脉及伟晶岩脉，多分布在岩体附近的地层中及区域性北东向大断裂带中，其中碱长花岗岩脉区域上与萤石成矿关系密切。

区域构造活动异常频繁，经历了前寒武纪多期变形变质作用的强烈改造和构造置换以及显生宙以来多期韧（脆）性、脆性构造的相互叠加，构造形迹十分复杂。区内构造主要为断裂，褶皱因受到岩浆侵位及断裂构造的破坏，形态极不完整。库木塔什萨依萤石矿区北东侧主要发育有盖吉勒断裂，总体走向为北东向，北西倾，出露长超54km，早期韧性左行走滑-斜落正断层，晚期叠加脆性右行正断层，与区域上萤石成矿关系密切。

2 矿床地质特征

矿区位于库木塔什萨依西一带、盖吉勒断裂（F1）的南盘。区内地层出露以古元古界阿尔金岩群a岩组（Pt1A.a）为主，为萤石赋矿地层。该岩组岩石类型主要以深灰色黑云斜长片麻岩为主，大理岩次之，局部呈透镜状产出，灰白色-灰绿色斜长变粒岩少量出露于矿区西北部（图1）。

图1 库木塔什萨依萤石矿区地质略图Fig.1 Geologic sketch map of Kumutashisayi fluorite mining area

矿区侵入岩为元古代英云闪长岩（Qbγδo）[2]，呈岩基产出，经区域变质作用形成黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩；次为少量青白口纪花岗闪长质岩（Qbγδ）出露由于矿区北西部，经区域变质作用形成花岗质片麻岩、眼球状二云二长片麻岩。区内脉岩极其发育，脉岩类型有碱长花岗岩脉、花岗伟晶岩脉、方解石脉、萤石方解石脉和石英脉，其中以碱长花岗岩脉尤为发育，成岩时期为加里东晚奥陶世（锆石 U-Pb年龄450.0±2.7Ma）[3]，为A型花岗岩，脉岩受断裂控制明显，走向总体以北东东-近东西向为主，少量北东走向，与区内萤石矿化关系密切。

区内断裂较为发育，期次较多，主要呈北北东向、北东向、北东东向，多为平移断层、正断层，发育韧性-脆性剪切带，局部见有揉皱，其中北东向断裂基本控制着区内的岩脉发育和展布，北东东向断裂主要与区内的萤石矿化关系密切。区内发育的褶皱表现为向斜、背斜以及片内无根褶皱等，局部形成小的复式背向形构造，主要表现在F2断裂两侧，褶皱对区内的成矿关系和影响不大。区内与成矿关系密切的断裂特征如图2。

图2 库木塔什萨依萤石矿区主要构造特征Fig.2 Main structural characteristics of Kumutashisayi fluorite mining area

F1盖吉勒断裂。区域性大断裂，位于矿区西侧（图1），北东-南西向延伸区外，北西倾，早期韧性左行走滑-斜落正断层，晚期叠加有脆性右行正断层，其南盘次级断裂比较发育，控制着区内萤石矿化的分布。

F2正断层。位于区内东中部，呈北东向延伸，长约 3km，北西倾，倾角 67°左右，地形、地貌上发育冲沟、沟谷、山鞍，为张性断裂。其两盘多见有同向的碱长花岗岩脉、萤石方解石脉、方解石脉、萤石矿化体发育，局部被后期北北东向、近南北向断裂错动。该断裂与萤石成矿关系密切，提供成矿热液运移、赋存的通道和空间，起到控矿作用（图2a）。

F3推测断层。位于区内中部，F2正断层的南侧，呈北东向延伸，长约3km，地形、地貌上发育冲沟、沟谷。其西端见有构造角砾岩发育，东端北侧见有碱长花岗岩脉、萤石方解石脉发育，局部可见萤石方解石脉（细脉）受挤压呈条带状（图2b），推测其前期为张性，后期为压扭性断裂。

F6正断层。位于区内中部，呈北东向延伸，长约1.8km，南东倾，倾角80°左右，地形、地貌上发育冲沟、沟谷、山鞍。局部错动F2、F3断层，局部可见韧性剪切带和构造角砾岩发育（图2c），为韧-脆性断裂。在北端南东侧可见萤石矿化体发育，与成矿关系密切，为控矿构造。

F7左行平移断层。位于区内东部，呈北北东西展布，长约 0.5km，南东倾，倾角较陡，其地形、地貌上发育冲沟、沟谷、山鞍。其前期断裂活动为韧性，后期叠加脆性（图2d），局部错动F2正断层和萤石矿化体，对矿化体具有破碎作用。

F8推测断层。位于区内中部，呈近南北向展布，延伸出区外，地形、地貌上发育大的冲沟、沟谷。错动区内所有的北东向断层，两侧北东向脉体（碱长花岗岩脉、方解石脉、萤石矿化体）多呈碎裂化，局部呈构造角砾岩。

2.1 矿体特征

矿区内萤石矿化主要赋存于萤石构造角砾岩带、萤石方解石脉内，与围岩灰色黑云斜长片麻岩、浅黄色-肉红色碱长花岗岩脉、灰白色大理岩呈断层接触关系、侵入接触关系（图3）。共圈出14条萤石矿化体（图1），多呈北东东向，少量呈北东走向，倾向北北西，倾角40°～70°，宽0.3～3.58m，露头长50～980m。其中I、Ⅱ、Ⅲ号矿（化）体具有代表性，特征如下：

图3 库木塔什萨依矿区萤石矿（化）体特征Fig.3 Characteristics of fluorite mine body(mineralization) in Kumtamashzai mining area

（1）I号萤石矿化体，位于区内东部半山坡上，赋存于萤石构造角砾岩带内，呈北东向延伸，地表断续出露长约 540m，宽 0.5～4.0m，产状320°～330°∠54°～74°，平均真厚 3.36m，CaF2平均品位23.30%。构造角砾岩角砾以方解石为主，含少量萤石角砾，见有碱长花岗岩角砾。围岩为灰色黑云斜长片麻岩和碱长花岗岩脉。

（2）Ⅱ号萤石矿化体，位于区内东部沟谷边上，赋存于萤石方解石脉中，呈北东向延伸，地表断续出露长约790m，宽0.4～3.0m，产状320°～330°∠54°～74°，平均真厚 2.14m，CaF2品位20%～27.62%，平均品位26.81%。磷灰石萤石方解石脉侵入碱长花岗岩脉、黑云斜长片麻岩中，局部可见0.2～40cm岩脉穿插于碱长花岗岩中。围岩蚀变主要为碳酸盐化、萤石化、黑云母化。

（3）Ⅲ号萤石矿化体，位于区内东部沟谷南侧山坡上，赋存于萤石方解石脉中，呈北东向延伸，地表断续出露长约480m，宽0.3～2.0m，产状 320°～330°∠54°～74°，真厚 2.00m，CaF2平均品位23.05%。

2.2 矿石特征

矿石自然类型有脉状(图4a)、条带状、角砾状(图4b)，局部地段为块状矿石（图4c），矿物成分简单，主要是方解石、萤石、磷灰石、锂云母，少量石英（图4）。

图4 库木塔什萨依矿区萤石矿石特征Fig.4 Fluorite ore characteristics in Kumutashisayi mining area

萤石矿物颜色呈淡紫色、紫色、紫黑色、无色，少量呈淡绿色；矿石具粗晶结构、自形-半自形粒状结构、它形粒状结构、碎裂结构（图4）。矿石工业类型主要是 CaF2-CaCO3型，少量SiO2-CaF2-CaCO3型；矿石CaF2含量变化20%～40%，工业品级属需选矿的富碳酸钙中等二氧化硅的贫萤石矿。

2.3 围岩蚀变

围岩蚀变较为发育，主要为碳酸盐化、黑云母化、绿帘石化、硅化、萤石化，次为弱绢云母化、褐铁矿化。局部碱长花岗脉中见有萤石石英细脉发育，萤石呈紫色、无色，自形-它形晶；片麻岩中多具黑云母化、绿帘石化、高岭土化；碱长花岗岩多具黑云母化、硅化、绿帘石化、碳酸盐化、弱绢云母化、褐铁矿化。

3 地球化学特征

3.1 微量元素特征

从采集的矿石样品涉及部分稀有元素和放射性元素的测量结果来看（表1），萤石矿石除 U整体含量相对较高外，Be、Ta、Th含量相对较低，其余元素含量较不均匀，其中 U的含量为0.70×10-6～75.17×10-6，平均 21.62×10-6；Rb 含量为 0.98×10-6～119.30×10-6，平均 30.75×10-6；Cs的含量为 0.08×10-6～14.07×10-6，平均 3.28×10-6；Nb 的含量为 1.04×10-6～65.44×10-6，平均16.41×10-6；Li的含量为 3.66×10-6～71.91×10-6，平均 27.11×10-6。

表1 库木塔什萨依矿床萤石矿石微量元素分析结果Table 1 Trace elements results of fluorite ores in Kumutashisayi deposit

3.2 稀土元素特征

含钙矿物是稀土元素的重要载体，是研究热液成矿作用过程中稀土元素地球化学行为的重要介质[3-4]。方解石-萤石类型矿石中稀土元素的含量及相关参数能为揭示成矿流体物质来源、性质与演化以及反演热液成矿作用过程提供重要信息。矿区内岩、矿石稀土元素分析结果如表2所示。

表2 库木塔什萨依矿床萤石矿石及围岩稀土元素分析结果(×10-6)Table 2 REE contents of fluorite ores and ore-bearing surrounding rocks in Kumutashisayi deposit(×10-6)

区内萤石矿石的∑REE 为 237.13×10-6～421.49×10-6，平均值为 278.90×10-6；∑LREE/∑HREE 为 10.51～19.90，平均为 13.04；(La/Yb)N为 9.89～26.74，平均为 14.94，说明配分曲线呈较陡的右倾斜；(La/Sm)N为4.88～5.69，平均为5.07，说明轻稀土显著富集；δEu 0.30～0.51，平均 0.34，明显负异常；δCe 0.83～0.97，平均 0.91，轻微负异常。

碱长花岗岩（围岩）的∑REE为41.52×10-6～314.23×10-6，均值为 185.62×10-6，围岩稀土总量均低于萤石矿石；围岩中∑LREE/∑HREE为11.03～15.88，平均为 12.73；(La/Yb)N为 10.57～21.02，平均为 13.68，说明配分曲线呈较陡的右倾斜；(La/Sm)N为4.52～5.64，平均为5.10，说明轻稀土显著富集；δEu 0.30～0.47，平均0.36，明显负异常；δCe 0.82～0.98，平均0.92，轻微负异常。

矿区内萤石矿床中萤石矿石和围岩（碱长花岗岩）的稀土元素参数特征和球粒陨石标准化配分模式（图5）表明，REE配分模式变化的趋势是相同的，整体趋势也是一致的，萤石矿石稀土配分曲线与围岩具有相似同步性，均具有轻稀土元素显著富集、Eu明显负异常、Ce轻微负异常或微弱负异常特征。因此认为矿区内萤石矿脉中主要含钙矿物（萤石、方解石）的成矿物质来源是相同的，且与围岩的物源具有相似性[6]和继承性。

图5 库木塔什萨依萤石矿床萤石矿石及围岩（碱长花岗岩）稀土元素球粒陨石标准化配分模式图Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns for the fluorite ores and the ore-bearing surrounding rocks in Kumutashisayi deposit.

Sm和Nd化学性质十分相似，不易分离，故Sm/Nd能较好地反映出源区的特征[7-8]。矿区萤石矿石（包括萤石方解石）的Sm/Nd为0.42～0.53，平均为 0.50；赋矿围岩的 Sm/Nd为 0.47～0.54，平均为0.52。据Sm/Nd数据可知，萤石矿石与赋矿围岩的Sm/Nd基本一致，说明萤石矿石的成矿物质应该与围岩有关。

δEu和δCe值的变化对成岩成矿环境具有指示意义。Eu和Ce是变价元素，对外界氧化还原条件的反应很灵敏，本次分析的所有萤石矿石及围岩（碱长花岗岩）样品Eu表现明显负异常（萤石矿石δEu=0.30～0.51，平均0.34；围岩Eu 0.30～0.47，平均0.36），Ce具轻微负异常或无异常（萤石矿石δCe 0.83～0.97，平均0.91；围岩δCe 0.82～0.98，平均 0.92）。在流体结晶沉淀时，温度大于 250℃环境中，Eu2+将占主导地位，但由于Eu2+(离子半径0.117nm)半径大于Ca2+(离子半径0.100nm)，不易进入含钙矿物（萤石、方解石)主矿物晶格，易形成Eu负异常[9]。在氧逸度较高（相对氧化）的条件下，Ce3+易被氧化成 Ce4+，而Ce4+溶解度很低，易被氢氧化物吸附而脱离溶液体系，使流体中亏损Ce，导致沉淀矿物亦表现出负Ce异常[9-10]。根据REE地球化学演化的氧化-还原模式，在相对氧化的条件下，Eu2+被氧化成 Eu3+，而后者离子半径增大，不易替代 Ca2+，导致结晶的萤石具有负 Eu异常特征[10]。矿区内萤石矿石和围岩均表现Eu明显负异常、Ce轻微负异常或无异常，且 δEu、δCe基本一致，反应了碱长花岗岩（围岩）成岩环境、萤石矿石成矿环境均为封闭的较还原环境。

Bau M等[11]在研究了德国和英国数个矿床中萤石的Y元素与其他REE的关系后，总结出了La/Ho-Y/Ho关系图，并指出Y、Ho的分馏现象并不取决于流体来源，而是取决于流体的组成及其物理化学性质。同源同期形成的萤石中 Y/Ho与La/Ho之间的值具有相似性，其两者比值应趋近一直线。从图6可见，矿区萤石矿石在Y/Ho-La/Ho图中未呈水平分布，说明区内萤石矿成矿流体具有不同的物理化学性质，且成矿期次有差异，这与区内至少具有两期成矿是一致的（块状矿石、角砾状矿石成矿期次不同）。

图6 库木塔什萨依萤石矿床萤石矿石及围岩La/Ho-Y/Ho图解Fig.6 La/Ho-Y/Ho diagram of the fluorite ores and the ore-bearing surrounding rocks in Kumutashisayi deposit

4 控矿因素

区内萤石矿（化）体赋存于萤石方解石脉、构造角砾岩中，与黑云斜长片麻岩、碱长花岗岩（脉岩）、大理岩等围岩呈侵入、断层接触关系（突变接触），呈充填状分布于北东向构造裂隙内，其中碱长花岗岩（脉岩）成岩时期为加里东晚奥陶世（锆石U-Pb年龄450.0±2.7Ma）。从矿石与碱长花岗岩（围岩）稀土元素特征显示的萤石成矿物质来源与碱长花岗岩的物源具有相似性和继承性，表明了萤石成矿期较碱长花岗岩成岩时期晚，成矿与晚奥陶世岩浆晚期活动关系密切。

4.1 地层

区内萤石矿化带、萤石方解石脉、萤石构造角砾岩带均分布在阿尔金岩群a岩组中，矿（化）体与围岩界线清楚。地层中发育片麻岩和大量大理岩，区域地球化学特征显示其富集CaO，钙质来源丰富，为萤石矿化提供了有利的成矿物质。该地层中发育多期构造活动（北东向、北东东向断裂），构造破碎带、张性裂隙发育，为矿化提供了赋存空间。

4.2 岩浆岩

区内发育青白口纪、中晚奥陶纪两期岩浆活动，主要受北东向断裂控制，多呈北东向展布。热液蚀变较为发育，主要为钾长石化、绿泥石化、钠长石化、碳酸盐化、硅化。在碱长花岗岩脉中发育有萤石方解石脉、萤石构造角砾岩、萤石石英脉，且界线清楚，通过样品分析，碱长花岗岩脉富含F和铌、锂、钇等稀有元素，表明中晚奥陶纪岩浆期后残余热液富含成矿元素，为矿化提供了成矿物质和热源。

4.3 构造

区内发育北东向、北北东向、北西向断裂。其中北东向F1断裂（图1）为区域性断裂，其早期发育较多北东向、北北东向次级断裂，晚期主要发育北西向断裂，错动北东向断裂和矿（化）体。矿区构造特征表明，北东向断裂具有多期性，其控制着区内岩浆岩分布、矿化带展布和矿体规模，与成矿关系密切，提供了含矿气水热液运移通道和赋存空间，并对早期的矿（化）体起到破碎和改造作用（角砾状萤石）。

4.4 矿化蚀变

区内萤石矿化主要赋存于萤石方解石脉、构造角砾岩中，产于碱长花岗岩（脉岩）、黑云斜长片麻岩、大理岩中的构造裂隙内。围岩发育以低温热液蚀变为主的矿化蚀变，如碳酸盐化、硅化、绢云母化、高岭土化、绿帘石化等，方解石脉与萤石矿化关系密切。因此碳酸盐化、硅化、绿帘石化等低温热液蚀变是寻找萤石矿的重要矿化蚀变标志。

4.5 化探特征

区内萤石矿化均分布于F异常区（1∶20万化探）内，因此F化探异常是寻找萤石矿的重要化探标志。

综合上述，区内萤石矿床成因为晚奥陶世岩浆期后气水热液充填型萤石矿床。成矿作用为含矿热液沿裂隙运移，在一定的地质环境下充填于裂隙中成矿。

5 结论

（1）库木塔什萨依萤石矿床的萤石矿含矿建造为阿尔金岩群a岩组黑云斜长片麻岩建造、大理岩碱长和碱长花岗岩建造，控矿、容矿构造为区域性北东向断裂及其次级断裂。（2）“阿尔金岩群a岩组黑云斜长片麻岩建造+晚奥陶世碱长花岗岩建造+区域性北东向断裂构造+F化探异常+碳酸岩化”是区内萤石矿的重要控矿因素。（3）矿床类型为热液充填型萤石矿床，成矿时期较晚奥陶世碱长花岗岩成岩期晚。萤石矿化主要赋存于萤石方解石脉中，矿物成分简单。稀土地球化学特征显示区内萤石矿脉中主要含钙矿物（萤石、方解石）的成矿物质来源是相同的，且与围岩（碱长花岗岩）的物源具有相似性和继承性。