内蒙古萤石矿预测评价模型与资源潜力分析❶

2024-01-12王开虎

化工矿产地质 2023年4期

王开虎

中化地质矿山总局内蒙古地质勘查院，内蒙古呼和浩特 010000

萤石作为一种重要的不可再生非金属矿物原料，被广泛地用于氟化工、冶金、建材(如玻璃、陶瓷、水泥等)等传统产业中。近几十年来，随着战略性新兴产业的兴起，萤石在新一代信息技术、新能源、新材料、新医药、高端智能制造、节能环保等领域中也得到广泛的应用[1-5]。与稀土类似，萤石也是世界级的稀缺资源，被称之为“第二稀土”，其经济价值逐渐攀升，战略地位日益显著，已经被中国、美国、欧盟、加拿大、澳大利亚、日本等国列为战略性关键矿产[5]。加大中国萤石矿勘查力度、摸清萤石矿资源的家底、扩大萤石矿产资源量、提高萤石矿资源的保障能力是地质矿产勘查部门服务于国家重大需求和战略的重要举措。内蒙古萤石资源较为丰富，萤石探明保有资源储量位居中国第一[6]。前人曾对内蒙古萤石矿床分布及其成矿规律[6-9]、典型萤石矿床成因类型、物质来源、形成时代[10-19]等开展过许多研究工作，但对内蒙古萤石资源潜力及成矿预测的研究涉及较少[19]。王吉平等[6]将内蒙古萤石矿床划分为3 个成矿带，金塔-额济纳旗萤石矿成矿带、四子王旗萤石矿成矿带、内蒙东部萤石矿成矿带；吴磊[7]把内蒙古萤石矿床分为沉积改造型（典型矿床为四子王旗苏莫查干敖包萤石矿床、敖包吐萤石矿床，矿床规模为大型-超大型）、热液充填型（额济纳旗七一山萤石矿床、四子王旗西里庙萤石矿、林西县水头萤石矿、苏尼特右旗巴彦敖包萤石矿、达茂旗黑沙图萤石矿、喀喇沁旗大西沟萤石矿、敖汉旗白杖子萤石矿，矿床规模为中-小型）、伴生萤石矿床（白云鄂博铁铌稀土矿伴生萤石矿床）等三种类型，其中以热液充填型为主，萤石矿的形成时代主要为华力西期、印支期及燕山期，其中华力西期为萤石矿形成的最主要时期；赵省民等[10]认为七一山萤石矿床中钙来自围岩大理岩，而氟来自岩浆热液，该矿床的形成时代为5115Ma[11]；苏莫查干敖包萤石矿床为大型萤石矿床，其成因类型和形成时代仍有争议，吴磊[7]、武景龙等[8]认为该矿床为沉积改造型，矿体严格受下二叠统大石寨组的结晶灰岩及大理岩层控制，而王万昌等[12]、聂凤军等[13]、许东青等[14]则认为该矿床为岩浆热液型，其成矿时代为早二叠世[13]，早白垩世[12,14]；林西地区、喀喇沁旗、乌兰浩特地区的萤石矿床主要为岩浆热液型，其形成时代主要为早白垩世[9,16-19]。本文以内蒙古自治区萤石单矿种资源潜力评价成果为基础，建立内蒙古沉积改造型、热液充填型萤石矿床的区域预测评价模型，并估算其资源量，为内蒙古萤石矿资源的开发利用提供科学依据。

1 内蒙古萤石矿资源概况

1.1 内蒙古萤石矿资源分布

内蒙古萤石矿资源分布较为广泛。全区有萤石矿床（点）共计167 处[20]，其中超大型矿床2处、大型矿床4 处、中型矿床13 处、小型矿床105 处、矿（化）点43 处。从萤石矿床（点）的数量看，内蒙古的萤石矿以中、小型矿床为主，大型、超大型萤石矿床数量少。从萤石矿分布地域看，除呼和浩特市、鄂尔多斯市、乌海市尚未发现萤石矿产地以外，内蒙古的其余九个盟(市)均有萤石资源分布[20]，其中赤峰市、锡林郭勒盟的萤石矿产地数量最多，分别为66 处和48 处[20]。不同盟(市)拥有的萤石矿资源量从大到小依次为：乌兰察布市＞锡林郭勒盟＞赤峰市＞包头市＞阿拉善盟＞呼伦贝尔市＞巴彦淖尔市＞通辽市＞兴安盟，其中乌兰察布市、锡林郭勒盟、赤峰市的萤石矿资源量占全区的86.34%。

1.2 内蒙古萤石矿床的成因类型

内蒙古的萤石矿床按其成因类型，分为沉积改造型矿床、热液充填型矿床、伴生型萤石矿床。

沉积改造型萤石矿床是内蒙古境内比较重要的矿床类型之一。该类型萤石矿床数量较小，但其规模相对较大，多为中型及以上规模的矿床，已查明的资源量是热液充填型萤石矿床探明资源量的2.3 倍。该类型矿床分布比较集中，主要产于二叠系大石寨组的一套碳酸盐岩地层中，并受褶皱构造影响较明显，尤其是在褶皱核部的平缓部位，往往形成厚度较大的萤石矿体。代表性的矿床主要为四子王旗苏莫查干敖包萤石矿床、四子王旗北敖包吐萤石矿床、满提萤石矿床、西里庙萤石矿床等。

热液充填型萤石矿床是内蒙古境内分布最广和数量最多的矿床类型，形成时代以印支期-燕山期为主。该类型萤石矿床的规模相对较小，多为小型矿床、矿点。萤石矿床的围岩主要为中酸性-酸性侵入岩、火山岩、碳酸岩、变质岩等。萤石矿床主要产于断裂带中，其产状、规模主要是受到断裂构造的控制。代表性的矿床主要为额济纳旗东七一山萤石矿、阿拉善右旗哈布达哈拉萤石矿、达茂旗黑沙图萤石矿、二连浩特白音脑包萤石矿、锡林浩特跃进萤石矿、喀喇沁旗大西沟萤石矿、锡林浩特白音锡勒牧场萤石矿等。

伴生型萤石矿床仅为白云鄂博伴生萤石矿床，分布于白云鄂博矿区。此类型的萤石矿体产于中元古代白云鄂博群哈拉霍疙特岩组的碳酸岩体中，与铁矿、稀土矿、铌矿伴生产出，是内蒙古仍至世界上比较少见的萤石矿类型。

2 内蒙古萤石矿预测模型

2.1 萤石矿预测方法类型

在内蒙古境内的萤石矿床中，热液充填型萤石矿床数量最多，而沉积改造型萤石矿床数量相对较少，但已查明的资源量相对较大。故内蒙古萤石矿预测评价工作以热液充填型萤石矿床、沉积改造型萤石矿床的预测评价为主。

采用的萤石矿预测方法类型有2 种，即层控内生型和侵入岩体型（表1）。层控内生型萤石矿床主要受地层控制，相应的预测模型为沉积改造型萤石矿床；侵入岩体型萤石矿床与中酸性、酸性火成岩体的时空关系较为密切，主要受断裂构造控制，相应的预测模型为热液充填型萤石矿床。根据上述特点，在内蒙古境内共划分出17 个萤石矿预测工作区，层控内生型萤石矿的预测工作区共1 个，采用的典型矿床为苏莫查干敖萤石矿；侵入岩体型萤石矿的预测工作区共16 个，采用的典型矿床为神螺山萤石矿、东七一山萤石矿、思格勒萤石矿、巴音哈太萤石矿、黑沙图萤石矿、白音脑包萤石矿、白彦敖包萤石矿、太仆寺东郊萤石矿、跃进萤石矿、苏达勒萤石矿、大西沟萤石矿、陈道沟萤石矿、昆库力萤石矿、哈达汗萤石矿、六合屯萤石矿、白音锡勒牧场萤石矿。

表1 内蒙古萤石单矿种预测方法类型及预测工作区划分Table 1 Types of prediction methods and prediction division of working area for single mineral of fluorite in Inner Mongolia

2.2 萤石矿预测的概念模型及预测要素

2.2.1 沉积改造型萤石矿床

沉积改造型萤石矿床主要产于二叠系大石寨组中，该组为一套火山-沉积地层，主要岩石类型为凝灰岩、流纹岩、炭质板岩、结晶灰岩及大理岩等，其中萤石矿体主要呈层状、似层状产于结晶灰岩和大理岩中。燕山期富含F、CO2、H2O 等挥发性组分的中酸性岩浆侵入到大石寨组中，使地层发生淋滤、萃取和改造作用，形成富含氟离子或氟络合物的热水溶液，地层中的CaCO3与热液中的HF 结合，形成萤石矿床，其化学反应为：2HF+CaCO3→CaF2+H2O+CO2。

代表性的典型矿床为四子王旗苏莫查干敖包萤石矿。以苏莫查干敖包萤石矿床成矿要素图为基础，综合研究重力、地球化学等综合找矿信息，总结该矿床预测要素；以矿床剖面为基础，叠加化探氟异常剖面图，构建苏莫查干敖包萤石矿床预测模型图。在此基础上，根据苏莫查干敖包萤石矿床所在预测工作区的区域成矿要素和物探重力、化探资料，建立该区的区域预测要素（表2），编制该区预测模型图（图1）。苏莫查干敖包-敖包吐预测工作区的区域预测模型可作为内蒙古沉积改造型萤石矿主要的预测模型。

图1 苏莫查干敖包-敖包吐预测工作区预测模型图Fig 1 Prediction model of Sumoagan Oboo-Aobaotu working area for prediction

表2 苏莫查干敖包-敖包吐预测工作区预测要素表Table 2 Table of prediction elements of Sumoagan oboo-Aobotu working area for prediction

2.2.2 热液充填型萤石矿床

热液充填型萤石矿床主要产于岩体与地层的接触带、岩体或地层中的构造破碎带中，其赋矿围岩类型多样，既有火成岩，又有沉积岩、变质岩。成矿时代主要为燕山期，次为华力西期、印支期。矿体主要赋存于断裂带中，呈脉状、透镜状状产出。在华力西期-印支期-燕山期，由于板块俯冲、陆内造山或地幔柱作用，造成壳地幔物质发生熔融，形成富含F、CO2、H2O、SiO2等挥发性组分的中酸性岩浆；伴随着岩浆的结晶分异作用，溶解在岩浆中的挥发性组分释放出来形成富含氟离子或氟络合物的热液流体；随着温度、压力的降低以及大气降水的混入，富氟的热液流体沿断裂和构造破碎带富集沉淀，经充填和交代作用形成萤石矿床，其化学反应为：4HF+SiO2→SiF4+2H2O；SiF4+2CaCO3→2CaF2+CO2+SiO2。

代表性的典型矿床为恩格勒萤石矿床。以恩格勒萤石矿床成矿要素图为基础，综合研究重力、地球化学等综合找矿信息，总结该矿床预测要素；以矿床剖面为基础，叠加化探氟异常剖面图，构建该矿床预测模型图。在此基础上，根据恩格勒萤石矿床所在预测工作区的区域成矿要素和物探重力、化探资料，建立该区的区域预测要素（表3），编制该区预测模型图（图2）。哈布达哈拉-恩格勒预测工作区的区域预测模型为热液充填型萤石矿主要的预测模型之一。

图2 哈布达哈拉-恩格勒预测工作区预测模型图Fig 2 Prediction model of Habudahala-Engele working area for prediction

表3 哈布达哈拉-恩格勒预测工作区预测要素表Table 3 Table of prediction elements of Habudahala-Engele working area for prediction

3 预测区圈定及优选

3.1 预测区圈定

3.1.1 预测区圈定方法

本文采用的萤石矿预测方法类型有：层控内生型和侵入岩体型。根据这一特点，预测区圈定采用综合信息地质单元法与脉体含矿率类比法相结合的方法。

3.1.2 预测区圈定原则

圈定预测边界时，应全面考虑各种预测要素和综合信息的应用；预测区的基本边界是含萤石岩系以及岩体与构造缝合带的分布边界；有含萤石岩系地层存在的区域均应圈定并尽量保证走向上的完整；考虑构造形态，被成矿期后地质构造限定的或按地理分区归并萤石矿区，考虑计算的方便并进行必要的分拆；有同一含萤石岩系的已知矿床分布，未知预测区有相同含萤石岩系分布；结合重力、地球化学、岩层厚度、构造走向深度等情况确定分区范围；预测区规模主要应考虑含萤石岩段以及构造和岩体分布的连续性，一般应控制在在同一含萤石岩段连续分布的范围内，大致相当于化工矿山一个矿区的范围，面积在100km2以内；有第四系覆盖的区域，按含萤石岩系、岩体的分布规律进行适当的剥离。

3.2 预测区优选

3.2.1 预测要素应用及变量确定

由于模型区的选择对预测结果有很大的影响，因此模型区的选择尤为重要。模型区选择的主要依据：一是工作程度要高，根据矿床的勘探或详查资料详细程度，尽量选择研究程度高的单元，使大多数单元具有一定的可靠性；二是要有代表性，模型区应尽可能包含所有的预测要素，并拥有已探明的储量报告。

预测选取了17 个模型区（表1）。其中含矿岩系、含矿岩体、构造特征、成矿时代和矿点因素对相应类型萤石矿的成矿作用最大，其它要素次之。叠加含矿岩系、含矿岩体图层和矿点图层，发现所有萤石矿床（点）分布的最小预测区全部被保留，绝大部分有含矿岩系、岩体存在的最小预测区被保留。对保留下来的预测区，再根据预测要素进行分类。有含矿岩系、岩体、构造、氟异常较好和矿床（点）的圈定为A 类最小预测区；有含矿岩系、岩体、构造、氟异常一般和萤石矿化点的圈定为B 类最小预测区；只有含矿岩系、岩体、构造的，圈定为C 类最小预测区。

3.2.2 预测区评述

通过预测区优选，确定最小预测区282 个，其中A 类预测区45 个，B 类预测区84 个，C 类预测区153 个（图3）。

图3 内蒙古萤石矿成矿预测图Fig 3 Minerogenetic prediction map of the fluorite deposits in Inner Mongolia

A 类预测区：为主要预测要素同时具备、成矿概率最高的预测区。即存在有利地层，区内有含矿岩系、岩体、构造和有一定规模的矿床（小型规模及以上）分布。

B 类预测区：为成矿概率中等的预测区。除存在有利含矿岩系、含矿岩体、构造这一个要素外，还应有萤石矿化点（小型规模以下）。

C 类预测区：为成矿概率最低的预测区。应存在有利含矿岩系、含矿岩体、构造。

4 萤石矿预测资源量估算及资源潜力分析

4.1 萤石矿预测资源量估算

4.1.1 模型区含矿系数确定

模型区含矿系数=模型区资源总量÷（模型区总体积×含矿地质体面积参数）；模型区总体积=模型区面积×模型区延深。根据不同预测方法类型、不同预测工作区分别确定含矿地质体面积参数。模型区的延深一般与典型矿床一致。

4.1.2 预测资源量估算参数

面积参数：采用最小预测区水平投影面积。首先利用特征分析法，采用地质单元，在MRAS2.0 下进行最小预测区的圈定与优选。然后在MapGIS 下，根据优选结果直接在预测底图上量取最小预测区面积。

延深参数的确定：延深是指含矿地质体在倾向上的长度，有些产状不明确者，相当于垂直深度。延深的确定是在研究最小预测区含矿地质体地质特征、岩体的形成深度、矿化蚀变、矿化类型的基础上，对比典型矿床特征综合确定的，部分由成矿带模型类比或专家估计给出。

品位和体重的确定：最小预测区品位、体重均采用预测工作区内典型矿床或模型矿床勘查报告中的数据。

相似系数的确定：各预测工作区最小预测区相似系数的确定，主要依据最小预测区内含矿岩系、含矿岩体、地质构造发育程度不同及矿（化）点的多少等因素综合确定。

4.1.3 最小预测区预测资源量估算

采用地质体积法与脉体含率类比法相结合的估算方法进行最小预测区预测资源量估算。对500m 以浅、1000m 以浅、2000m 以浅分别进行资源量估算。

预测资源量估算公式：

式中：Z 预-预测区预测资源量，t；S 预-预测区面积，m2；H 预-预测区延深（指预测区含矿地质体延深），m；Ks-含矿地质体面积参数；K-模型区矿床的含矿系数；α-相似系数。

4.2 萤石矿资源潜力分析

内蒙古探明的萤石矿资源量（CaF2）为19002.24 千t，预测的萤石矿资源量（CaF2）为66372.32 千t，其中沉积改造型萤石矿预测资源量为54500.29 千t，热液充填型萤石矿预测资源量为11872.03 千t。

采用不同统计方法统计的萤石矿预测资源量见图4。按精度统计，获得334-1 级预测资源量40330.75 千t，334-2 级资源量10916.01 千t，334-3 级资源量15125.56 千t（图4a）；按预测工作区不同深度统计，获得500m 以浅预测资源量20823.32 千t，1000m 以浅预测资源量66372.32千t，2000m 以浅预测资源量66372.32 千t（图4b）；按照预测方法类型统计，获得层控内生型萤石矿预测资源量为54500.29 千t，侵入岩体型萤石矿预测资源量11872.03 千t（图4c）；根据深度、当前开采经济条件、矿石可选性、外部交通水电环境等条件的可利用性，获得可利用萤石矿预测资源量约56640.7 千t，暂不可利用约9731.62 千t（图4d）。