冀西北康保一带成矿条件分析及找矿方向研究

樊玉朋， 孙志伟， 张兴康， 李思伟

(河北省地质调查院，石家庄 050081)

0 引言

战略性新兴产业的迅猛发展，对新兴矿产提出了更加迫切的需求。《全国矿产资源规划(2016—2020)》[1]确定了24个矿种为“十三五”国家战略性矿产资源，要求提高相关资源安全供应能力和开发利用水平。《河北矿产资源规划(2016—2020)》[2]中也列出了“十三五”中的鼓励勘查、开发的重要矿种，明确了财政资金的矿产勘查投入方向。同时，河北周边省份与中国地质调查局华北项目办统筹协调地质勘查工作，对战略性矿产之外的高纯石英等稀缺资源勘查也给予了极大重视[3]。

康保县位于河北省西北部，张家口市北部，康保一带是当前河北省矿产勘查热门区域。为了明确本区战略性矿产找矿方向，对矿产勘查规划部署提供重要参考和技术支持，本研究结合全国战略性矿产资源种类、河北省鼓励开发矿种、财政资金重点投向以及研究区地质背景，对该区晶质石墨、稀有金属、萤石和高品质石英岩等矿种的成矿条件进行分析，指出今后研究区的找矿方向并提出勘查建议。

1 研究区地质背景

1.Ⅰ级构造单元界线; 2.Ⅱ级构造单元界线; 3.Ⅲ级构造单元界线; 4.Ⅳ级构造单元界线; 5.研究区； 6.省界

图1 研究区大地构造位置

Fig.1Tectoniclocationofthestudyarea

1.1 地层

研究区地层主要包括古元古界红旗营子岩群和化德群等变质岩结晶基底，以及二叠系、侏罗系、白垩系、新近系和第四系等沉积盖层[4-5](图2)。

1.第四系全新统; 2.更新统马兰组; 3.更新统迁安组; 4.更新统赤城组; 5.中新统土井子组; 6.下白垩统张家口组; 7.上侏罗统土城子组; 8.下二叠统额里图组; 9.下二叠统三面井组; 10.古元古界三夏天组; 11.古元古界戈家营组; 12.古元古界东井子岩组; 13.早侏罗世二台坊子单元; 14.早侏罗世阎家村单元; 15.早侏罗世阿淖山单元; 16.早侏罗世小道尹单元; 17.早侏罗世井沟子单元; 18.早侏罗世白脑包单元; 19.晚二叠世大盘沟单元; 20.晚二叠世石柱梁单元; 21.晚二叠世小西沟单元; 22.晚二叠世前孟家地单元; 23.晚二叠世三老虎单元; 24.晚二叠世李生宝沟单元; 25.早二叠世新村单元; 26.早二叠世西五福堂单元; 27.早二叠世孔督沟单元; 28.中元古代蒙古营子单元; 29.中元古代永德堂独立侵入体; 30.古元古代大清沟单元; 31.古元古代东井子单元; 32.石英脉; 33.背斜褶皱; 34.断裂; 35.萤石矿床、矿点; 36.晶质石墨矿床、矿点; 37.石英岩矿点; 38.铍矿点; 39.金矿床; 40.铅锌矿床; 41.铌钽矿点

图2 研究区矿产地质图

Fig.2Mineralgeologicalmapofthestudyarea

(1)古元古界早期红旗营子岩群。红旗营子岩群经历了多期变质和变形作用，本区出露其第二岩组东井子岩组(Pt1d)，主要岩石类型为石榴斜长浅粒岩、石榴二长浅粒岩、石榴黑云斜长变粒岩，夹少量石英岩及透镜状含石墨透辉大理岩。

(2)古元古界晚期化德群。化德群是经历了低角闪岩相区域变质的钙硅酸盐岩-碳酸盐岩-陆源砂泥质碎屑岩系，研究区出露其上部的戈家营组(Pt1g)和三夏天组(Pt1s)。戈家营组主要岩性为二云石英片岩、含透辉大理岩和石英透辉岩等，呈大残块状残存于元古宙和海西期酸性侵入岩带内，局部被下白垩统张家口组火山地层覆盖，是区内化德群地层中厚度最大的地层单位。三夏天组岩石类型主要为石英岩、长石石英岩、石墨石英岩、片岩不等厚互层，中部夹浅粒岩和变粒岩，受褶皱构造控制明显。

(3)古生界二叠系。出露地层为下二叠统三面井组(P1s)和额里图组(P1e)。三面井组为中性—酸性火山岩、海陆交互相碎屑岩夹碳酸盐岩沉积，构成一套复杂的火山-沉积地层。额里图组为蚀变粗安-安山质凝灰岩夹蚀变安山岩、岩屑长石砂岩与灰绿色粉砂岩。

(4)中生界侏罗系、白垩系。区内出露的中生界地层主要为上侏罗统土城子组(J2tc)厚层含砾长石砂岩夹粉砂岩，下白垩统张家口组(K1z)流纹质(熔结)凝灰熔岩夹薄层流纹岩、沉凝灰岩。

(5)新生界新近系、第四系。中新统土井子组(N1t)主要岩性为砾石层夹黏土层。第四系更新统赤城组(Qpc)为黏土-含砂黏土，迁安组(Qpq)为含砾粗砂岩，马兰组(Qpm)为黏质砂土。全新统(Qh)风积物、冲积物和湖沼积物以黏质砂土、砂质黏土和含砾砂土为主。

1.2 构造

本区位于2个Ⅰ级大地构造单元的接合部位，区内褶皱、断裂均较发育。

(1)褶皱。区内褶皱划分为3期，包括吕梁期褶皱、晋宁期褶皱和海西期褶皱。呈规模的褶皱为轴向NEE向的大型线状背斜、向斜构造，局部发育与褶皱伴生的逆冲断裂。

(2)断裂。康保—围场EW向深断裂从研究区北部穿过，由一系列性质不同的继承性断裂组构成，主要包括： ①晋宁期断裂。展布方向为近NS向，断裂性质为压性，其间充填有煌斑岩脉，均已发生轻度变质。②海西期断裂。按断裂空间展布特征可分为NE向和NW向2组断裂系统，NE向多为压性，NW向表现为张扭性。③印支期—燕山期断裂。可分为近EW向、NE向、NW向、NNW向及近NS向断裂。近EW向断裂为压性逆断层，断裂规模一般不大； NW向和NNW向断裂带主体走向NW50°～60°，倾向NE，倾角40°左右，断裂带宽10 m左右，岩石破碎严重，发育构造角砾岩、挤压透镜体，宽者可达100 m，性质为逆断层； NE向断裂大部分规模较小，活动性质多表现为张(扭)性正断层。

1.3 岩浆岩

研究区侵入岩十分发育，整体上呈NEE向或近EW向展布，包括元古宙变质侵入岩、晚古生代二叠纪侵入岩和中生代侏罗纪侵入岩。根据区域地质调查要求的侵入岩划分方式，区内解体出104个侵入体，归并为18个单元，分属不同时代的6个序列，1个独立侵入体(表1)。

(续表)

1.4 矿产分布特征

康保县矿产资源丰富，已发现泥煤、花岗岩、萤石、铅锌、金、铌钽、铍、石墨和石英岩等矿藏，以往以高品质花岗岩板材开发为重点，近几年加大了战略性矿产的勘查开发力度。先后发现了万隆店和后大兴德大型晶质石墨矿床，后者的石墨鳞片平均片径达2.0 mm，其他已发现战略性矿产类型与分布特征见表2。

表2 康保一带战略性矿产类型及分布特征

2 成矿地质条件

2.1 成矿区带归属性

成矿区带是具有较丰富矿产资源及其潜力的成矿地质单元，在某一成矿区带内往往具有主导的成矿地质环境、地质演化历史及与之相应的区域成矿作用。Ⅲ级成矿区带是一种或多种矿化集中分布区，成矿受控于某一构造岩浆带、岩相带、区域构造或变质作用，区带内还可分出Ⅳ级(矿化集中区)和V级(矿田)成矿单元。成矿区带划分情况如图3所示。

(1)在全国Ⅲ级成矿区带上，康保一带紧邻华北陆块北缘西段Au-Fe-Nb-REE-Cu-Pb-Zn- Ag-Ni-Pt-W-石墨-白云母成矿带(Ⅲ-58)[6]的东端。区内变质基底呈近EW向延伸，与Ⅲ-58成矿带上的沉积变质型石墨赋矿地层相连[4]，具有石墨成矿潜力； 同时区内分布有铌铁矿矿点，显示出稀有金属成矿的可能性。

(2)在全国玻璃硅质原料分布区带[7]上，本区紧邻辽-冀-豫石英(砂)岩分布区(Ⅰ)，区内分布广泛的古元古界化德群石英岩。

(3)根据全国萤石矿成矿区带[8]显示，以康保—围场深断裂为界，本区南部位于冀北—辽西萤石成矿带(ⅢF-5)，北部位于内蒙古东部萤石成矿带(ⅢF-4)，研究区北部分布了张家口地区仅有的3个小型萤石矿，并发现19个萤石矿点。

图3 成矿区带划分示意图

2.2 成矿地质条件

2.2.1 石墨成矿条件

区域变质型石墨赋矿地层岩性主要有片麻岩类、片岩类、大理岩类、变粒岩类及混合岩类等，其含矿原岩建造一般为富铝富有机碳的黏土-碳酸盐岩沉积，物源沉积于近陆源浅海、滨海地带或浅海陆棚环境等低能环境[9-10]。沉积变质型石墨矿床多经历高温区域变质作用或混合岩化作用，其中混合岩化作用对石墨的重熔、运移、再结晶具有重要作用[11]。作为指示矿物，矽线石和石榴石逐渐增加时，反映了原岩含铝逐渐增加，石墨结晶程度越来越高，尤其是十字石出现时，伴生的碳质成分几乎全部转变成了晶质石墨[12]。

本区古元古界早期红旗营子岩群东井子岩组岩性为石榴二长变粒岩、(含十字石)石榴二长浅粒岩、斜长浅粒岩夹石墨(透辉)大理岩，富铝质黏土和黏土质砂岩，陆源碎屑-碳酸盐岩建造，浅海陆棚浅水—深水沉积环境，经历了古元古代晚期低角闪岩相及中元古代晚期绿片岩相区域变质作用，并叠加了中元古代晚期高角闪岩相的强混合岩化作用[4]。矿化物源、沉积环境、变质程度和指示矿物等信息均指示东井子岩组具备沉积变质型石墨矿化的有利条件。

2.2.2 稀有金属成矿条件

我国最为重要的稀有金属矿床类型可分为碱性岩型、花岗岩型和花岗伟晶岩型3大类。铌钽矿床主要分为岩浆型和沉积型2类，岩浆型又可分为花岗岩型(包括碱性花岗岩型)和伟晶岩型等。铷矿床可分为花岗岩型、花岗伟晶岩型、热液型和盐湖卤水型4类，其中花岗岩型所占比例最大[13]。花岗岩型稀有金属是铌钽铷矿的主要来源，常伴生W、Sn、Bi、Mo、U、P等元素。

与稀有金属成矿有关的花岗岩多形成于燕山期； 碱性花岗岩多形成于海西期及燕山期，碱性岩体受深大断裂控制，成矿发育于一个岩浆旋回岩浆演化的最晚阶段。岩浆分异作用越明显且交代作用越强时，矿化作用一般越强。交代作用主要为钠长石化、钠闪石化、萤石化和碳酸盐岩化，钠长石化的大量出现可以作为寻找锆石和铌铁矿的有利标志[14]。

根据区域地质调查资料，本区康保县城以北一带受康保—围场深断裂控制，沿其次级构造分布大量海西期碱性花岗岩类岩体，兼具碱性和花岗岩特征的主要为二叠纪晚期满德堂序列大盘沟单元、石柱梁单元和李生宝沟单元的细粒花岗岩，这些岩体侵位于早二叠世末期板块碰撞之后[15]，属于壳源S型岩体，基岩中Li、Be、Nb、Rb、Cs、Hf等元素呈浓集状态，显示出有利的地球化学成矿条件(表3)，岩体出露区分布1∶5万Mo、Sn、W、Cu、Nb、Ta、U水系沉积物异常[15-16]。基岩露头钠长石化较为强烈，岩体边部发育萤石化(CaF2)，萤石中的F元素作为主要的矿化剂、挥发剂与稀有金属元素共同迁移，在岩浆演化最终阶段沉淀[17]，因此萤石的富集对稀有元素的富集是有利的指示，也反映了岩体剥蚀较弱。这些条件符合花岗岩型稀有金属矿床的特征[13]，反映了此类岩体具备稀有金属成矿的有利条件，在大盘沟单元中发现的铌铁矿点[15]就是有力证明，其Rb元素的含量也基本达到了伴生氧化铷的边界品位，成矿潜力较大。

表3 碱性侵入岩稀有元素含量特征[15]

2.2.3 萤石成矿条件

热液(脉状)充填型萤石矿床与岩浆活动、控矿断裂和高氟矿源紧密相关，岩浆活动为热液提供热源使其将高氟围岩中的F和Ca元素萃取带出，在有利的断裂破碎带中沉淀成矿。

本区北部分布有康保—围场深断裂，褶皱发育，构造运动强烈，次级断裂发育强烈，控矿赋矿条件优越。二叠纪侵入岩副矿物中萤石含量明显高于其他地层和岩体，与1∶20万康保幅F元素异常范围套合较好，元素变异系数为1.13，大于1，属于强变异元素，反映了二叠纪岩体F元素初步富集，可为后期再富集提供充足物源。侏罗纪侵入活动及早白垩纪张家口期火山-岩浆侵入活动连续，为岩浆分异热液活动提供了持续热源。这些条件从赋矿空间、矿源以及热源等方面满足了热液充填型萤石矿床的预测要素[18]，且区内已发现孔督沟、黄花洼等萤石矿床，反映出本区具有较好的萤石成矿条件。

2.2.4 高品质石英岩成矿条件

元古宙的沉积变质型石英岩矿床主要分布在辽东一带古元古界—中元古界辽河群或其相应的地层中，岩性主要为云母片岩、石英岩及云母石英片岩等，其中的石英岩即为含矿体[7]，地层厚大，延伸较稳定，矿物成熟度及结构成熟度高，矿床SiO2含量高，铝质及铁质低，易于选矿提纯。Al离子常与Si离子发生离子替代，赋存于晶格中，影响选矿提纯，低铝对于制备高纯石英尤为重要。

本区古元古界化德群戈家营组和三夏天组形成于2.1～1.8 Ga，与辽河群形成年代(1.8 Ga)处于同一时代。戈家营组经历了由海进到海退的沉积序列，形成了泥质碳酸盐岩沉积-碎屑砂岩组合，之后，三夏天组经历了海平面频繁震荡变化的海退沉积环境，接受了多个旋回泥质岩-长石石英砂岩沉积组合。2个沉积序列中发育厚大的石英岩、石英片岩层段，岩层中夹层少，在滨海高能浅滩环境下，分选性与磨圆度均较高，黏土或杂基含量极少，成岩后又经历区域变质作用，矿物成熟度及结构成熟度均较高。在1∶25万张北幅区域地质调查工作采集的戈家营组和三夏天组石英岩标本样中，SiO2含量高达96.92%，Al2O3含量低至1.21%，显示了本区具备高品质石英岩的成矿潜力。同时在海进环境形成的泥质碳酸盐岩沉积建造内，具备了有机碳质沉积的条件。

3 野外调查及成矿条件分析

本次调查主要针对研究区石墨、稀有金属和石英岩进行了采样定量分析，对萤石矿化的物源条件进行了观察定性分析。

3.1 石墨矿化特征

野外调查中对广泛分布的东井子岩组及三夏天组进行了地表采样。东井子岩组样品编号D1—D7，三夏天组样品编号S1—S5。根据河北省地质实验测试中心分析结果，统计各个样品固定碳含量如表4所示。

表4 地表样品固定碳含量

所采样品中，D4为采坑新鲜基岩，其余样品为地表风化岩石。对比发现，东井子岩组中石墨鳞片较大，三夏天组中石墨鳞片较小，但均为晶质石墨。石墨大理岩新鲜基岩比地表风化岩石的含矿性要高，石墨石英岩靠近侵入岩部位品位较高。由此推测，东井子岩组含石墨大理岩地表受雨水淋滤作用的影响，石墨有所流失，含量减少，深部石墨含量比地表含量高。三夏天组岩石中石墨来源推测为： 原岩在震荡海进形成了泥质-砂质沉积旋回，泥质建造中的碳质成分在后期区域变质作用下分散至邻近石英砂岩层段并初步石墨化，受后期侵入体高温影响，发生热接触变质作用，石墨再次结晶，离侵入体越近，变质作用越强，石墨含量越高(图4(a))。调查过程中，在东井子岩组和三夏天岩组中开展了激电中梯剖面测量，测量剖面分别跨越2组地层的石墨矿化明显地段，异常呈低阻高极化率特征(图4(b))，视极化率背景值1.5左右，极大值为5.27，以2.5倍背景值圈定异常，宽约300 m，异常稳定、规模较大，异常范围与含石墨地层出露位置基本一致，岩石中无明显金属硫化物矿化，说明高极化率是由规模较大的石墨矿化引起的，这与河北省地球物理勘查院1979年提交的《河北省康保县兰闫及外围综合物化探普查报告》[19]有同样的解释，该报告中激电测量结果显示，多处激电异常区未见金属矿化，但具有明显的低阻高极化特征，推断此类异常为石墨矿化引起，且深部比地表矿化要好，并在异常查证中得以证实，表明本区具备地球物理测量找石墨的前提条件。

1.第四系; 2.古元古界三夏天组石英岩; 3.早二叠世新村单元黑云二长花岗岩; 4.石墨矿化; 5.采样位置及品位

图4 石墨石英岩地质剖面(左)及激电中梯测量剖面(右)

Fig.4Geologicalprofile(left)andinducedpolarizationintermediaategradientsurveyprofile(right)ofgraphitequartzite

3.2 稀有金属矿化特征

大盘沟单元多个碱性花岗岩体沿EW向断裂展布，构造控岩明显，出露面积较小，介于0.1～1.3 km2。野外调查时在面积最大的岩体中进行了原生晕剖面测量，测线贯穿岩体，按照50 m点距均匀布设，采用多点采样方式共采集20件样品。根据河北省地质实验测试中心的测试结果，有16个样品的(Ta，Nb)2O5含量为160×10-6～240×10-6，达到了碱性长石花岗岩类矿床的铌钽矿边界品位，有19件样品的Rb2O含量在414×10-6～752×10-6之间，达到了伴生回收的铷矿边界品位(图5)，反映了该岩体具有全岩矿化的特征，且矿化比较均匀稳定。

(a) 地质背景

(b) 原生晕剖面测量曲线 (c) 地质剖面

1.第四系; 2.大盘沟单元碱性花岗岩; 3.石柱梁单元; 4.小西沟单元; 5.前孟家地单元; 6.三老虎单元; 7.李生宝沟单元; 8.花岗斑岩脉; 9.石英脉; 10.断裂; 11.原生晕剖面

图5 原生晕剖面地质背景及测量曲线

Fig.5Geologicalbackgroundandmeasuringcurveoftheprimaryhaloprofile

根据元素的地球化学特性，Ta比Nb更加活跃，随着岩浆演化及交代作用的发展，Nb会先于Ta结晶沉淀，Ta2O5/Nb2O5比值向侵入体顶部应逐渐变大[20]，本次采样岩体地表Ta2O5/Nb2O5比值已明显小于1，说明Ta2O5富集地段已经被剥蚀，不满足规范[21]要求的圈矿前提。采样露头未能达到圈矿指标要求，但其(Ta，Nb)2O5和伴生Rb2O的高含量，反映了本区北部广泛分布大盘沟、石柱梁和李生宝沟单元的碱性岩体具有稀有元素富集成矿的条件，如果控岩构造沿线分布有隐伏碱性岩体，其稀有金属成矿潜力将大大提高。同时，根据与花岗岩有关的稀有稀土金属成矿作用特征标志，矿化元素从花岗岩体顶部向下依次分布Pb-Zn→W-Sn(-Be)→Be(Li)→Ta(Nb)→Nb(Ta)→REE(Nb)[17]，本次采样位置已剥蚀至Nb(Ta)矿化层，可能深部还发育并保留了稀土矿化，值得进一步分析研究。

3.3 石英岩特征

野外对戈家营组和三夏天组3处层位稳定的石英岩露头采集了基岩样品，编号SY-1—SY-3。戈家营组采样露头呈浅灰白色，节理发育，沿节理面发育强烈的褐铁矿化，三夏天组采样露头呈纯白色，岩石致密，无明显节理裂隙，少见褐铁矿化(图6)。经实验室分析，3件样品主要矿物成分含量见表5所示。

图6 三夏天组石英岩标本

样品编号地层矿物含量/%SiO2Fe2O3Al2O3SY-1戈家营组95.451.620.46SY-2三夏天组97.960.640.30SY-3戈家营组97.261.000.50

由表5中数据看出，戈家营组和三夏天组石英岩SiO2含量普遍较高，Al2O3普遍较低，Fe2O3含量相对于各级别硅质原料[22]要求略高。根据戈家营组石英岩宏观特征，认为Fe2O3主要来自于节理面中的褐铁矿，易于选矿剔除，石英岩品质较高，属于良好的硅质原料矿产。

3.4 萤石矿化特征

研究资料[23]表明，康保已知萤石矿床受海西期S型花岗岩和断裂构造的双重控制，矿体呈脉状、透镜状分布在花岗岩体内部或周围的构造断裂带及接触带中，以康保—围场深断裂的次级构造为容矿主体，其走向以NE向为主，其次为NW向及近NS向。海西期S型花岗岩提供了F元素成分来源，经后期热液萃取，富集成矿。

野外调查时发现本区孔督沟萤石矿床外围的二叠纪满德堂序列前孟家地单元、三老虎单元和李生宝沟单元S型花岗岩[15]节理面中均发育明显的萤石化，属于后期热液成因，反映了这些岩体具有高F含量特征。孔督沟萤石矿分布于NNW向断裂带中，在矿床外围满德堂序列中分布多条同向断裂及NNW向断裂，这些断裂为热液活动及成矿容矿提供了有利空间。岩体中发育Nb、Ta、W元素异常，断裂带中石英脉发育，这些都是热液填充型萤石常见的伴生元素和矿物[8]，是找矿的有利指示。

4 结论及建议

4.1 结论

通过对研究区成矿地质条件分析及野外调查验证，得到如下结论：

(1)研究区位于石墨、稀有金属、萤石及硅质原料成矿带的重叠地带，是上述矿产的有利成矿区。

(2)研究区分布多处已知矿点，具有上述矿种较优越的成矿地质条件。

(3)野外物化探调查及前期资料显示，研究区具有有利的石墨、萤石物化探异常； 野外采样分析表明，石墨、稀有金属、石英岩矿化较强，规模较大，成矿远景较大； 对萤石矿点的具体调查分析有待补充完善。

总之，上述矿产的赋矿地层、赋矿岩体及找矿地段明确，找矿工作部署对象清晰。

4.2 建议

(1)晶质石墨矿调查以东井子岩组和三夏天组为主，以区域变质作用和混合岩化作用或热接触变质作用的叠加改造区域为找矿方向。

(2)稀有金属矿调查以海西期晚二叠世碱性花岗岩为主，注意结合物化探异常与控岩构造，寻找隐伏花岗岩，并勘探查明深部稀土矿化程度。

(3)萤石矿勘查应根据矿床预测要素，结合已知地质背景和化探异常，优选普查区。

(4)高品质石英岩调查应在筛选戈家营组和三夏天组各岩性段原岩沉积环境及沉积序列的基础上，挑选石英砂岩成熟度较高的层位展开。