平泉县双洞子萤石矿床地质特征及成因

王松港

中化地质矿山总局河北地质勘查院，河北 石家庄 050031

萤石矿是中国的优势矿产，也是重要的国家战略资源，随着中国氟化工业的快速发展及萤石应用领域的不断扩展，对萤石矿产的需求呈快速增长的态势[1-2]。平泉县双洞子萤石矿位于县城东南直距6km处，矿体赋存于双洞子背斜西部的核部萤石矿化带内，属中型萤石矿床[3]。

1 区域地质背景

双洞子萤石矿区处于柴达木-华北板块，晚三叠世-古新世大兴安岭-太行山板内造山带，平泉-新城子沉积-火山盆地中[4]。区域上出露地层较为齐全，自太古界到中生界、新生界均有出露[5]，受北东向构造体系影响，区域地层总体走向北东，倾向北西或南东，倾角变化较大，一般在30°～65°。区域构造发育，受区域东西向构造体系的控制，主要为褶皱和断裂构造。背斜构造：双洞子背斜构造轴向近东西，长约15km，宽约5km，东部在官窑被中生界覆盖，西端呈圈闭倾没之势，并被北东向断裂切割，背斜轴面略倾向南，两翼基本对称，属印支期褶皱构造。断裂构造：区域内断裂构造发育，主要为东西向和北东向。东西向断裂有新安村-老窝铺压扭性断裂、水泉-十字庙压扭性断裂，位于矿区南侧，由于受北东向构造的干扰，局部被切割，或呈反“S”状；新安村-老窝铺压扭性断裂位于区域南部，其形成时期均属燕山中期或晚期，对区域构造形态起着主要的控制作用。北东向断裂主要有黑山-十字庙断裂，走向北东，在十字庙附近与水泉-十字庙压扭性断裂斜交，倾向北或北西，倾角60°～70°，属燕山早期产物。由于热液活动的影响，其形迹不易辨认。区域内岩浆岩不甚发育，主要为北东向产出的小型岩脉或岩墙。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层为中元古界蓟县系雾迷山组（Pt22w）、洪水庄组（Pt22h）、铁岭组（Pt22t）和第四系。雾迷山组（Pt22w）：主要为灰白色中-厚层含燧石结核白云岩夹薄层萤石矿化燧石条带白云岩、硅化硅质角砾岩层，中层夹薄层矿化燧石条带白云岩为萤石矿化带，该层普遍受硅化和矿化。洪水庄组（Pt22h）：下部为灰黑色、黄色砂质页岩，厚19m；中部为黄色、灰黑色、灰黄色页岩，主要为黑色、黄褐色泥质页岩，厚60.45m；上部灰白色薄层泥质白云岩夹钙质页岩，厚12m；主要出露于背斜南翼，产状变化较大。铁岭组（Pt22t）：主要为灰黑色、黄褐色泥质页岩和白云质灰岩互层。第四系全新统（Q4）：主要由砂砾、砂粘土组成的冲积和冲洪积层，厚度一般在1～5m[6]。

2.2 构造

矿区内断裂构造发育，由于热液活动影响，行迹不易辨认。断裂走向以东西向和南北向为主，北东或北西向次之。断裂性质以张性较多，按其与成矿的关系划分为成矿前断裂构造和成矿后断裂构造两类。成矿前断裂为热液的运移提供了通道，也为萤石矿的沉淀富集提供了空间。双洞子背斜构造轴向近东西，背斜内层间裂隙发育，为矿区主要导矿和储矿构造，地层产状受背斜构造控制，南翼地层走向280°～320°，倾向南西，倾角35°～50°；西端向西倾没，倾角20°～70°；北翼产状较陡，走向60°～70°，倾向北西，倾角40°～70°。

2.3 热液活动及蚀变

区内未见岩浆岩出露，但是硅化、萤石及重晶石化却强烈而广泛的发育着。硅化蚀变与萤石矿体有密切的内在联系和空间关系，对矿化程度、矿体形态、规模以及赋存部位等起着明显的控制作用[4]。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿体呈似层状、透镜状赋存于矿化带中，或产于硅化硅质角砾岩、燧石条带白云岩内部，有的则穿插接触带产出，矿体的形态及产状严格受构造裂隙控制[4]。矿区内共发现7条矿体：

Ⅰ号矿体：沿双洞子背斜轴部呈南、北两翼分布，分为南翼、西端和北翼，水平断面为“牛轭状”。在670中段，矿体分为断续的三个透镜体，南翼较长，走向延长近500m。矿体沿倾斜方向呈马鞍状或透镜状，形态变化比较简单。矿体南翼产状：倾向南西，倾角44°～82°，厚度2.0～9.45m，平均厚度5.58m。北翼产状：倾向北西，倾角64°～81°，矿体厚度1.52～3.36m，平均厚度2.44m。矿体在矿化带的赋存部位为：南翼矿体赋存于燧石条带白云岩的上部，北翼接近于燧石条带白云岩底部。

Ⅱ号矿体：位于矿化带的西端及南翼地段，由1、3、5、7线控制，矿体走向长约150m，位于Ⅰ号矿体上盘，相距20～40m，呈“牛轭状”，上部短，下部长，产状变化较大，走向317°～233°，倾向南西或西，倾角30°～68°，矿体厚度1.54～12.68m，平均厚度4.64m。矿体穿插于硅化硅质角砾岩与燧石条带白云岩接触部位，矿体在650中段向下仍有延伸，已控制延深120m，矿体有由西向东侧伏的趋势。

Ⅲ号矿体：位于矿化带的北翼地段，接近顶部，在Ⅰ号矿体上盘，相距20～30m，由东向西侧伏，其顶底板围岩均为燧石条带白云岩。矿体由25、27、29勘探线控制，走向长约140m，赋存标高755～650m，矿体走向58°～86°，倾向328°～356°，倾角61°～67°。矿体厚度1.39m。

Ⅳ号矿体：由31号勘查线控制。矿体走向长约80m，透镜状，赋存于背斜北翼硅化硅质角砾岩内部，矿体赋存标高790～814m，矿体倾向102°，倾角15°。

V号矿体：位于背斜南翼东部39～43号勘探线间，矿体赋存部位为硅化硅质角砾岩与燧石条带白云岩接触带附近，在800中段其顶底板围岩均为硅化硅质角砾岩；矿体沿走向长约156m，赋存标高900～735m，厚度5.90～11.59m，平均厚度7.33m，倾向165°，平均倾角46°。

Ⅵ号矿体：位于矿区东部背斜核部一带33号、35号勘探线间，由PD24、PD25工程控制，矿体产于燧石条带白云岩中，顶底板均为燧石条带白云岩，赋存标高785～845m，沿走向长133m，矿体倾向102°，倾角68°～75°，平均厚度6.06m。

Ⅶ号矿体：位于矿区东部背斜北翼35、37号勘探线间，赋存部位为硅化硅质角砾岩（Pg）内部，顶底板围岩为硅化硅质角砾岩，矿体赋存标高713～767m。沿走向长115m，倾向282°，倾角65°～75°，厚度7.75～7.35m，平均厚度7.49m。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石物质组成

矿石矿物为萤石，脉石矿物以石英为主，其他矿物有重晶石、方解石、白云石、玉髓、少量绢云母、铁质矿物、微量硫化物-黄铁矿，偶见极少量闪锌矿等。萤石主要呈白色、无色或紫色。半自形-自形以及它形粒状结构、显微粒状镶嵌结构及花岗变晶镶嵌结构。自形晶萤石多呈六面体的单晶、双晶或联晶，于晚期低温条件下生成，偶见八面体晶体，多为紫萤石，为早期高温条件下产物。石英为主要脉石矿物，按其成因可分为两种，为微粒石英和硅化石英，硅化石英呈他形-半自形短柱状、伸长状或粒状结晶，粒径0.4～0.8mm，团块状集合体或脉状分布，生成时间较晚，常交代萤石和微粒石英，与萤石关系密切。重晶石呈白色、淡棕色或无色，板柱状单晶或聚晶，重晶石分布极不均匀，呈小集合体分散，常在接近矿体或矿化带底板产出，生成时间较晚。

3.2.2 矿石化学成分

矿石品位（CaF2）为20%～99.51%，平均品位（CaF2）39.66%，应属贫矿；其化学成分主要为SiO2和CaF2，SiO2与CaF2的含量互为消长，其含量一般大于80%，其次为Fe2O3、BaSO4、CaCO3，其它S、P、Al2O3等含量均较低。

3.2.3 矿石结构、构造

矿石结构以显微粒状镶嵌结构、粒状结构为主，其次为花岗变晶镶嵌结构、交代残余结构等。矿石构造以蜂窝状构造为主，其次为角砾状构造、斑杂状构造、致密块状构造、糖粒状构造、条带状构造、网格状构造（脉状穿插构造）等。按矿石的结构构造可以划分为五种类型，即蜂窝状矿石、条带状矿石、斑杂状矿石、块状矿石及角砾状矿石。

3.2.4 矿物的共生组合

矿石的组成矿物，主要为萤石、石英，局部地段的矿石含方解石、重晶石，组成矿床的主要矿物组合为石英-萤石类型，占70%～80%，其次为萤石类型及重晶石-石英-萤石类型，而单矿物萤石类型、重晶石-石英-萤石类型及方解石-萤石类型较少。

4 矿床成因

双洞子山萤石矿床产于碳酸盐岩层的层间构造裂隙中，成矿主要受背斜构造控制，矿体形态常呈似层状、透镜状和囊状，矿石矿物组合有石英-萤石型、重晶石-萤石型、方解石-重晶石-萤石型等，围岩岩性与萤石矿化密切相关。在成矿过程中，含矿热液的地球化学特点、构造发育程度及围岩的物理化学性质是其主要的控制条件，而前者起着主导作用。结合前人矿石矿物的化学分析显示，热液来源可能为深部隐伏岩体或北部八家山花岗闪长岩体[1]，矿床形成于中-低温热液期，属中-低温热液交代碳酸盐类型的萤石矿床。矿床的成矿作用可分为三个阶段：①热液活动早期以蚀变为主，酸饱和溶液沿背斜的牵引裂隙上升，在硅铝质岩石（如：洪水庄组页岩）的“屏蔽”和阻拦之下，在层间构造破碎带中停滞，使破碎带的组成岩石发生硅化和微弱矿化，形成硅化硅质角砾岩体；②热液中期以渗滤交代为主要成矿阶段，热液的持续活动受到先期已经蚀变的硅化硅质角砾岩的“屏蔽”，使其在燧石条带白云岩中进行渗滤和扩散，F-交代围岩中的CO32-，生成蜂窝状萤石矿石，多次的矿化重叠使局部地段矿化富集，形成萤石矿体；③热液活动晚期，热液温度和压力逐渐降低，组分和浓度也有较大变化，蚀变作用以充填交代作用为主，萤石伴随石英脉产出，在有利地带形成萤石矿体。

5 结论

平泉县双洞子萤石矿属于中-低温热液交代碳酸盐类型的萤石矿床，矿体呈似层状、透镜状，赋存于由硅化硅质角砾岩和燧石条带白云岩组成的矿化带中，矿体的形态及产状严格受构造裂隙控制，广泛发育于碳酸盐类岩石中的硅化蚀变破碎带为该类型萤石矿的主要找矿标志。