福建建阳回潭萤石矿床地质特征及成因探讨

李泽俊

(邵武市自然资源局，邵武，354000)

闽北地区萤石矿床非常发育，主要集中在邵武、光泽、浦城等地，目前共发现有43个萤石矿，其中大型矿床3处，包括邵武南山下[1]、浦城羊角尾[2]和顺昌南舟[3-4]，绝大多数萤石矿体都受断裂构造严格控制，以北东向为主、北西向次之，属于热液充填成因[5-7]。建阳回潭矿区的勘探工作始于1966～1971年，并在1979年探明矿石储量39.2万t，其中露采储量19.6万t。该矿床的开采工作始于1984～1987年，进行过小规模露天开采，采出的矿石量约4.5万t。2014年，赣州市地质队受采矿权人委托，对回潭矿区进行资源储量核实工作，主要针对调查、勘察收集矿山各种地质资料，重新圈定资源储量并进行估算(矿石量63.94万t，CaF223.88万t)。在详细地质工作的基础上，首次运用萤石单矿物Sm-Nd同位素年代学定年，结合相关微量元素、同位素与成矿流体研究，以期充分认识回潭萤石矿床的成矿过程与模式，为该区域的萤石找矿工作提供一定的参考价值。

1 区域地质背景

回潭萤石矿床位于闽西北隆起带武夷山成矿带。区域地层分布相对较为单一，主要有新元古代、中生代侏罗纪及零星分布的三叠纪地层。新元古代地层主要包括万全(岩)群黄潭(岩)组、马面山(岩)群大岭(岩)组、龙北溪(岩)组，岩性主要为云母石英片岩、角闪片岩、石英岩、变粒岩、黑云石英片岩等，且常呈不同程度的混合岩化。各组地层均呈片理平行叠置，地层走向北东，倾向南东或北西，倾角一般为30°～70°。侏罗纪地层主要由梨山组、长林组、南园组组成。梨山组由炭质泥岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩组成，夹煤线与焦坑组为不整合接触；长林组主要岩性为凝灰质砂岩、粉砂岩、砾岩和凝灰岩，南园组岩性为中酸性熔岩夹火山碎屑岩，与长林组呈喷发不整合接触。地层走向北东，倾向南东或北西，倾角15°～35°。长林组与南园组呈喷发不整合接触。三叠纪地层主要为焦坑组，主要岩性为炭质泥岩、粉砂岩、砂岩，夹煤线。

区内断裂构造十分发育，主要断裂有纵贯全区的呈北东30°～45°走向的五夫—兴田和大将—崇雒压扭性断裂，以及北西走向的张性断裂。断裂切穿了燕山期岩浆岩和前中生代所有地层。褶皱构造主要发育在基底变质岩中，常形成北东走向的线形褶皱，呈紧密的复式向斜、背斜。中生代地层一般呈北东走向，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。

区内岩浆侵入活动比较强烈，中酸性岩广泛分布，主要有加里东期中细粒白云二长花岗岩、二云正长花岗岩和燕山晚期石英闪长岩、花岗斑岩、英安玢岩等。此外，区域内亦分布着大量的脉岩，有花岗细晶岩、花岗伟晶岩、正长斑岩、石英斑岩、霏细斑岩等。

2 矿区地质特征

矿区地层较单一，除第四系残坡积、冲洪积层外，仅见前新元古代马面山(岩)群大岭(岩)组，主要分布于矿区的东南部，为残留体，走向北东45°～50°，其岩性主要为黑云变粒岩，次为黑云石英片岩(图1)。

图1 建阳回潭萤石矿区地质图Fig.1 Geological map of Huitan fluorite deposit in Jianyang city1—第四系冲洪积层;2—新元古代大岭(岩)组;3—燕山晚期花岗斑岩;4—加里东期中细粒白云二长花岗岩;5—闪长玢岩;6—花岗细晶岩;7—花岗伟晶岩;8—霏细斑岩;9—石英脉 ;10—花岗质构造角砾岩;11—构造角砾岩;12—花岗质碎斑岩;13—矿体及其编号;14—断裂；15—勘探线剖面

区内出露岩浆岩主要为加里东期(志留纪)中细粒白云母二长花岗岩，属回潭岩体的一部分，该岩体是主要的贮矿围岩。岩石呈灰白色，中-细粒结构(1～3 mm)，主要由斜长石(25%～30%)、钾长石(28%～33%)、石英(30%～35%)以及白云母(10%～15%)组成。岩石受热液蚀变影响多发生绢云母化、叶蜡石化、绿泥石化等。其次为燕山晚期花岗斑岩，呈岩株状侵入于加里东期中细粒白云母二长花岗岩中。岩石为灰白色，斑状结构，斑晶主要由斜长石(10%～15%)、钾长石(3%～6%)、石英(10%～15%)组成，基质主要为长英质，靠近破碎带的岩石发育绢云母化、叶蜡石化、绿泥石化。此外，少量中基性、中酸性岩脉呈北东向分布，主要有闪长玢岩、安山玢岩、花岗伟晶岩、花岗细晶岩及霏细岩。脉岩产状受北东向构造控制，多沿北东30°～50°方向展布。

区内构造主要为断裂构造，以北东向压扭性断裂为主，是矿床的主要控矿断裂。该断裂纵贯全区，地表长超过1 000m，最宽处达87 m，最窄处为7.5 m，一般宽为45～65 m；总体表现长透镜状的构造破碎带，呈上宽下窄，横剖面上似长楔形，深部已控制的最大斜深为390 m。总体产状为走向北东45°～55°、倾向南东、倾角55°～60°。构造破碎带的岩性主要为破碎的细粒白云二长花岗岩，由于热液蚀变与胶结作用，形成构造角砾岩。北东向断裂经受多次活动，形成了宽大的构造破碎带，萤石矿体充填其中。该断裂延伸至矿区西南部，走向逐渐向南偏20°～30°，呈北北东15°～25°，产状约为55°～65°/SE∠60°～70°，破碎带宽5～8 m，走向上呈舒缓波状，向西南延伸较远，推测长度达3 000 m。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

回潭萤石矿床属单脉型的萤石矿床，在主矿体旁侧见4个相伴小矿体。小矿体均未出露地表，呈透镜状，产状与主矿体基本一致。主矿体在地表出露最高标高为291 m，最低标高为188 m；深部已控制的最低标高为-18 m，推测最低标高为-40 m。截至2014年2月底，回潭萤石矿床保有(111b+122b+333b)矿石量63.94万t，CaF2矿物量23.88万t，平均品位为37.35%。

矿体形态简单，顶底界面沿走、倾向上呈舒缓波状，总体形态呈长透镜体状。在倾向上，矿体形态主体上呈长楔形，局部为透镜状。矿体具分叉现象，深部分叉部位略膨大(图2)。倾角在地表和深部(140 m标高以下)较陡，一般在60°～70°。在140 m、100 m、50 m中段，矿体走向为北东41°～55°、倾向南东、倾角57°～67°。在矿区西南部，矿体走向向南偏转20°～30°，呈北东15°～30°。矿体西南端收敛角约为60°、东北端的收敛角约为30°。矿体总体上东北浅、西南深。矿体厚度从地表往深部由厚变薄，属中等变化类型。

图2 建阳回潭萤石矿区6号勘探线剖面图Fig.2 Diagram showing the geological profile in the No.6 exploration line of Huitan fluorite deposit in Jianyang city1—新元古代大岭(岩)组;2—加里东期中细粒白云二长花岗岩;3—花岗质碎斑岩;4—构造角砾岩;5—矿体及编号;6—断层及编号; 7—钻孔编号/孔口标高;8—采空区

矿体的围岩主要为加里东期中细粒白云二长花岗岩，其直接顶底板岩性主要为硅化构造角砾岩，其次为硅化花岗质碎斑岩，局部为黑云变粒岩及混合花岗岩等。地表顶底板岩石风化程度较强，多呈黄褐色的砂状土。矿体与围岩、夹石的接触界线清楚，界面一般较平直，属充填关系；但局部为过渡关系，如网脉状矿石、少部分角砾状矿石与围岩的界线呈渐变。围岩蚀变主要为一套低温热液蚀变，包括硅化、绿泥石化、绢云母化、叶蜡石化、碳酸盐化等蚀变。

3.2 矿石特征

矿石矿物为萤石，主要呈翠绿色、浅绿色，其次为浅紫色、淡白色(照片1)。脉石矿物主要为石英，少量方解石、绿泥石、蛋白石、黄铁矿、叶蜡石、绢云母等。

照片1 建阳回潭萤石矿床代表性矿石手标本照片Photo.1 Photograph of hand specimen of representative ore of Huitan fluorite deposit in Jianyang city

矿石构造主要为块状，其次为角砾状、脉状、网脉状、条带状、斑团状，偶见脑纹状、晶簇状。矿石主要有他形板状结构、角砾状结构，次为半自形粒状结构、半自形-他形粒状结构，偶见自形晶结构、放射状结构。矿石品级与矿石的自然类型相关，块状矿石的84%为富矿，少数为贫矿；角砾状矿石的85.7%为贫矿，少数达富矿；含角砾块状矿石变化较大，但富矿偏多，占比57.9%；网脉状矿石的96.8%为贫矿。

矿石的化学成分主要为CaF2、SiO2，包含少量的CaCO3、Fe2O3及微量BaSO4、S、Pb、Zn。

(1)有益组分：有益组分为CaF2。全区单样最高含量为94.41%(CaF2含量，下同)，最低为20.05%，一般50%～60%。单工程最高含量为79.54%，最低含量为29.43%，一般含量为45%～65%。平均品位为37.76%。

(2)有害组分：有害组分主要为SiO2，主要来自石英和蛋白石。其次为CaCO3和Fe2O3，CaCO3主要以方解石矿物产出，Fe2O3主要来自黄铁矿。BaSO4、S、Pb、Zn含量极微，主要贮存于萤石等矿物中。据光谱分析未见铍、镓、镱等稀散元素。

4 矿床成因探讨

4.1 成矿时代

从5件萤石样品中挑选出的萤石单矿物颗粒的Sm-Nd同位素测试结果显示(表1)，Sm含量在2.469×10-6～4.831×10-6，Nd含量在8.192×10-6～17.24×10-6，147Sm/144Nd比值为0.1 623～0.1 934，以及143Nd/144Nd比值为0.511 951～0.511 978，因此获得萤石的Sm-Nd等时线年龄为(110±15.6)Ma(图3)，由于MSWD较大，该等时限年龄存在一定误差，大致可以代表回潭萤石矿床的成矿年龄为早白垩世晚期，与矿区燕山晚期花岗斑岩具有成因联系。

表1 回潭萤石矿床萤石Sm-Nd同位素组成

图3 建阳回潭萤石矿床萤石Sm-Nd等时线年龄Fig.3 Sm-Nd isochronal age of the fluorite of Huitan fluorite deposit in Jianyang city

4.2 成矿物质来源

萤石矿石的微量元素特征(表2)表明，回潭萤石矿石相对富集Th、La、Nd和Y，而亏损Nb、Sr及Zr的特点。萤石矿石的稀土元素总量较低(129.1×10-6)，略小于燕山晚期花岗斑岩(211.1×10-6)。萤石矿石的球粒陨石标准化REE分配模式曲线略呈右倾或近似水平的重稀土富集(图4)，与已发表的萤石的配分模式相似[8]。该配分模式与矿区内花岗斑岩相似，但是δEu的差别极大，二者的δEu值分别为0.74和0.05。花岗斑岩的稀土元素配分模式图中，Eu异常处显示极为明显的“V”形谷，显示出典型的岩浆强烈分异作用特点。相较花岗斑岩和变粒岩的稀土元素配分特征，萤石矿石的稀土元素配分模式与花岗斑岩的稀土元素配分模式具有较为明显的相似性，显示了萤石矿石与花岗斑岩的亲和性。

表2 建阳回潭萤石矿床岩矿石微量元素与稀土元素特征

图4 建阳回潭萤石矿床岩矿石球粒陨石标准化稀土元素配分模式图[9]Fig.4 Map of mineral chondrite standardized rare earth element distribution model of Huitan fluorite deposit in Jianyang city

锶同位素分析结果显示，萤石矿石的87Sr/86Sr初始比值为0.716 910，花岗斑岩的8rSr/86Sr初始比值为0.724 288，以及石英云母片岩的87Sr/86Sr初始比值为0.772 975。萤石矿石与花岗斑岩的87Sr/86Sr初始比值十分相近，而与石英云母片岩的锶同位素值差距甚远，表明萤石中锶的来源与花岗斑岩密切相关，显示萤石成矿可能与燕山晚期花岗岩侵入有关。区内燕山晚期花岗斑岩、花岗细晶岩、花岗伟晶岩等具有富硅、富碱、贫钙镁的特点，其中的F含量可高达0.19%，表明深部岩浆的F含量十分丰富，可为萤石矿的形成提供充足的成矿物质。而新元古代围岩中，含钙较高( CaO 1.97%)，则为成矿提供所需的物质来源。此外，加里东期花岗岩类岩石也可能为矿床的形成提供了部分物质来源。综合分析回潭萤石矿床中的F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F沿着裂隙运移，并萃取了围岩地层中的钙。因此，矿区内的燕山晚期花岗斑岩与新元古代地层均提供了成矿所需的必要物质。

4.3 成矿流体特征

萤石矿石中包裹体较为发育，主要为成带状分布，少部分为成群分布，其中以呈透明无色-灰色的富液包裹体为主，呈透明无色的盐水包裹体次之，部分视域内可见呈深灰色的气体包裹体或呈浅灰色的富气包裹体(图5)。

图5 建阳回潭萤石矿床萤石中流体包裹体岩相学特征与均一温度直方图Fig.5 Histogram of petrographic characteristics and homogeneous temperature of the fluid inclusions of Huitan fluorite deposit in Jianyang city

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了均一温度与冰点温度的测试，结果显示均一温度集中于114～160 ℃，平均141 ℃，指示了回潭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0.88～13.82 wt% NaCl.eq.，平均6.33 wt% NaCl.eq.。普遍低的盐度值表明，形成该矿床的成矿流体是一种相对稀或稀释了的含矿热水溶液，可能反映了流体在运移和沉淀过程中有大气降水补给(表3)。

表3 建阳回潭萤石矿床萤石流体包裹体特征

续表3

萤石的氢、氧同位素结果显示δD为-89.7‰，δ18Ov-SMOW为9.80‰，采用流体包裹体温度(141℃)计算得到成矿流体中δ18OH2O为-1.54‰，位于δD-δ18OH2O图解上的Craig大气降水线的右下方，岩浆水的左下方，而远离且明显低于岩浆水和变质水的δD和δ18O分布区。这样的结果与大多数的萤石矿床的H-O同位素特征相似[8-10]，说明回潭萤石矿床的成矿流体经历了明显的大气降水混合作用。

5 成矿模式与找矿意义

五夫—兴田断裂通过花岗岩类等刚性岩石分布地段时，产生规模较大的强烈构造破碎带。回潭萤石矿床的矿体主要贮存于构造破碎带中，受断裂构造控制十分明显，因此，断裂构造是该矿床形成的主要控矿因素。矿脉沿构造破碎带的裂隙充填，与围岩的接触界线清楚，具有充填式特征，属于典型的热液充填型萤石矿床[11-12]。矿体的围岩主要为加里东期中细粒白云母二长花岗岩以及新元古代地层。近矿蚀变相对较为简单，主要为一套低温热液蚀变，包括硅化、绢云母化、方解石化、叶蜡石化、绿泥石化等。矿石稀土与微量元素以及Sr同位素特征显示，萤石矿石与矿区内广泛分布的燕山晚期花岗斑岩具有亲缘性。结合区域资料，显示矿区燕山晚期花岗岩类岩石侵入过程中携带了成矿所需的F，而新元古代地层以及部分加里东期花岗岩可能提供了成矿所需的成矿物质。流体包裹体特征与H-O同位素结果显示，成矿流体为低温、低盐度流体，且有大气降水的明显混合，暗示大气降水混合作用导致温度等物理化学条件急剧变化可能是萤石迅速沉底成矿的原因造成的。因此，结合萤石Sm-Nd同位素年代学结果，认为回潭萤石矿形成于早白垩世晚期(约110 Ma)，成矿流体可能来自于同期花岗斑岩，受断裂构造控制，深部岩浆房结晶分异出的富F流体在运移过程中活化迁移了新元古代围岩地层，以及部分加里东期花岗岩中的物质(如Ca)，在上升运移过程中与大气降水混合，导致成矿流体的温度降低，断裂面呈舒缓波状，在有利空间内受到早期强烈硅化作用而造成良好的封闭条件，最终在断裂破碎带中聚集沉淀、成矿。因此，回潭萤石矿床的成因类型属于低温热液充填型(图6)。

图6 回潭萤石矿床成矿模式图Fig.6 Metallogenic pattern map of Huitan fluorite deposit1—新元古代大岭(岩)组；2—加里东期花岗岩；3—燕山晚期花岗斑岩；4—萤石矿体；5—构造破碎带；6—断层；7—热液流动方向

由于先于氟化钙沉淀的强烈硅化作用造成良好的封闭条件，因而矿体的规模和富集一般与构造岩的规模和硅化强度成正比关系；反之，则矿体规模小、品位低。因此，硅化发育的断裂构造特征是区内主要的找矿标志。此外，在硅化强烈及构造岩发育地段多形成正地形也是找矿的辅助标志。

6 结论

回潭萤石矿床的成矿时代大致为早白垩世晚期(110±15.6)Ma。燕山晚期花岗斑岩与围岩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，显示中低温、低盐度特征。断裂构造是该矿床形成的主要控矿因素成矿，矿床的成因类型属于低温热液充填型矿床。