河北丰宁头道沟萤石矿地质特征及找矿方向

王 政，齐新国，王立考，李博文，李艳杰

(中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队，河北 保定 071051)

萤石作为氟化工的基础，广泛应用于化工生产中。同时在新一代信息技术、新材料、新能源、生物产业及节能环保方面发挥着越来越重要的作用，被列为我国的战略性非金属矿。随着国内萤石的需求量不断攀升，我国的萤石资源逐渐由优势矿产变为紧缺矿产[1-2]。

河北省丰宁县萤石成矿地质条件较好，周边已发现10个萤石矿(化)点，但多以中小企业开采为主，矿石矿物组合简单，属可选、易选矿石[3]。本次通过对丰宁头道沟一带萤石矿找矿工作，初步分析了地质特征、矿石质量，并与已知矿床对比分析，总结该区萤石矿地质特征及成矿规律，对进一步开展萤石找矿具有积极意义。

1 成矿地质背景

头道沟萤石矿大地构造位置位于中朝准地台(Ⅱ2)内蒙地轴沽源陷断束大滩中断凹构造单元的东北部(图1)，康保—围场东西向深断裂南侧，上黄旗—乌龙沟北东向大断裂西侧，属于冀北隆Pb-Zn-Ag-Mo—萤石成矿亚带。

图1 大地构造单元图

区域内出露的地层主要有下白垩统张家口组及第四系，张家口组为本区萤石矿的含矿围岩。受上黄旗—乌龙沟断裂带影响，区域内形成了一系列北东向展布的火山—沉积盆地。受火山喷发作用影响，区内张性断裂构造发育，表现为北东、北西及近东西向三组断裂。

区内燕山晚期岩浆活动强烈，呈浅成—超浅成相侵入体产出，侵入时代为中生代白垩纪晚期，主要有次石英粗面岩和次流纹岩。燕山期岩浆期后热液活动为本区萤石成矿提供了丰富的物质来源[4-5]。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质

矿区内出露地层较简单，仅出露下白垩统张家口组二段及第四系。张家口组二段(K1z2)主要为灰紫色石英粗安岩、灰色安山岩夹斑流岩及流纹质凝灰岩，为萤石矿体的围岩。第四系主要为洪积、冲积及风积物，分布在河谷两侧。矿体围岩为张家口组火山碎屑岩，岩石较完整、稳定，节理及裂隙不发育，围岩与萤石界线较为明显，围岩蚀变不强，多为高岭土化、硅化、绿泥石化、碳酸盐化，近矿岩石轻微破碎。

矿区内断裂构造较发育，规模较大的断裂构造有F1、F2，具正断层性质(图2)。F1位于矿区中部，走向北东35°～55°，倾向南东或北西，倾角60°～85°，出露长约5 030m，断裂带宽约30m，破碎带内见碎裂岩、张裂角砾岩，可见硅化、褐铁矿化、萤石化。F2位于项目区南部，走向北西280°～290°，倾向北东，倾角80°，长约3 200m，破碎带宽5～20m，带内见碎裂岩、张裂角砾岩、断面具擦痕，可见硅化、褐铁矿化、萤石化。

图2 矿区地质简图

主构造控制着全区的构造格局，破碎带内见碎裂岩、张裂角砾岩，发育有强烈的硅化、褐铁矿化、轻微萤石化，硅化多呈细脉状，沿构造线方向充填，褐铁矿化多呈浸染状，萤石矿化多呈细网脉状、鸡窝状。次级断裂为本区的的赋矿构造，主断裂为源源不断的热液运移提供通道，在其围岩附近发生了萤石矿化，由于构造强烈，结晶时间短，造成矿化程度低；当热液进入次级断裂内时，热液与围岩相互作用时间长，且有充足空间进行结晶，形成了萤石的富集。本区内萤石矿分布于F1、F2的次级断裂中。

区内岩浆岩不发育，主要呈不规则岩株、岩床状侵入于张家口组中，为火山活动的产物。在矿区北部及西部出露有白垩纪晚期次石英粗面岩和次流纹岩。

2.2 矿体特征

矿区内2个萤石矿体赋存在下白垩统张家口二段地层中，呈脉状产出于区内次级构造中[6]。

K1矿体位于F1断层的次级构造中，其产状严格受次级构造控制，走向呈北北西向，倾向215°～246°，倾角73°～78°。矿体地表控制长度266.67m，厚度1.27～1.39m，平均厚度为1.33m，CaF2品位29.15%～35.12%，平均品位31.74%。与围岩界线清晰，呈断层接触，其顶底板岩性均为火山碎屑岩，围岩蚀变不强，多为高岭土化、硅化、绿泥石化、碳酸盐化。

K2矿体位于F2断层的次级构造中，其产状受次级构造控制，走向北西，倾向33°～37°，倾角76°～83°，矿体地表控制长度327.36m，厚度1.18～1.28m，平均厚度1.22m，CaF2品位26.20%～33.03%，平均品位29.21%。矿体两侧围岩均为火山碎屑岩，呈断层接触。围岩多发育高岭土化、硅化、绿泥石化、碳酸盐化。

2.3 矿石特征

(1)矿石类型及结构、构造。

矿石自然类型主要为石英—萤石型。矿石的结构主要有两种，一种为半自形—他形粒状结构，是角砾状矿石所具有的一种结构；另一种是自形—半自形粒状结构，是单一萤石矿晶体彼此镶嵌紧密堆积而成。

矿石构造以块状构造(图3a)为主，次为皮壳状构造(图3b)、条带状构造。萤石、石英等矿物沿围岩角砾裂隙之间成细脉状、网脉状充填，此类矿石质量较差。块状构造矿石主要由粒状萤石矿物组成，矿石质量较好(图4)。

图3 萤石矿构造(a 块状 b 皮壳状)

图4 萤石矿镜下照片

(2)矿物组成和化学成分。

综合岩矿鉴定结构、XRD分析结果可知，原矿的物质组成为萤石34.23%、石英54.52%、长石11.25%。

原矿石化学成分为(%)：SiO264.31～68.85、CaF229.76～ 34.65、CaCO30.64～ 0.70、Fe2O30.17～0.26、P2O50.027～0.028、S 0.014～0.018。

(3)矿石微量元素。

根据光谱半定量显示，原矿石微量元素具有相对富集Rb、Sr、U等大离子亲石元素,相对亏损Nb、Ta、Th等高场强元素的特征(表3)。

表3 光谱半定量全分析结果表 (单位：10-6)

3 矿床成因及找矿方向

3.1 成矿成因探讨

(1)成矿物质来源。原矿石微量元素具以下特点[7-8]：①Rb/Sr比值随岩浆分异程度增加而增加，本区矿石Rb/Sr比值(0.001～1.265，小于10)，表明成矿时期基本为岩浆早期阶段，分异作用较弱；②矿区内矿石微量元素原始地幔标准化蛛网图显示与E-MORB型玄武岩相似。区内矿石微量元素(除1件样品外)具较为一致的分布曲线，具同源岩浆演化产物特征，且Nb/Ta比值(9.64～17.58，其中GB4为1.76)，指示在岩浆作用过程中有地壳物质的加入，遭到了一定程度的地壳物质混染。上述表明本区的萤石成矿物质来源与岩浆分异活动密切相关。

(2)成矿构造。本区矿体受断裂控制明显，主要分布于次级构造带中，其产出状态与断裂构造的产状基本一致，构造充填脉型特征明显。

(3)成矿温度。结合矿石微量元素分析及矿石中的方解石、黄铁矿等低温矿物特征，本区萤石成矿为低温环境。

(4)成矿成因。在成矿早期，含矿热液在构造—岩浆的作用促使萤石、石英矿物质富集、迁移在主构造带中，但因活动强烈，不易于萤石的富集结晶，多以硅化为主，为主要的热液运移通道；在岩浆活动演化后期，热液通过主构造通道运移到次级断裂中，因断裂活动减弱，温度下降，有足够的时间和空间溶滤吸取途经的围岩中的F-、Ca2+，最终在利位置充填、沉淀、结晶形成低温热液充填型萤石矿床[9-12]。

3.2 找矿方向

通过探讨本区萤石矿地质特征及矿床成因，结合周边区域地质资料，分析得出三道洼—干沟窑子—马架子一带断裂构造发育，为沿含矿构造带走向外围延伸的火山碎屑岩出露地段，具较好的找矿前景。

4 结论

(1)本区萤石矿体赋存于下白垩统张家口组火山碎屑岩，受构造控制，属于低温热液充填型矿床。

(2)矿石主要为石英—萤石型，矿石以块状构造为主，次为皮壳状构造、条带状构造。CaF2品位29.21%～31.74%，平均30.48%。

(3)通过分析本区萤石矿地质特征、成矿成因，提出了三道洼—干沟窑子—马架子一带萤石成矿有利地段，对该区开展找矿工作具有一定的指导意义。