内蒙古阿德格哈善图萤石矿床地质特征及成因分析①

付鑫 邢晶伟 刘晓龙 刘学亮

中化地质矿山总局内蒙古地质勘查院，内蒙古自治区 呼和浩特市 010000

四子王旗是内蒙萤石矿的主产区，20世纪70年代末内蒙古地质局在区域内进行了1∶20万区调工作，发现了苏莫查干敖包大型萤石矿；80年代初内蒙古自治区102地质队在区域内进行1∶5万区测工作，发现了脑尔其格（阿德格哈善图）、温都尔努如等萤石矿产地，为本区地质找矿工作提供了基础资料[1-5]。2019年，中化地质矿山总局内蒙古地质勘查院在阿德格哈善图地区进行了勘查找矿工作，本文基于对矿区地质特征、成矿原因分析，为萤石找矿工作提供方向。

1 区域地质背景

1.1 区域地层

区域地层由老至新为青白口系艾勒格庙组（Zal）、下二叠统大石寨组（P1ds）、下二叠统哲斯组（P1z）、上侏罗统满克头鄂博组（J3mk）、下白垩统大磨拐河组（K1d）、上白垩统二连组（K2e）、第四系全新统（Qhal+eol）。下二叠统大石寨组火山-沉积岩在本区最为发育，以分布范围广泛和沉积厚度大为特征[6]（图1）。

图1 区域地质简图Fig.1 Regional geological sketch map

1.2 侵入岩

区域内岩浆活动强烈，侵入岩较为发育，主要为中元古代细粒闪长岩、片麻状黑云斜长花岗岩，二叠纪钾长花岗岩、黑云花岗岩，侏罗纪似斑状黑云母花岗岩等。部分侵入岩含矿性明显，在岩体内外接触带中有较多的萤石矿脉分布；在苏莫查干敖包-敖包吐矽卡岩带中发现了锡、铜多金属萤石矿化点；此外侵入活动对苏莫查干敖包、敖包吐等层控型萤石矿床的后期改造起了一定的叠加作用[7]。岩体内部后期衍生岩脉纷繁复杂，从酸性到基性均有分布，其中酸性脉岩较为发育，并以侏罗纪侵入岩（敖包吐岩体、哈尔陶勒盖岩体）派生的花岗岩脉、花岗闪长斑岩脉和石英脉最为发育。其中石英脉在局部伴有萤石矿化，如西里庙北山石英脉，其两侧产萤石矿体[8]；推饶木查干敖包一带破碎带中侵入石英脉，并伴有萤石矿化。

1.3 区域构造

本区位于阿尔泰-蒙古弧形构造带东翼，即内蒙古弧形褶皱带接近弧顶的部位，南侧位于新华夏构造第三沉降带—巴音和硕断陷盆地与阴山-天山纬向构造中段北亚带相连接的地方，历经加里东期、华力西晚期及燕山期多次构造变动，地质构造十分复杂。内蒙古弧形褶皱带为本区的主要构造体系，分布于艾勒格庙-呼和陶勒盖一线低山丘陵区，由一系列北东向的线型褶皱、压扭性断裂及与其配套的北西向张扭性断裂组成，总体构造线方向呈北东向，但由东向西略有向南西偏转的趋势，使其显示了向东南方向突出的弧形弯曲特点。该褶皱带形成于二叠纪晚期，在侏罗纪又有多次继承性活动，对本区层控萤石矿的改造起了主要作用[9]。

1.4 区域矿产特征

区域内已发现和探明的萤石矿床均属层控型矿床，产于上古生界下二叠统大石寨组浅海相火山喷发间歇期碳酸盐岩和碎屑岩建造之中，其中以碳酸盐岩建造为主要赋矿层位[10]。如大石寨组二岩段碳酸盐岩建造层在伊和尔地区产热水沉积萤石矿，在西里庙地区产热水沉积锰矿；大石寨组三岩段底部碳酸盐岩建造在苏莫查干敖包及南敖包吐一带产热水沉积萤石矿，在脑尔其格（阿德格哈善图）-温多尔努一带产火山碎屑沉积萤石矿；大石寨组三岩段顶部碳酸盐岩建造层仅在中敖包吐及西里庙东北见有小规模的海相沉积萤石矿[11]。

区域内侵入岩很发育，但对层控萤石矿床的早期成矿并无直接的成因关系，相反，在某些地区由于花岗岩岩浆的侵入作用，破坏了矿体的完整性并缩小了矿床的工业规模：敖包吐北矿段矿体沿走向和倾向都被侏罗纪侵入的花岗岩吞噬；苏莫查干敖包萤石矿床的延伸方向也遭受了花岗岩的破坏。虽然晚期花岗岩浆的侵入活动破坏了矿床的完整性并降低了矿床的经济价值，但对区内某些层控萤石矿床的后期改造起了明显的控制作用：苏莫查干敖包火山热水沉积萤石矿床的后期叠加改造作用则与燕山晚期花岗岩浆的侵入活动密切相关；北敖包吐彻底改造型萤石矿床，由于燕山晚期花岗岩浆的侵入作用，矿床遭受了强烈的叠加改造使之形成富矿。

除了岩浆活动控制层控矿床的叠加改造作用外，构造活动是层控矿床改造富集或控矿作用的又一个重要制约因素[12]：北敖包吐萤石矿的成矿作用受二叠纪晚期北东向断裂构造控制[13]；伊和尔火山热水沉积萤石矿床的后期改造作用则受华力西晚期（燕山期又多次叠加）北东向断裂构造控制。此外，断裂构造亦控制了热液充填型萤石矿的形成[14]：贵勒斯太萤石矿（东矿段）、西里庙（北山）萤石矿等。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质特征

2.1.1 地层

上古生界下二叠统大石寨组为阿德格哈善图矿区内主要地层单元，区内出露大石寨组第二岩性段、第三岩性段及新生界第四系全新统。

下二叠统大石寨组第二岩段（P1ds2）主要分布于矿区南部，与上覆三岩段呈断层接触，出露厚度在300m以上，走向220°～260°，倾向310°～350°，倾角26°～45°，主要岩性为片理化晶屑凝灰岩、片理化流纹岩。

下二叠统大石寨组第三岩段（P1ds3）主要分布于矿区中部、北部，在地表出露面积较小，被第四系残坡积、冲洪积层广泛覆盖。钻孔所见最大厚度247.76m，倾向310°～350°，倾角0°～47°，该层岩性自下而上依次为结晶灰岩、炭质板岩、粘土质板岩，与下伏地层呈断层接触。该岩段为区内重要的萤石矿含矿层。

第四系全新统（Qhal+eol）广泛分布于矿区内沟谷及洼地内，不整合覆于老地层之上，主要岩性为冲洪积砂砾石、粉细砂及残坡积砂砾，结构松散未成岩，厚度一般为0～20m，与下伏地层不整合接触。

2.1.2 构造

矿区位于西里庙向斜南东翼，距西里庙向斜西南转折端2.5km。矿区内这部分西里庙向斜呈单斜构造，由下二叠统大石寨组第二、第三岩性段组成。由于褶皱作用的影响，区内地层均呈北东走向，倾向北北西，倾角26°～64°。此外矿区内未见其他褶曲构造。

矿区内的断裂构造为区域上苏莫查干敖包压扭性断裂的一部分，发育于大石寨组第二、三岩段接触部位。断层上盘岩性为炭质板岩，局部为浅绿灰粘土质板岩；下盘为片理化晶屑凝灰岩，属层间断层，是矿区内的控矿和容矿构造。

2.1.3 岩浆岩

矿区地表未发现岩浆岩及岩脉露头，钻孔、坑道中亦未发现岩浆岩及岩脉侵入。

2.2 矿体特征

阿德格哈善图矿区共圈出4个矿体，呈层状、似层状，赋存于大石寨组三岩段（P1ds3）底部的结晶灰岩中。矿体呈北西-南东向展布，倾角为26°～64°。最大主矿体走向延伸1041.51m，倾向延伸平均265.81m，平均厚度5.37m。矿石工业类型属于萤石矿（贫矿），矿石自然类型为石英-萤石型[15]。矿区地表未发现岩浆岩及岩脉露头，探矿工程中亦未发现岩浆岩及岩脉侵入，因此岩浆岩对矿区矿体无明显影响；矿区断裂构造向深部延续不大，浅部从萤石矿层顶底板围岩通过，且含矿层与顶底板岩层断裂迹象不甚明显，有的呈整合接触，故断裂构造对矿体无破坏作用。

2.3 矿石特征

按矿石结构、构造特征，将矿区内萤石矿石自然类型划分为：纹层状萤石矿石、细晶块状（糖粒状）萤石矿石、网格状萤石矿石、晶簇状萤石矿石（图2）。

图2 阿德格哈善图矿区萤石构造特征Fig.2 Structural characteristics of fluorite in Adegehashantu mining area

纹层状萤石矿石：此类矿石呈层状产出，矿石为灰-青灰色，微晶状结构、微层理或纹层状构造。具原生成层特征，单层由很薄的（小于0.5mm）微晶状石英（玉髓，大部分未结晶）和自形-半自形晶微晶状萤石相互间隔成层或交成纹层。组成矿物：萤石（CaF2：50%～70%），呈微晶状集合体（d＝0.016mm）；玉髓（SiO2：20%～35%）由溶胶状硅沉淀而成，具透镜状薄纹层；方解石小粒团（10%）及云母类矿物少量（1%左右）。该类型石矿保留了很好的原生纹层构造。

细晶块状（糖粒状）萤石矿石：灰白色、浅紫色，交代残缕结构、交代残余细晶结构，块状构造。主要矿物成分为细粒萤石组成，粒径0.01～0.06mm，含量80%左右，其次为交代残余的硅质，含量在15%左右，萤石和交代残余物呈不均匀分布，残余物重结晶后形成团块状，团块边缘多呈锯齿状，轮廓不规则，不均匀地展布在萤石晶粒之间。局部见此类矿石与青灰色结晶灰岩直接接触，接触界线呈不甚清晰的港湾状，靠近矿体的一侧呈紫色。萤石晶粒与结晶灰岩中的微晶方解石呈稀疏浸染状，远离接触界线处则形成黄褐色细晶块状萤石矿且保持层状构造，近矿体的结晶灰岩由青灰色变为黄褐色，形成明显的退色带。

网格状萤石矿石：褐紫-黄褐色，交代残缕结构，网格状（骨架状）构造。组成网格的矿物以萤石为主，含量70%左右，次有硅质、铁质、钙泥质等，含量30%左右。其成因是早期交代型细晶块状萤石矿遭受到后期构造发生破碎，为热液活动提供了有利空间，热液与矿石选择性交代使矿石中部分矿物流失，形成了纵横交错的网格状构造；而晚期含硅质、钙质、铁锰质溶液经过网格状矿石时，多在其孔隙壁上生成低温半透明的水晶小晶簇、方解石晶簇、褐色铁锰质薄膜。

晶簇状萤石矿石：赋存在萤石含矿层裂隙、晶洞中或孔穴壁上，多呈伟晶-粗晶结构的自形六面体、八面体晶簇状产出，当空间不发育时，萤石晶粒自形程度较差，在裂隙两壁形成粒径相似甚至色彩对应的似条带状矿石。晶簇状矿石品位富，但规模小，常与其他类型矿石共生。

2.4 矿体围岩与蚀变

矿区萤石矿床属层控型，赋矿岩层为结晶灰岩，故矿体顶底板层位岩性亦具特定性。矿体顶板岩性为灰白色粘土质板岩或炭质板岩（绢云母化强烈），底板围岩为片理化晶屑凝灰岩。近矿体顶板围岩具不同程度的高岭土化；结晶灰岩具硅化特征，为成矿后期经热液蚀变而成。萤石矿体与顶底板围岩接触界线比较清晰，但矿化结晶灰岩与矿体的界线常呈渐变过渡关系，矿体与底板片理化晶屑凝灰岩多为整合接触。

3 矿床成因

该矿床产于特定层位的碳酸盐岩地层中，严格受层位控制，其成因为火山沉积-改造型矿床。成矿前期为火山-沉积（弱改造）矿床，成矿后期经多期次的构造和热液充填、交代作用，演化为火山沉积-改造型萤石矿床[16]。

3.1 成矿物质来源

主要的成矿物质来源于元古代艾勒格庙陆块高氟地球化学场区的地质体中[17]，在受到火山活动影响之前，矿区内的岩石由于长期遭受外部物理及化学剥蚀，导致其氧、钙离子被大量分解并在水体中沉积形成早期矿源层。后续的火山活动、地下热水以及海水中的碳酸盐进一步为成矿提供了丰富的氟钙元素。

3.2 成矿过程分析

早二叠世，在大石寨组二岩段凝灰岩喷发的间歇期间，大规模的岩浆喷溢活动已停止，但火山喷气和热液活动仍在继续，在这些酸性热液中含丰富的氟化物和氟的络合物等，为本区的萤石矿提供了物质来源[18]。

在本矿区通过对萤石包裹体气相成分的研究，火山喷气中主要含H2O、CO2、H2、CH4以及可能含HF和SiF4等气体[19]。在压力作用下大量的气体被溶解于海水之中，CO2在低温高压条件下，在水中形成碳酸（CO2+H2O→H2CO3），但这种碳酸很容易分解成离子（H2CO3→H++HCO3-→2H++CO32-）；CO2溶解于水中呈CO32-，有利于碳酸盐矿物在低温热液阶段聚集；HF和SiF4气体溶于水中形成HF等络合物。喷气作用之后，便是以热水溶液为主的喷流作用，其溶液中除含大量氟元素外，尚有一定量的钠、钾、氯、钙等离子，由于火山气水溶液不断喷溢，使水体逐渐向碱性转化，在远离火山热液活动中心的部位，碳酸根离子易与钙离子作用，形成碳酸钙沉淀（Ca2++CO32-→CaCO3↓）；同时伴有少量CaF2微粒沉淀成为质点状萤石颗粒，在重力或海水底流作用下，成矿物质被搬运到海底洼地或远离火山中心的正常环境下沉淀，形成萤石矿床。沉积矿床或矿化层在形成或固结期，在不太大的深度和温度下受到多次地质作用的影响，发生宏观破裂，产生断裂、破碎、层间破碎裂隙带；同时或稍后，成矿物质发生重结晶、溶解、搬运、重新沉淀成矿（成矿物质的转移可以是部分或全部），形成沉积-改造型萤石矿床。

本矿床后期改造作用是多期次完成的，大致可分为以下三期：

第一期改造作用的发生时间与火山作用同期，或稍晚于火山沉积作用，主要发生在早二叠世火山沉积阶段，推测早期的成矿温度约120℃，区域变质温度在260℃左右。该阶段火山在喷发时伴有少量含氟物质的富集沉淀，保留有完好的沉积特征，表现为矿石纹层状萤石矿（图2a），由此可见，此阶段同沉积地层是形成萤石矿的主控因素。

第二期为关键成矿期，发生在早三叠世褶皱变形阶段，其成矿主要与层间断裂相关，由于受到褶皱作用的影响，该层间断裂局部不连续，致使矿体出现较频繁的分支复合现象。矿体在不同岩性界面赋存，其中形成在流纹岩和凝灰岩界面之间的较大矿体源于二者成分差异的不断加大。该期改造作用比较复杂而且时间长，形成细晶状萤石矿（图2b），由于改造不够彻底，残留的沉积特征较为明显，物质来源于纹层状萤石矿。

第三期属于叠加成矿改造期，是在细晶块状萤石矿形成后，大石寨组第二、三岩段之间发生层间断裂，细晶块状萤石矿产生宏观破裂且其断层中生成角砾岩。此时偏碱性地下热水从矿层构造裂隙处进行渗透溶蚀，使细晶块状萤石矿溶蚀形成溶洞，在138°C低温条件下形成网格状、角砾状、同心圆状、晶簇状等萤石矿（图2c，图2d），而角砾岩由萤石矿重新胶结形成角砾状萤石矿石。

综上所述，阿德格哈善图萤石矿产于上古生界下二叠统大石寨组火山岩系喷发间歇期第三岩段底部碳酸盐岩层位之中，矿体严格受地层层位控制。在海相中酸性熔岩发育的中心地带，火山活动间歇期由于大量的含氟热液喷流作用及氟与钙作用，CaF2与CaCO3同时沉积形成层状萤石矿床和矿化碳酸盐岩层，在图2d晶簇状萤石矿石照片中可以观察到萤石矿石周边围岩结晶灰岩呈青灰色，逐渐向黄褐色转变。在后期地质作用下，古地温升高，使上述同生沉积的萤石矿和矿化层被溶解-迁移-再沉淀，形成新的矿床：沉积-改造型萤石矿床或层控萤石矿床。

4 找矿标志和找矿方向

通过对阿德格哈善图矿区矿产特征和成矿机理的认识，可以发现一些找矿的普遍性规律，从而有效提高对该类矿产的勘探开发率。

4.1 控矿因素

地层：矿区层控型萤石矿床产于上古生界下二叠统大石寨组三岩段（P1ds3）底部的结晶灰岩中。

岩浆岩：岩浆岩的侵入作用对层控型萤石矿床的早期成矿并无直接影响，但对其后期改造有明显的控制作用。

构造：矿区内大石寨组第二、三岩段接触部位发育有断裂构造，属层间断层，是矿区内层控矿床改造富集或控矿作用的又一个重要制约因素。

4.2 找矿标志及找矿方向

（1）板块与板块缝合线的边缘地段，浅海相中酸性火山熔岩的活动中心区域，特别是火山活动的间歇期熔岩面上的碳酸盐岩层，这些都是寻找具有工业价值的层状或层控萤石矿床的标志层位。

（2）结合矿区汽化热液蚀变作用，地表有萤石矿出露或地表结晶灰岩具硅化、底板凝灰岩具硅化、次生石英岩化等特征是较明显的找矿标志。

（3）大石寨组二、三岩段地层间的蚀变（高岭土化）破碎带及其附近派生构造为区域内重要的容矿构造，这也为找矿提供了极其重要的方向。

（4）对层控型矿床来讲，褶皱构造尤其紧密，褶皱构造（伴断裂构造）往往是寻找大矿体或富矿体的有利部位[20]。通常情况下，向斜构造能形成厚大矿体，而背斜部位矿体虽然变薄，但背斜轴部及其两侧断裂构造发育地段则是寻找富矿体的最有利部位，因此在找矿时应重点关注断裂破碎带，特别是主干断裂与“S”挠曲褶皱凸起部位相接处以及方向为“入”字型构造的交叉区域等[21]。

5 结论

萤石矿作为战略性矿产资源，其开发利用具有极大意义。阿德格哈善图萤石矿床赋存于上古生界下二叠统大石寨组三岩段（P1ds3）底部的结晶灰岩中，属碳酸盐岩中的层控型矿床，矿体呈北东走向，倾向北北西，其成矿前期为火山-沉积（弱改造）矿床，成矿后期经多期次的构造和热液充填、交代作用，演化为火山沉积-改造型萤石矿床。该区大石寨组第二、三岩段发育层间断层，是主要控矿及容矿构造，断层上下盘具明显的硅化、高岭土化、萤石矿化等蚀变特征，为找矿提供了重要方向。