金濤

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，北京 100101

冀北地區(qū)為冀北-遼西成礦帶[1-2]螢石重要成礦遠(yuǎn)景區(qū)，分布有大大小小的螢石礦四十余處。該地區(qū)螢石礦開采時(shí)間較長(zhǎng)，勘查程度比較高，但相關(guān)的研究工作較少，尤其在螢石礦礦床成因方面系統(tǒng)研究程度不夠，直接制約著螢石礦的資源開發(fā)和利用。本文在已有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查，充分分析了本區(qū)螢石礦的礦床地質(zhì)特征、地球化學(xué)特征，對(duì)螢石礦成礦物質(zhì)來源、成因進(jìn)行了探討，可為本區(qū)螢石礦進(jìn)一步的找礦工作提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

冀北地區(qū)位于華北陸塊區(qū)（Ⅱ）晉冀古陸塊（Ⅱ-2）北部遷西陸核（Ⅱ-2-1）[3]，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，經(jīng)歷元古宙、海西、印支、燕山和喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造變動(dòng)強(qiáng)烈，都不同程度地保留了構(gòu)造活動(dòng)形跡。區(qū)內(nèi)地層出露較為廣泛，由老到新有新有太古宇紅旗營(yíng)子巖群（Ar3H）、下二疊統(tǒng)三面井組（P1s）、上侏羅統(tǒng)土城子組（J3tch）、下侏羅統(tǒng)下花園組（J1x）、下白堊統(tǒng)張家口組（K1z）、下白堊統(tǒng)九佛堂組（K1j）、下白堊統(tǒng)義縣組（K1y）、下白堊統(tǒng)大北溝組（K1y）、中新統(tǒng)漢諾壩組（N1h）、第四系（Qh）（圖1）。其中以中生代地層最為發(fā)育，出露連續(xù)且齊全。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，侵入巖大量發(fā)育，按時(shí)代可以分為中元古代、晚古生代及中生代。分布最廣的為中深成酸性、中酸性侵入巖，淺成-超淺成酸性、亞堿性侵入巖次之。巖體內(nèi)部后期衍生脈巖較為發(fā)育，主要為石英脈、花崗巖脈，受構(gòu)造控制明顯?；鹕綆r[4]廣泛分布，總體呈北東向帶狀分布，時(shí)代主要發(fā)生在中生代晚侏羅世、早白堊世及新生代中新世，由早到晚可劃分為三個(gè)旋回，分別為張家口期、義縣期和漢諾壩期。侵入巖與同期的火山巖、潛火山巖緊密相伴共生，部分淺成-超淺成侵入體內(nèi)礦化、蝕變強(qiáng)烈，部分火山機(jī)構(gòu)的潛火山巖及火山構(gòu)造與一些有色金屬、非金屬成礦作用也具有成因聯(lián)系。

自太古宙以來，區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動(dòng)，都不同程度地保留了構(gòu)造活動(dòng)形跡。不同時(shí)代、不同規(guī)模、不同性質(zhì)、不同方向構(gòu)造形跡的疊加鑄成了區(qū)內(nèi)繁雜的構(gòu)造景觀。區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，大的斷裂構(gòu)造有近東西向康保-圍場(chǎng)-赤峰斷裂帶、尚義-豐寧-隆化斷裂帶、紅石砬-大廟-娘娘廟斷裂帶，北東向?yàn)觚垳?上黃旗斷裂帶、黑山咀-張三營(yíng)-銀鎮(zhèn)（區(qū)內(nèi)）斷裂帶，北西向伊遜河斷裂帶。次級(jí)斷裂，其空間展布方向以北東-北北東向和北西向、近南北向?yàn)橹?，少量為近東西向。本區(qū)的螢石礦床分布區(qū)域，相對(duì)集中在上述北東向主干斷裂帶沿線的北東-北北東向及北西向的次級(jí)斷裂中，火山機(jī)構(gòu)外圍也是尋找螢石礦的重要地段。

2 礦床特征

區(qū)內(nèi)螢石礦資源豐富，已查明中小型螢石礦床(點(diǎn))47處，主要賦存于下白堊統(tǒng)張家口組、義縣組火山巖及早白堊世淺成侵入巖中（表1）。礦體主要受斷裂控制，呈脈狀和不規(guī)則狀產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)螢石礦體走向以北東向、北北東及北西向?yàn)橹?，礦體產(chǎn)狀與控礦斷裂產(chǎn)狀一致，傾角一般較陡，多在55°以上，螢石礦體及礦（化）帶規(guī)模不一。

表1 區(qū)內(nèi)主要螢石礦體地質(zhì)特征一覽表Table 1 List of geological characteristics of main fluorite ore bodies in the area

2.1 礦石特征

顏色：本區(qū)螢石呈無色、紫色、綠色、淡黃色及透明-半透明[5]。

結(jié)構(gòu)構(gòu)造：螢石主要為他形粒狀結(jié)構(gòu)及半自形粒狀結(jié)構(gòu)，次為自形粒狀結(jié)構(gòu)和碎裂狀結(jié)構(gòu)（圖2）。礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、梳妝構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造及細(xì)脈狀-網(wǎng)脈狀構(gòu)造（圖3）。

圖2 冀北地區(qū)螢石礦結(jié)構(gòu)特征Fig.2 Structural characteristics of fluorite deposits in northern Hebei

圖3 冀北地區(qū)螢石礦構(gòu)造特征Fig.3 Structural characteristics of fluorite deposits in northern Hebei

物質(zhì)組分：礦石礦物為螢石，脈石礦物主要為石英、玉髓，其次為方解石、高嶺石、綠泥石、長(zhǎng)石、絹云母等。螢石呈塊狀、梳狀、假角礫狀、晶簇狀等，分布于脈石礦物石英及玉髓間，構(gòu)成斑雜構(gòu)造；石英呈它形粒狀、梳狀拉長(zhǎng)狀；玉髓呈它形微粒狀。礦石類型以石英-螢石型、螢石-石英型礦石為主。

2.2 圍巖蝕變

圍巖蝕變以硅化為主、次為絹云母化、高嶺土化、綠泥石化及褪色現(xiàn)象，少數(shù)伴隨有碳酸鹽化及黃鐵礦化。蝕變帶常環(huán)繞礦體分布。

3 地球化學(xué)特征

3.1 樣品的采集與分析

本次共選取了區(qū)內(nèi)有代表性的砬子溝螢石礦（LZG）、三道溝螢石礦（SDG）、二道營(yíng)北溝螢石礦點(diǎn)（EDYBG）、下營(yíng)子螢石礦點(diǎn)（XYZ）等4個(gè)螢石礦床（點(diǎn)），共采集 14件樣品，包含 9件螢石礦石樣品及5件圍巖樣品，樣品均為未風(fēng)化新鮮巖石，招素溝螢石礦（ZSG）樣品數(shù)據(jù)引用已有數(shù)據(jù)[5]。所有樣品均由中化地質(zhì)礦山總局中心實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)對(duì)微量元素及稀土元素進(jìn)行了系統(tǒng)分析，分析誤差均小于3%，分析結(jié)果見表2、表3。

表2 區(qū)內(nèi)螢石礦微量元素分析結(jié)果表Table 2 Analysis results of trace elements in fluorite mines in the area

表3 區(qū)內(nèi)螢石礦稀土元素分析結(jié)果表Table 3 Analysis results of rare earth elements in fluorite mines in the area

續(xù)表2

續(xù)表3

3.2 微量元素特征

表2列出了螢石礦及其圍巖的微量元素含量，13件螢石樣品中 Cu的含量為 1.09×10-6～8.89×10-6，平均 4.68×10-6；Mo 的含量為0.23×10-6～0.91×10-6，平均 0.50×10-6；Ni的含量為 49.3×10-6～96.0×10-6，平均 69.1×10-6；U 的含量為 0.062×10-6～2.49×10-6，平均 0.60×10-6；Be的含量為 0.49×10-6～1.30×10-6，平均 0.90×10-6；Co 的含量為 3.54×10-6～17.80×10-6，平均6.69×10-6；Cr的含量為 2.78×10-6～16.7×10-6，平均 6.05×10-6；Zn 的含量為 1.47×10-6～31.30×10-6，平均7.68×10-6。所有樣品相對(duì)于圍巖均表現(xiàn)出較高的Co、Ni含量，變化較小，其中Ni的含量明顯偏高；U、Be、Mo、Zn等元素含量較低，變化較大。所有螢石樣品中Sr的含量變化不大，為308×10-6～1870×10-6，平均 608.8×10-6，大于地殼的豐度值[6]，說明螢石具有富Sr的特征。

3.3 稀土元素特征

螢石礦的 ΣREE 含量為 20.55×10-6～228.39×10-6，平均 109.61×10-6。LREE 為13.93×10-6～202.45×10-6，平均 89.01×10-6；HREE為 6.62×10-6～43.79×10-6，平均 20.60×10-6；LREE/HREE為0.58～22.64。研究區(qū)的螢石礦的ΣREE含量變化較大，圖4是區(qū)內(nèi)螢石礦石稀土元素的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線，根據(jù)此圖本區(qū)螢石礦稀土分布可以分為2類：一類為輕稀土相對(duì)富集型[7-12]，稀土分布型式大致相似，各分布曲線均表現(xiàn)為起伏很小的、中等程度的右傾斜（圖4b，圖4c，圖4d），Eu表現(xiàn)為弱虧損或無虧損，Ce均表現(xiàn)為負(fù)異常，(La/Yb)N值大于1，這類螢石礦均賦存于花崗巖中；另一類為重稀土相對(duì)富集型，ΣREE總體含量較低，Eu的虧損強(qiáng)烈，Ce均表現(xiàn)為負(fù)異常，(La/Yb)N值小于1，各分布曲線均表現(xiàn)為在Eu處顯示的“V”形，這類螢石礦賦存于火山巖中。

螢石礦與圍巖：砬子溝螢石礦與賦礦圍巖紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r（圖4a）稀土配分模式基本相同，顯示出一定的相似性，螢石的稀土總含量低于圍巖，Eu都表現(xiàn)為負(fù)異常。招素溝螢石礦螢石與賦礦圍巖正長(zhǎng)斑巖（圖4b）螢石與圍巖稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分圖均表現(xiàn)為右傾的曲線，分配模式總體基本一致，螢石Eu既表現(xiàn)有正異常又有負(fù)異常，圍巖均表現(xiàn)為負(fù)異常，顯示為 Eu虧損。三道溝螢石礦與賦礦圍巖正長(zhǎng)花崗巖（圖4c）稀土配分模式顯示出一定的相似性，螢石的稀土含量遠(yuǎn)低于圍巖正長(zhǎng)花崗巖，而螢石顯示 Eu的正異常，正長(zhǎng)花崗巖為 Eu的負(fù)異常。從稀土的配分模式來看，螢石與相應(yīng)圍巖稀土的配分是相似的，顯示出它們具有一定的親緣關(guān)系[7]。

圖4 冀北地區(qū)螢石礦及圍巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖Fig.4 REE Distribution curve standardized by chondrites in fluorite mines and surrounding rocks in northern Hebei

4 礦床成因

4.1 成礦條件分析

螢石礦主要分布在北東向主干斷裂帶沿線的北東-北北東向及北西向的次級(jí)斷裂中，火山機(jī)構(gòu)外圍也是尋找螢石礦的重要地段。北東向的深斷裂是本區(qū)的導(dǎo)巖及導(dǎo)礦構(gòu)造，而次級(jí)斷裂構(gòu)造是主要的容礦構(gòu)造，斷裂構(gòu)造為成礦熱液的運(yùn)移提供了通道，為成礦物質(zhì)富集提供了場(chǎng)所，是重要的成礦條件。

螢石礦體的賦礦圍巖主要集中在早白堊世張家口期及義縣期火山巖中，也有晚侏羅世淺成-超淺成侵入巖又有早白堊世淺成-超淺成侵入巖，說明螢石礦與火山熱液及燕山期巖漿侵入活動(dòng)關(guān)系密切。圍巖與螢石礦界線清晰，近礦圍巖常常發(fā)生蝕變，硅化強(qiáng)烈且范圍寬大，伴隨強(qiáng)烈高嶺土化的部位是尋找螢石礦的有利部位。

4.2 Eu、Ce異常

冀北地區(qū)螢石礦δEu值為0.35～1.26，顯示既有 Eu的正異常又有負(fù)異常的特征，表明螢石沉淀過程中成礦流體溫度發(fā)生過變化[10]。從圖4中可以看出，賦存于火山巖中的螢石表現(xiàn)出 Eu的負(fù)異常，反映 Eu發(fā)生了氧化作用；賦存于花崗巖中的螢石既有弱的 Eu正異常又有負(fù)異常，反映成礦流體既有氧化環(huán)境又有還原環(huán)境。所有樣品 δCe值為 0.65～0.95，均小于 1，表現(xiàn)為弱的 Ce異常，可能反映了成礦流體本身就是虧損Ce的[13]，一定程度上反映了冀北地區(qū)螢石成礦流體演化的一致性。

4.3 成礦物質(zhì)來源

冀北地區(qū)螢石礦主要賦存于早白堊世侵入巖、下白堊統(tǒng)張家口組及義縣組火山巖中。早白堊世侵入巖與同期的張家口組及義縣組火山巖、潛火山巖緊密相伴共生，部分淺成-超淺成侵入體內(nèi)礦化、蝕變強(qiáng)烈，為成礦提供了熱液和礦質(zhì)來源。圍巖與熱液型螢石礦床的形成有密切的關(guān)系,推測(cè)成礦物質(zhì)來源于地下熱液對(duì)圍巖的淋濾和萃取，巖漿巖是熱量和物質(zhì)來源[14]。

Bau等[15]在研究德國(guó)和英國(guó)多個(gè)螢石中稀土元素地球化學(xué)特征，總結(jié)出了 Y/Ho-La/Ho關(guān)系圖（圖5）；從Y/Ho-La/Ho圖解中可看出，冀北地區(qū)螢石礦基本成水平分布，反映其形成的流體是同源的，表明該區(qū)螢石成礦來源可能是相同的。

圖5 冀北地區(qū)螢石礦Y/Ho-La/Ho圖解[15]Fig.5 Y/Ho-La/Ho diagram of fluorite mine in northern Hebei

4.4 礦床成因類型

冀北地區(qū)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，螢石礦床產(chǎn)于火山巖及淺成-超淺成侵入巖中。區(qū)內(nèi)螢石礦床嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制，礦體形態(tài)總體呈脈狀及透鏡狀，礦體與圍巖界線清晰；圍巖蝕變主要為硅化、高嶺土化及絹云母化等中低溫的熱液蝕變組合，螢石礦床具有中低溫?zé)嵋撼涮钚臀炇V床的地質(zhì)特征。M?ller等學(xué)者根據(jù)全世界150多個(gè)螢石樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出Tb/Ca-Tb/La(原子比)關(guān)系圖，從而劃分出偉晶巖（氣成）成因區(qū)、沉積成因區(qū)及熱液成因區(qū)3個(gè)成因區(qū)[16]。將研究區(qū)內(nèi)取得的螢石樣品數(shù)據(jù)投在Tb/Ca-Tb/La關(guān)系圖中，14個(gè)樣品全部落在熱液區(qū)(圖6)，表明該區(qū)螢石礦為熱液成因的產(chǎn)物。前人通過研究螢石礦成礦溫度，得知中國(guó)大多數(shù)螢石礦的成礦溫度都低于 300℃，屬于中低溫礦床[17]，而區(qū)內(nèi)典型的螢石礦招素溝螢石礦氣液包體測(cè)溫表明成礦溫度為 180～220℃[5]，成礦溫度在中低溫范圍內(nèi)，因此，區(qū)內(nèi)螢石礦床成因類型為中低溫?zé)嵋撼涮钚汀?/p>

圖6 冀北地區(qū)螢石礦床Tb/Ca-Tb/La圖[16]Fig.6 Tb/Ca-Tb/La diagram of fluorite deposits in northern Hebei

5 結(jié)論

（1）冀北地區(qū)的螢石礦床多與燕山期造山運(yùn)動(dòng)有關(guān)，明顯受斷裂構(gòu)造控制。

（2）區(qū)內(nèi)螢石礦的微量元素相對(duì)于圍巖表現(xiàn)為虧損 U、Be、Mo、Zn，富集 Co、Ni、Sr。稀土元素配分模式分為輕稀土富集型和輕稀土虧損型，且與圍巖稀土元素的配分模式具有一定的相似性。Eu顯示有正異常及負(fù)異常，Ce均表現(xiàn)為弱的負(fù)異常。

（3）區(qū)內(nèi)螢石礦床具有中低溫?zé)嵋撼涮钚臀炇V床的特征，在Tb/Ca-Tb/La關(guān)系圖中，樣品落在熱液區(qū)，指示螢石的熱液成因，成礦類型為中低溫?zé)嵋撼涮钚汀?/p>