代曉光，李 健，商朋強，胡中國，王志鵬，李 津，王 猛，張成信

(1.中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，北京 100101；2.中化地質(zhì)礦山總局，北京 100013)

0 引言

螢石作為一種重要的非金屬礦產(chǎn)、類稀土資源，以其為原料制成的產(chǎn)品在冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域用途廣泛。近些年螢石礦已過度開采，螢石資源儲量不斷減少，螢石礦價格處于高位運行。冀北步古溝一帶勘查程度較低，螢石礦資源豐富，螢石礦成礦條件優(yōu)越，找礦潛力大。但隨著淺地表螢石礦資源接近枯竭，利用地物化等綜合信息技術(shù)方法加強深部隱伏-半隱伏螢石資源探測迫在眉睫。

從20世紀(jì)90年代起國內(nèi)外許多專家學(xué)者開展過物化遙在隱伏-半隱伏螢石礦找礦方面的探索研究工作。早期主要開展了物化遙單一方法的研究：在物探方面，眾多學(xué)者(Phillips and Richards,1975；張壽庭等，1999；Bayrak，2002；白大明，2002；張作倫等，2007；徐毅等，2008)利用甚低頻電磁法對斷裂控礦熱液脈型螢石礦或者含礦斷裂帶進(jìn)行了找礦勘探研究，為下一步勘探提供一定依據(jù)，可知該方法應(yīng)用較為廣泛；學(xué)者們還利用對稱四極測深法(姚金等，2006)、雙頻激電法(劉達(dá)龍，2011)對螢石礦進(jìn)行了勘查，取得了很好的勘查效果；化探方法主要從1∶20萬水系沉積物測量(鄒瀾和陳秀泉，2005)及礦床原生暈(林煥華，1991；卿成實等，2014)方面進(jìn)行了研究，為螢石礦找礦提供了重要的判別依據(jù)；遙感方面主要開展了螢石礦床遙感找礦預(yù)測研究(朱亮璞和包獻(xiàn)華，1996)。為建立系統(tǒng)完整的螢石礦有效勘查模型，以往選取大興安嶺中南段中生代火山巖帶低溫?zé)嵋毫严冻涮钚臀炇V床進(jìn)行了地-物-化-遙多學(xué)科多技術(shù)方法聯(lián)合攻關(guān)，采用的方法有多光譜遙感技術(shù)、甚低頻電磁測量、高精度磁法測量、X-熒光分析技術(shù)、伽瑪能譜分析技術(shù)、土壤偏提取地球化學(xué)測量(馬永非，2012；方乙等，2014；楊冰，2014)，取得了較好的效果，為螢石礦勘探領(lǐng)域提供了借鑒。

以上研究工作在螢石礦找礦方法方面取得了一定的成效，為本次研究奠定了基礎(chǔ)并提供了依據(jù)。本次研究在冀北地區(qū)開展螢石礦資源調(diào)查的基礎(chǔ)上，以中低溫?zé)嵋撼涮钚臀炇V為研究對象，優(yōu)選步古溝一帶有代表性的螢石礦床，以區(qū)域螢石礦成礦規(guī)律(王吉平等，2015)和典型螢石礦成礦模式為基礎(chǔ)，開展地物化等技術(shù)方法的有效性試驗，以建立冀北地區(qū)步古溝一帶螢石礦地物化找礦技術(shù)方法組合，以期為以后本區(qū)的螢石礦找礦實踐提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位于華北陸塊區(qū)(Ⅱ)晉冀古陸塊(Ⅱ-2)北部遷西陸核(Ⅱ-2-1)(圖1；潘桂棠等，2009)。自太古宙以來，區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動，都不同程度地保留了構(gòu)造活動形跡。不同時代不同規(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①。尤其以中生代燕山期構(gòu)造活動劇烈且頻繁，導(dǎo)致巖漿活動遍布全區(qū)，中生代火山巖廣泛分布。燕山運動早期形成了北東向大斷裂，并伴隨著大規(guī)模的花崗巖侵入，研究區(qū)中部隆起，東、西部相對下沉。在隆起部位較集中地分布著早期的螢石礦脈。燕山運動晚期淺成、超淺成侵入體的侵入，為成礦提供了熱液、空間和礦質(zhì)來源，形成了本區(qū)的主要螢石礦產(chǎn)。

研究區(qū)內(nèi)地層出露較為廣泛，由老到新有太古界紅旗營子巖群(張靜等，2012)、晚古生界下二疊統(tǒng)三面井組、中生界上侏羅統(tǒng)土城子組、下白堊統(tǒng)張家口組(張貴寶等，2020)、九佛堂組、義縣組、新生界新近系中新統(tǒng)漢諾壩組。區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，侵入巖大量發(fā)育，出露廣泛。成巖時代為古元古代、中元古代、晚古生代和中生代，其中以中生代巖漿侵入活動最為強烈，出露規(guī)模最大，早白堊世巖漿侵入活動達(dá)到了頂峰，晚古生代次之，古元古代巖漿巖已經(jīng)變質(zhì)成為變質(zhì)深成巖。侵入巖以中深成酸性、中酸性巖為主，其次為淺成-超淺成酸性、亞堿性侵入巖。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，但規(guī)模大小不等，大者約數(shù)十千米，小者僅幾百米，其空間展布方向以北東向和近南北向為主，少量為北西向及近東西向。

圖1 冀北步古溝大地構(gòu)造位置圖(據(jù)潘桂棠等，2009)

2 礦床地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)已查明螢石礦床(點)21處，成因類型均為中低溫?zé)嵋撼涮钚?王吉平等，2014)。賦礦圍巖主要為白堊系下統(tǒng)張家口組、義縣組火山巖及早白堊世淺成侵入巖。螢石礦體受斷裂構(gòu)造控制，主要呈脈狀及不規(guī)則透鏡狀產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)螢石礦體走向以北東向、北北東及北西向為主，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。螢石控礦斷裂以北東-北北東向為主，次為北西，性質(zhì)主要為高角度正斷層，控制著螢石礦體的產(chǎn)出形態(tài)。在斷裂活動早期，構(gòu)造性質(zhì)多為壓扭性斷層，巖石多呈破碎角礫狀；在螢石礦成礦高峰期，構(gòu)造性質(zhì)轉(zhuǎn)化為張性。

本區(qū)螢石呈透明-半透明狀，顏色有白色、紫色、綠色及淡黃色。礦石以自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)為主，少量自形粒狀結(jié)構(gòu)和碎裂狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、梳狀構(gòu)造及環(huán)帶狀構(gòu)造。

礦石礦物主要由螢石、石英、玉髓組成，礦石類型為石英-螢石型、螢石-石英型礦石。螢石質(zhì)地較純，屬易選礦石。礦石礦物為螢石，呈塊狀、梳狀、假角礫狀、晶簇等，分布于脈石礦物石英及玉髓間，構(gòu)成斑雜構(gòu)造。脈石礦物石英呈它形粒狀、梳狀拉長狀，玉髓呈它形微粒狀。

本區(qū)圍巖蝕變主要有硅化、高嶺石化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化等，為一套中-低溫?zé)嵋何g變礦物組合。近礦體處蝕變強烈，遠(yuǎn)離礦體蝕變減弱。硅化強烈且范圍寬大，伴隨強烈高嶺石化的部位是尋找螢石礦的有利部位。礦體與圍巖界線清晰。

根據(jù)區(qū)內(nèi)螢石礦地質(zhì)特征，選擇區(qū)內(nèi)典型礦床招素溝螢石礦作為方法試驗區(qū)(代曉光等，2020)，選擇二道營北溝礦點、轉(zhuǎn)山溝螢石礦點作為找礦目標(biāo)區(qū)。

3 化探異常特征

本次在步古溝一帶主要開展了1∶5萬水系沉積物測量及1∶1萬土壤剖面測量工作，顯示出較好的找礦效果。

3.1 區(qū)域水系沉積物異常特征

1∶5萬水系沉積物測量采樣點主要布設(shè)在一級水系的溝口和二級水系中，采樣密度為5點/km2，采樣粒級為-10目～+60目，每個采樣點控制的匯水面積大致在0.125～0.25 km2之間。采樣介質(zhì)主要為采樣點上游地質(zhì)體經(jīng)過風(fēng)化破碎后的碎屑成分。

根據(jù)對研究區(qū)Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、As、Bi、Sb、F、Ca、Li、Be、Nb、U、La 18種元素測試分析數(shù)據(jù)(表1)，進(jìn)行R型聚類分析(于俊博,2014)，結(jié)果表明該地區(qū)F和Ca元素關(guān)系最為密切，與其他分析測試元素相關(guān)性較差。對主成礦元素F、Ca進(jìn)行了異常圈定，結(jié)果顯示F、Ca等元素異常套合較好(栗克坤等，2019)，襯度較高，規(guī)模較大，為尋找異常源圈定了范圍。在區(qū)內(nèi)圈定54處F異常進(jìn)行檢查，結(jié)果查明38處F單元素異常性質(zhì)為礦致異常，異常中均發(fā)育螢石礦或者螢石礦化，顯示指示性及異常的再現(xiàn)性較好。通過綜合研究分析顯示，研究區(qū)內(nèi)的21個螢石礦床(點)有17個在圈定的1∶5萬F地球化學(xué)異常及相關(guān)Ca異常與區(qū)內(nèi)或在其附近(圖2)，部分礦床與F、Ca異常套合較好(圖3a)；F元素異?？芍苯影l(fā)現(xiàn)礦點，如對區(qū)內(nèi)F單元素進(jìn)行檢查時，發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)山溝螢石礦點(圖3b)，該螢石礦帶F元素達(dá)到了三級濃度分帶，異常中心明顯，與螢石礦體位置較為吻合。

表1 區(qū)內(nèi)元素異常特征值(×10-6)

圖2 步古溝一帶螢石礦與F、Ca異常分布示意圖Fig.2 Distribution of fluorite deposits and F and Ca anomalies in the Bugugou area

圖3 國才、樹國螢石礦與F、Ca異常套合圖(a)及轉(zhuǎn)山溝螢石礦點與F異常套合圖(b)

3.2 1∶1萬土壤剖面異常特征

針對主成礦元素F、Ca異常在招素溝螢石礦床二道營北溝礦點、轉(zhuǎn)山溝螢石礦點布置了3～6條平行的1∶1萬土壤剖面，采樣點距40 m(礦化地段加密為20 m)，采樣粒級-10目～+60目。通過圈定的化探異常顯示，F(xiàn)、Ca等元素異常位置與已知的螢石礦(化)點及地質(zhì)剖面圈定的含礦斷裂破碎帶吻合性較好(圖4)，并且出現(xiàn)有峰值異常，F(xiàn)異常峰值可達(dá)30365×10-6，進(jìn)一步證實了區(qū)內(nèi)螢石礦主要異常元素為F、Ca，并且能夠準(zhǔn)確地定位異常源位置。

圖4 轉(zhuǎn)山溝螢石礦點地化綜合剖面圖Fig.4 Comprehensive geochemical profiles of the Zhuanshangou fluorite ore spot

4 物探特征

根據(jù)區(qū)內(nèi)螢石礦床特征及螢石礦石、脈石的物性、電性特征，本次物探試驗性工作在招素溝螢石礦床及二道營北溝礦點、轉(zhuǎn)山溝螢石礦點開展了高精度磁測、高密度電阻率法(楊振武等，2012)、電阻率聯(lián)合剖面法和天然電場選頻法測量，用不同方法在同一具有代表性的剖面上進(jìn)行測量。在三個礦床(點)布置3～8條平行剖面，磁法測量點距為20 m，天然電場選頻測量、電阻率法測量點距為10 m。

4.1 高精度磁法異常特征

磁法測量使用WCZ-1質(zhì)子磁力儀,測量參數(shù)為總場，測量精度為±1 nT，分辨率為0.1 nT。招素溝螢石礦區(qū)1∶1萬高精度磁測等值線平面圖顯示(圖5；王猛和黃儉合，2018)，該區(qū)磁場整體表現(xiàn)為正磁場，ΔT值主要為50～350 nT，呈中間高、兩邊低的特征，磁場變化相對平緩，為早白堊世正長斑巖巖體的反映。位于測區(qū)西部的正負(fù)磁場分界線，走向大致呈北西向，與已知斷裂走向大致相同，推測其應(yīng)為斷裂構(gòu)造的反映。Fr-5螢石礦體走向320°～340°，傾向240°，傾角85°，正負(fù)磁場分界線與螢石礦體出露位置基本吻合，螢石礦體兩側(cè)的ΔT變化值在-300～200 nT之間，說明該區(qū)高精度磁法測量對直接尋找斷裂、間接尋找螢石礦有一定的指示作用。

圖5 招素溝礦區(qū)ΔT等值線平面圖(據(jù)王猛和黃儉合，2018修改)Fig.5 Plane plan of ΔT contours in Zhaosugou mining area(modified from Wang and Huang,2018)

隨后在二道營北溝螢石礦點及轉(zhuǎn)山溝螢石礦點開展了高精度磁法的驗證(圖6)，在控礦構(gòu)造破碎帶處或螢石礦化體處均表現(xiàn)為變化較劇烈的正負(fù)磁異?；蛘哒?fù)磁異常的交界，二道營北溝螢石礦點變化值在-400～400 nT之間，轉(zhuǎn)山溝螢石礦點變化值在-900～800 nT之間。

圖6 二道營北溝螢石礦點(a)及轉(zhuǎn)山溝螢石礦點(b)地質(zhì)(下)、高精度磁法(上)、天然選頻(中)綜合剖面圖

4.2 天然電場選頻異常特征

本次研究工作使用JK-E600型天然電場選頻儀，根據(jù)本區(qū)的螢石礦的地質(zhì)特征選取電極距 20 m，點距10 m，使用25 Hz、67 Hz、170 Hz三個工作頻率開展野外測量。在招素溝螢石礦區(qū)3個工作頻率均出現(xiàn)低阻異常，這些異常主要由天然感應(yīng)二次場所致(楊天春和張暉，2013)。已知的螢石礦帶(礦化蝕變帶)的控礦構(gòu)造(斷裂)與天然電場低值異?；疚呛?，推測低值異常是控礦構(gòu)造(斷裂)引起。并在二道營北溝螢石礦點及轉(zhuǎn)山溝螢石礦點開展了驗證工作，驗證結(jié)果顯示螢石礦化帶的控礦構(gòu)造在天然電場中表現(xiàn)為低值異常，礦化帶位于△U低值點附近(圖7)。

4.3 高密度電阻率和聯(lián)合剖面電阻率異常特征

電阻率聯(lián)合剖面法可以快速獲取有效異常體的走向和水平位置(李水新等，2014)。高密度電阻率法是以地下巖土層導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一種勘探方法(吳教兵等，2019)，其測量的二維地電斷面能較直觀地反映基巖界線，了解斷裂構(gòu)造的發(fā)育情況(蘇永軍等，2009；王猛和黃儉合，2018)。因此通過磁測、天然電場選頻法初步確定控礦構(gòu)造位置后，為了更清楚查明推斷螢石礦控礦構(gòu)造、礦化蝕變等的賦存位置、規(guī)模、形態(tài)、埋深等，布置高密度電法及聯(lián)合剖面法剖面。

圖7 二道營北溝天然選頻(67 Hz)ΔU平面剖面圖Fig.7 Plan profile of natural frequency ΔU (67 Hz) in Erdaoying Beigou

圖8 招素溝螢石礦區(qū)地質(zhì)(下)、電阻率聯(lián)合剖面(上)及高密度電阻率法(中)綜合剖面圖(據(jù)王猛和黃儉合，2018修改)

圖9 二道營北溝螢石礦點(a)及轉(zhuǎn)山溝螢石礦點(b)地質(zhì)(下)、電阻率聯(lián)合剖面(上)及高密度電阻率法(中)綜合剖面圖

5 螢石礦技術(shù)方法組合探討

5.1 檢查與驗證

通過以上綜合研究，結(jié)合二道營北溝的成礦條件，在二道營北溝一帶開展了大比例尺的地質(zhì)填圖工作，并在成礦有利地段布置了5條探槽進(jìn)行揭露，開展了檢查與驗證工作。

通過調(diào)查，控礦斷裂整體呈北北東方向延伸，呈彎曲脈狀，斷續(xù)出露長約2.1 km，斷裂破碎帶寬度為5～22 m，螢石礦化不均勻，中間較好，兩端較弱。圈定礦體地表出露約800 m，傾角較陡近直立。礦體中間較寬，兩端較窄，最厚處約8.10 m，螢石礦品位為38.69%。礦體分布位置與化探異常完全吻合，礦體走向及傾向與物探推斷成果一致。經(jīng)初步預(yù)測，二道營北溝螢石礦點達(dá)到中型規(guī)模。

該螢石礦點礦石類型為螢石-石英型。礦石多為淺綠色和淡紫色，具半自形-自形晶形結(jié)構(gòu)，角礫狀構(gòu)造為主，由螢石、巖石角礫、高嶺石及石英組成。少見塊狀和細(xì)脈狀。礦石主要由螢石和石英組成，另有少量次生粘土礦物等。礦石礦物為螢石，顏色多為淡紫色和淺綠色，部分淡黃色，形態(tài)多為立方體，少見不規(guī)則團(tuán)塊狀，脈石礦物主要為石英和少量次生高嶺石等。圍巖為斑狀二長花崗巖，見有硅化、高嶺石化等蝕變及褐鐵礦化等。

5.2 方法有效性評述

通過地物化多種技術(shù)方法在步古溝一帶典型的螢石礦床(點)試驗表明，各種技術(shù)方法在探測隱伏-半隱伏螢石礦體都有一定的效果，由于地質(zhì)條件、覆蓋程度的差異，均會導(dǎo)致不同技術(shù)方法的探測效果、異常強弱程度以及異常組合特征等方面有差異性，各方法的有效性評述如下：

化探方法：1∶5萬水系沉積物測量和1∶1萬土壤剖面測量等化探方法顯示了較好的找礦效果，F(xiàn)、Ca元素異常對尋找螢石礦具有較好的指示作用。1∶5 萬水系沉積物測量用于圈定異常，1∶1萬土壤剖面測量用于異常源的定位，輔助確定找礦目標(biāo)區(qū)，總之化探方法是最直接最有效的方法之一。

高精度磁法：該方法基本能夠反映構(gòu)造-礦化蝕變帶的存在及其大致展布方向，在尋找區(qū)內(nèi)的構(gòu)造具有較好的效果，顯示為負(fù)磁異常特征或正負(fù)磁異常的交界處，能大致圈定斷裂構(gòu)造的位置。在地表破碎帶的位置顯示為正負(fù)異常的交界處。該方法是工作區(qū)內(nèi)直接尋找構(gòu)造、間接尋找斷裂構(gòu)造中的螢石礦化的重要手段。地形對該方法有一定的影響。

天然電場選頻法：該方法對螢石礦(化)體賦存位置具有指示作用，顯示為低值異常，而且異常形態(tài)和特征非常明顯，該異常直接指示了礦(化)體在剖面線內(nèi)賦存的空間位置。不足之處是探測結(jié)果在一定程度上受測區(qū)附近電磁場、地形以及人工因素干擾，需要進(jìn)行有效地分析和判斷，剔除其他的干擾因素。

視電阻率聯(lián)合剖面法：視電阻率曲線正交點所反映的低阻異常與已知含礦構(gòu)造吻合較好，顯示為正交點與含礦構(gòu)造完全吻合。該方法對尋找含礦構(gòu)造效果較好，也是尋找隱伏的賦礦斷裂構(gòu)造的有效方法。不足之處是受地形影響較大。

高密度電阻率法：高密度電法表現(xiàn)為構(gòu)造低阻異常帶，該方法測量結(jié)果顯示螢石礦的含礦構(gòu)造與低阻帶是相吻合的。該方法可以較好地揭示含礦斷裂構(gòu)造的位置、產(chǎn)狀及延伸情況,可指導(dǎo)深部探礦工程部署。不足之處是受地形影響較大。

5.3 技術(shù)方法組合優(yōu)選

地物化探技術(shù)方法在典型螢石礦床(點)的有效性試驗及驗證表明，各種技術(shù)方法在螢石礦(化)體均有一定的異常反映。研究區(qū)內(nèi)的螢石礦具有地表淺部基巖出露條件好，賦礦圍巖中控礦斷裂破碎帶以及螢石礦關(guān)系密切的硅化蝕變帶、石英脈等礦化蝕變帶發(fā)育，通常表現(xiàn)為近地表礦體硅質(zhì)頂蓋發(fā)育，地下深部螢石礦化發(fā)育的特征。綜合上述各類技術(shù)方法的有效性，結(jié)合區(qū)內(nèi)已開展的地質(zhì)調(diào)查工作，建立了區(qū)內(nèi)螢石礦找礦的技術(shù)方法組合見表2。

表2 冀北步古溝一帶螢石礦找礦方法技術(shù)組合

6 結(jié)論

(1)1∶5萬水系沉積物測量圈定的F、Ca等成礦元素異常，可確定異常源范圍；1∶1萬土壤剖面測量可追蹤異常源及查找礦體位置。以上化探方法可輔助鎖定找礦目標(biāo)區(qū)，是最直接有效的方法。

(2)高精度磁法負(fù)異常及正負(fù)異常的交界處、天然場選頻的低阻異常、視電阻率聯(lián)合剖面的正交點及高密度電阻率低阻異常帶，均與含礦斷裂帶或螢石礦化帶相對應(yīng)。以上物探方法可判別斷裂及其規(guī)模，是直接尋找含礦斷裂、間接尋找螢石礦的有效方法。

(3)通過地物化方法有效性試驗，建立了冀北地區(qū)的技術(shù)方法組合，并通過該技術(shù)方法組合，在步古溝一帶新發(fā)現(xiàn)螢石礦點1處，因此該套技術(shù)方法組合在冀北地區(qū)尋找隱伏-半隱伏礦體具有良好的效果。

[注 釋]

① 河北省地質(zhì)調(diào)查院. 2011. 河北省1∶5萬馬道幅、步古溝幅、皮匠營子幅、龍頭山幅戰(zhàn)略性礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查[R].