内蒙古林西地区小北沟萤石矿床地质特征及找矿潜力分析

内蒙古林西地区小北沟萤石矿床地质特征及找矿潜力分析裴秋明;张寿庭;曹华文;王亮;韩术合;武宗林;夏炳卫
【摘要】在野外地质工作基础上,对小北沟萤石矿床的成矿地质背景、矿床地质特征、浅覆盖区的甚低频电磁异常、找矿潜力等进行了分析和探讨.研究表明:区内共发现矿(化)体11个,规模不一,主要受SN-NNE向断裂控制;矿石组分以萤石和石英为主,围岩蚀变主要发育硅化、高岭土化和绿泥石化;矿床为热液充填脉型,矿(化)体垂向分带特征明显,脉体形态、矿化强度、矿物组合以及矿石组构等特征自上而下呈现规律性变化;甚低频电磁异常显示Ⅶ号矿化体延续性好,规模可观.结合目前部分平硐和钻孔工程揭露的萤石矿体特征认为,本区深部找矿潜力大,Ⅶ号矿化体的深部工程验证应为后期工作的重点.
【期刊名称】《桂林理工大学学报》
【年(卷),期】2016(036)003
【总页数】9页(P426-434)
【关键词】萤石矿;垂向分带模式;甚低频电磁法;找矿潜力;林西;内蒙古
【作者】裴秋明;张寿庭;曹华文;王亮;韩术合;武宗林;夏炳卫
【作者单位】中国地质大学地球科学与资源学院,北京100083;中国地质大学地球科学与资源学院,北京100083;中国地质调查局成都地质调查中心,成都610081;中国地质大学地球科学与资源学院,北京100083;赤峰市国土资源局,内蒙古赤峰024000;中国地质大学地球科学与资源学院,北京100083;中国地质大学地球科学与资源学院,北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】P619.215;P631.325
根据萤石矿床的产出状态，我国的萤石矿床可以分为单一型和伴生型两个大类［1］。

伴生型萤石矿虽然资源量大，但一般品位较低，不具备单独开采价值，通常只能在主矿种开采时综合回收利用［2］。

单一型萤石矿是我国目前主要开发利用的萤石矿类型，主要分布在内蒙古、浙江、江西、福建等省区；传统的萤石工业区浙江、江西、福建等地经过几十年的开采，萤石资源日益枯竭；仅以浙江省为例，在全省登记的173家萤石矿山中，超过一半的萤石矿山已闭坑［3］。

萤石开采以及相关产业正逐渐向中国北部和中西部转移。

内蒙古中东部地区成矿地质条件优越，已有一批大-中型萤石矿床陆续被发现报
道［4-7］，显示出极大的资源潜力，成为我国北方重要的萤石资源后备基地。

近年来，在中国地质大调查项目的支撑下，通过遥感技术和多种轻便物化探仪器方法的有效性试验与推广实践研究，将内蒙古林西地区设为其中的一个重要示范区，进行萤石矿产的勘查与评价工作，目前已发现多个含矿远景区，其中小北沟萤石矿床是林西地区重要的勘查成果之一。

小北沟萤石矿床位于内蒙古赤峰市林西县西北部，地理坐标：东经117°50′57″—117°53′43″，北纬43°53′38″—43°50′34″。

其北部为三源北沟矿段，南部为冯家北沟矿段，研究认为南、北矿段属同一萤石矿带，其间的空白区具有重要的含矿远景。

本文探讨和总结了研究区矿床地质特征、主要控矿因素以及萤石矿（化）体垂向分带特征。

在此基础上，结合甚低频扫面工作和重要勘探剖面线的综合对比，分析研究区中部浅覆盖区矿化体的延伸（连续性）情况，以及该区的找矿潜力，旨在为下一步找矿工作提供建议。

研究区位于嫩江断裂以西，西拉木伦河断裂以北的温都尔庙俯冲增生杂岩带，属于
中亚造山带东段，即兴蒙造山带。

中亚造山带为典型的增生型造山带［8］，以古生代小型陆块与缝合带相嵌、新生代山盆耦合的地质构造格局为特征［9］，区域构造演化主要经历了大陆基底的形成、古亚洲洋陆缘增生和滨西太平洋大陆边缘活动三大发展阶段［10］。

自海西期以来，区域内一直伴有火山喷发作用和岩浆侵
入活动，在燕山期发生以挤压为主到以伸展为主的构造体制转换，伴随着强烈的构造-岩浆活动，发育一系列NNE向断陷型盆地，并诱发了一个高温热流带，为成矿流体的形成创造了条件［11］，导致区域上150～100 Ma爆发式成矿［12］。

林西地区一系列沿NNE-NE向呈雁列式展布的萤石矿正是这一构造-岩浆活动下的产物。

区域出露的地层主要为二叠系和侏罗系：二叠系是林西地区分布最广泛的地层，包括寿山沟组（P2ss）、大石寨组（P2ds）、哲斯组（P2zs）和林西组（P3l），
主要由一套黑色板岩、粉砂岩、砂岩夹火山熔岩、火山碎屑岩组成，整体主要为开阔的陆相沉积体系［13］；侏罗系包括新民组（J2x）、土城子组（J2t）以及满
克头鄂博组（J3m），主体岩性为中酸性火山碎屑岩、凝灰岩、流纹岩、砂质板岩，局部地区含煤线。

区域内与萤石成矿密切相关的主要是中生代花岗岩，以中-细
粒似斑状黑云母花岗岩为主［14］，分布广泛。

区内不同方向断裂构造均有发育，以NNE-NE向、近EW向、NW向、近SN向为代表，其中 NNE-NE向构造为
区内的主干控矿构造。

2.1 控矿地质条件
研究区萤石矿床的控矿条件较为简单，主要包括地层、构造和岩浆岩三方面。

（1）地层条件：小北沟地区主要出露二叠系寿山沟组（P2ss）和侏罗系满克头鄂博组（J3m）（图1），均为区域主要赋矿层位。

寿山沟组主要岩性为灰色砂质板岩、变质粉砂岩及长石砂岩；满克头鄂博组则主要由酸性火山岩及火山碎屑岩构成，以凝灰岩为主。

二叠世的沉积地层对中生代成矿具有明显的控制作用，如黄岗-
甘珠尔庙复背斜北西翼发育碳酸盐沉积，对应发育多个矽卡岩型矿床；南东翼主要发育碎屑岩沉积，矿床类型则以热液脉型和斑岩型为主［16］，包括小北沟萤石
矿床在内的绝大多数萤石矿床均分布在南东翼。

二叠纪及侏罗纪（火山）沉积岩不仅是容矿围岩，同时该地层中F、Ca等成矿元素具有较高的丰度值［17］，
在成矿过程中经流体交代淋滤作用带入成矿热液系统，因此也是重要的矿源层。

（2）构造条件：小北沟矿床的控矿断裂呈现多组多方向性，但以近SN向规模最大，NNE-NE向次之，NW向控矿断裂规模较小（图2）。

近SN向连续性较好，延伸较远；其他方向（尤其是NNE -NE向）则主要呈现串珠状、雁列式排列。

控矿断裂整体以压性-压扭性为主，萤石矿化脉多呈不规则透镜状、豆荚状产出，
断续分布。

比较而言，近南北向矿化脉规模更大，脉宽更为稳定；而对于地表矿化，NNE-NE向矿化脉的矿化强度要大。

（3）岩浆岩条件：林西地区绝大多数金属-非金属矿床与燕山期岩浆热液活动
关系密切，许多与成矿有关的岩体属火山-侵入杂岩体，包括火山岩、潜火山岩、超浅成-浅成侵入岩和深成侵入岩，在空间上紧密伴生。

燕山期岩浆活动，不仅
可以为成矿物质提供部分来源（尤其是F元素），同时由此产生的地热异常和构造动力能够加剧含矿地层中的矿质活化迁移以及含矿热流体的形成。

林西地区燕山期花岗岩同位素年龄为127.2～169 Ma，主要呈岩株、岩基、岩墙及岩脉群产出，多与中生代火山岩相伴，形成时间稍晚于火山岩。

研究区邻区的水头萤石矿床年龄为132 Ma（未发表资料），同期石英ESR年龄137 Ma左右［14］，岩
浆岩形成年龄与成矿年龄的关系也暗示了萤石成矿作用与岩浆活动具有密切联系。

2.2 矿（化）体特征
小北沟萤石矿床已揭露的工业矿体5个，本次资源潜力评价工作新发现矿化体6个，规模不一（图1），主要受控于断裂规模。

矿（化）体形态以脉状为主，次为网脉状、豆荚状、透镜状。

矿体产状与控矿断裂产状基本一致，亦有部分沿层间裂
隙产出。

矿体整体西倾，走向以近SN向为主，次为NNE向、NE向及NW向（图2），倾角较陡，主体介于55°～75°。

其中工业矿体以Ⅱ号矿体规模最大，
平均走向39°，延伸近1 000 m，脉宽0.85～3.5 m，平均1.07 m，平均品位56.96%。

新发现的矿化体主要分布在其间的空白区，呈近SN向分布，以Ⅶ号
矿化体规模最大，走向353°～15°，脉体西倾，脉宽0.5～6 m，平均约2 m，整体延伸近3.5 km。

其他矿化体如Ⅹ、Ⅴ号等地表延伸亦可达300～1 200 m，平
均厚度大于 1 m，规模可观。

地表萤石矿化多发育在靠近脉体顶底板的位置，萤石一般为紫色-浅黄色他形-自形粒状结构，团块状、细网脉状构造，呈现萤石矿体硅质顶盖［18］的特征。

2.3 矿石特征
本区萤石矿的矿石化学成分以CaF2和SiO2为主；不同矿段以及同一矿体空
间不同部位，随着矿物组合和围岩夹石类型及其发育程度的差异会呈现一定的变化。

在三源北沟矿段（Ⅱ号矿体为主）：CaF2平均为38.0%，SiO2平均为
34.02%，CaCO3平均为 3.51%，同时少量的S（0.29%）及P（0.07%）。

冯家北沟矿段（Ⅷ、Ⅸ号矿体为主）：CaF2含量28.54% ～44.38%，平均
35.31%；SiO2含量53.32% ～63.76%，平均60.23%；CaF2和SiO2含量
呈消长关系，二者含量占92%～95%，次要成分有Al2O3平均2.27%，
Fe2O3平均 0.99%，S平均0.022%，P平均0.014%，CaCO3平均0.49%。

区内矿石组分相对简单，以萤石和石英为主，其他矿物如黄铁矿、高岭石、绢云母、绿泥石及部分铁锰质矿物等，一般含量较少。

矿石类型以石英-萤石型和萤石-石英型为主。

萤石颜色主要有绿色、紫色、肉红色、无色和灰白色，以粗晶自形-
半自形粒状结构、细晶半自形-他形粒状结构为主，微晶他形粒状结构次之，萤石
组构特征在矿体的不同部位具有较大的差异性，在矿体中往往出现不同结构的混杂。

受本区多期多阶段叠加成矿作用的影响，萤石构造类型多样，既可见含矿石英脉或
萤石胶结围岩（负角砾状构造），还可见晚阶段的石英或萤石胶结围岩以及早阶段的萤石矿等（混角砾状构造），此外还发育块状构造、条带状构造、网脉状构造、环带状构造、皮壳状构造、团块状构造和蜂窝状构造等。

石英则以白色、乳白色和浅黄色为主，多呈半自形-他形粒状集合体产出，在晶洞或张性裂隙空间中则呈梳状产出，石英为矿体顶部的重要组分。

2.4 围岩蚀变
林西地区萤石矿床中的围岩蚀变类型整体是一套中-低温热液蚀变矿物组合，主要为硅化、高岭土化，其次为绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化等，与林西地区其他萤石矿床类似［19］，硅化为本区最普遍且最强烈的蚀变类型，主要蚀变矿物为石英，从浅部到深部、矿体外围到矿体中心，蚀变强度逐步减弱；高岭土化、绿泥石化也是本区分布较广泛的蚀变类型，多靠近矿体的顶板，而无萤石矿化的地方则少见，可以作为萤石矿的一种重要的找矿标志，这一找矿标志在国内其他萤石矿床中亦有明显体现［6，20-22］。

单一型萤石矿主要受断裂系统控制，含矿热流体在沿特定的构造破碎空间上升侵位的过程中，由于温度、压力和成矿介质等外界物理化学条件的变化，流体中各组分规律性的晶出沉淀并富集，同时受控矿断裂的多次继承性活动及构造脉动性影响，往往导致成矿作用的多期多阶段性叠加（或破坏），最终形成了矿体在垂向不同部位的矿脉形态、矿石结构构造、元素组合和围岩蚀变等特征，呈现明显差异［23］。

徐旃章、张寿庭等通过对浙江地区400多个矿床的实地考察和研究，提出了萤石矿体的垂向分带模式［18，24］，将矿体从上至下划分为硅质顶盖、头部矿体、中部矿体和尾部矿体4部分，该模式被应用于中国东部多个地区萤石矿的勘查与评价工作，符合客观地质事实，取得了较好的地质效果［23］。

本文应用该垂向分带模式，结合研究区矿床地质特征，初步总结研究区萤石矿体的垂向分带特征。

由于开采深度的限制，目前仅揭露了萤石矿（化）体顶盖、头部及中
上部，以下简要阐述。

（1）硅质顶盖。

硅质顶盖分布于矿体最上部，在研究区各萤石矿体中均发育，且保存较为完整，规模较大的硅质顶盖一般在地表形成脊骨状地貌。

硅质顶盖主要是由成矿早阶段的硅质组分组成，在硅质顶盖部位常发育格架状、多孔状等构造，为本区萤石矿床的一个重要找矿标志。

根据硅质顶盖的矿化蚀变程度、脉体形态、矿物组合以及矿石结构构造等特征，自上而下又可以细分为3部分。

上部：硅质顶盖保存完好的情况下，上部主要为硅化蚀变带（图3a），地表一般
可见明显的脊骨状突起，围岩褪色现象明显，基本保留原岩组构特征，发育格架状构造（图3b）。

中部：主要为石英网脉组成，脉体宽度相对较小，一般小于50 cm，但分布密度大，石英网脉胶结围岩角砾，发育角砾状构造及网脉状构造（图3c），在中部硅
化脉与围岩接触带附近偶尔可见小团块状萤石矿化（图3d）。

下部：由中部往下逐渐过渡到硅质顶盖下部，石英脉体规模明显变大，硅化强度及硅化带宽度均大于中部，硅化网脉穿插切割围岩，呈现次生石英岩特征（图
3e）。

该部分萤石矿化程度进一步增强，萤石呈斑点状、团块状集合体及细脉状（图3f），矿化露头发育多孔状、蜂窝状构造。

矿体硅质顶盖自上而下，硅化强度逐渐增强，脉体宽度逐渐增大，脉体密度减小；矿物（萤石、石英）结晶程度逐渐增高，整体以石英为主，萤石发育于中下部。

（2）头部矿体。

矿体的头部，主要发育在主控矿断裂上部低级别的次级构造部位，所形成的矿脉宽度较窄，呈多条细脉状而形成的脉体群（图3g）。

横向上萤石矿
化程度不均一，一般为中间矿化好、两侧矿化差，沿脉方向矿脉数量及单个矿脉厚度变化较大。

矿物以石英和萤石为主，本区三源北沟矿段Ⅱ号矿体头部整体品位较高。

由于上部硅质顶盖的存在，往下形成了良好的封闭条件，成矿热液温度下降相对较慢，矿石多为块状、负角砾状、网脉状、正条带状构造（图3h）。

总体来说，矿体头部为硅质顶盖到萤石主矿体的过渡部位，从硅质顶盖到矿体的头部，石英的含量逐渐减少，对应萤石含量逐渐增加，矿石结构从他形粒状→他形
-半自形粒状结构→半自形结构逐渐过渡，矿石构造则由负角砾状构造、脉状构造
→条带状构造、块状构造逐渐变化。

（3）中部矿体。

该部分为矿脉的主体（图3i），为萤石矿床的主体开采对象。

该部位多为主控矿断裂破碎带赋矿空间的膨大部位，含矿热液的容量大，温度下降慢，结晶时间长，形成主阶段的产物（图3j）。

该部分厚度大于头部矿体厚度，三源
北沟2号矿体中部可达1～5 m，当前仅开发到矿体的中上部。

矿石结构以自形-半自形粒状结构为主，矿石构造以正条带状构造、纯条带状构造、负角砾状构造、块状构造为主。

整体而言，相较于头部矿体，CaF2组分逐渐增加，SiO2组分进一步减少。

研究区北段和南段基岩出露条件好，便于开展系统的地面调查工作，而中北部地区为第四系覆盖，直接开展地质调查工作难度较大。

实际踏勘发现覆盖层平均厚度大于 5 m，而对覆盖区段矿带的空间展布特征的判析又是进行下一步工程部署的关键。

在浅覆盖区的矿产勘查与评价实践中，甚低频电磁法（VLF-EM）具有轻便、快速、经济、高效等诸多优点［25］，被广泛应用于识别矿化带、构造破碎带、
蚀变带以及岩性分界面等［26-28］，尤其对浅覆盖区脉状矿体的勘查作用明显，在内蒙古多个地区取得了很好的应用效果［26，29-32］，即使对宽度较小（1 m 左右），有一定延伸的矿（化）体、构造蚀变带也是如此［33］。

4.1 甚低频电磁法（VLF-EM）简介
甚低频电磁法（VLF-EM）属于一种被动源电磁勘探方法，主要通过探获地下局部电性差异或构造的异常信息，进而揭示异常体的空间展布和变化规律。

在实际应用中，为排除其他地质因素的干扰，突出异常形态，常利用Fraser滤波对磁倾角
进行数据处理，计算公式为
Fn+2，n+1=（Dn+3+Dn+2）-（Dn+1+Dn），
式中：n为采样点的编号；D为磁倾角测量值；F为Fraser滤波值。

经Fraser
滤波计算，倾角值异常曲线中的零交点或者拐点便转换成为F值异常曲线的极大值，此极大值便与低阻异常体相对应。

萤石、石英矿脉虽然属于高阻异常体，但是其受断裂构造带控制，又经过成矿期后构造对矿脉的影响，容矿构造和其他断裂构造往往含有较多的裂隙水、断层泥和矿化蚀变产物等，使其在总体上与围岩相比具有较低的电阻率特征，对应F值异常
曲线的峰值。

4.2 工程布置及结果分析
本次工作选用仪器为重庆地质仪器厂生产的DDS-2型甚低频仪。

扫面工作布置在三源北沟矿段和冯家北沟矿段之间的浅覆盖区。

根据矿体的主体走向（近SN-NNE向），测量电台选择澳大利亚长波台（NWC 22.3 kHz）为场源，测线布置
原则是与矿区含矿构造带方向近于垂直，测线走向为90°，剖面测量点距为10 m，系统扫面线距为100 m，布置测线12条（1～23线），线长为 1 000 m，为避免矿部电路影响，舍弃1线、3线测量数据。

总有效测点数为1 010个，工
程覆盖主要控矿构造可能分布的区域，并具备一定的外延，且测量工作严格按照甚低频仪器的操作规范，测量结果可靠。

对极化椭圆倾角D值进行Fraser滤波和线性滤波处理，并得到等效电流密度值。

逐一对各勘探线甚低频数据进行分析处理，以9号勘探线为例（图4），结合实际地质特征进行甚低频异常分析：
1）0～420 m为覆盖层，相对较厚，D值未出现负值，300 m附近存在两个零值点，但Fraser滤波值波动比较大，未出现对应的极大值，而是呈现零值点对应，推测可能是小型断裂或岩脉影响导致。

2）500 m附近，D为零交点，F值对应为极大值，等效电流密度图上显示为高值，
高值东西两侧均为明显低值，显示了物性的较大差异，综合判断该处为低阻异常带。

3）610 m附近，此处为地表矿化脉露头，D值为零值点，F值对应峰值，电流密度等值线图上对应高值，与两侧围岩的D值、F值及等效电流密度值均存在明显
差异，物探异常与地表露头具有极好的一致性，肯定了该方法定位隐伏断裂带的可行性。

4）800 m附近，F值对应最大峰值，D值对应零值，对应电流密度值为高值，且
D值与F值曲线在700～850 m斜率较大，变化幅度明显，推测该处为隐伏断
裂带，为该区一条北东向矿脉向西南方向的延伸。

其他各线的甚低频异常解释与上述分析类似，9号线已知矿（化）体与甚低频低阻异常具有很好的一致性，甚低频电磁法对低阻异常带有着较明显的反映，可以预测和定位研究区内低阻异常体。

后期通过野外踏勘，并结合地质资料对异常进行检查，可以进一步判定矿致异常与非矿致异常。

4.3 浅覆盖区隐伏断裂推断
在单条勘探线分析的基础上，利用Surfer软件将10条勘探线Fraser滤波值生
成等值线图，并与小北沟浅覆盖区地形地质图进行综合（图5），推测已知控矿断裂在浅覆盖区的延伸情况，从而评价矿体的连续性。

前已叙及，Fraser高值区域表示低阻异常体的存在位置。

主矿化脉（Ⅶ号）平均
厚度约2 m，南段断续出露地表，中北段为第四系覆盖，经实地调查推测埋藏深
度约为5～20 m，在图5中所示的VLF-EM平面图上呈现明显带状分布的高值异常，指示测区近南北向的主矿化Ⅶ号脉在浅覆盖区连续性较好，南北两端矿化段的矿化特征、矿体产状、矿石组构等具有相似性，推断近南北向主矿化脉与三源北沟西侧矿化脉应为同一矿带。

实际调查发现，北段单矿脉规模小于南段主矿化脉，并依据甚低频异常等值线推断Ⅶ号矿（化）体北段具有分叉现象，整体由南向北呈现树枝状展布，覆盖区异常带的分布规律与矿（化）体整体西倾的地质事实相吻合。

位于Ⅶ号矿（化）体东侧的Ⅵ号矿（化）体规模相对较小，脉宽0.5～1 m，断续
出露地表。

其南部在地表可见较强的萤石矿化，往北逐渐过渡为0.5～0.8 m的网脉带，在图5中未见明显的异常反应，推测其往北段的延伸有限，或是脉体呈网
脉状分散致使宽度变小进而导致识别效果不明显。

Ⅵ号和Ⅶ号矿（化）体之间还存在NNE-NE向分布的带状高值异常区，应为冲沟引起。

通过甚低频扫面工作，基
本确定了主矿化体（Ⅷ号）南北矿段的连续性，呈近南北向延伸大于3 km，为后期深部工程部署提供了依据。

（1）从中国萤石矿床分布特征［34］来看，热液脉型萤石矿床一般具有集中产出的特点，往往成群成带分布。

林西地区萤石资源丰富，尤其在研究区所在的林西县中西部聚集，并对应区域Ca与F元素地球化学叠合异常高值［17］。

该区燕山期构造-岩浆活动强烈，控矿构造方向为SN-NNE向，与区域萤石矿主控矿构造方向一致，具备中大型萤石矿产出的地质条件。

（2）实际调查发现，研究区北部三源北沟矿段、南部冯家北沟矿段与新发现的小北沟远景区地质特征相似，空间关系密切，矿化分带特征明显。

实际开采的平硐（南、北矿带均有工程）揭露深部矿脉厚度可达1～5 m，矿石品位大于50%，揭露深度约60 m。

在三源北沟矿段中北部实施了2个钻孔工程（编号ZK2-1、
ZK2-2），ZK2-1孔深95 m，分别在51.7～53.7、88.2～90.2 m见萤石矿脉；ZK2-2孔深107.9 m，分别在85～86.6、87～91 m（含夹石）见萤石矿脉，平
均品位大于30%，当前工程已揭露至矿体头部-中上部。

南、北矿段深部矿化特征的初步工程验证对研究区整个矿（化）带的深部含矿性具有积极的指示作用。

（3）根据整个矿（化）带的硅质顶盖特征对比、矿（化）体形态规模、矿石组构特征，地表矿化线索以及甚低频异常等信息，推测空白区新发现的Ⅶ号矿（化）体应为该矿床的主矿体，其规模可能远大于南、北矿段矿体。

空白区新发现的矿（化）体延续性好，在该矿化体南部沟谷中（与硅质顶盖高差约100 m）可见分异较好
的萤石，进一步指示深部具有极大的含矿潜力，若深部矿（化）脉稳定，该区萤石矿资源量将可达大型规模。

该区深部的含矿性工程验证为后期勘查工作的重点，且中间空白区矿（化）体深部应为工程优先查验的对象。

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