萤石是战略新兴产业发展中重要的基础原料矿产，需求日益增加，保障程度亟待提高。随着地质勘查开采程度的提高，萤石矿地表露头日益减少，浅覆盖和隐伏区深部找矿是目前地质工作的重点和难点。物化探方法因其具有投资少、时间短、效益高的特点，在找矿工作中一直扮演着重要的角色，尤其在金属矿产找矿中发挥了“地质找矿，物化探先行”的重要作用（周圣华等，2007；杨镜明等，2013；俞胜等，2016；段吉学等，2019；王小红等，2023），在中国新一轮找矿突破战略行动“攻深探盲，探边摸底”的历史背景条件下，物化探找矿方法仍面临着在复杂地质条件下寻找隐伏矿体的新挑战（时永志等，2014）。因热液裂隙充填型萤石矿矿体与围岩介质的密度、电性、磁性等物性差异不大，相关研究鲜有报道。近十年来，有学者以浙江省和内蒙古东部受控于断裂破碎带的热液脉型萤石矿床为研究对象，主要运用甚低频电磁法、对称四级测深法、双频激电法、便携式X射线荧光分析、地面伽玛能谱测量、高精度磁法、偏提取地球化学等综合物化遥技术方法开展了不同程度的试验和应用实践研究工作，总结了分带型和掩埋型隐伏萤石矿定位预测技术方法组合，在此基础上开展了找矿实践预测推广应用，取得显著成效，圈定了一些萤石矿找矿靶区（高峰，2013；张鹏，2013；方乙，2015；张寿庭等，2015）。但不同区域、不同构造和景观条件下的不同时代、围岩不同的隐伏萤石矿床的物性差异较大，其具有一定的应用限制条件，其普适性有待进一步探索验证。喀喇沁旗大西沟萤石矿位于冀北–辽西萤石矿成矿带承德–阜新萤石矿矿集区北部（王吉平等，2010），矿床成因为低温热液裂隙脉状充填型，矿体受NE、NW或近SN向断裂构造控制，呈脉状和透镜状产出（张成信等，2019），矿床开采历史悠久，最早可追溯到解放前，新中国成立后，随着矿业市场的发展，陆续有多家矿业公司对矿权登记开采，近年来，矿山保有储量日益减少枯竭，矿山外围的隐伏矿找矿工作成为了重中之重。为了解决这一难题，笔者联用地质、化探和物探综合手段对大西沟大型萤石矿矿体外围延伸隐伏地区进行了定位预测研究，为后期矿山接替资源外围扩增勘查钻探布置工作提供依据。

1.   区域地质背景

大西沟萤石矿地处内蒙古东部赤峰市喀喇沁旗王爷府镇西大西沟村，大地构造位于华北克拉通北缘燕山构造带北侧，属环太平洋成矿域和古亚洲洋成矿域复合叠加部位（曹华文等，2013）。本区由高级变质基底、晚古生代—中生代中酸性侵入岩、寒武纪盖层、二叠纪火山岩和东西两侧晚侏罗世—早白垩世陆相断陷盆地组成（张成信等，2019）。区内主要的构造是NEE向展布的美林–锦山和八里罕–红山深大断裂，深大断裂及其两侧派生的次级断裂系统，为本区萤石矿的形成提供了通道和储存空间（图1）。燕山中晚期，伴随着强烈的构造–岩浆活动，发育了一系列NE向断陷型盆地，并诱发了一个高温地热流带，为成矿流体（含矿地热水）的形成和活动创造了条件（翟明国等，2003）。

图  1  研究区大地构造位置(a)及区域地质简图(b)（据张成信等，2019修）

Figure  1.  (a) Geotectonic location and (b) regional geological schematic map of the study area

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.   区域F元素异常特征

区域上1∶20万水系沉积物F元素较为富集，且浓度较高，所在三级F异常极值达39284×10⁻⁶（图2b）。多处1∶5万水系沉积物F元素异常，且在NE向美林–锦山深大断裂与NW向大西沟门断裂交汇区域分布较为集中，与萤石矿床（点）吻合度较高，区域上大多数萤石矿均分布于这些异常之中，研究区位于F-12三级F异常内，浓度中心明显，在研究区南部极值达73933×10⁻⁶，中部贡家营子北极值达15921×10⁻⁶，均为矿致异常。研究区北部画匠沟一带由于覆盖较厚，地表少见萤石矿体露头，未表现出见明显的F元素异常（图2a）。由此可见，F元素是研究区寻找萤石矿的重要地球化学标志之一。

图  2  研究区F元素地球化学图（据席玉林等，1992；商朋强等，2019修）

Figure  2.  Geochemical map of fluorine in karaqin banner

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.   矿区地质概况

矿区出露地层有侏罗系中统新民组（J₂x）安山质火山碎屑岩、侏罗系上统玛尼吐组（J₃mn）流纹质火山碎屑岩、白垩系下统义县组（K₁y）安山岩，矿区中部广泛出露中二叠纪侵入岩，岩性为细中粒黑云母二长花岗岩。断裂构造发育，主要有NW向F₁和NE向F₂两组断裂，断裂两侧发育近于平行较长的次一级断裂，这些断裂是成矿流体运移的良好通道，大西沟萤石矿矿体均产于这些断裂破碎带中（图3a）。

图  3  大西沟萤石矿工程布置及地质简图

Figure  3.  Engineering layout and geological schematic map of Daxigou fluorite mine

下载: 全尺寸图片 幻灯片

矿体形态严格受NW、NNE向断裂构造破碎带控制，产状与断裂构造一致，倾向为260°～283°，倾角多为51°～81°，各矿体在地表出露长度为300～1000 m不等，地表平均厚度为0.25～2.3 m，相差不大，各矿体延深均大于200 m（图3b）。萤石矿以紫色、淡绿色和无色为主，自形粒状结构、半自形粒状结构和他形粒状结构。矿石构造主要有角砾状、条带状、肾状、块状、网脉状、梳状。矿石矿物为萤石，脉石矿物主要为石英和围岩角砾（长石、石英等），其次为次生高岭石、蛋白石，局部有方解石和黄铁矿等。矿石类型主要为石英–萤石型和萤石–石英型。围岩蚀变主要发育一套中–低温热液蚀变矿物组合，以硅化为主，其次为高龄土化和褐铁矿化，少见绿泥石化和绢云母化。

4.   综合技术方法及效果

本次研究工作的对象为热液裂隙充填型萤石矿床（体），主要是对控矿断裂破碎带的定位预测和断裂构造含矿性识别两个方面进行技术方法的选择。为了探测隐伏控矿断裂破碎带，本次研究工作选用1∶1万高精度磁测、1∶1万高密度电阻率剖面和1∶1万电阻率联合剖面物探技术手段。为了探测断裂破碎带含矿性，本次研究工作选用了1∶1万土壤地化剖面化探技术手段。

4.1   有效性试验

选择大西沟萤石矿进了方法有效性试验，共布置地物化剖面9条，其中高精度磁测5条，累计9.7 km；高密度电阻率和电阻率联合剖面两条（点距为10 m），累计1.18 km；地化剖面两条，分别为ZP22和ZP23（点距为40 m），累计1.96 km，共采集土壤样品77件。

4.1.1   1∶5万水系沉积物测量

区域1∶5万水系沉积物测量在研究区内圈出F-12三级和F-9一级两处F异常（图2a），其中F-12涵盖整个大西沟矿权区域，呈椭圆状近SN向展布，浓集中心在贡家营子南，极大值达76978×10⁻⁶，地表为大西沟萤石矿Ⅱ号矿体露头采坑位置，为矿致异常。结果表明，1∶5万水系沉积物测量工作可以缩小找矿目标区域，为下一步重点查证工作奠定基础。

4.1.2   1∶1万土壤剖面测量

鉴于矿区萤石矿体走向呈NW或NNW向展布，因此野外布置探测剖面为NEE或EW垂直矿体走向，在大西沟萤石矿主要矿体和构造隐伏部位，配合地质剖面（草测）布设1∶1万土壤剖面ZP22和ZP23（图3a），采集土壤样品，样品加工粒级为−10～+60目，分析测试了包含F的15种元素。结果显示在矿体和构造隐伏部位处均表现出了明显的F异常（图4），并在地表相应位置发现有断裂破碎带，破碎带中有萤石矿脉，目估CaF₂品位达40%以上，说明该破碎带具有一定的萤石矿含矿性。其中ZP22剖面中段Ⅱ矿体处表现为宽度大于200 m的高值F异常，主要为地表稀疏萤石细脉和地表采矿污染所致。

图  4  大西沟矿区（ZP22、ZP23）地化（F元素）剖面简图

Figure  4.  Section sketch of geochemical (fluorine element) in Daxigou mining area (ZP22, ZP23)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

4.1.3   地球物理测量

（1）物性参数测定：开展地球物理测量工作的前提是岩、矿石之间存在物性差异。本次研究工作，测定区内典型岩矿石磁性参数标本53块，参数统计见表1。由表1可以看出，由萤石→石英→围岩，磁化率表现出由低到高的变化规律，萤石无磁性，形成负磁异常，含矿石英脉和石英脉具有微弱的磁性，形成低磁异常，蚀变围岩和围岩磁化率相较于萤石矿差别明显，蚀变花岗岩显示中等磁性特征，中基性安山岩呈高磁特征，均具有相对较强的磁性，形成正磁异常。由此可以看出，研究不同岩矿石磁化率具有明显的差异，在理论上应用高精度磁测圈定萤石矿隐伏矿体是可行的。

表  1  研究区岩、矿石磁性参数测定统计表

Table  1.  Statistical table for determination of magnetic parameters of rocks and ores in the study area

岩矿石名称	块数	磁化率（10−5SI）
		变化范围	平均值
蚀变花岗岩	10	110～960	521
花岗岩	10	320～11900	6625
安山岩	6	140～13884	9461
流纹质碎屑岩	5	1215.96～6080.13	3307.32
萤石矿	10	1～56.7	18
石英	12	3～1000	58

下载: 导出CSV 

| 显示表格

研究区共测定岩矿石电性参数标本48块，电性参数统计见表2。由表2可以看出，研究区流纹质碎屑岩、安山质碎屑岩和花岗岩电阻率相对较高，多为1500～1800 Ω·m，呈中高阻特征，区内完整萤石矿（化）石电阻率值约为2000 Ω·m，与围岩相比，电阻率呈高阻特征，但矿石一般赋存于构造破碎带中，风化、破碎严重，导致电阻率值降低，电阻率常见值约为1000 Ω·m，表现为低阻特征。因此，低阻异常可作为热液裂隙充填型萤石矿的地球物理找矿标志。

表  2  研究区岩、矿石电性参数测定统计表

Table  2.  Statistical table for determination of electrical parameters of rocks and ores in the study area

岩矿石名称	块数	ρs（Ω·M）
		变化范围	平均值
流纹质碎屑岩	10	690～4850	1790
安山质碎屑岩	4	520～3870	1530
花岗岩	8	470～3260	1590
萤石（完整）	6	1360～5720	2150
萤石（风化）	4	560～2620	1150
萤石矿化硅化花岗岩 （破碎带）	4	650～3530	1260
石英	12	453～5314	2098

下载: 导出CSV 

| 显示表格

为探测隐伏断裂构造破碎带，本次工作布设地物综合剖面ZP25、ZP26进行高密度电阻率和电阻率联合剖面测量，布设100、102、104、106、108五条剖面进行高精度磁测（图3a）。

（2）高精度磁测：1∶1万高精度磁测显示大西沟矿区磁场变化相对平缓，总体呈南高北低的特征，场值多在−100 ～200 nT之间，正磁异常主要为玛尼吐组安山岩的反映。正负磁场异常分界线在研究区中部呈NW向展布，与已知控矿断裂构造F₁、F₂走向基本一致。正负磁场分界线与Ⅱ号和Ⅳ号萤石矿体出露位置大致吻合（图5），试验效果较好。

图  5  大西沟萤石矿磁测△T剖面平面图

Figure  5.  Plan of magnetic survey △T section of Daxigou fluorite mine

下载: 全尺寸图片 幻灯片

（3）电阻率剖面测量：ZP25剖面地段岩性为黑云母二长花岗岩，整体电阻率值变化较大，呈东低西高的特征，剖面150～200 m处，电阻率值为0～100 Ω·m，显示低阻异常特征（图6）。该异常近似陡立状展布，从地表延伸至地下，且向下未封闭，联合剖面法在150 m处左右有正交点出现，异常与已知控矿断裂构造F₁破碎带基本一致。剖面650 m位置处有一明显低阻异常，电阻率值小于100 Ω·m，深度约为25 m，地表见含萤石矿化构造破碎带，异常为控矿断裂构造F₄破碎带引起。

图  6  大西沟萤石矿ZP25、ZP26地物综合剖面简图

Figure  6.  Comprehensive profile of zp25 and zp26 of Daxigou fluorite mine

下载: 全尺寸图片 幻灯片

ZP26剖面位处地势平暖，主要出露黑云母二长花岗岩。视电阻率值纵向变换由低到高，横向变化较大，连续性差（图6），剖面起始位置呈低阻异常，深度较浅，推测与地表第四覆盖较厚，含水量增加所致；剖面150～250 m位置处电阻率呈低阻特征（0～100 Ω·m），地表见多条萤石矿化断裂构造破碎带，矿化蚀变明显，该异常与控矿构造断裂F₁破碎带基本吻合，试验效果较好。

4.2   应用效果

覆盖全区的1∶5万水系沉积物测量在应用区圈定一处F异常F-9，其位于大西沟北侧松树沟一带，呈圆状展布，因该区域植被相对发育，地表覆盖较厚，异常规模较小，极大值相对不高，为1749×10⁻⁶。值得说明的是该异常分布在断裂F₁西盘画匠沟村南，大西沟萤石矿Ⅱ号矿体北西延伸部位（图3a），该异常的圈定，进一步缩小了找矿目标区域。

4.2.1   控矿构造探测

为查明大西沟主矿体控矿构造NW方向延伸展布情况，布设了地物综合剖面ZP30（磁法）、ZP31（磁法、高密度电阻率）和312、314、316、318四条高精度磁测剖面（图3a）。物探测量成果显示，控矿断裂延伸位于剧烈变化的正负磁场过渡带上，显示为背景场中叠加一局部磁场（图7）；在电阻率剖面上显示为低阻带，控矿断层经过ZP31剖面830 m附近的低阻异常带向NNW延伸（图8），推测在松树沟应用区矿体延伸部位浅地表存在NNW走向的构造破碎带。综上所述，物探异常应为断裂F₁的NW延伸隐伏部位。

图  7  松树沟应用区高精度磁测△T剖面平面图

Figure  7.  High precision magnetic survey △T section plan of Songshugou application area

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  8  松树沟应用区ZP31地物综合剖面简图

Figure  8.  Comprehensive profile of zp31 in Songshugou application area

下载: 全尺寸图片 幻灯片

4.2.2   控矿构造含矿性识别

为了探测矿体北西延伸部位构造破碎带的萤石矿含矿性，布置了ZP30和ZP31两条平行的地化综合剖面。结果显示，在对应物探异常地段均出现了相对的F元素高值异常，可以说明该控矿构造断裂F₁在对应部位具有一定的萤石矿含矿性（图9），ZP30剖面上仅在360 m附近1个样品表现出明显的F异常，且异常值在3000×10⁻⁶以下，主要为该处地表植被覆盖较厚所致。

图  9  松树沟应用区ZP30、ZP31地化（F元素）剖面简图

Figure  9.  Profile sketch of zp30 and zp31 geochemical (fluorine element) in Songshugou application area

下载: 全尺寸图片 幻灯片

4.3   地质查证及矿产预测

针对地表物化探技术方法探测发现的萤石矿化线索，在综合分析物化探异常的基础上，进行了1∶1万地质填图，主要在大西沟主矿体NW延伸方向地段进行了追索控制，在地表新发现了一些萤石矿蚀变线索。并在相应位置布设施工了探槽TC13和TC31进行地表揭露查证（图3a），两处萤石矿体均达工业规模。两处矿体产状倾向南西，与大西沟主矿体产状一致，其中间隐伏地段，大部覆盖较厚，地表暂未发现明显的断裂和萤石矿化标志。

综上所述，推测大西沟规模较大的Ⅱ号矿体经TC31和TC13向北西延伸至ZP30以北，长度预计在1000 m以上。目前，贡家营子北采矿竖井已开采至120 m以下（图3a），推测Ⅱ号矿体在松树沟应用区倾向延深应在120 m以下，初步预测其延伸部位萤石矿体规模可达中型以上，潜力巨大。为矿山外围接替资源勘查提供了依据，下一步可在松树沟应用区进一步开展物探测深和深部钻探工程验证工作。

5.   结论

（1）1∶20万、1∶5万区域化探圈定的F异常对于缩小萤石矿找矿靶区具有重要作用，1∶1万土壤剖面测量圈定的F异常可有效指示热液裂隙充填型萤石矿控矿断裂含矿性，且对定位预测具有一定的指导作用。

（2）高精度磁测正负磁异常、高密度电阻率低阻异常、视电阻率联合剖面正交点等异常对探测浅地表隐伏断裂破碎带具有较好的指导作用，可作为热液裂隙充填型萤石矿找矿的重要地球物理找矿标志。

（3）本次研究工作获得的各类物化探及地质异常与控矿构造破碎带具有较好的耦合关系。建议下一步在大西沟萤石矿外围松树沟区域进一步开展物探测深工作，探测控矿断裂构造深部展布情况，指导钻探工程布设，进行深部验证，有望取得重要找矿突破。