論螢石礦床成礦特點及在VCT成像中的物性反映

寇偉    寇通

                 鄭州地象科技有限公司，河南 鄭州 450000

摘要： VCT大地電磁法通過低值異常找水定井和地熱資源勘探應用已較為成熟，而通過高值異常找礦等應用尚在探索之中。從目前在鎢礦、螢石礦、銅礦等巖脈型礦床的勘探試驗成果來看，礦脈呈現明顯高值異常，VCT探礦儀0.2米/層的縱向高解析度足以展現地下各層巖脈型礦床的分布及厚度。本文在借鑑前人總結出螢石礦床成礦特點的基礎上，針對不同類型螢石礦床在VCT成像剖面圖中的反映，總結螢石礦的物性測值區間及不同類型礦床的分布特點。

關鍵詞：VCT大地電磁法，螢石礦，物性反映

    2019年4月，我去蒙古國蘇赫巴託一個螢石礦幫朋友勘探找水打了兩口水井，以解他們選礦廠因缺水幾個月停工之急。我去的主要目的是要在螢石礦區對有鑽探資料的剖面用VCT探測儀進行復勘，以便對比分析VCT成像中螢石礦的物性反映。去後在已經開挖的露天螢石礦測了十幾條剖面，又在二百公裡外東蒙古螢石成礦帶上的一個礦區正在鑽探的剖面上探測了幾條線路。因是在已開採及有鑽探資料的礦床之上進行復勘，可與現場開採情況及鑽探成果進行對照分析，收穫頗多，在此進行初步的研究探討。

    本文首先簡單陳述一下VCT大地電磁法理論的幾個觀點、有關VCT大地電磁法測值物性反映的幾個概念、以及地下不同介質在VCT成像中的物性反映，便於理解應用VCT大地電磁法勘探螢石礦的分析方法及結果，然後再根據不同類型螢石礦床的成礦特點分類進行分析探討及實例評價。

    一、VCT大地電磁法理論的幾個觀點

    1、大地電磁法的有效場源是來自於地球內部的導電流體和靜磁場的相互作用產生的動態電磁場、與天上的電磁場信號無關。VCT視地表之上所有電磁信號皆為幹擾予以屏蔽、以提高抗幹擾能力。

    2、大地電磁法在地表採集的是電磁波穿過地殼攜帶介質層電磁特性的剩餘能量值，交替傳播的電磁波電場與磁場分量皆可獨立表徵各地層介質的電磁特性，僅用磁傳感器採集數據即可。

    3、大地電磁場源各頻率電磁波自下而上穿過地殼層整體性衰減後，反映介質電磁特性的測值不會隨著探測深度加大信號衰減而遞增，即使是1萬米深度下水的測值依然是小於1的低值。

    4、大地電磁法在地表採集的測值符合鏡像法的唯一性定理要求，每個頻率的測值與地下對應波長深度層介質電磁波能量值互為鏡像關係，即每個頻點都對應一個固定的深度層（波長），與介質的測值（電磁波幅值）無關。

    5、電磁波以電場和磁場交替傳播形式穿過地殼到達地表面，各層介質對入射電磁波產生反射、吸收、散射和透射作用使其被吸收衰減，這一衰減過程與介質的電阻率、介電常數無關。

    二、有關VCT大地電磁法測值物性反映的幾個概念

    1、由於大地電磁場源發出電磁波能量及其經過各層介質具體衰減程度的不可測算性，在地表採集的全頻段電磁波信號值只能是表徵各頻點所對應深度層介質電磁反應特性的相對值。

    2、通過在地表採集到電磁波剩餘能量值可知地層介質對於電磁波的吸收衰減特性，進而總結、判斷該地層介質的屬性。

    3、地層介質的電阻率、介電常數、硬度、強度、密度都不能表徵介質對於電磁波衰減特性的物性特徵，國外大地電磁法原理推導出的電磁波衰減係數與實際明顯不符、無參考價值。

4、利用物探方法只能通過探查地下介質之間的差異來判斷地下巖層屬性、異常及構造，任何儀器都不可能憑藉勘探數據就肯定它是什麼巖石，而是要根據以往勘探數據積累確定的巖性範圍、結合地面勘查、地質資料及個人經驗來判斷它的屬性。

    三、地下不同介質在VCT成像中的物性反映

物探結果分析時主要目標是要找異常，也就是要找與上下層或左右明顯不同的介質或構造。在VCT大地電磁法成像數據圖表中由藍綠黃紅四種顏色且各有10種色差的VCT成像色塊圖顯示從低到高的測值區間，這樣在VCT成像平面圖上一眼就能看出來的就是藍色塊低值與紅色快高值異常。

1、VCT成像平面圖中各種介質的測值區間

根據以往應用中總結的不同巖性的VCT成像物性參數區間為：

測值0--1：液態水或油。一般來說地下空隙內蓄水或聚水多的含水層的測值低，含水裂隙內測值較低，細小裂隙和孔隙內測值稍高。

測值1--2：土層，砂，礫石，煤，卵石，碎石，砂礫巖，各種不堅硬的面巖、泥灰巖、泥巖、泥質砂巖，等等。

測值2—3：砂質面巖，片狀砂巖，普通砂巖，砂巖，灰巖，白雲巖，中粗粒花崗巖，等等。

測值3—4：很硬的石灰巖、白雲巖，不硬的花崗巖，硬的砂巖，硬大理巖，黃鐵礦，等等。

測值4—5：硬度高的花崗巖、花崗質巖石，石英質礦脈，很硬的礫巖，很硬的鐵礦石，深層堅硬的砂巖和石灰巖，等等。

測值5—6：堅硬且完整性較高的石英質礦脈，純度略差的石英巖，深層很硬的花崗巖、石英斑巖矽質面巖及硬度很高的巖石，等等。

測值6以上：極硬、極緻密和韌性最大的石英質礦脈，石英巖，幾千米之下堅硬的花崗巖、石英斑巖矽質面巖，等等。

    2、地下液態水和油在VCT成像中的低值物性反映

在VCT成像平面圖中水、油等液體都顯示出明顯的低值異常，測值約在0--1範圍內。液體對電磁波的折射率大、將電磁波能量轉換成熱能的吸收衰減性好，其對應的VCT測值相對就低。液態石油的折射率和對電磁波能量的吸收衰減性略低於水，其對應的測值區間略高於水、但明顯低於其它固態介質。

3、VCT成像平面圖中的高值異常反映

在VCT成像平面圖中地下空穴中氣體的電磁波穿透性好、折射率低，對應的測值基本上為4以上的高值。固體測值範圍大多數與介質硬度和強度的參數值較為吻合，他們的的測值基本上為遞階增高。然而，在VCT成像平面圖上會有規律性地出現一些高值異常情況，與其硬度和強度參數值相比明顯會高出許多，就像是加熱處理後同樣硬度的金屬、淬火急速冷卻的與緩慢降溫退火的存在著非常明顯的差異。目前對這種現象的理解是巖漿熱液上湧充填或噴發後迅速冷卻、熱水或熱氣作用沉積、或者是巖層間產生劇烈摩擦等地質構造運動，導致該類介質表面硬度明顯增大形成的。比如：在上下兩種地層之間、或覆蓋層之下會有一薄層明顯高於兩種地層測值、大於4的帶狀高值，以此可判斷覆蓋層深度或分層深度。矽化度一般的細、中礦脈帶的測值約在4-6之間，矽化度較好的中、大礦脈帶的測值約在5-7之間；而矽化度很高、連續性很好的大礦脈則呈現為連續的6--20紅色高值。

    四、對於螢石礦成礦特點及分類的基本理解

    對於螢石礦如何劃分類型國內學者認識不一，主要觀點為：王吉平等將中國螢石礦床劃分為熱液充填型、沉積改選型和伴生型三種類型；曹俊臣等認為中國層控螢石礦床可分為產於酸--中酸性巖漿巖及其接觸帶的礦床、產於火山巖及次火山巖中的礦床和產於碳酸鹽及其它沉積巖或火山沉積巖中的礦床；也有人提出按照成礦大地造單元劃分、按照成礦巖層劃分、按照礦床成因劃分、按照成礦溫度劃分、按照成礦物質來源劃分，等等。

    對於各位學者劃分螢石礦床類型的觀點本文不予置評，根據螢石礦床在VCT大地電磁法成像平面圖的反映特點，我們認為將螢石礦床劃分為熱水沉積型、交代沉積型、熱液充填型和伴生型四種分類方法比較符合VCT大地電磁法對於螢石礦床的展現和描述。另外，伴生型螢石礦床的成礦特徵受其主礦種屬性及成礦因素的控制，不存在可供參考的普遍性，在此就不再單獨進行分析。

    五、熱水沉積螢石礦床的成礦特點及在VCT成像中的反映

    產於古生代海相火山沉積巖地區的熱水沉積礦床分布於我國北部中蒙交界的兩大板塊地縫合線的邊緣地區，在內蒙古地區主要有蘇莫查幹敖包等螢石礦，蒙古國的克魯倫和東蒙古兩大螢石成礦帶內也多屬於熱水沉積型螢石礦床。

    此類螢石礦床充填的螢石是由於海底噴發作用將海底已形成的或在沉積成巖作用期間形成的CaF2與碳酸鹽一起沉澱形成的，並在其後的區域變質或熱液活動過程中進一步改造富集成礦，屬於沉積改造礦床。螢石礦體與巖層呈整合接觸，構成層狀或似層狀礦體，螢石礦床的展布面積大、CaF2儲量很大，具有超過脈狀礦床的經濟價值。

    此類螢石礦床具有幾個主要特點：（1）產於海相火山沉積巖地區的熱水沉積礦床，無論其所處基巖層是酸性火山沉積巖還是基性玄武巖，關鍵是要有無碳酸鹽巖（或陸源碳酸鹽巖）層的存在；（2）礦體嚴格受層位控制，呈層狀產出，與圍巖整合接觸；（3）礦石礦物基本上為單一螢石礦，按構造特徵分可為糖粒狀礦石、角礫狀礦石、條帶狀－條紋狀礦石、骨架狀礦石和偉晶狀礦石；（4）淺部沉積螢石礦體之下仍有礦體存在，且與圍巖之間均成不整合接觸，其礦體形態主要受構造裂隙控制。

    熱水沉積螢石礦床在VCT成像剖面圖上的反映特點：

    1、地表下淺層小顆粒結晶、鬆散結塊的螢石礦床，由於未完全成巖且結塊鬆散，其測值不高。大部分測值在4以下，少數結晶成塊的礦石所在點位測值在4-5之間。這種鬆散沉積成礦的螢石礦床成礦溫度低、品位不高，多在淺層10米之上，厚度有限。

        圖一 熱水沉積螢石礦床（淺表層）

    2、產自海相火山沉積巖地區的熱水沉積螢石礦床可能會有多層，一般在最上層的礦體較厚、結晶較差、品位較低，看似整層結為一體的含礦層的礦化度並不均勻。所以，在VCT成像剖面圖上顯示出4以上測值的色塊並不連續，相對聚集多的區塊應該就是螢石礦較多的位置；因成礦溫度不高、含礦點測值多在4--6（紫色塊）範圍內，若是有零星出現測值為6以上（紅色塊）的位置，就說明該處有結晶較好、品位較高的礦石。

             圖二 熱水沉積螢石礦床（淺層）

    3、在一百米之上會出現幾層很薄的石英脈，其特點是只有幾釐米或十幾釐米厚、連續性較好、傾角不大，一般為不同地層接觸面，兩層圍巖礦化度不高。在0.2米細分層VCT成像剖面圖上會出現很薄的連續性較好的層狀紅色塊或深紫色塊（測值在6左右）顯示的石英脈，即使是部分區段上下顯示有一定厚度的螢石礦，其成礦應該與石英脈無關。

             圖三 熱水沉積螢石礦床（淺中層）

    4、再下一層螢石礦一般會以連續性較好、矽化度較高的礦體為中心，向兩側圍巖擴展形成礦床。在VCT成像剖面圖上可以看到紅色塊（>6）連續性不是很好的含礦層較厚，而紅色塊（>6）連續性很好的含礦層則較薄。

               圖四 熱水沉積螢石礦床（中深層）

    六、交代沉積螢石礦床的成礦特點及在VCT成像中的反映

交代沉積型螢石礦床多分布於中國西南的晴隆縣—富源縣一帶位於揚子陸塊區上的基性火山巖發育地區。主要包括那些產於海相火山沉積巖和淺變質碎屑巖地區陸源碳酸鹽巖中的礦床，具有代表性的有晴隆縣大廠、富源縣老廠螢石礦。

由於循環於地下的高氟熱水溶液對賦礦沉積地層進行一定程度的交代作用形成了成礦物質，而後又於有利部位充填、沉澱、結晶形成礦床。我國沉積改造型螢石礦床礦層或礦源層形成時代均為二疊紀，改造期均為燕山期，且螢石礦床的賦礦層位、賦礦圍巖均與碳酸鹽巖有關。

    此類螢石礦床具有幾個主要特點：（1）主要在碳酸鹽巖層中成礦，礦化程度對圍巖的依賴十分明顯；（2）礦體為充填兼交代式，呈似層狀、透鏡體狀和不規則狀賦存在斷裂裂隙和層間破碎帶中；（3）早期螢石呈不規則透鏡狀和團塊狀，主要作為輝銻礦石的脈石礦物產出；晚期螢石晶形完整、純淨透明，呈粗大脈狀、團塊狀產出或分布於洞穴中；（4）F傾向於在白雲巖等富 Mg巖層中富集，產於碳酸鹽巖中的沉積型螢石礦床多與白雲巖、炭質白雲巖等巖層或其底部的富鎂性相關。

    交代沉積螢石礦床在VCT成像剖面圖上的反映特點：因碳酸鹽巖的孔隙裂隙發育較好，熱液侵入層間破碎帶產生交代蝕變作用形成的螢石礦床，在VCT成像剖面圖上會出現紅色塊（>6）高值為主、測值在4--6範圍紫色塊為輔的螢石礦層。此類礦床的厚度較大、礦化度高低不均，礦床隨地層起伏變化、傾角不大。

             圖五 交代沉積螢石礦床（淺層）

            圖六 交代沉積螢石礦床（淺中層）

    七、熱液充填型螢石礦床的成礦特點及在VCT成像中的反映

    熱液充填型是我國螢石礦主要礦床類型， 分布於我國浙、閩、贛、甘等省區，成因類型可歸為巖漿期後熱液充填與古地熱水深環流汲取熱液充填型等，構造上則主要產於武夷--雲開--臺灣造山系、揚子陸塊區、華北陸塊區、秦祁昆造山系、天山--興蒙造山系和塔裡木陸塊區等地區。

    熱液充填型螢石礦床按照形成時期劃分可分為兩類：一是巖漿期後熱液充填型，即在圍巖成巖之後由熱液活動引起充填形成礦床；二是在沉積形成礦源層後被熱液萃取沉澱充填形成礦床。形成大型螢石礦床的侵入巖絕大部分為燕山期侵入巖，而與華力西期及更早期的侵入巖有關的礦床多為中小型礦床。

    熱液充填型螢石礦床具有幾個主要特點：（1）成礦主要與晚期巖漿活動有關，地層越新、巖漿活動期越晚、對氟的富集成礦越有利，成礦規模較大；（2）成礦與賦礦圍巖關聯不大，變質巖、沉積巖、火山巖、侵入巖等巖層內皆有充填型螢石礦床，相對而言形成大型礦床的賦礦圍巖以灰巖為多，如八面山螢石礦床、德安縣洪溪坂螢石礦床；（3）在礦床附近多有侵入巖存在、且絕大部分為燕山期侵入巖，巖漿活動為地下熱水萃取 F、Ca成為含礦熱滷水提供了熱源；（4）礦床的形成均與大斷裂、斷裂破碎帶有關，大斷裂、斷裂破碎帶是含礦熱源的運移通道和賦礦空間。

    熱液充填型螢石礦床在VCT成像剖面圖上的反映特點：一是淺層礦脈與裂隙的發育程度與走向相關，原有裂隙小、熱液侵入充填成脈薄、測值不高（4--6）；原有裂隙較寬、熱液侵入充填成脈較厚，以高測值為主脈（>6），兩側為較低測值（4--6）紫色塊。二是形成礦床沒有規律、有連有斷、傾角有大有小、有寬有窄。三是淺部以大傾角裂隙侵入形成的細脈礦床為主，中部以層間接觸帶侵入成礦為主，深部以大傾角、高測值礦脈為主。

             圖七 熱液充填型螢石礦床（淺中層）

             圖八 熱液充填型螢石礦床（中深層）

             圖九 熱液充填型螢石礦床（深層）

    八、小結

    1、淺層未成巖低品位熱水沉積螢石礦床在VCT成像剖面圖上測值基本上都在4以下，很難區分礦床與基巖；淺層已成巖礦床一般品位不是很高，測值多在4--6之間、個別點超過6，且呈相對集聚的散落狀塊狀礦床。

    2、成礦於碳酸鹽巖中的交代沉積螢石礦床在VCT成像剖面圖上會出現紅色塊（>6）高值為主礦層、測值在4--6範圍紫色塊為輔的螢石礦層。

    3、沉積型螢石礦一般都會有多層礦床，最上層的礦體較厚、結晶較差、品位較低，越靠下的螢石礦床測值為6以上的紅色塊越多、越連續，說明礦脈結晶較好、品位較高。

    4、熱液充填型螢石礦的成礦與斷裂構造有很大關聯，淺層細礦脈隨裂隙大傾角下延，中部以層間接觸帶侵入成礦為主，深部以大傾角、高測值礦脈為主。

    參考文獻

【1】曹俊臣，中國螢石礦床分類及其成礦規律，地質與勘探，1987-3

【2】王吉平等，中國螢石礦床分類，中國地質，2014-4

【3】寇偉，寇通，地下介質的電磁波衰減特性及在VCT大地電磁法中的物性反映，工程技術，2019-11