內蒙古螢石礦預測評價模型與資源潛力分析?

王開虎

中化地質礦山總局內蒙古地質勘查院，內蒙古 呼和浩特 010000

螢石作為一種重要的不可再生非金屬礦物原料，被廣泛地用于氟化工、冶金、建材(如玻璃、陶瓷、水泥等)等傳統產業中。近幾十年來，隨著戰略性新興產業的興起，螢石在新一代信息技術、新能源、新材料、新醫藥、高端智能制造、節能環保等領域中也得到廣泛的應用[1-5]。與稀土類似，螢石也是世界級的稀缺資源，被稱之為“第二稀土”，其經濟價值逐漸攀升，戰略地位日益顯著，已經被中國、美國、歐盟、加拿大、澳大利亞、日本等國列為戰略性關鍵礦產[5]。加大中國螢石礦勘查力度、摸清螢石礦資源的家底、擴大螢石礦產資源量、提高螢石礦資源的保障能力是地質礦產勘查部門服務于國家重大需求和戰略的重要舉措。內蒙古螢石資源較為豐富，螢石探明保有資源儲量位居中國第一[6]。前人曾對內蒙古螢石礦床分布及其成礦規律[6-9]、典型螢石礦床成因類型、物質來源、形成時代[10-19]等開展過許多研究工作，但對內蒙古螢石資源潛力及成礦預測的研究涉及較少[19]。王吉平等[6]將內蒙古螢石礦床劃分為3 個成礦帶，金塔-額濟納旗螢石礦成礦帶、四子王旗螢石礦成礦帶、內蒙東部螢石礦成礦帶；吳磊[7]把內蒙古螢石礦床分為沉積改造型（典型礦床為四子王旗蘇莫查干敖包螢石礦床、敖包吐螢石礦床，礦床規模為大型-超大型）、熱液充填型（額濟納旗七一山螢石礦床、四子王旗西里廟螢石礦、林西縣水頭螢石礦、蘇尼特右旗巴彥敖包螢石礦、達茂旗黑沙圖螢石礦、喀喇沁旗大西溝螢石礦、敖漢旗白杖子螢石礦，礦床規模為中-小型）、伴生螢石礦床（白云鄂博鐵鈮稀土礦伴生螢石礦床）等三種類型，其中以熱液充填型為主，螢石礦的形成時代主要為華力西期、印支期及燕山期，其中華力西期為螢石礦形成的最主要時期；趙省民等[10]認為七一山螢石礦床中鈣來自圍巖大理巖，而氟來自巖漿熱液，該礦床的形成時代為5115Ma[11]；蘇莫查干敖包螢石礦床為大型螢石礦床，其成因類型和形成時代仍有爭議，吳磊[7]、武景龍等[8]認為該礦床為沉積改造型，礦體嚴格受下二疊統大石寨組的結晶灰巖及大理巖層控制，而王萬昌等[12]、聶鳳軍等[13]、許東青等[14]則認為該礦床為巖漿熱液型，其成礦時代為早二疊世[13]，早白堊世[12,14]；林西地區、喀喇沁旗、烏蘭浩特地區的螢石礦床主要為巖漿熱液型，其形成時代主要為早白堊世[9,16-19]。本文以內蒙古自治區螢石單礦種資源潛力評價成果為基礎，建立內蒙古沉積改造型、熱液充填型螢石礦床的區域預測評價模型，并估算其資源量，為內蒙古螢石礦資源的開發利用提供科學依據。

1 內蒙古螢石礦資源概況

1.1 內蒙古螢石礦資源分布

內蒙古螢石礦資源分布較為廣泛。全區有螢石礦床（點）共計167 處[20]，其中超大型礦床2處、大型礦床4 處、中型礦床13 處、小型礦床105 處、礦（化）點43 處。從螢石礦床（點）的數量看，內蒙古的螢石礦以中、小型礦床為主，大型、超大型螢石礦床數量少。從螢石礦分布地域看，除呼和浩特市、鄂爾多斯市、烏海市尚未發現螢石礦產地以外，內蒙古的其余九個盟(市)均有螢石資源分布[20]，其中赤峰市、錫林郭勒盟的螢石礦產地數量最多，分別為66 處和48 處[20]。不同盟(市)擁有的螢石礦資源量從大到小依次為：烏蘭察布市＞錫林郭勒盟＞赤峰市＞包頭市＞阿拉善盟＞呼倫貝爾市＞巴彥淖爾市＞通遼市＞興安盟，其中烏蘭察布市、錫林郭勒盟、赤峰市的螢石礦資源量占全區的86.34%。

1.2 內蒙古螢石礦床的成因類型

內蒙古的螢石礦床按其成因類型，分為沉積改造型礦床、熱液充填型礦床、伴生型螢石礦床。

沉積改造型螢石礦床是內蒙古境內比較重要的礦床類型之一。該類型螢石礦床數量較小，但其規模相對較大，多為中型及以上規模的礦床，已查明的資源量是熱液充填型螢石礦床探明資源量的2.3 倍。該類型礦床分布比較集中，主要產于二疊系大石寨組的一套碳酸鹽巖地層中，并受褶皺構造影響較明顯，尤其是在褶皺核部的平緩部位，往往形成厚度較大的螢石礦體。代表性的礦床主要為四子王旗蘇莫查干敖包螢石礦床、四子王旗北敖包吐螢石礦床、滿提螢石礦床、西里廟螢石礦床等。

熱液充填型螢石礦床是內蒙古境內分布最廣和數量最多的礦床類型，形成時代以印支期-燕山期為主。該類型螢石礦床的規模相對較小，多為小型礦床、礦點。螢石礦床的圍巖主要為中酸性-酸性侵入巖、火山巖、碳酸巖、變質巖等。螢石礦床主要產于斷裂帶中，其產狀、規模主要是受到斷裂構造的控制。代表性的礦床主要為額濟納旗東七一山螢石礦、阿拉善右旗哈布達哈拉螢石礦、達茂旗黑沙圖螢石礦、二連浩特白音腦包螢石礦、錫林浩特躍進螢石礦、喀喇沁旗大西溝螢石礦、錫林浩特白音錫勒牧場螢石礦等。

伴生型螢石礦床僅為白云鄂博伴生螢石礦床，分布于白云鄂博礦區。此類型的螢石礦體產于中元古代白云鄂博群哈拉霍疙特巖組的碳酸巖體中，與鐵礦、稀土礦、鈮礦伴生產出，是內蒙古仍至世界上比較少見的螢石礦類型。

2 內蒙古螢石礦預測模型

2.1 螢石礦預測方法類型

在內蒙古境內的螢石礦床中，熱液充填型螢石礦床數量最多，而沉積改造型螢石礦床數量相對較少，但已查明的資源量相對較大。故內蒙古螢石礦預測評價工作以熱液充填型螢石礦床、沉積改造型螢石礦床的預測評價為主。

采用的螢石礦預測方法類型有2 種，即層控內生型和侵入巖體型（表1）。層控內生型螢石礦床主要受地層控制，相應的預測模型為沉積改造型螢石礦床；侵入巖體型螢石礦床與中酸性、酸性火成巖體的時空關系較為密切，主要受斷裂構造控制，相應的預測模型為熱液充填型螢石礦床。根據上述特點，在內蒙古境內共劃分出17 個螢石礦預測工作區，層控內生型螢石礦的預測工作區共1 個，采用的典型礦床為蘇莫查干敖螢石礦；侵入巖體型螢石礦的預測工作區共16 個，采用的典型礦床為神螺山螢石礦、東七一山螢石礦、思格勒螢石礦、巴音哈太螢石礦、黑沙圖螢石礦、白音腦包螢石礦、白彥敖包螢石礦、太仆寺東郊螢石礦、躍進螢石礦、蘇達勒螢石礦、大西溝螢石礦、陳道溝螢石礦、昆庫力螢石礦、哈達汗螢石礦、六合屯螢石礦、白音錫勒牧場螢石礦。

表1 內蒙古螢石單礦種預測方法類型及預測工作區劃分Table 1 Types of prediction methods and prediction division of working area for single mineral of fluorite in Inner Mongolia

2.2 螢石礦預測的概念模型及預測要素

2.2.1 沉積改造型螢石礦床

沉積改造型螢石礦床主要產于二疊系大石寨組中，該組為一套火山-沉積地層，主要巖石類型為凝灰巖、流紋巖、炭質板巖、結晶灰巖及大理巖等，其中螢石礦體主要呈層狀、似層狀產于結晶灰巖和大理巖中。燕山期富含F、CO2、H2O 等揮發性組分的中酸性巖漿侵入到大石寨組中，使地層發生淋濾、萃取和改造作用，形成富含氟離子或氟絡合物的熱水溶液，地層中的CaCO3與熱液中的HF 結合，形成螢石礦床，其化學反應為：2HF+CaCO3→CaF2+H2O+CO2。

代表性的典型礦床為四子王旗蘇莫查干敖包螢石礦。以蘇莫查干敖包螢石礦床成礦要素圖為基礎，綜合研究重力、地球化學等綜合找礦信息，總結該礦床預測要素；以礦床剖面為基礎，疊加化探氟異常剖面圖，構建蘇莫查干敖包螢石礦床預測模型圖。在此基礎上，根據蘇莫查干敖包螢石礦床所在預測工作區的區域成礦要素和物探重力、化探資料，建立該區的區域預測要素（表2），編制該區預測模型圖（圖1）。蘇莫查干敖包-敖包吐預測工作區的區域預測模型可作為內蒙古沉積改造型螢石礦主要的預測模型。

圖1 蘇莫查干敖包-敖包吐預測工作區預測模型圖Fig 1 Prediction model of Sumoagan Oboo-Aobaotu working area for prediction

表2 蘇莫查干敖包-敖包吐預測工作區預測要素表Table 2 Table of prediction elements of Sumoagan oboo-Aobotu working area for prediction

2.2.2 熱液充填型螢石礦床

熱液充填型螢石礦床主要產于巖體與地層的接觸帶、巖體或地層中的構造破碎帶中，其賦礦圍巖類型多樣，既有火成巖，又有沉積巖、變質巖。成礦時代主要為燕山期，次為華力西期、印支期。礦體主要賦存于斷裂帶中，呈脈狀、透鏡狀狀產出。在華力西期-印支期-燕山期，由于板塊俯沖、陸內造山或地幔柱作用，造成殼地幔物質發生熔融，形成富含F、CO2、H2O、SiO2等揮發性組分的中酸性巖漿；伴隨著巖漿的結晶分異作用，溶解在巖漿中的揮發性組分釋放出來形成富含氟離子或氟絡合物的熱液流體；隨著溫度、壓力的降低以及大氣降水的混入，富氟的熱液流體沿斷裂和構造破碎帶富集沉淀，經充填和交代作用形成螢石礦床，其化學反應為：4HF+SiO2→SiF4+2H2O；SiF4+2CaCO3→2CaF2+CO2+SiO2。

代表性的典型礦床為恩格勒螢石礦床。以恩格勒螢石礦床成礦要素圖為基礎，綜合研究重力、地球化學等綜合找礦信息，總結該礦床預測要素；以礦床剖面為基礎，疊加化探氟異常剖面圖，構建該礦床預測模型圖。在此基礎上，根據恩格勒螢石礦床所在預測工作區的區域成礦要素和物探重力、化探資料，建立該區的區域預測要素（表3），編制該區預測模型圖（圖2）。哈布達哈拉-恩格勒預測工作區的區域預測模型為熱液充填型螢石礦主要的預測模型之一。

圖2 哈布達哈拉-恩格勒預測工作區預測模型圖Fig 2 Prediction model of Habudahala-Engele working area for prediction

表3 哈布達哈拉-恩格勒預測工作區預測要素表Table 3 Table of prediction elements of Habudahala-Engele working area for prediction

3 預測區圈定及優選

3.1 預測區圈定

3.1.1 預測區圈定方法

本文采用的螢石礦預測方法類型有：層控內生型和侵入巖體型。根據這一特點，預測區圈定采用綜合信息地質單元法與脈體含礦率類比法相結合的方法。

3.1.2 預測區圈定原則

圈定預測邊界時，應全面考慮各種預測要素和綜合信息的應用；預測區的基本邊界是含螢石巖系以及巖體與構造縫合帶的分布邊界；有含螢石巖系地層存在的區域均應圈定并盡量保證走向上的完整；考慮構造形態，被成礦期后地質構造限定的或按地理分區歸并螢石礦區，考慮計算的方便并進行必要的分拆；有同一含螢石巖系的已知礦床分布，未知預測區有相同含螢石巖系分布；結合重力、地球化學、巖層厚度、構造走向深度等情況確定分區范圍；預測區規模主要應考慮含螢石巖段以及構造和巖體分布的連續性，一般應控制在在同一含螢石巖段連續分布的范圍內，大致相當于化工礦山一個礦區的范圍，面積在100km2以內；有第四系覆蓋的區域，按含螢石巖系、巖體的分布規律進行適當的剝離。

3.2 預測區優選

3.2.1 預測要素應用及變量確定

由于模型區的選擇對預測結果有很大的影響，因此模型區的選擇尤為重要。模型區選擇的主要依據：一是工作程度要高，根據礦床的勘探或詳查資料詳細程度，盡量選擇研究程度高的單元，使大多數單元具有一定的可靠性；二是要有代表性，模型區應盡可能包含所有的預測要素，并擁有已探明的儲量報告。

預測選取了17 個模型區（表1）。其中含礦巖系、含礦巖體、構造特征、成礦時代和礦點因素對相應類型螢石礦的成礦作用最大，其它要素次之。疊加含礦巖系、含礦巖體圖層和礦點圖層，發現所有螢石礦床（點）分布的最小預測區全部被保留，絕大部分有含礦巖系、巖體存在的最小預測區被保留。對保留下來的預測區，再根據預測要素進行分類。有含礦巖系、巖體、構造、氟異常較好和礦床（點）的圈定為A 類最小預測區；有含礦巖系、巖體、構造、氟異常一般和螢石礦化點的圈定為B 類最小預測區；只有含礦巖系、巖體、構造的，圈定為C 類最小預測區。

3.2.2 預測區評述

通過預測區優選，確定最小預測區282 個，其中A 類預測區45 個，B 類預測區84 個，C 類預測區153 個（圖3）。

圖3 內蒙古螢石礦成礦預測圖Fig 3 Minerogenetic prediction map of the fluorite deposits in Inner Mongolia

A 類預測區：為主要預測要素同時具備、成礦概率最高的預測區。即存在有利地層，區內有含礦巖系、巖體、構造和有一定規模的礦床（小型規模及以上）分布。

B 類預測區：為成礦概率中等的預測區。除存在有利含礦巖系、含礦巖體、構造這一個要素外，還應有螢石礦化點（小型規模以下）。

C 類預測區：為成礦概率最低的預測區。應存在有利含礦巖系、含礦巖體、構造。

4 螢石礦預測資源量估算及資源潛力分析

4.1 螢石礦預測資源量估算

4.1.1 模型區含礦系數確定

模型區含礦系數=模型區資源總量÷（模型區總體積×含礦地質體面積參數）；模型區總體積=模型區面積×模型區延深。根據不同預測方法類型、不同預測工作區分別確定含礦地質體面積參數。模型區的延深一般與典型礦床一致。

4.1.2 預測資源量估算參數

面積參數：采用最小預測區水平投影面積。首先利用特征分析法，采用地質單元，在MRAS2.0 下進行最小預測區的圈定與優選。然后在MapGIS 下，根據優選結果直接在預測底圖上量取最小預測區面積。

延深參數的確定：延深是指含礦地質體在傾向上的長度，有些產狀不明確者，相當于垂直深度。延深的確定是在研究最小預測區含礦地質體地質特征、巖體的形成深度、礦化蝕變、礦化類型的基礎上，對比典型礦床特征綜合確定的，部分由成礦帶模型類比或專家估計給出。

品位和體重的確定：最小預測區品位、體重均采用預測工作區內典型礦床或模型礦床勘查報告中的數據。

相似系數的確定：各預測工作區最小預測區相似系數的確定，主要依據最小預測區內含礦巖系、含礦巖體、地質構造發育程度不同及礦（化）點的多少等因素綜合確定。

4.1.3 最小預測區預測資源量估算

采用地質體積法與脈體含率類比法相結合的估算方法進行最小預測區預測資源量估算。對500m 以淺、1000m 以淺、2000m 以淺分別進行資源量估算。

預測資源量估算公式：

式中：Z 預-預測區預測資源量，t；S 預-預測區面積，m2；H 預-預測區延深（指預測區含礦地質體延深），m；Ks-含礦地質體面積參數；K-模型區礦床的含礦系數；α-相似系數。

4.2 螢石礦資源潛力分析

內蒙古探明的螢石礦資源量（CaF2）為19002.24 千t，預測的螢石礦資源量（CaF2）為66372.32 千t，其中沉積改造型螢石礦預測資源量為54500.29 千t，熱液充填型螢石礦預測資源量為11872.03 千t。

采用不同統計方法統計的螢石礦預測資源量見圖4。按精度統計，獲得334-1 級預測資源量40330.75 千t，334-2 級資源量10916.01 千t，334-3 級資源量15125.56 千t（圖4a）；按預測工作區不同深度統計，獲得500m 以淺預測資源量20823.32 千t，1000m 以淺預測資源量66372.32千t，2000m 以淺預測資源量66372.32 千t（圖4b）；按照預測方法類型統計，獲得層控內生型螢石礦預測資源量為54500.29 千t，侵入巖體型螢石礦預測資源量11872.03 千t（圖4c）；根據深度、當前開采經濟條件、礦石可選性、外部交通水電環境等條件的可利用性，獲得可利用螢石礦預測資源量約56640.7 千t，暫不可利用約9731.62 千t（圖4d）。

圖4 內蒙古螢石礦預測資源量（CaF2）統計圖解Fig 4 Statistical chart of predicted resources (CaF2) of fluorite ores in Inner Mongolia

內蒙古預測的螢石礦資源量（CaF2）為66372.32 千 t，可利用螢石礦預測資源量約56640.7 千t，而探明的螢石礦資源量為19002.24千t，表明內蒙古螢石礦具有較大的找礦潛力。

5 結論

（1）在內蒙古螢石礦成因類型分析的基礎上，建立了熱液充填型和沉積改造型螢石礦床的預測評價模型，并總結了預測評價要素。

（2）確定最小預測區282 個，其中A 類預測區45 個，B 類預測區84 個，C 類預測區153 個。

（3）內蒙古螢石礦預測資源量約66372.32千 t，其中層控內生型螢石礦預測資源量為54500.29 千t，侵入巖體型螢石礦預測資源量11872.03 千t。

（4）可利用螢石礦預測資源量約56640.7 千t，探明的螢石礦資源量為19002.24 千t，表明內蒙古螢石礦具有較大的找礦潛力。