论萤石矿床成矿特点及在VCT成像中的物性反映

mt-vct · 发表于 2020-7-17 10:41

论萤石矿床成矿特点及在VCT成像中的物性反映

寇伟寇通

郑州地象科技有限公司，河南郑州 450000

摘要： VCT大地电磁法通过低值异常找水定井和地热资源勘探应用已较为成熟，而通过高值异常找矿等应用尚在探索之中。从目前在钨矿、萤石矿、铜矿等岩脉型矿床的勘探试验成果来看，矿脉呈现明显高值异常，VCT探矿仪0.2米/层的纵向高分辨率足以展现地下各层岩脉型矿床的分布及厚度。本文在借鉴前人总结出萤石矿床成矿特点的基础上，针对不同类型萤石矿床在VCT成像剖面图中的反映，总结萤石矿的物性测值区间及不同类型矿床的分布特点。

关键词：VCT大地电磁法，萤石矿，物性反映

2019年4月，我去蒙古国苏赫巴托一个萤石矿帮朋友勘探找水打了两口水井，以解他们选矿厂因缺水几个月停工之急。我去的主要目的是要在萤石矿区对有钻探资料的剖面用VCT探测仪进行复勘，以便对比分析VCT成像中萤石矿的物性反映。去后在已经开挖的露天萤石矿测了十几条剖面，又在二百公里外东蒙古萤石成矿带上的一个矿区正在钻探的剖面上探测了几条线路。因是在已开采及有钻探资料的矿床之上进行复勘，可与现场开采情况及钻探成果进行对照分析，收获颇多，在此进行初步的研究探讨。

本文首先简单陈述一下VCT大地电磁法理论的几个观点、有关VCT大地电磁法测值物性反映的几个概念、以及地下不同介质在VCT成像中的物性反映，便于理解应用VCT大地电磁法勘探萤石矿的分析方法及结果，然后再根据不同类型萤石矿床的成矿特点分类进行分析探讨及实例评价。

一、VCT大地电磁法理论的几个观点

1、大地电磁法的有效场源是来自于地球内部的导电流体和静磁场的相互作用产生的动态电磁场、与天上的电磁场信号无关。VCT视地表之上所有电磁信号皆为干扰予以屏蔽、以提高抗干扰能力。

2、大地电磁法在地表采集的是电磁波穿过地壳携带介质层电磁特性的剩余能量值，交替传播的电磁波电场与磁场分量皆可独立表征各地层介质的电磁特性，仅用磁传感器采集数据即可。

3、大地电磁场源各频率电磁波自下而上穿过地壳层整体性衰减后，反映介质电磁特性的测值不会随着探测深度加大信号衰减而递增，即使是1万米深度下水的测值依然是小于1的低值。

4、大地电磁法在地表采集的测值符合镜像法的唯一性定理要求，每个频率的测值与地下对应波长深度层介质电磁波能量值互为镜像关系，即每个频点都对应一个固定的深度层（波长），与介质的测值（电磁波幅值）无关。

5、电磁波以电场和磁场交替传播形式穿过地壳到达地表面，各层介质对入射电磁波产生反射、吸收、散射和透射作用使其被吸收衰减，这一衰减过程与介质的电阻率、介电常数无关。

二、有关VCT大地电磁法测值物性反映的几个概念

1、由于大地电磁场源发出电磁波能量及其经过各层介质具体衰减程度的不可测算性，在地表采集的全频段电磁波信号值只能是表征各频点所对应深度层介质电磁反应特性的相对值。

2、通过在地表采集到电磁波剩余能量值可知地层介质对于电磁波的吸收衰减特性，进而总结、判断该地层介质的属性。

3、地层介质的电阻率、介电常数、硬度、强度、密度都不能表征介质对于电磁波衰减特性的物性特征，国外大地电磁法原理推导出的电磁波衰减系数与实际明显不符、无参考价值。

4、利用物探方法只能通过探查地下介质之间的差异来判断地下岩层属性、异常及构造，任何仪器都不可能凭借勘探数据就肯定它是什么岩石，而是要根据以往勘探数据积累确定的岩性范围、结合地面勘查、地质资料及个人经验来判断它的属性。

三、地下不同介质在VCT成像中的物性反映

物探结果分析时主要目标是要找异常，也就是要找与上下层或左右明显不同的介质或构造。在VCT大地电磁法成像数据图表中由蓝绿黄红四种颜色且各有10种色差的VCT成像色块图显示从低到高的测值区间，这样在VCT成像平面图上一眼就能看出来的就是蓝色块低值与红色快高值异常。

1、VCT成像平面图中各种介质的测值区间

根据以往应用中总结的不同岩性的VCT成像物性参数区间为：

测值0--1：液态水或油。一般来说地下空隙内蓄水或聚水多的含水层的测值低，含水裂隙内测值较低，细小裂隙和孔隙内测值稍高。

测值1--2：土层，砂，砾石，煤，卵石，碎石，砂砾岩，各种不坚硬的面岩、泥灰岩、泥岩、泥质砂岩，等等。

测值2—3：砂质面岩，片状砂岩，普通砂岩，砂岩，灰岩，白云岩，中粗粒花岗岩，等等。

测值3—4：很硬的石灰岩、白云岩，不硬的花岗岩，硬的砂岩，硬大理岩，黄铁矿，等等。

测值4—5：硬度高的花岗岩、花岗质岩石，石英质矿脉，很硬的砾岩，很硬的铁矿石，深层坚硬的砂岩和石灰岩，等等。

测值5—6：坚硬且完整性较高的石英质矿脉，纯度略差的石英岩，深层很硬的花岗岩、石英斑岩硅质面岩及硬度很高的岩石，等等。

测值6以上：极硬、极致密和韧性最大的石英质矿脉，石英岩，几千米之下坚硬的花岗岩、石英斑岩硅质面岩，等等。

2、地下液态水和油在VCT成像中的低值物性反映

在VCT成像平面图中水、油等液体都显示出明显的低值异常，测值约在0--1范围内。液体对电磁波的折射率大、将电磁波能量转换成热能的吸收衰减性好，其对应的VCT测值相对就低。液态石油的折射率和对电磁波能量的吸收衰减性略低于水，其对应的测值区间略高于水、但明显低于其它固态介质。

3、VCT成像平面图中的高值异常反映

在VCT成像平面图中地下空穴中气体的电磁波穿透性好、折射率低，对应的测值基本上为4以上的高值。固体测值范围大多数与介质硬度和强度的参数值较为吻合，他们的的测值基本上为递阶增高。然而，在VCT成像平面图上会有规律性地出现一些高值异常情况，与其硬度和强度参数值相比明显会高出许多，就像是加热处理后同样硬度的金属、淬火急速冷却的与缓慢降温退火的存在着非常明显的差异。目前对这种现象的理解是岩浆热液上涌充填或喷发后迅速冷却、热水或热气作用沉积、或者是岩层间产生剧烈摩擦等地质构造运动，导致该类介质表面硬度明显增大形成的。比如：在上下两种地层之间、或覆盖层之下会有一薄层明显高于两种地层测值、大于4的带状高值，以此可判断覆盖层深度或分层深度。硅化度一般的细、中矿脉带的测值约在4-6之间，硅化度较好的中、大矿脉带的测值约在5-7之间；而硅化度很高、连续性很好的大矿脉则呈现为连续的6--20红色高值。

四、对于萤石矿成矿特点及分类的基本理解

对于萤石矿如何划分类型国内学者认识不一，主要观点为：王吉平等将中国萤石矿床划分为热液充填型、沉积改选型和伴生型三种类型；曹俊臣等认为中国层控萤石矿床可分为产于酸--中酸性岩浆岩及其接触带的矿床、产于火山岩及次火山岩中的矿床和产于碳酸盐及其它沉积岩或火山沉积岩中的矿床；也有人提出按照成矿大地造单元划分、按照成矿岩层划分、按照矿床成因划分、按照成矿温度划分、按照成矿物质来源划分，等等。

对于各位学者划分萤石矿床类型的观点本文不予置评，根据萤石矿床在VCT大地电磁法成像平面图的反映特点，我们认为将萤石矿床划分为热水沉积型、交代沉积型、热液充填型和伴生型四种分类方法比较符合VCT大地电磁法对于萤石矿床的展现和描述。另外，伴生型萤石矿床的成矿特征受其主矿种属性及成矿因素的控制，不存在可供参考的普遍性，在此就不再单独进行分析。

五、热水沉积萤石矿床的成矿特点及在VCT成像中的反映

产于古生代海相火山沉积岩地区的热水沉积矿床分布于我国北部中蒙交界的两大板块地缝合线的边缘地区，在内蒙古地区主要有苏莫查干敖包等萤石矿，蒙古国的克鲁伦和东蒙古两大萤石成矿带内也多属于热水沉积型萤石矿床。

此类萤石矿床充填的萤石是由于海底喷发作用将海底已形成的或在沉积成岩作用期间形成的CaF2与碳酸盐一起沉淀形成的，并在其后的区域变质或热液活动过程中进一步改造富集成矿，属于沉积改造矿床。萤石矿体与岩层呈整合接触，构成层状或似层状矿体，萤石矿床的展布面积大、CaF2储量很大，具有超过脉状矿床的经济价值。

此类萤石矿床具有几个主要特点：（1）产于海相火山沉积岩地区的热水沉积矿床，无论其所处基岩层是酸性火山沉积岩还是基性玄武岩，关键是要有无碳酸盐岩（或陆源碳酸盐岩）层的存在；（2）矿体严格受层位控制，呈层状产出，与围岩整合接触；（3）矿石矿物基本上为单一萤石矿，按构造特征分可为糖粒状矿石、角砾状矿石、条带状－条纹状矿石、骨架状矿石和伟晶状矿石；（4）浅部沉积萤石矿体之下仍有矿体存在，且与围岩之间均成不整合接触，其矿体形态主要受构造裂隙控制。

热水沉积萤石矿床在VCT成像剖面图上的反映特点：

1、地表下浅层小颗粒结晶、松散结块的萤石矿床，由于未完全成岩且结块松散，其测值不高。大部分测值在4以下，少数结晶成块的矿石所在点位测值在4-5之间。这种松散沉积成矿的萤石矿床成矿温度低、品位不高，多在浅层10米之上，厚度有限。

图一热水沉积萤石矿床（浅表层）

2、产自海相火山沉积岩地区的热水沉积萤石矿床可能会有多层，一般在最上层的矿体较厚、结晶较差、品位较低，看似整层结为一体的含矿层的矿化度并不均匀。所以，在VCT成像剖面图上显示出4以上测值的色块并不连续，相对聚集多的区块应该就是萤石矿较多的位置；因成矿温度不高、含矿点测值多在4--6（紫色块）范围内，若是有零星出现测值为6以上（红色块）的位置，就说明该处有结晶较好、品位较高的矿石。

图二热水沉积萤石矿床（浅层）

3、在一百米之上会出现几层很薄的石英脉，其特点是只有几厘米或十几厘米厚、连续性较好、倾角不大，一般为不同地层接触面，两层围岩矿化度不高。在0.2米细分层VCT成像剖面图上会出现很薄的连续性较好的层状红色块或深紫色块（测值在6左右）显示的石英脉，即使是部分区段上下显示有一定厚度的萤石矿，其成矿应该与石英脉无关。

图三热水沉积萤石矿床（浅中层）

4、再下一层萤石矿一般会以连续性较好、硅化度较高的矿体为中心，向两侧围岩扩展形成矿床。在VCT成像剖面图上可以看到红色块（>6）连续性不是很好的含矿层较厚，而红色块（>6）连续性很好的含矿层则较薄。

图四热水沉积萤石矿床（中深层）

六、交代沉积萤石矿床的成矿特点及在VCT成像中的反映

交代沉积型萤石矿床多分布于中国西南的晴隆县—富源县一带位于扬子陆块区上的基性火山岩发育地区。主要包括那些产于海相火山沉积岩和浅变质碎屑岩地区陆源碳酸盐岩中的矿床，具有代表性的有晴隆县大厂、富源县老厂萤石矿。

由于循环于地下的高氟热水溶液对赋矿沉积地层进行一定程度的交代作用形成了成矿物质，而后又于有利部位充填、沉淀、结晶形成矿床。我国沉积改造型萤石矿床矿层或矿源层形成时代均为二叠纪，改造期均为燕山期，且萤石矿床的赋矿层位、赋矿围岩均与碳酸盐岩有关。

此类萤石矿床具有几个主要特点：（1）主要在碳酸盐岩层中成矿，矿化程度对围岩的依赖十分明显；（2）矿体为充填兼交代式，呈似层状、透镜体状和不规则状赋存在断裂裂隙和层间破碎带中；（3）早期萤石呈不规则透镜状和团块状，主要作为辉锑矿石的脉石矿物产出；晚期萤石晶形完整、纯净透明，呈粗大脉状、团块状产出或分布于洞穴中；（4）F倾向于在白云岩等富 Mg岩层中富集，产于碳酸盐岩中的沉积型萤石矿床多与白云岩、炭质白云岩等岩层或其底部的富镁性相关。

交代沉积萤石矿床在VCT成像剖面图上的反映特点：因碳酸盐岩的孔隙裂隙发育较好，热液侵入层间破碎带产生交代蚀变作用形成的萤石矿床，在VCT成像剖面图上会出现红色块（>6）高值为主、测值在4--6范围紫色块为辅的萤石矿层。此类矿床的厚度较大、矿化度高低不均，矿床随地层起伏变化、倾角不大。

图五交代沉积萤石矿床（浅层）

图六交代沉积萤石矿床（浅中层）

七、热液充填型萤石矿床的成矿特点及在VCT成像中的反映

热液充填型是我国萤石矿主要矿床类型，分布于我国浙、闽、赣、甘等省区，成因类型可归为岩浆期后热液充填与古地热水深环流汲取热液充填型等，构造上则主要产于武夷--云开--台湾造山系、扬子陆块区、华北陆块区、秦祁昆造山系、天山--兴蒙造山系和塔里木陆块区等地区。

热液充填型萤石矿床按照形成时期划分可分为两类：一是岩浆期后热液充填型，即在围岩成岩之后由热液活动引起充填形成矿床；二是在沉积形成矿源层后被热液萃取沉淀充填形成矿床。形成大型萤石矿床的侵入岩绝大部分为燕山期侵入岩，而与华力西期及更早期的侵入岩有关的矿床多为中小型矿床。

热液充填型萤石矿床具有几个主要特点：（1）成矿主要与晚期岩浆活动有关，地层越新、岩浆活动期越晚、对氟的富集成矿越有利，成矿规模较大；（2）成矿与赋矿围岩关联不大，变质岩、沉积岩、火山岩、侵入岩等岩层内皆有充填型萤石矿床，相对而言形成大型矿床的赋矿围岩以灰岩为多，如八面山萤石矿床、德安县洪溪坂萤石矿床；（3）在矿床附近多有侵入岩存在、且绝大部分为燕山期侵入岩，岩浆活动为地下热水萃取 F、Ca成为含矿热卤水提供了热源；（4）矿床的形成均与大断裂、断裂破碎带有关，大断裂、断裂破碎带是含矿热源的运移通道和赋矿空间。

热液充填型萤石矿床在VCT成像剖面图上的反映特点：一是浅层矿脉与裂隙的发育程度与走向相关，原有裂隙小、热液侵入充填成脉薄、测值不高（4--6）；原有裂隙较宽、热液侵入充填成脉较厚，以高测值为主脉（>6），两侧为较低测值（4--6）紫色块。二是形成矿床没有规律、有连有断、倾角有大有小、有宽有窄。三是浅部以大倾角裂隙侵入形成的细脉矿床为主，中部以层间接触带侵入成矿为主，深部以大倾角、高测值矿脉为主。