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0 引言
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萤石的主要成分是氟化钙（CaF2），是氟化工产业链的起点，当前各国均高度注重萤石资源储备，近年来中国也相继颁布《外商投资产业指导目录 （2015 年修订）》、《全国矿产资源规划（2016—2020 年）》等文件“禁止外商投资于萤石勘查和开采”、将萤石列入“战略性矿产目录”，以此加强对萤石行业的保护力度和矿产资源的宏观调控及监督管理，同时随着产业的快速发展，萤石矿的稀缺性和战略重要性日益加大。
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嵩县南部地区地理坐标为东经 111°55'～112° 15'；北纬33°45'～34°00'，大地构造位置为华北克拉通南缘，华熊沉降带中的崤山—鲁山拱断束与栾川薄山陷褶断束的中段，属华北地层区豫西分区的熊耳山小区，为著名的秦岭多金属和非金属成矿带的一部分。豫南萤石矿集区属全国十大萤石矿集区之一（李敬等，2017），区域内已发现数十个萤石矿床（点），开采有数十年之久，矿体规模由小型到大型不等，但存在地质勘查程度较低、开采较粗放等问题，前人对萤石矿的研究仅限于矿床特征、成因分析等方面，区内萤石矿床属热液充填型，成矿物质来源于地壳的岩浆热液，构造提供了矿液运移通道及成矿空间，另外多次的构造运动及热液作用使近矿围岩等普遍具有碎裂结构和次生蚀变等特点 （胡呈祥，2016；赵志强等，2020）。基于萤石矿放射性特征的研究较少，形成的成果资料及认识较为匮乏。本研究完成了数个典型萤石矿床的伽马能谱测量工作，得到γ射线辐射强度和K（钾）、U（铀）、Th （钍）3个天然放射性元素值和TC（放射性元素总量） 计数数据，通过对结果数据筛选提取及分析研究总体变化趋势，识别放射性特征及其存在的规律性，旨在为该区今后的萤石矿勘查提供新方法、新思路。
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1 地质概况
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1.1 区域地质
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研究区位于华熊台隆外方山隆断区南部的熊耳山变质核杂岩及变质火山岩中，马超营断裂的北侧、鲁山—庙子断裂的中部，与秦岭地槽北缘的北秦岭中元古褶皱带相接，受南北向的逆冲推覆和褶皱变形影响，区内构造演化复杂，频繁的岩浆活动为区内成矿提供了热源，伴随热液活动带来了成矿所需的物质成分。
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区域内出露地层主要有新太古界太华岩群、中元古界熊耳群、中元古界官道口群、新元古界栾川群、下古生界陶湾群及新生界古近系、新近系、第四系。选取的4个萤石矿床周边主要出露地层为太华岩群，属中深变质岩系，主要岩性为黑云斜长片麻岩、变粒岩、混合花岗岩等。岩浆岩活动主要为火山喷发（中元古代熊耳期）和岩浆侵入（熊耳晚期、华力西期和燕山期），主要岩性为安山岩、流纹斑岩和英安斑岩等（图1）（叶会寿等，2008；李山坡等， 2022）。主要赋矿地层为太古宇太华群深变质岩系和中元古界长城系熊耳群海相火山岩，其中燕山期花岗岩分布最广，可拆分为鲁山—庙子断裂以北中东部的太山庙岩体、西部的合峪岩体及断裂以南的伏牛山岩体，与该区矿产资源的形成有紧密的联系。区域构造主要为断裂带，大致呈北西—南东向，局部小断裂形态各异呈现出不同时期、走向、长度等特征，其中以鲁山—庙子断裂带规模最大、成矿作用最强，同时亦是区域地层分界线（华北地台与秦岭地层），多期次活动的区域性大断裂与其次级构造对地层深部含矿物质重熔形成含矿热液后上侵后冷却成矿有着重要作用，控制着区域构造、岩浆活动、成矿作用及矿产分布等（庞振山等， 2004）。
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图1 研究区大地构造位置图（a）及地质图（b）
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1—第四系砾石层、黄土层；2—中元古界熊耳群马家河组安山岩、英安斑岩、流纹斑岩；3—中元古界熊耳群鸡蛋坪组安山岩、流纹斑岩；4—中元古界熊耳群许山组安山岩、玄武安山岩、大斑玄武安山玢岩；5—新太古界太华群黑云（角闪）斜长片麻岩、混合岩；6—中生代燕山期花岗斑岩；7—中生代燕山期花岗岩；8—中生代燕山期中粗粒花岗岩；9—熊耳晚期闪长岩脉；10—地质界线；11—断裂带；12—推测断裂带；13—萤石矿床位置及编号；14—县界；15—研究区位置
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1.2 矿床地质
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嵩县南部地区的萤石资源以车村镇附近最为集中，且规模大、品位高。本研究放射性数据采集分别选取①zx萤石矿（112°07'39"，33°46'56"）、②zy 萤石矿（112°07'59"，33°48'19"）、③yt 萤石矿（112° 05'56"，33° 49'30"）、④xs 萤石矿（112° 03'48"，33° 53'29″）共 4个矿床进行论述。4个矿床均分布于嵩县南部区域，其围岩、构造、矿体特征和成矿类型较为相似，在本区代表性较强（图1、图2）。
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区内大面积出露燕山期花岗岩，太山庙岩体是萤石矿床的主要赋矿围岩，与萤石矿床的形成有密切的时空关系，为矿床形成创造了十分有利的地质条件，岩性主要为中—粗粒碱性花岗斑岩、黑云母二长花岗岩、石英正长岩等（曹俊臣，1994；党勘峰等，2020）。岩石表现为高 SiO2，富 K2O，贫 Al2O3、 CaO、MgO，微量元素表现为富集 Ta、Nb、Ce、Y、Ga，亏损 Sr、Ba，属富钾的铝质—过铝质花岗岩系，在 SiO2-K2O 图上分属高钾钙碱性花岗岩和钾玄岩系，稀土元素（La/Yb）N 为 6.12～26.71，δEu 为 0.21～0.69，具较低分馏程度及明显的 Eu 负异常，为轻稀土富集型。仅在 xs 矿床中有少量围岩属于鸡蛋坪组的灰—灰黑、紫灰色流纹斑岩，为富 K2O，FeO，低 Al2O3、CaO、MgO、SiO2，微量元素表现为富集Ba、Rb、 Ta，亏损 Nb、Sr 特征（胡呈祥，2016；赵志强等， 2020）。区内围岩蚀变表现为越靠近构造带蚀变越强，蚀变特征距构造由近到远呈硅化、钾化、高岭土化、绿泥石化、褐铁矿化等。各矿床赋矿构造与区域性大断裂鲁山—车村—庙子断裂带有一定的关系，受其影响使其走向主要为东西向、北西—南东向，规模大小及特征不尽相同，主要由碎裂岩、碎粉岩等组成构造岩，普遍具硅化、黄铁矿化、绿泥石化，局部少量萤石矿化、高岭石化等（段世轻等， 2021）。
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图2 各萤石矿床地质简图
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a—zx萤石矿床；b—zy萤石矿床；c—yt萤石矿床；d—xs萤石矿床1—第四系黄土层；2—中元古界熊耳群鸡蛋坪组上段英安岩；3—中元古界熊耳群许山组安山岩；4—新太古界太华群片麻岩；5—中生代燕山期黑云母花岗岩；6—中生代燕山期细粒花岗岩；7—中生代燕山期中粗粒花岗岩；8—构造带及编号；9—推测构造带及编号；10—矿体位置及编号；11—勘查线位置
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区内萤石矿床矿石类型特征主要为：块状萤石矿（图3a），CaF2品位为70%～95%，一般不见夹杂有其他岩石，呈浅绿色、灰白色；胶结状萤石矿（图3b），CaF2品位为 55%～75%，局部见少量蚀变花岗岩、硅石颗粒，主要呈灰白色，紫色；条带状萤石矿 （图3c），CaF2品位为 50%±，萤石呈条带状杂乱分布，可见石英条带，宽 0.5～10. 0 cm，整体以灰白色为主；石英-萤石矿（图3d），CaF2品位为40%±，萤石和石英伴生产出，硬度介于萤石和石英之间，多呈灰白或浅紫色；细脉状萤石矿（图3e），CaF2品位为 20%～40%，萤石呈细脉状，分布于花岗岩或硅石裂隙中，主要呈紫色（刘培源等，2015；王忠等，2022）。
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图3 不同类型萤石矿矿石
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a—块状萤石矿；b—胶结状萤石矿；c—条带状萤石矿；d—石英-萤石矿；e—细脉状萤石矿
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zx 萤石矿床主要含矿构造为 F2 断裂及其次级断裂，主要矿体为 K1、K1-1、K1-2、K2，主要矿石类型为块状萤石矿、石英-萤石矿；zy萤石矿床主要含矿构造为 F1、F2、F3、F4 断裂，主要矿体为 K1、K2、 K3、K4，主要矿石类型为块状萤石矿、胶结状萤石矿、石英-萤石矿；yt 萤石矿床主要含矿构造为 F1、 F2 断裂，主要矿体为 K1、K2，主要矿石类型为条带状萤石矿、胶结状萤石矿、细脉状萤石矿；xs萤石矿床主要为块状萤石矿、胶结状萤石矿、条带状萤石矿（表1）。
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2 萤石矿体放射性测量
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2.1 岩石放射性特征
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由于天然放射性元素的种类和数量在不同的岩性内存在较大差异，含量由高到低可以总结为岩浆岩＞变质岩＞沉积岩；在岩浆岩中，具有SiO2含量越高放射性元素含量越高的特征；侵入岩在上侵过程中的 K、U、Th 的富集、分散过程对放射性元素含量影响较大；大部分情况下新岩体相对旧岩体放射性元素含量高，同一岩体中自深向浅，自中心到周边放射性含量存在明显差异（张玉辉，2021；王明明等，2022）。
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研究区萤石矿属于中低温热液充填类型，区内大面积出露的燕山期花岗岩在萤石矿形成过程中提供了充足的F元素等物质条件。在热液型矿床中各种放射性元素随热液发生位移和聚集，甚至矿体中石英脉和萤石脉的含量、空间位置不同，都会在阻碍放射性元素的运移和聚集，最终导致放射性特征之间存在差异（李丹煜等，2020）。这些差异性是进行 γ 射线辐射测量及伽马能谱测量的基础，通过测量铀系中214Bi、钍系中208Ti、40K在衰变时所放射出的能量分别为1.76 MeV的γ射线、2.62 MeV的γ射线、1.46 MeV 的 γ 射线以及测量总的 γ 射线照射量率，从而完成现场放射性特征测量（高峰等，2014； 邹灏等，2014）。
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2.2 放射性测量方法
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本文野外数据采集使用 FD-3022 便携式地面多道伽马能谱仪，该仪器采用高灵敏度BGO晶体探测器，晶体大小为 φ2"×2.4"，能量分辨率≤12%（对 0.662 MeV 的 137Cs伽马射线而言），能量非线性小于 1. 0%，分析器采用 512 道，一次同时测量岩体或土壤中 K、U、Th 的含量及放射性总量，另外仪器具有光谱稳定和自动校正常量等功能，方便使用。利用伽马能谱仪在不同的矿床设置数条垂直矿体且互相平行的勘查线，相邻勘查线间距100 m，沿勘查线做详细的放射性测量，采集γ射线辐射强度和K、 U、Th及TC的含量数据。本文在各个矿床分别选取 1 条矿体出露较好、地质特征具代表性的勘查线进行数据分析，根据上述原则，分别选取zx矿床第1勘查线、zy矿床第11勘查线、xs矿床第8勘查线和yt矿床第5勘查线的测量结果作为主要统计数据进行分析讨论。
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在测量过程中遇岩性为围岩时每5 m设一个测量点，为构造蚀变带（碎裂岩）时每 2 m 设一个测量点，为萤石矿体或矿化体时每1 m设一个测量点，在接触界线前后分别测量记录。每个测量点的测量时间约 2 min，待仪器数值稳定后记录数据，并进行两次测量取其平均值，为确保测量数据的真实、可靠，防止地表植被等物体的影响，伽马能谱仪探测的岩体均为新鲜基岩。因放射性测量需要使用测量仪器直接接触岩石进行，对于在第四系覆盖较厚区域无法进行测量。后期根据对采集到的放射性数据处理，对其存在的差异特征进行分类汇总统计，绘制数据对比剖面图、平面等值线图等，初步判断该区萤石矿体放射性特征及规律（刘菁华等， 2003；贠鹏超等，2022）。
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2.3 测量结果和数据统计
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对 4 个矿床野外测量得到的放射性特征数据，针对不同岩性的数据分类统一分析，得到各岩性放射性特征数据变化区间，并计算平均值。
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燕山期花岗岩均为 4 个矿床的主要赋矿围岩，其 γ 射线辐射强度在各区异常值几乎一致，变化范围为 15.62～71.86 μR/h，平均值 32.97 μR/h；xs 矿床少量围岩属流纹斑岩类，其 γ 射线辐射强度变化范围为 14.57～51.69 μR/h，平均值 29.43 μR/h；断裂构造带中的各类构造岩，当原岩为燕山期花岗岩时测量得到 γ 射线辐射强度变化范围为 10.19～65.10 μR/h，平均值33.61 μR/h，当原岩为流纹斑岩时测得其 γ 射线辐射强度变化范围为 13.21～55.37 μR/h，平均值30.38 μR/h；针对不同类型矿石的测量数据可以看出，萤石矿体的 γ 射线辐射强度变化范围为 5.14～66.25 μR/h，平均值 24.18 μR/h （表2）。
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对 4 个矿床各个岩性的伽马能谱测量数据分析，燕山期花岗岩岩性主要为黑云母二长花岗岩、石英正长岩，U、Th、K 和总量 Tc 的含量平均值分别为 17.8×10-6，50.7×10-6，6.7%，65.9×10-6；鸡蛋坪组流纹斑岩，其 U、Th、K 和总量 Tc的含量平均值分别为 14.4×10-6，45.6×10-6，5.6%，50.1×10-6；各类萤石矿体数据汇总，统计得出其 U、Th、K 和总量 Tc的含量平均值分别为 11.9×10-6，24.8×10-6，2.3%，28.7× 10-6 （表3）。
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通过测量得到的 γ 射线辐射强度和 K、U、Th 及 TC的含量数据与实际地质岩性特征作绘图对比，分布绘制4个矿床典型勘查线的γ射线辐射强度和K、 U、Th及TC的含量数值曲线图（图4），可以看出虽然 4 个矿床分布范围较广，但矿床 γ 射线辐射强度和 K、U、Th及TC的含量数据变化特征几乎一致。
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2.4 萤石矿放射性活度值计算
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根据天然岩石标准中活度的计数方法：1 mg天然U中238U的活度为
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式（1）中：0.9927是238U的原子丰度；6. 023×1023 是阿伏伽德罗常数；4.51×109 ×365×86400 是238U 的半衰期（s）；238. 03 是天然 U 的原子量（顾鼎祥等， 2000）。
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图4 各矿床勘查线放射性数值曲线图
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a—zx矿床第1勘查线；b—zy矿床第11勘查线；c—yt矿床第3勘查线；d—xs矿床第8勘查线
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1—黑云二长花岗岩；2—流纹斑岩；3—碎裂岩；4—硅化；5—萤石矿化；6—γ射线辐射强度；7—总量Tc含量；8—Th含量；9—U含量；10—K含量
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相同算法得出：1 mg 天然 Th 中 K 和232Th 和40K 活度分别为4. 075 Bq/mg和0. 0317 Bq/mg。
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根据国家标准中规定当放射源比活度低于 70 Bq/g，天然固态放射源比活度低于350 Bq/g时，对人体的伤害可忽略不计（邹灏，2014）。对不同类型的萤石矿类型进行分别计算总结分析，萤石矿中 U 的放射性活度值为（11.14～19.71）×10-5 Bq/g，平均 13.51×10-5 Bq/g；Th 的放射性活度值为（7.54～14.34）×10-5 Bq/g，平均为 9.13×10-5 Bq/g；K 的放射性活度值为（1.58～15.22）×10-4 Bq/g，平均 7.25× 10-4 Bq/g。根据计算出的数值，均低于国家相关辐射防护标准。
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3 萤石矿体放射性特征讨论
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3.1 岩体γ射线辐射强度特征
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燕山期花岗岩中的碱性花岗斑岩、黑云母二长花岗岩、石英正长岩之间的 γ 射线辐射强度大致呈递减的关系，同时也验证了 SiO2含量越多放射性越强这一关系。在xs矿床γ射线辐射强度相比燕山期花岗岩较弱，这与流纹斑岩类 SiO2含量较少有关。通过数据对比，构造岩主要是由围岩在构造应力作用下通过一系列变质作用形成的，故其 γ 射线辐射强度与围岩几乎保持一致，测量得到的数据差异不具规律性。
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萤石矿体的γ射线辐射强度均低于构造岩及各类围岩，在数值曲线中矿体位置表现为明显的辐射强度低值异常，而且表现为 CaF2含量越高 γ 射线辐射强度越低，各不同类型萤石矿的 γ 射线辐射强度具体表现为块状萤石矿（均值为 15.42 μR/h）<胶结状萤石矿（均值为 20.64 μR/h）<条带状萤石矿（均值为 24.95 μR/h）、石英-萤石矿（均值为 24.51 μR/ h）<细脉状萤石矿（均值为27.14 μR/h）的规律。
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3.2 岩体放射性元素含量特征
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通过对比测量数据和放射性元素含量数据曲线，燕山期花岗岩的放射性元素含量明显高于鸡蛋坪组流纹斑岩，差异主要是由岩性的化学组分不同导致的，根据花岗岩石英含量高于流纹斑岩的特点，推断放射性元素的含量和岩性中 SiO2含量存在正相关。构造岩和围岩放射性元素含量差异同γ射线辐射强度之间的差异规律相近。在剖面图中已知的萤石矿体与围岩数据对比曲线中均处于低值异常区，说明萤石矿体的放射性元素含量明显低于燕山期花岗岩和鸡蛋坪组流纹斑岩。
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不同类型的萤石矿，放射性元素含量之间也存在微弱差异，而且存在一定的规律性，大致表现为 CaF2品位越高的萤石矿其放射性元素含量越低，两者呈一定的负相关。但条带状萤石矿和石英-萤石矿两者之间不符合这一规律，一般条带状萤石矿的放射性元素含量和 CaF2品位均高于石英-萤石矿，根据观察比较，推断是因为条带状萤石矿中夹杂较多构造岩等，而构造岩的放射性元素含量较多，致使测量得到的是这些构造岩和萤石在一起混合后的数据。
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4 不同岩性放射性差异的找矿意义
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通过对比分析4个萤石矿床的伽马能谱测量数据，各个剖面图中异常曲线所出现的异常情况均较为相似，剖面图所反映的放射性元素含量异常曲线，在萤石矿体对应位置相对围岩及构造岩的伽马能谱 U、Th、K 和总量 Tc 共 4 个参数均有异常显示。矿床中围岩和矿体之间的 U 含量值的异常最不明显，相比其他岩性的U含量值仅有些许偏小，所以放射性元素U的含量值在该区不能很好的反映萤石矿体的异常特点，对找矿不具意义。矿床中围岩和矿体之间的 Th、K 和总量 Tc 的含量值差别较大，在矿体位置均显示出明显的低值异常，可以反映矿体的赋存位置等信息。
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通过对各种元素具体分析可知，K 元素因化学性质活性大，容易迁移，数值波动性较大，在围岩中会显示一些低值，造成指示效果存在误差。Th在自然界存在的放射性元素中化学性质最稳定，后期各类成岩作用和物理化学等因素对岩石中 Th 元素的含量影响不大，因此在放射性元素含量异常曲线中对矿化带和矿体的指示效果较好。总量 Tc 虽有较好的异常显示，但岩石各类放射性元素放射出伽马能谱的叠加，不仅会受到K和Th元素伽马能谱的影响，也会受其他元素的影响，存在许多不确定性，因此不推荐作为勘查工作的指导参数。
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5 结论
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通过嵩县南部4个具代表性萤石矿床的放射性测量、萤石矿体均受断裂构造控制，通过对比分析不同岩性的γ射线辐射强度、放射性元素含量数据，结合实际工程揭露的萤石矿体位置及不同的萤石矿类型及品位含量特征，综合分析认为：
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（1）围岩和萤石矿体放射性特征均有较大差别，且放射性异常带（点）与萤石矿带（点）产出位置均套合较好，显示萤石矿和放射性异常有明显的对应关系。不同类型的矿石之间大致呈随矿石中SiO2 含量增高而放射性增高的趋势、CaF2含量增高而放射性降低的规律。这一特点对区分围岩和矿体，尤其是在矿产勘查过程中对于肉眼无法准确判定是否属于矿体时，通过放射性测量采集数据分析对比，是区分围岩和矿体的一种快捷、有效的方法。
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（2）萤石矿体较围岩的 γ 射线辐射强度及放射性元素含量均表现为低值异常特征，说明大多数萤石矿的放射性低于围岩，尤其是Th元素的含量异常较为稳定和明显。
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（3）在实际萤石矿勘查工作中，利用伽马能谱测量确定地表出露基岩放射性元素含量信息，可以优先选择 Th 元素为指示参数元素，根据划定的 Th 低值异常区可确定为萤石矿勘查靶区。同时对于探矿工作揭露的深部岩石，亦可充分利用放射性测量的便利性，快速了解岩性及含矿差异等信息。
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摘要
中国是全球最大的萤石消费国，随着航天、半导体、通讯等领域的快速发展，萤石矿的消费量及价格呈逐年上升趋势，其稀缺性和战略重要性日益提高，近几年萤石矿的勘查和开发力度亦在加大，但现阶段萤石矿勘查主要还是利用填图、工程等手段。本研究选取了嵩县南部4个代表性强的萤石矿床，利用伽马能谱仪对不同岩性的放射性进行测量，识别萤石矿床的放射性特征，圈定放射性异常带（点），结果显示各类岩性的 γ 射线辐射强度值为 5. 54～68. 54 μR/h，U、Th、K 和总量 Tc 含量分别为 3. 1×10-6 ～30. 1×10-6 、12. 1× 10-6 ～90. 1×10-6 、0. 1%～8. 7%、13. 0×10-6 ～99. 3×10-6 。研究认为，不同岩性以及不同类型萤石矿石之间的放射性特征存在规律性，其放射性异常带（点）和萤石矿的位置一致性较好，萤石矿体的放射强度较围岩均表现为低值异常的特征，其中Th元素的异常表现最具稳定性。因此，通过测量不同岩性的放射性差异，可有效地指示萤石矿体位置等信息，为萤石矿找矿勘查提供新的工作思路和方法。
Abstract
China is the largest consumer of fluorite in the world. With the rapid development of aerospace， semiconductor， communication and other fields， the consumption and price of fluorite are on the rise by years， and its scarcity and strategic importance are increasingly improving. In recent years， the exploration and development efforts of fluorite mine have also enhanced， however， at present， the exploration of fluorite mine mainly makes use of these methods， which are like mapping and engineering etc. This research， selected four representative fluorite deposits in the southern part of Song County as experimental subjects， utilized the gamma ray spectrometers to measure the radioactivity of different types of rocks， identified and studied the radioactive characteristics of fluorite deposits， and then， delineates the zones （points） of radioactive anomalies. It can provide new ideas and methods for the exploration of fluorite deposits of the same type. The results show that the γ-ray radiation intensity data that has different types of rocks， ranges from 5. 54 to 68. 54； The content of elements U， Th， K， and Tc （total element） respectively range from 3. 1×10-6 to 30. 1×10-6 ，12. 1×10-6 to 90. 1×10-6 ，0. 1% to 8. 7%， and 13. 0×10-6 to 99. 3×10-6 . Research thinks that there is the regularity in the radioactive characteristics among different types of fluorite ores. As follows， there is a good consistency between the location of radioactive anomaly zones （points） and fluorite ores， the radiation intensity of the fluorite ore body is characterized by the low data anomalies compared to the surrounding rock， and Th element anomaly is the most stable. Therefore， measuring the differences in radioactive characteristics of the different types of rocks can effectively find out the information of the location of fluorite ore body， which provides some new work ideas and methods for fluorite ore exploration.
Keywords
fluorite ore ； radioactivity ； radiation intensity ； gamma spectrum ； Song County
