氟是现代科技不可缺少的元素之一，在化工、能源等领域发挥着重要作用，被誉为“工业味精”。萤石（CaF2）是重要的战略性非金属资源，是提取氟元素的唯一来源，同时它还被广泛应用于新能源、新材料、航天和机械等。宝石级萤石矿物颜色丰富、晶型多样，深受国内外矿晶市场、收藏家和自然博物馆的青睐。尽管目前萤石是我国的优势矿种，随着萤石资源需求量增大，未来可能会面临依赖进口的困境。因此，对萤石矿床开展系统深入研究具有广阔前景。为了对岩浆热液系统中氟元素的富集与成矿作用有更全面的认识，在国家重点研发计划青年科学家项目的资助下，研究团队从氟的地球化学特征及其储库入手，汇总了国内外萤石矿床的成因分类方式以及全球主要萤石成矿带的大地构造背景，讨论了氟在岩浆热液系统中的富集与沉淀机制，取得了以下主要认识：

（1） 氟具有中等不相容性、强流体迁移性和挥发性，广泛存在于地幔和地壳的岩浆、热液和矿物中。实验岩石学表明氟可以改变硅酸盐熔体结构、降低硅酸盐熔体密度和黏度、降低花岗质岩浆固相线温度，从而影响岩浆演化。交代地幔相对于原始地幔和亏损地幔更加富氟；与浅部的岩石圈地幔相比，更深的地幔显著富集氟。大陆地壳（下地壳基性麻粒岩或上地壳长英质）具有较高氟含量。

（2） 全球大规模萤石矿床通常呈线性或带状分布，是大洋板块俯冲或大陆裂谷作用的产物（图1，图2）。在矿床成因分类方面，国外学者将萤石矿床分为与富氟岩浆岩（碳酸岩、碱性岩和高分异花岗岩）相关、与构造（由断裂控制的角砾状、脉状矿化，与地层不整合相关矿化）相关以及沉积层控萤石矿床。中国学者则将萤石矿床分为沉积改造型、热液充填型和伴生型等。伴生型萤石矿床指与其它金属共生，如钨-钼、钡-锂和稀土元素等，虽然其品位较低，但开发潜力大。

图1　全球萤石矿床时空分布图

图2　（a）俯冲相关和（b）裂谷相关萤石成矿带成因模式图

（3） 就成矿物质来源而言，萤石矿床的钙可能来源于地壳中广泛存在的硅酸盐和碳酸盐矿物；氟的来源主要包括了地幔/地壳熔融形成的含氟岩浆、岩浆饱和出溶的富氟热液，以及含氟沉积岩与热液相互作用形成的富氟流体。

（4） 氟含量与熔体碱度成正相关性，因此碱性岩可能是最富氟的岩石类型。此外，演化程度更高的中酸性熔体具有比低硅的基性-超基性熔体更高的氟含量。富氟的交代地幔源区发生部分熔融时，氟进入到熔体相，随着岩浆的演化，氟保留在残余硅酸盐熔体中，直至发生饱和出溶。

（5） 氟与碱土金属、稀土元素和高场强元素等形成稳定络合物，增加这些元素在岩浆中的溶解度，并促进其以络合物的形式在热液中富集和迁移。作者统计了全球范围内不同类型矿床中熔体包裹体数据，其中氟含量变化范围较大，且在不同类型矿床之间差异明显（图3）。

图3　全球范围不同类型矿床熔体包裹体中氟含量

（德国Zinnwald花岗岩Sn-W，俄罗斯Khangilay花岗岩Li-F，全球Climax型斑岩Mo矿床，菲律宾Dinkidi斑岩Cu-Au矿，俄罗斯Streltsovka火山岩U矿床，俄罗斯西伯利亚和乌拉尔地区块状硫化物Cu矿床，澳大利亚奥林匹克坝型矿床）

（6） 萤石溶解-沉淀过程则受到热液系统pH值、温度、组成、CO2分压和成矿围岩等因素的影响（图4）。低pH值、高盐度含矿流体的降温，两种不同成分的流体混合或热的含矿流体与冷的地表水混合，以及含氟流体与围岩的水-岩石反应都会导致萤石的沉淀。此外，含CO2的富氟热液与含灰岩的围岩接触时，围岩中溶解出来的钙与氟结合，促进萤石沉淀成矿。

图4　(a)和(b) NaCl和KCl热液中, 萤石溶解度随温度的变化; (c) NaCl 溶液中温度和(d) 溶液组成对萤石沉淀-溶解的影响, 负值代表萤石溶解过程

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