淺議硅灰石礦床類型及其形成條件

(成都理工大學(xué) 地球科學(xué)院 四川 成都 610059)

一、硅灰石形成的物理化學(xué)條件及形成作用

硅灰石是一種變質(zhì)礦物，形成于一定的溫度和壓力條件下的變質(zhì)環(huán)境中。它的形成機(jī)理可以是在一定溫度、壓力條件下，方解石和石英在固體狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硅灰石；也可以由含有硅酸的溶液以交代的方式帶入石灰?guī)r內(nèi)形成硅灰石；或者飽和碳酸鈣濟(jì)液對(duì)富含硅質(zhì)的巖石進(jìn)行化學(xué)改造作用形成硅灰石?？傊?，硅灰石形成的基本原理是：

上述反應(yīng)是在一定的溫度壓力下進(jìn)行的。對(duì)于硅灰石形成過程中的溫度、壓力條件，國(guó)外學(xué)者作了深入的研究[1]。丹尼爾森(1950)估計(jì)上述反應(yīng)的平衡溫度是325-850℃。哈特、塔特爾(1956)用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定了壓力大于35兆帕(1兆帕=1MPa=106Pa=103KPa=10巴，“巴”為淘汰的計(jì)量單位)時(shí)，上述反應(yīng)的單變Pco2-T曲此，見圖1,并估算出壓力低于35兆帕?xí)r，該曲線的大致位置，用這樣的方法獲得的曲線說明，在0.1兆帕下，該反應(yīng)是400℃或稍低于400℃時(shí)發(fā)生的。埃利斯和法伊夫(1956)應(yīng)用CO2熱力學(xué)資料進(jìn)一步核對(duì)了這一曲線，并進(jìn)一步工作證實(shí),對(duì)這個(gè)反應(yīng)來說，活化能在25.5-29.0千卡/克分分子之間。加里寧(1967)報(bào)導(dǎo)過，在低至350℃的溫度和15-17兆帕下，經(jīng)2-10天即可合成硅灰石。格林伍德(1967)測(cè)定了硅灰石在100-200兆帕壓力下于H2O和CO2超臨界混合物中的穩(wěn)定性，并指出在溫度高于500℃條件下，理想的混合作用發(fā)生在低于200兆帕的壓力范圍內(nèi)。IO.II.莫里尼克(1970)認(rèn)為,在450-500℃和壓力為400-500兆帕的條件下，硅灰石可以從其成分主要是水溶液和只有微量CO2的流體中結(jié)晶出來。在溫度約400℃條件下，當(dāng)流體中CO2的含量急劇降低時(shí)，結(jié)晶出來的不是硅灰石，而是硬硅鈣石[2]。

圖1 實(shí)驗(yàn)測(cè)定的單變PCO2—T曲線

一般認(rèn)為，中淺成侵入體的接觸帶具備上述硅灰石的形成條件。事實(shí)上，許多硅灰石礦床都是產(chǎn)出在侵入體的外接觸幣中。當(dāng)巖漿熔體侵入不純或含硅質(zhì)灰?guī)r時(shí)，熱力變質(zhì)作用使地層中的硅質(zhì)和方解石發(fā)生反應(yīng)，生成硅灰石，這種熱變質(zhì)作用形成的硅灰石礦床通常賦存于大理巖帶中；也可以由接觸交代作用，在矽卡巖化過程中形成硅灰石，這種接觸交代作用形成的硅灰石礦床通常是矽卡巖帶中的一個(gè)帶，礦床與矽卡巖緊密伴生。

在區(qū)域變質(zhì)作用過程中,過去曾認(rèn)因?yàn)閴毫μ?不利于硅灰石的形成，只在特殊情況下，才形成一些硅灰石薄層和細(xì)脈，并解釋為是局部壓力下降的產(chǎn)物。但是，隨著在一些古老深變質(zhì)相(達(dá)麻粒巖相)的地層中，發(fā)現(xiàn)了規(guī)模不小的硅灰石礦床后，這種認(rèn)識(shí)受到了挑戰(zhàn)，用局部壓力下降來解釋無論如何也不符合硅灰石呈透鏡體和沿層位產(chǎn)出的地質(zhì)特征。這樣，一些學(xué)者開始研究高壓條件下的硅灰石行為，認(rèn)為當(dāng)壓力超過2500兆帕?xí)r，硅灰石轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N高壓多形變體-硅灰石Ⅱ(Essene,1974)，這種壓力條件就深度來說，無論如何也比麻粒巖形成的深度大得多。區(qū)域變質(zhì)作用形成的硅灰石礦床一般沒有元素的帶入，形成的硅灰石比較純，質(zhì)量比較好[3]。有人(B·A巴波辛，1964)曾有保留地把美國(guó)威爾斯鮑羅硅灰石礦床劃為區(qū)域變質(zhì)硅灰石礦床。

堿性巖漿在結(jié)晶過程中也可生成硅灰石，例如，在霓霞巖和碳酸鹽(巖漿型)中，常見到硅灰石，它的生成晚于單斜輝石、磷灰石、石榴石和榍石，早于長(zhǎng)石和霞石基質(zhì)的結(jié)晶，硅灰石在基質(zhì)中呈包裹體存在。但產(chǎn)于堿性巖漿巖的硅灰石實(shí)際意義不大，一是含量少，二是與其他硅酸鹽礦物緊密交生并受其混染。

二、硅灰石礦床類型的劃分

在已有的硅灰石礦產(chǎn)的報(bào)道材料中，涉及到研討礦床類型劃分的文章不多，有代表性的劃分方案是郭競(jìng)雄[4](1989)據(jù)產(chǎn)狀對(duì)國(guó)外硅灰石礦床進(jìn)行的分類(表1)

表1國(guó)外硅灰石礦床類型

和曲元貴[5]等(1983)對(duì)中國(guó)硅灰石礦床進(jìn)行的成因分類(表2)。

通過對(duì)已有的國(guó)內(nèi)外硅灰石礦床資料的綜合研究，就成因來說，有價(jià)值的礦床，均為變質(zhì)成因，就產(chǎn)出圍巖巖性來說，可歸納為三種類型:大理巖型、角巖型、矽卡巖型。

(一)大理巖型硅灰石礦床

礦床賦存于大理巖帶中。分布在侵入體外接觸帶熱變質(zhì)圈內(nèi)或區(qū)域變質(zhì)作用形成的大理巖帶中。礦床形成受含硅質(zhì)石灰?guī)r地層的制約。礦體呈層狀、似層狀、產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，延伸長(zhǎng)，規(guī)模大。礦石礦物組合簡(jiǎn)單，以硅灰石為主，次為方解石、石英，有少量透輝石、石榴石。礦物在靜壓下由熱力作用緩慢結(jié)晶，顆粒較粗，易于分選。這種類型硅灰石礦床價(jià)值最大。

表2中國(guó)硅灰石礦床類型

(二)角巖型硅灰石礦床

礦床賦存于硅鋁質(zhì)角巖帶中。其產(chǎn)出受含鈣質(zhì)的硅鋁質(zhì)碎屑巖地層的控制，有一定的層位。礦床分布在侵入體外接觸帶的變質(zhì)角巖中，或區(qū)域變質(zhì)角巖中，礦體呈似層狀，大的透鏡體狀。礦石礦物組合比較復(fù)雜，與原巖成分雜有關(guān)，特點(diǎn)是含有長(zhǎng)石類的礦物出現(xiàn)。在礦石化學(xué)成分上，表現(xiàn)為Na2O+K2O的含量較高。

(三)矽卡巖型硅灰石礦床

礦體賦存于中酸性侵入體與碳酸鹽地層的接觸變質(zhì)帶內(nèi)的矽卡巖帶中?；蛘咔秩塍w內(nèi)的碳酸鹽巖捕擄體中。礦體呈透鏡狀、扁豆?fàn)睢⑿螒B(tài)復(fù)雜，變化較大。礦石礦物組合十分復(fù)雜，除無水矽卡巖礦物外，還有含水矽卡巖礦物出現(xiàn)，有較多的金屬硫化物出現(xiàn)。這種類型的硅灰石礦床規(guī)模不大，但儲(chǔ)量比較集中。

如果從成礦作用來分，可分為熱力變質(zhì)成礦作用形成的(大理巖型、角巖型)硅灰石礦床，接觸交代成礦作用形成的(矽卡巖型)硅灰礦床[6]。

三、結(jié)論

通過對(duì)已有的國(guó)內(nèi)外硅灰石礦床資料的綜合研究，硅灰石礦床類型就產(chǎn)出圍巖巖性來說，可分為大理巖型、角巖型、矽卡巖性。大理巖型硅灰石礦床是重要的類型，這種類型硅灰石礦床價(jià)值最大。礦體呈層狀、似層狀、產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，延伸長(zhǎng)，規(guī)模大。礦石礦物組合簡(jiǎn)單，以硅灰石為主。角巖型硅灰石礦床其產(chǎn)出受含鈣質(zhì)的硅鋁質(zhì)碎屑巖地層的控制，有一定的層位。矽卡巖型硅灰石礦床在我國(guó)較常見。礦體形態(tài)和礦物組合較復(fù)雜。這種類型的硅灰石礦床規(guī)模不大，但儲(chǔ)量比較集中。如硅灰石做為金屬礦床伴生的有益組分加以回收利用,需要經(jīng)過嚴(yán)格的選礦。