吉林省磐石地區(qū)硅灰石成礦條件及找礦遠(yuǎn)景分析

徐山， 宋國爭，顏秉超，張小剛，王浩，齊保國

1.吉林省第一地質(zhì)調(diào)查所，吉林 長春 130033；2.吉林省地礦信息中心，吉林 長春 130061；3.吉林省基礎(chǔ)地理信息中心，吉林 長春 130062；4.吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局， 吉林 長春 130061；5.吉林大學(xué)朝陽校區(qū)圖書館，吉林 長春 130026

0 引言

硅灰石作為一種非金屬礦物，自20世紀(jì)60年代以來開始在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，硅灰石應(yīng)用已經(jīng)由最初的陶瓷、油漆涂料、冶金材料、塑料，開始向更廣泛的領(lǐng)域發(fā)展。如摩擦材料、絕緣材料、玻璃制品和高分子復(fù)合材料等。而在更遠(yuǎn)的未來，硅灰石作為一種優(yōu)質(zhì)礦物原料，必然會為我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。我國是硅灰石礦產(chǎn)資源較豐富的國家，硅灰石探明儲量位居世界前列。同時，吉林省又是我國硅灰石礦最主要產(chǎn)區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)硅灰石礦30余處，其中特大—大型礦床8處，主要分布在四平、磐石等地[1]。磐石地區(qū)因其特殊的地質(zhì)條件，其境內(nèi)硅灰石礦產(chǎn)仍具有較大的潛力(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1 Regional geologic sketch1.石炭系磨盤山組；2.石炭系石嘴子組；3.奧陶系小三個頂子組；4.奧陶系黃鶯屯組；5.燕山期侵入巖；6.印支期侵入巖；7.華力西期侵入巖；8.斷裂構(gòu)造；9.硅灰石礦床。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

磐石地區(qū)在南華紀(jì)—中三疊世大地構(gòu)造分區(qū)中，地處柴達(dá)木—華北板塊(Ⅰ)、華北陸塊北部陸緣造山帶(Ⅱ)、哈蘭達(dá)嶺—英額嶺新元古代—古生代疊覆造山亞帶(Ⅲ)，下二臺—江域殘留早古生代增生楔(Ⅳ)與西保安—青龍村新元古代殘留構(gòu)造巖片(Ⅳ)構(gòu)造單元之上。中—新生代構(gòu)造分區(qū)中地處長白山陸緣火山盆嶺疊加構(gòu)造帶的張廣才—哈達(dá)嶺火山沉積隆盆帶中。

1.1 地層

研究區(qū)地層較發(fā)育，約占磐石地區(qū)總面積的30%，主要出露有古生代及中生代火山巖。古生界奧陶系黃鶯屯組和小三個頂子組，以及石炭系的磨盤山組與石嘴子組與硅灰石成礦有關(guān)。

黃鶯屯組和小三個頂子組主要分布在紅旗嶺鎮(zhèn)—驛馬鄉(xiāng)一帶。其中黃鶯屯組是以含電氣石榴二云斜長片麻巖、黑云斜長變粒巖、角閃斜長變粒巖、藍(lán)晶石片巖等為主，夾由多層硅質(zhì)條帶大理巖組成的一套變質(zhì)巖層。其底部有花崗巖侵入，頂部與大理巖或含石墨大理巖的小三個頂子組呈整合接觸；小三個頂子組主要巖性為硅質(zhì)條帶大理巖、含石墨大理巖、厚層狀大理巖夾薄層變粒巖、石英巖。

磨盤山組和石嘴子組主要分布在牛心鎮(zhèn)—明城—煙筒山一帶。磨盤山組主要為一套由厚層、中厚層灰?guī)r、含燧石結(jié)核(或條帶)灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、亮晶灰?guī)r互層的一套地層，夾硅質(zhì)巖、白云巖，其厚度具有由南向北逐漸增厚的趨勢，同時燧石也是逐漸增多，由結(jié)核漸變?yōu)闂l帶，局部可見厚度1 m以上的硅質(zhì)巖層。石嘴子組下部為巨厚的白色大理巖夾條狀結(jié)晶灰?guī)r，上部為黃、黃褐色砂巖、淺灰色千枚狀頁巖、凝灰質(zhì)砂巖夾數(shù)層泥質(zhì)灰?guī)r，上覆二疊系砂板巖。

1.2 侵入巖

侵入巖主要有華力西期、印支期、燕山期中酸性巖體及少部分基性、超基性巖體。巖性主要包括二長花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖、正長花崗巖、閃長巖、輝長巖和輝橄巖等，其中與硅灰石礦產(chǎn)關(guān)系密切的主要為酸性巖體[2]。

1.3 構(gòu)造

受多期次巖漿活動影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造條件較為復(fù)雜。區(qū)域上主要斷裂構(gòu)造包括伊舒斷裂帶、敦密斷裂帶、黑石—煙筒山斷裂帶及吉昌—土頂子斷裂帶，區(qū)域上研究區(qū)外北側(cè)為伊舒斷裂帶(NE)，區(qū)外南側(cè)為敦密斷裂帶(NE)。

黑石—煙筒山斷裂帶(NW)則由南向北貫穿研究區(qū)。該斷裂南起黑石鎮(zhèn)，向北西延伸經(jīng)官馬至煙筒山。斷裂總長大于80 km，寬約4 km，總體走向310°～320°，由4條近平行的斷裂構(gòu)成，總體傾向北東。該斷裂帶控制了研究區(qū)內(nèi)黃鶯屯組、小三個頂子組的分布及其周邊侵入巖的分布，西錯草硅灰石礦和南錯草硅灰石礦產(chǎn)在該斷裂帶內(nèi)。

吉昌—土頂子斷裂(NW)位于黑石—煙筒山斷裂帶南西一側(cè)，總體與之平行。斷裂帶長約16 km，斷裂面傾向30°～50°，傾角60°左右，帶內(nèi)花崗巖強(qiáng)片理化、糜棱巖化。該斷裂地表多為第四系所覆蓋。長崴子硅灰石礦和孟家硅灰石礦床產(chǎn)在該斷裂帶內(nèi)。

2 區(qū)域硅灰石礦床特征及成礦條件分析

磐石地區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)大型硅灰石礦床4處，分別是北部的長崴子硅灰石礦、孟家硅灰石礦，以及中東部的驛馬鄉(xiāng)西錯草和南錯草硅灰石礦。

長崴子硅灰石礦與孟家硅灰石礦分別位于磐石北部煙筒山鎮(zhèn)長崴子村與孟家村，礦體受地層控制，賦存在接觸帶外帶一側(cè)的磨盤山組上部及石嘴子組下部的硅質(zhì)大理巖、硅質(zhì)條帶和硅質(zhì)結(jié)核大理巖中。礦體產(chǎn)狀與地層基本一致，為層狀、似層狀或透鏡狀，礦石類型為團(tuán)塊狀、條帶狀和致密塊狀礦石，以致密塊狀礦石為主[3]。

礦床受土頂子—吉昌斷裂(NW)控制，該構(gòu)造平行于黑石鎮(zhèn)—煙筒山斷裂帶(NW)。礦體產(chǎn)于北西向斷裂與其次一級北東向、東西向斷裂交匯部位。

礦體賦存空間位于華力西期及印支期侵入巖體與碳酸鹽接觸帶靠近地層一側(cè)，一般在接觸帶200 m以內(nèi)。接觸帶形態(tài)越復(fù)雜，對成礦越有利。

西錯草和南錯草硅灰石礦位于磐石地區(qū)中東部，分別位于驛馬鄉(xiāng)西錯草村和南錯草村。礦體也是受地層控制，主要賦存在奧陶系小三個頂子組中。

礦床受黑石鎮(zhèn)—煙筒山斷裂帶控制，礦體產(chǎn)在北西向斷裂與次級近東西向斷裂交匯部位。

礦體以條帶狀賦存于硅質(zhì)條帶大理巖中，形態(tài)呈不規(guī)則狀。礦石類型以纖維柱狀塊狀構(gòu)造為主，其次為致密塊狀、團(tuán)塊狀和條帶狀構(gòu)造。

綜上，硅灰石礦床總體受地層、構(gòu)造、巖漿巖控制。研究區(qū)內(nèi)硅灰石礦產(chǎn)主要產(chǎn)于侵入巖體與地層接觸帶中靠近黃鶯屯組、小三個頂子組、磨盤山組及石嘴子組中的硅質(zhì)碳酸鹽巖中，產(chǎn)出部位多為構(gòu)造交匯部位，接觸帶形態(tài)越復(fù)雜，接觸面積越大，提供的熱能越充足，成礦可能性越大。

3 礦床成因探討

3.1 地層與成礦關(guān)系

資料表明，分布于吉中地區(qū)的淺海相硅質(zhì)碳酸鹽建造與硅灰石礦產(chǎn)關(guān)系密切。研究區(qū)內(nèi)含硅質(zhì)碳酸鹽建造的地層主要有奧陶系的黃鶯屯組和小三個頂子組，石炭系的磨盤山組和石嘴子組。這些地層中的含硅質(zhì)碳酸鹽巖(大理巖或結(jié)晶灰?guī)r)是硅灰石礦的主要賦存層位。

3.2 侵入巖與成礦關(guān)系

本地區(qū)經(jīng)歷了華力西期、印支期和燕山期等不同期次的多期次的巖漿侵入活動，為硅灰石礦的形成提供了豐富的熱源，使得成礦作用更加徹底和充分。礦體均產(chǎn)于巖體與碳酸鹽巖接觸帶或其附近。接觸帶形態(tài)越復(fù)雜(如巖體轉(zhuǎn)彎處或凹陷處)，接觸變質(zhì)條件越充分，硅灰石成礦條件越充分。區(qū)內(nèi)與硅灰石成礦有關(guān)的侵入巖包括基性到酸性巖，但總體看，酸性巖體與硅灰石成礦關(guān)系最為密切。

3.3 構(gòu)造與成礦關(guān)系

資料顯示，本地區(qū)大型硅灰石礦床均產(chǎn)在北西向斷裂與其次級斷裂構(gòu)造交匯部位，說明，北西向斷裂構(gòu)造為巖體的侵入提供了足夠的空間，而構(gòu)造交匯部位又為巖漿二次侵入提供了通道，從而為硅灰石成礦提供了充足的熱源，使得硅灰石成礦作用更加充分徹底。

3.4 變質(zhì)作用與成礦關(guān)系

本地區(qū)硅灰石成礦作用大致分為三個階段，早期的大規(guī)模區(qū)域變質(zhì)階段，熱接觸變質(zhì)作用階段和局部的接觸交代變質(zhì)作用階段。

早期的大規(guī)模區(qū)域變質(zhì)階段使得成礦層位中的鈣質(zhì)、硅質(zhì)重結(jié)晶，初步形成了硅質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r、大理巖，這一階段為硅灰石礦的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，初步形成了含礦層；而后多期次的巖漿活動使得含礦層進(jìn)入了熱接觸變質(zhì)階段，早期，鈣質(zhì)、硅質(zhì)進(jìn)一步重結(jié)晶，形成了硅質(zhì)大理巖；晚期，通過變質(zhì)結(jié)晶作用，硅質(zhì)、鈣質(zhì)重組合，形成硅灰石；部分礦床(南錯草硅灰石礦)在熱接觸變質(zhì)作用過程中，又疊加了接觸交代變質(zhì)作用。該類型硅灰石礦圍巖蝕變較單一熱接觸變質(zhì)型硅灰石礦床尤為發(fā)育，尤其是矽卡巖化。由于該類型硅灰石礦體多呈具有粗大纖維狀晶體的硅灰石單礦物脈產(chǎn)出，使其礦石物質(zhì)成分具有更加穩(wěn)定的特征。

3.5 礦床成因分析

本地區(qū)硅灰石礦床成因主要有2種，層控?zé)峤佑|變質(zhì)型和層控?zé)峤佑|—接觸交代變質(zhì)型[4]。而由于接觸變質(zhì)作用的連續(xù)性和多階段性，這兩種成礦作用往往又同時出現(xiàn)在一個礦床中，只是由于發(fā)育程度不同，從而劃分為不同的礦床成因類型。

4 找礦方向及遠(yuǎn)景

4.1 找礦方向

通過以上分析及省內(nèi)硅灰石礦產(chǎn)資料，磐石地區(qū)硅灰石礦產(chǎn)具有地層控礦、構(gòu)造控礦、巖體控礦的鮮明特征，是以熱接觸變質(zhì)和熱接觸交代變質(zhì)作用為主要成因的礦產(chǎn)。現(xiàn)總結(jié)磐石地區(qū)硅灰石礦產(chǎn)找礦方向如下，以供參考。

(1)小三個頂子組、磨盤山組和石嘴子組中的硅質(zhì)碳酸鹽建造是區(qū)內(nèi)硅灰石礦產(chǎn)主要賦礦層位，黃鶯屯組在省內(nèi)也有硅灰石礦化存在。

(2)北西向斷裂構(gòu)造為磐石地區(qū)硅灰石礦產(chǎn)主要控礦構(gòu)造。磐石地區(qū)北部以吉昌—土頂子斷裂帶為主，東部以黑石—煙筒山斷裂帶為主。硅灰石礦產(chǎn)多產(chǎn)于北西向斷裂與其次級北東向或東西向斷裂交匯部位。

(3)硅灰石礦產(chǎn)主要賦存于巖體與地層接觸帶上外帶，一般不超過200 m。礦體多產(chǎn)于巖體轉(zhuǎn)彎、凹陷處以及接觸形態(tài)復(fù)雜的部位。同時多期次的巖漿活動疊加對硅灰石充分結(jié)晶有利。

4.2 找礦遠(yuǎn)景分析

磐石地區(qū)目前有大型硅灰石礦4處，分別位于北部長崴子、孟家一帶，以及東部驛馬鄉(xiāng)錯草村一帶。從這兩地成礦地質(zhì)條件看，是尋找硅灰石礦產(chǎn)有利地區(qū)。在其外圍也已發(fā)現(xiàn)10處硅灰石礦點(diǎn)，如三泉西、片石流等成礦遠(yuǎn)景廣闊。