吉林通化光華石榴子石礦地質(zhì)特征及成因分析

高 峰

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

通化縣光華石榴子石礦大地構(gòu)造位置位于華北陸塊，龍崗(吉南)復(fù)合地塊，白山地塊與光華裂陷槽接觸帶以西[1-2]。區(qū)內(nèi)出露巖石主要為太古宙表殼巖及TTG巖套，區(qū)域上呈帶狀分布，總體延展方向為北東向，出露的主要巖石類型有斜長角閃巖—角閃巖類，片巖類，變粒巖—淺粒巖類，石英巖類及花崗質(zhì)片麻巖類等[3-5]。另外，區(qū)域上見少量中生代花崗斑巖及輝綠玢巖和閃長玢巖脈等[6-7]。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)主要有磁鐵礦、石榴子石礦、硅石礦、云母礦等。區(qū)域上，石榴子石賦礦帶分布穩(wěn)定，西起柳河縣柞木臺子，經(jīng)本礦區(qū)向東延續(xù)到勝利屯一帶，出露長約20km，光華石榴子石礦區(qū)僅是該成礦帶的一段。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)地層為晚太古代表殼巖(Ar3B)及第四紀(jì)全新統(tǒng)(Qh)(圖1)。

晚太古代表殼巖(Ar3B)：主要分布于礦區(qū)的中、南部，由于遭受到多次變質(zhì)變形作用及古老花崗巖侵入作用的改造和破壞，其原生層理已被后期形成的面理完全置換，原始沉積構(gòu)造已不能識別，巖層序列關(guān)系不明，為層狀元序的構(gòu)造堆積體，因此，現(xiàn)巖性層在空間的上下排序及厚度大小，均不反映沉積期的先后和厚薄。

晚太古代表殼巖(Ar3B)主要由角閃巖相及高綠片巖相的斜長角閃巖、角閃巖夾石榴子石二云片巖、變粒巖—淺粒巖等組成。該套地層雖然原始沉積層狀特征及原生層理全都被后期形成的片麻理、片理置換，又經(jīng)區(qū)域中—高級變質(zhì)作用，但通過石榴子石二云片巖特征性巖層的存在以及利用巖石化學(xué)計算借助圖解判別的方法推測，其原巖以基性火山巖為主，夾有火山噴發(fā)間歇期沉積的高鋁粘土巖和粘土質(zhì)粉砂巖，其沉積變質(zhì)形成的石榴子石二云片巖可作為標(biāo)志層，也是區(qū)內(nèi)的含礦層。

圖1 光華石榴子石礦床礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)[8]編制)

第四紀(jì)全新統(tǒng)(Qh)：主要分布在哈泥河及其次一級水系兩側(cè)，由現(xiàn)代河流沖積物堆積而成，厚度2～3m，其出露標(biāo)高一般在460m以上。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)褶皺構(gòu)造主要為地殼中深部構(gòu)造層次的韌性—彈塑性變形作用，是在地殼下降較快，地質(zhì)體埋藏較深的條件下形成的，構(gòu)造形跡以地質(zhì)體在塑性重流及固態(tài)流變作用下形成的片理、片麻理暗色礦物及淺色礦物變質(zhì)條帶以及由這些新生面理形成的厚頂重流褶皺等構(gòu)成的面狀、條帶狀強弱不均勻的韌性變形帶為主，據(jù)自然露頭調(diào)查分析，已發(fā)現(xiàn)有不同樣式的褶皺和不同方向的樞紐、線理，表明區(qū)內(nèi)至少經(jīng)歷了三期以上構(gòu)造變形：①第一期變形基本是以水平層系地層為變形面，受東西側(cè)向擠壓，形成軸向近南北，樞紐近水平，軸面向西傾斜的平臥褶皺。該褶皺導(dǎo)致含礦層和圍巖發(fā)生重褶開使部分巖層在空間上頂?shù)孜恢眯吕项嵉梗矶甲儽?，轉(zhuǎn)折端增厚；②第二期變形是以片理為變形面，受近南北向應(yīng)力擠壓，形成軸向近東西向，軸面向南緩傾(30°左右)的緊閉同斜背形，它導(dǎo)致含礦層和圍巖再次重褶，形成現(xiàn)今多層礦體分布的格局，代表性褶皺為海南坡—箭頭同斜背形；③第三期變形表現(xiàn)為褶劈的出現(xiàn)，它是在準(zhǔn)塑性條件下產(chǎn)生的，探槽及露頭點測得線理方向為330°，反映有一組軸向北西褶皺存在。

據(jù)此，礦區(qū)內(nèi)的多層含礦體實際上為同一層位，是由于它們處于不同的褶皺構(gòu)造部位造成的。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造共見有東西向，北西向和北東向等6條斷層。海南坡—雙廟逆沖斷層(F6)，是區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的斷裂構(gòu)造，為區(qū)域上海南坡—會家溝斷裂的一部分，圖幅內(nèi)出露約4km，東西走向、傾向南或南東，傾角47°；F2斷層，位于6號勘探錢，走向北西，平移斷層，見約1m寬的破碎蝕變巖，錯斷礦體，礦體平面位移約160m；F3斷層，位于7號勘探線以西，為平移斷層，走向北東，錯斷礦體，平面位移約100m；F4斷層，位于高麗城子以上，為平移斷層，走向北東，錯斷礦體，平面位移約130m。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿發(fā)育，分布較為廣泛，約占區(qū)內(nèi)面積的2/5，主要為太古宙變質(zhì)深成侵入巖，另外見零星的燕山期輝綠玢巖脈分布。

晚太古代變質(zhì)深成侵入巖主要分布在F6斷層以北，箭頭—雙廟以東及0號勘探線—王八脖子以南一帶，可分為英云閃長質(zhì)片麻巖及二長花崗質(zhì)片麻巖。

英云閃長質(zhì)片麻巖(Ar3To)：主要出露在箭頭—雙廟以東及0號勘探線—王八脖子以南一帶，巖石灰白—暗灰色，中細(xì)位鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，暗色礦物分布不均勻，黑云母呈團(tuán)塊狀集中定向分布，巖體內(nèi)部鉀長石化明顯，石英脈發(fā)育。

二長花崗質(zhì)片麻巖(Ar3Tro)：主要出露于礦區(qū)F6斷層以北一帶，巖石呈肉紅色，中?；◢徸兙ЫY(jié)構(gòu)、片麻理較發(fā)育，沿片麻理有偉晶巖脈、石英脈貫入。

燕山晚期輝綠玢巖脈(βμ)：侵入規(guī)模小，呈脈狀零星見于王八脖子0號勘探線以北一帶，分別侵入于晚太古代表殼巖及英云閃長質(zhì)片麻巖中，東西向或近東西向延伸約1km，傾向335～360°，傾角60～75°。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦體賦存在晚太古代表殼巖的石榴子石二云片巖層位，東西向延長大于4km。礦體呈單斜層狀展布，為一層礦體，傾向190～228°，總體傾向190°，傾角19～35°，由7線至6線控制水平長1 020m，控制最大斜深95m，礦體厚度3.21～12.01m，平均厚度7.41m，其中地表控制厚度3.21～12.01m，平均厚度6.49m，鉆探控制厚度9.40～15.46m，最薄處為3.21m，由西向東地表礦體厚度有增大趨勢。西段由7線以西至0線以東的工程控制，礦體厚度變化在3.21～5.10m；東段由4線至6線的工程控制，礦體厚度為9.05～12.01m，礦體由地表向深都有增厚趨勢。礦石品位單樣變化在10.00%～51.28%，一般變化在20%左右，單工程平均品位為14.57%～25.05%，呈波動式變化。光華石榴子石礦床工業(yè)指標(biāo)見表1[8]。

表1 光華石榴子石礦床工業(yè)指標(biāo)

受斷層F2和F3的影響，本礦體局部錯斷，劃分為1-1號、1-2號、1-3號3個礦體，現(xiàn)分別敘述如下。

(1) 1-1號礦體：位于F3斷層以西，即7號勘探線的西部。礦體呈層狀，傾向190°，傾角24°，礦體控制厚度5.10m，控制標(biāo)高572～575m，礦石品位單樣為14.29%～31.37%，平均品位23.39%，頂板圍巖為輝綠玢巖、斜長角閃巖、石榴子石二云片巖，底板圍巖為斜長角閃巖、石榴子石二云片巖。據(jù)路線地質(zhì)調(diào)查分析，該礦體有分枝復(fù)合現(xiàn)象，中間有一層角閃巖夾石存在。本礦體因地表單工程控制未計算儲量。

(2) 1-2號礦體：位于7線至6線之間，西與1-1號礦體被F3斷層所分割，東與1-3號礦體由F2斷層所分割，由7線、3線、0線、4線和6線等5條勘探線之間的工程所控制。礦體呈穩(wěn)定層狀，傾向南西為193～228°，傾角19～35°，一般在25°左右，屬緩傾斜礦體。礦體控制長度東西水平長約800m，分布標(biāo)高地表為582～596m，深部為540～564m，控制最大斜深95m，礦體控制厚度3.21～15.46m，平均厚度9.1m，礦體厚度以4線為界，地表由西向東有增厚趨勢，西段地表控制厚度3.21～5.09m，東段地表控制厚度9.05～11.51m，由地表向深部礦體亦有變厚趨勢。礦體品位呈波動式變化，平均品位為19.32%。由地表向深部，礦體品位有降低趨勢，地表平均品位為21.71%，深部平均品位為16.17%。礦體頂?shù)装鍑鷰r為斜長角閃巖、石榴子石二云片巖，局部為淺粒巖和英云閃長質(zhì)片麻巖，夾石僅見到一層厚2.33m的角閃巖。

(2) 1-3號礦體：位于6號勘探線以東，即F2斷層?xùn)|側(cè)地段由地表TC1探槽單工程控制，另有TC3探槽及g3點等未完全控制礦體自TC1探槽向東延伸約200m后被斷層F1錯斷，但斷距較小，約30m，因此沒有再進(jìn)一步劃分。礦體呈層狀，傾向220°，傾角31°，礦體控制厚度12.01m，出露標(biāo)高570～573m，礦體品位單樣為10.00%～51.28%，平均品位14.62%，頂板圍巖為淺粒巖，底板圍巖為斜長角閃巖，見一層厚3.34m的夾石，巖性為角閃巖和石榴子石二云片巖。該礦體因地表單工程控制未計算儲量。

3.2 礦石特征

礦石自然類型單一，為石榴子石二云片巖，斑狀變晶結(jié)構(gòu)、細(xì)粒鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造(圖2)。礦石呈灰綠、銀灰色，石榴子石礦物含量一般為15%～20%，最高可達(dá)51.28%。礦石工業(yè)類型可分為氧化礦和原生礦兩種，氧化礦分布在地表淺部和構(gòu)造淋濾帶內(nèi)，一般氧化帶5～10m，氧化礦石為褐色，疏松狀，石榴子石已從礦石中分離，風(fēng)化嚴(yán)重者可呈砂礫及粘土，原生礦石為灰綠色或銀灰色，礦石堅硬。根據(jù)石榴子石礦物的工業(yè)用途，本礦區(qū)礦石以研磨用礦石為主，未發(fā)現(xiàn)寶石級礦石。

礦石化學(xué)成分詳見表2，由表可以看出，原生礦與氧化礦最大的區(qū)別是，氧化礦中的Fe2O3成分含量增加，F(xiàn)eO成分降低。

圖2 光華石榴子石礦礦石顯微照片

表2 光華石榴子石礦礦石化學(xué)分析結(jié)果

3.3 礦物特征

礦石礦物成分以石榴子石、黑云母、白云母、石英、斜長石等為主，有時見十字石、綠簾石、綠泥石等(圖2b)，金屬礦物磁鐵礦、黃鐵礦含量2%～5%。

石榴子石是礦石中的有用組分，一般以單晶產(chǎn)出，偶見連晶，風(fēng)化面為褐色、棕色，新鮮面紫色、粉紅色，以紅色為主，深褐色、暗黑色較少，單晶粒度一般0.5～1.5cm，最大可達(dá)3cm左右，為等軸晶系，菱形十二面體和四角三八面體，晶體斷面為半貝殼狀，性脆，硬度為7.5。裂紋發(fā)育，多含包體，主要為石英、綠泥石及金屬礦物等，一般粒徑小于1cm晶體者質(zhì)地純好，內(nèi)部包體較少。石榴子石單礦物化學(xué)成分分析結(jié)果見表3。

脈石礦物為：①黑云母：片狀，深褐色，定向分布，片度約0.5mm；②白云母：片狀，無色，片度0.1～0.15mm；③石英：粒狀，表面干凈，粒度0.1～0.3mm；④長石：他形，表面常見絹云母化，粒度0.1～0.3mm。

4 礦床成因

通化縣光華石榴子石礦床賦存的石榴子石二云片巖，礦石化學(xué)分析結(jié)果顯示，巖石中的A12O3、Fe2O3、FeO含量較高，MgO、al、fm值較高，C值較低，在尼格里四面體圖解中(圖略)，投影點落人粘土質(zhì)沉積巖區(qū)，在(al-alk)-C圖解中(圖略)大部分投入粘土巖區(qū)，表明其原巖應(yīng)為泥質(zhì)碎屑沉積巖。

表3 石榴子石單礦物化學(xué)成分分析結(jié)果

本礦床產(chǎn)于太古宙表殼巖中，受區(qū)域變質(zhì)成因的石榴子石二云片巖控制，為受變質(zhì)型礦床，變質(zhì)程度相當(dāng)于高綠片巖相—角閃巖相，屬低—中壓變質(zhì)相，變質(zhì)的溫壓條件為：P=0.2～0.8GPa，T=500～700℃[9-11]。當(dāng)變質(zhì)程度達(dá)到高綠片巖相，即可產(chǎn)生石榴子石+黑云母+白云母+綠簾石+斜長石+石英，或鋁榴石+十字石+黑云母+白云母+石英等礦物組合。