甘肅石英巖礦資源分布規(guī)律及成礦遠(yuǎn)景探討

王錫榮，陳 頏

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心甘肅總隊(duì)，甘肅 天水 741000)

近年來(lái)，甘肅省的找礦實(shí)踐表明，找礦工作難度越來(lái)越大，而老礦山資源日漸消耗，如何在“綠色礦山”的新形勢(shì)下，繼續(xù)發(fā)掘省內(nèi)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備，就要加強(qiáng)對(duì)各礦種的成礦規(guī)律研究。隨著全國(guó)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)、中國(guó)礦產(chǎn)地質(zhì)志等全國(guó)性項(xiàng)目的實(shí)施以及甘肅省區(qū)域礦產(chǎn)總結(jié)等，甘肅省在區(qū)域成礦規(guī)律研究方面取得了很大成績(jī)。本文通過(guò)對(duì)甘肅省內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的18個(gè)石英巖礦產(chǎn)地資料的整理分析，總結(jié)了甘肅省石英巖礦的特征、分布情況及成礦規(guī)律，為開(kāi)展石英巖礦找礦工作打下基礎(chǔ)。

1 礦產(chǎn)分布特征

截止2019年底，甘肅省內(nèi)共發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)石英巖礦產(chǎn)地18處，其中大型礦床[1]2處；中型礦床9處；小型礦床1處；礦點(diǎn)6處。累計(jì)查明資源儲(chǔ)量15 430.64×104t，保有資源儲(chǔ)量14 142.76×104t。礦床規(guī)模以中型礦床為主，約占甘肅省累計(jì)查明資源儲(chǔ)量的63.65%；大型礦床約占甘肅省累計(jì)查明資源儲(chǔ)量的35.70%；小型規(guī)模礦床較少，約占全省累計(jì)查明資源儲(chǔ)量的 0.65%(表 1)。

甘肅省內(nèi)所有石英巖礦床成因類型均為區(qū)域變質(zhì)型。其礦石為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，厚層—塊狀構(gòu)造為主。組成礦物以石英為主，含少(微)量絹云母、鐵質(zhì)、磷灰石等，礦物粒度以細(xì)粒、中粒為主，部分為粗粒。主要化學(xué)成分SiO2含量較穩(wěn)定，一般92.92%～99.34%，絕大部分在96%以上；有害組分變化較大：Al2O3含量一般0.035%～2.68%，F(xiàn)e2O3含量一般0.04%～2.50%。從表1中可以看出，昌馬—靖遠(yuǎn)成礦亞帶[2]的石英巖礦質(zhì)量最好，SiO2平均品位98.41%；永登—清水成礦亞帶的次之，SiO2平均品位98.19%；方山口—鷹嘴紅山成礦亞帶和紅古—興隆山成礦亞帶的居中，SiO2平均品位97.95%、97.94%；龍首山成礦亞帶的較好，SiO2平均品位95.80%；新關(guān)—陽(yáng)山成礦亞帶和白銀成礦亞帶的較差，SiO2平均品位94.60%、93.55%。

表1 甘肅省石英巖礦床(點(diǎn))分布特征

從地理分布來(lái)看(圖1)，石英巖礦主要分布在蘭州市，其次是張掖市和金昌市，酒泉市、白銀市、臨夏回族自治州、天水市、隴南市最少，其余各市(州)還沒(méi)發(fā)現(xiàn)有石英巖礦產(chǎn)出。

圖1 甘肅省石英巖礦床(點(diǎn))分布及成礦遠(yuǎn)景圖

2 典型礦床特征

甘肅省比較有前景的石英巖礦主要分布在永登—清水成礦亞帶和龍首山成礦亞帶，分屬不同的建造類型，以永登縣雞冠山石英巖礦床和金川區(qū)高石咀石英巖礦床為例。

2.1 永登縣雞冠山石英巖礦床[3-4]

礦區(qū)位于中祁連巖漿弧將軍嶺斷塊，斷裂、褶皺構(gòu)造均發(fā)育，總體構(gòu)造方向?yàn)镹W向，控制著區(qū)內(nèi)地層和礦體的產(chǎn)狀、形態(tài)及規(guī)模等。賦礦地層為長(zhǎng)城系皋蘭巖群(Pt21Gl.)，為淺變質(zhì)的淺海相火山碎屑巖建造。無(wú)巖漿巖出露。

根據(jù)地層巖性及其組合關(guān)系將皋蘭巖群分為五段，本區(qū)地層均倒轉(zhuǎn)，地層產(chǎn)狀235～275°∠40～70°，總體呈單斜構(gòu)造產(chǎn)出(圖2)。第一段分布于礦區(qū)西部，由灰綠色角閃巖和灰黑色千枚巖互層組成；第二段分布于中西部，巖性為青灰—灰白色厚層—巨厚層狀石英巖；第三段分布于礦區(qū)中部，為礦層，巖性為青灰—灰白色厚層—巨厚層狀石英巖；第四段分布于礦區(qū)中東部，巖性為灰白—青灰色中厚層狀含絹云母石英巖；第五段分布于礦區(qū)東部，巖性為灰—灰黑色千枚巖夾含絹云母石英巖。區(qū)內(nèi)只發(fā)育有2條平移斷層，長(zhǎng)度分別為40m、200m，斷距5～34m，另發(fā)育有4組節(jié)理，以北西—南東走向節(jié)理最為發(fā)育。

礦體賦存在皋蘭巖群第三段中。由2個(gè)礦體組成，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀247～265°∠50～70°。礦體延伸長(zhǎng)度320～580m，厚16.55～49.21m，延深大于116m(表2)。礦體中夾層有千枚巖、千枚巖＋高鐵石英巖、高鐵石英巖和低硅高鐵石英巖四種類型。

礦石類型為灰白色粒狀變晶石英巖。細(xì)粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)，厚層、巨厚層狀構(gòu)造。主要為石英(99%±)，另有極少量的絹云母、鋯石、磷灰石、鐵質(zhì)和粘土。SiO2含量基本穩(wěn)定，平均98.84%。有害組分Al2O3和Cr2O3含量變化較大，平均0.34%、0.000 37%，F(xiàn)e2O3和TiO2含量較穩(wěn)定，平均0.091%、0.022%?；瘜W(xué)成分的變化說(shuō)明礦石中石英含量高且穩(wěn)定，而絹云母、鐵質(zhì)、粘土等雜質(zhì)分布不均勻。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及本礦床的地質(zhì)特征，礦床賦存于長(zhǎng)城系皋蘭巖群中，為一套淺變質(zhì)的海相火山巖—碎屑巖建造。該套地層相變很大，火山巖和碎屑巖在縱橫向上頻繁交替出現(xiàn)，巖石組合也較復(fù)雜，沉積厚度大，反映了地槽相的不穩(wěn)定沉積環(huán)境。其巖石中的礦物組合有綠泥石＋綠簾石＋鈉長(zhǎng)石＋石英和絹云母＋石英，前者屬低綠片巖相中基性變質(zhì)巖的特征組合，后者類似于該相中泥砂質(zhì)變質(zhì)巖的特征組合，同時(shí)巖石中保留有原沉積巖的砂狀碎屑結(jié)構(gòu)等，均說(shuō)明其變質(zhì)程度較淺。故本礦床屬淺海相沉積變質(zhì)型礦床，即區(qū)域變質(zhì)型礦床。

圖2 永登縣雞冠山石英巖礦地質(zhì)略圖

表2 永登縣雞冠山石英巖礦體特征

2.2 金川區(qū)高石咀石英巖礦床[5]

礦區(qū)位于龍首山變質(zhì)基底雜巖，NW向和近EW向的構(gòu)造控制著區(qū)內(nèi)地層的分布，由其引起的次級(jí)斷裂多呈NW向和NE向，這些次級(jí)斷層對(duì)地層產(chǎn)生破壞作用。礦區(qū)出露地層為南華系—下寒武統(tǒng)韓母山群燒火筒組(Pt32s)和草大坂組(Pt33∈1c)、上石炭統(tǒng)羊虎溝組(C2y)及第四系全新統(tǒng)(Qh)。出露巖漿巖為奧陶紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖和志留紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖。

賦礦地層為南華系—寒武系韓母山群(Pt32∈1H)

草大坂組，巖性以碳酸鹽巖為主夾碎屑巖，根據(jù)巖性特征分為五層(圖3)。第一層分布于東部和中部，巖性為灰色碎屑灰?guī)r夾薄層含砂灰?guī)r和硅質(zhì)灰?guī)r；第二層分布于中東部，為紫灰色千枚巖；第三層分布于中東部，為淺灰色板狀石英砂巖；第四層(礦體)分布在中部，巖性為白色砂狀石英巖；第五層分布在中部和西部，巖性為淺綠色變質(zhì)砂巖。

圖3 金川區(qū)高石咀石英巖礦區(qū)地質(zhì)圖

由于受區(qū)域構(gòu)造影響，使得含礦層形成北西西向的緊閉褶皺和以近東西向?yàn)橹鞯臄嗔?，并有一系列北東、北西向的剪切斷裂伴生。受褶皺構(gòu)造影響，使同一礦層由北向南重復(fù)出現(xiàn)為近乎平行的三個(gè)礦體(編號(hào)依次為I、Ⅱ、Ⅲ號(hào))，分布于東西長(zhǎng)980m，南北寬約200m的范圍內(nèi)(表3)。石英巖礦體形態(tài)和礦石質(zhì)量都較穩(wěn)定。礦體規(guī)模變化是由于構(gòu)造影響所致；而有益有害組分的含量變化不大，說(shuō)明礦石中石英和絹云母、鐵質(zhì)、粘土等分布較均勻。

表3 金川區(qū)高石咀石英巖礦體特征

礦石類型為白色砂狀石英巖，變余砂狀結(jié)構(gòu)、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，厚層—巨厚層狀構(gòu)造。主要由石英和硅質(zhì)膠結(jié)物(92%～98%)組成，含少量碳酸鹽、絹云母、氧化鐵、粘土及微量白云母、電氣石、鋯石等。

礦體呈層狀產(chǎn)出，具穩(wěn)定的層位，與上下圍巖整合接觸，礦體本身具有不清晰的層理；礦石礦物成分以石英為主，其顆粒呈圓狀、次圓狀，粒度均勻，膠結(jié)物多為硅質(zhì)，微量礦物為化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的鋯石、電氣石等；石英碎屑局部有重熔現(xiàn)象，膠結(jié)物已重結(jié)晶，礦石具變余砂狀結(jié)構(gòu)，局部為粒狀變晶結(jié)構(gòu)。因此認(rèn)為本礦床最初處于較穩(wěn)定的沉積環(huán)境，由于緩慢的剝蝕作用，基巖充分分解，穩(wěn)定的石英碎屑經(jīng)水力搬運(yùn)至濱?！獪\海地帶沉積形成石英砂；再經(jīng)海水中膠體SiO2膠結(jié)成巖后又經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而形成，為區(qū)域變質(zhì)型礦床。

3 區(qū)域成礦因素

石英巖礦屬沉積變質(zhì)型礦床，明顯受地層控制。海相沉積的石英砂巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用等而使原有的碎屑石英和硅質(zhì)膠結(jié)物重結(jié)晶而成。一般具有礦體規(guī)模較大、成分單一和質(zhì)地純凈的特點(diǎn)[6]。其成礦控制因素如下。

(1)石英巖礦主要分布于早古生代以前的地層中，尤以元古代地層為主。主要建造類型屬于海相碎屑巖建造、火山巖建造、冰漬碎屑巖建造內(nèi)的石英碎屑巖建造。原巖主要是石英砂巖、含泥質(zhì)、鈣質(zhì)石英砂巖等，且原巖中硅質(zhì)含量的多少?zèng)Q定著石英巖礦的質(zhì)量。

(2)各含礦地層的分布、產(chǎn)狀及規(guī)模又受區(qū)域構(gòu)造的控制，從北向南基本由北西、北西西向分布轉(zhuǎn)為近東西向分布。各含礦地層構(gòu)造方向與其所處位置的區(qū)域構(gòu)造方向基本一致，對(duì)礦體起破壞作用的構(gòu)造基本都是次級(jí)構(gòu)造，尤其是斷裂構(gòu)造。

(3)沉積古地理主要屬古老地槽或地臺(tái)的濱—淺海環(huán)境，陸源石英碎屑物經(jīng)海浪作用的長(zhǎng)期改造沉積下來(lái)，形成石英砂巖，是形成石英巖礦的首要條件。

(4)區(qū)域變質(zhì)作用是形成石英巖礦的重要條件，尤其是區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用和區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)作用，使原巖中的石英顆粒重結(jié)晶并次生加大，硅質(zhì)膠結(jié)物結(jié)晶形成石英，而泥質(zhì)變?yōu)榻佋颇?，鐵質(zhì)變?yōu)槌噼F礦等鐵質(zhì)礦物[7-8]。

(5)巖漿作用對(duì)各含礦層和礦體的影響相對(duì)較弱，巖體附近的地層產(chǎn)生接觸變質(zhì)或熱液交代變質(zhì)等，石英重結(jié)晶程度進(jìn)一步提高。

4 時(shí)空分布規(guī)律

4.1 時(shí)間分布規(guī)律

從甘肅省石英巖礦礦床產(chǎn)出的地層時(shí)代[9]來(lái)看，主要有古元古代、長(zhǎng)城紀(jì)—奧陶紀(jì)、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)。各成礦時(shí)代累計(jì)查明資源儲(chǔ)量的比例分別為：長(zhǎng)城紀(jì)占48.61%，泥盆紀(jì)占16.72%，南華紀(jì)—寒武紀(jì)占13.58%，薊縣紀(jì)占13.04%，長(zhǎng)城紀(jì)—奧陶紀(jì)占5.95%，奧陶紀(jì)占2.10%?？梢钥闯鲩L(zhǎng)城紀(jì)為甘肅省最重要的成礦期，其次是泥盆紀(jì)、南華紀(jì)—寒武紀(jì)、薊縣紀(jì)，再次是長(zhǎng)城紀(jì)—奧陶紀(jì)、奧陶紀(jì)。

4.2 空間分布規(guī)律

從甘肅?、蠹?jí)大地構(gòu)造單元位置上看，甘肅省石英巖礦床主要分布于北祁連新元古代—早古生代溝弧盆系、龍首山—雅布賴山地塊，次為中祁連巖漿弧、南秦嶺—大巴山—南大別山新元古代—早中生代裂陷大陸邊緣[2，10]。從IV級(jí)大地構(gòu)造單元位置看，主要分布于走廊南山巖漿弧、龍首山變質(zhì)基底雜巖，次為中祁連巖漿弧(Ⅲ級(jí))、三河口裂陷沉積區(qū)，再次為北祁連蛇綠混雜巖和柳園裂谷。

從IV級(jí)成礦亞帶來(lái)看(表4)，甘肅省境內(nèi)有7個(gè)成礦亞帶有石英巖礦顯示，其各成礦亞帶石英巖礦的分布數(shù)量不同。按其資源儲(chǔ)量由多到少排序?yàn)椋糊埵咨健R—靖遠(yuǎn)→新關(guān)—陽(yáng)山→紅古—興隆山→永登—清水→白銀→方山口—鷹嘴紅山。探獲資源儲(chǔ)量的多少說(shuō)明上述IV級(jí)成礦亞帶所具有的資源潛力。

5 成礦預(yù)測(cè)

根據(jù)2019年底以前甘肅省內(nèi)發(fā)現(xiàn)和勘探的18個(gè)石英巖礦產(chǎn)地，對(duì)各礦床(點(diǎn))的成礦條件、分布規(guī)律等進(jìn)行分析研究后認(rèn)為甘肅省內(nèi)有雙紅圈和將軍埠2個(gè)石英巖成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

表4 甘肅?、艏?jí)成礦亞帶石英巖礦產(chǎn)地統(tǒng)計(jì)

雙紅圈石英巖成礦遠(yuǎn)景區(qū)處于龍首山變質(zhì)基底雜巖中，位于龍首山成礦亞帶上。已發(fā)現(xiàn)有高石咀、沙路咀2個(gè)中型礦床和毛草泉1個(gè)小型礦床，含礦層為南華紀(jì)—寒武紀(jì)韓母山群碎屑巖夾碳酸鹽巖建造和冰成巖建造，且地層經(jīng)歷了區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用，具有形成石英巖礦的良好條件。主要巖石組合下部為淺灰—深灰色薄層狀砂質(zhì)、砂屑灰?guī)r、粉晶白云巖，夾淺灰—灰綠色泥鈣質(zhì)千枚巖、綠泥絹云鈣質(zhì)千枚巖，底部有不穩(wěn)定的深灰色含磷砂狀石英巖、粉砂質(zhì)磷塊巖；上部為灰、灰白色夾黃褐色中厚層—巨厚層灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r，夾薄—中層狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、假鮞狀灰?guī)r等。本組巖性及厚度變化較大。已有高石咀礦區(qū)和沙路咀礦區(qū)。高石咀礦區(qū)3個(gè)礦體為同一礦層由于褶皺影響而形成3個(gè)礦體。礦體長(zhǎng)度560～980m，厚度24～41m，SiO2含量95.85%～96.34%，平均96.13%。沙路咀礦區(qū)共有6個(gè)礦體，長(zhǎng)度128～614m，厚度15～95m，SiO2含量94.84%～95.31%，平均95.21%。雖然各礦體規(guī)模不大，但含礦層位穩(wěn)定，延伸長(zhǎng)度大于18km，厚500～1 000m，具有一定的資源潛力。

將軍埠石英巖成礦遠(yuǎn)景區(qū)地處中祁連巖漿弧中，位于永登—清水成礦亞帶上。已發(fā)現(xiàn)雞冠山石英巖礦床，含礦層為長(zhǎng)城紀(jì)皋蘭巖群，為中酸性火山巖—巖屑中細(xì)—粉砂巖建造，厚度大，地層經(jīng)歷了區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用和區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)作用。含礦層呈北西—南東向展布，沿走向長(zhǎng)約11km。其間褶皺復(fù)雜，斷裂發(fā)育。礦區(qū)中地層自下而上分為五層：①灰綠色角閃石巖與灰黑色千枚巖互層；②灰黑色千枚巖夾薄—中厚層含絹云母石英巖；③青灰—灰白色厚—塊狀石英巖；④灰白—青灰色中厚層狀含絹云母石英巖；⑤灰—灰黑色千枚巖夾含絹云母石英巖。第3層為含礦層，有2個(gè)礦體，長(zhǎng)320～580m，厚16.55～49.21m。礦石化學(xué)成分SiO298.03%～99.56%，Al2O30.15% ～1.00%，F(xiàn)e2O30.013%～0.20%。該含礦層延伸長(zhǎng)度大，厚度較穩(wěn)定，厚約2 000m，具有一定的找礦潛力。

6 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)甘肅省內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的18個(gè)石英巖礦床(點(diǎn))的成因類型進(jìn)行了研究，其礦床類型均為區(qū)域變質(zhì)型。

(2)甘肅省石英巖礦床(點(diǎn))的主要成礦時(shí)代為長(zhǎng)城紀(jì)和南華紀(jì)—寒武紀(jì)，空間上主要處于龍首山變質(zhì)基底雜巖、龍首山成礦亞帶及中祁連巖漿弧、永登—清水成礦亞帶中。

(3)依據(jù)甘肅省石英巖礦的成礦條件、時(shí)空分布特征和找礦潛力等劃分出雙紅圈、將軍埠2個(gè)石英巖成礦遠(yuǎn)景區(qū)。