大別山東段脈石英礦地質特征及找礦潛力分析

李光惠，張 徐

(中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心安徽總隊，安徽 合肥 230031)

隨著我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對高純石英的需求也越來越大。我國石英資源豐富，但質量參差不齊，到目前為止我國尚未發(fā)現(xiàn)能夠穩(wěn)定滿足工業(yè)生產(chǎn)需要的高純石英原料優(yōu)質礦產(chǎn)資源[1]。高純石英原料評價與選擇技術是解決我國高純石英困境的基礎和前提：一方面，原料選擇是決定高純石英產(chǎn)品質量的關鍵因素[2]，在缺少原料選擇技術情況下難以獲得高品質原料；另一方面，規(guī)模大、質量穩(wěn)定的高品質原料也為高純石英產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。因此，尋找規(guī)模大、質量穩(wěn)定的石英礦資源進行評價和選擇，對解決我國高純石英原料困境具有重要的現(xiàn)實意義。

已有研究表明，脈石英礦是生產(chǎn)高純石英的重要原料之一，但并不是所有的脈石英礦都能作為高純石英原料[3]。受成礦物質來源及成礦地質條件的影響，不同成礦地質環(huán)境下形成的脈石英礦的化學純度以及包裹體、晶格雜質的賦存狀態(tài)存在較大差別。國內(nèi)有學者認為，變質巖地區(qū)的石英是用來替代水晶用于生產(chǎn)透明石英玻璃的理想原料[4]。國外的眾多研究也表明[5-7]，大部分高純石英原料產(chǎn)在變質巖地區(qū)，因為變質作用可以使石英產(chǎn)生重結晶，也可以使石英晶體中的某些元素含量降低，從而形成純度較高的石英。由此可見，變質巖地區(qū)的脈石英可能是高純石英原料的重要類型。

本文以大別山東段地區(qū)脈石英礦為研究對象，在全面調(diào)查研究區(qū)內(nèi)已有石英脈的基礎上，對脈石英的類型、分布及質量進行分析，并對研究區(qū)內(nèi)典型脈石英礦床特征進行總結，通過上述工作對該地區(qū)脈石英礦的找礦潛力進行了研究。希望通過本研究能為該地區(qū)尋找高純石英原料用脈石英資源提供找礦方向。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)位于安徽省西部大別山造山帶東段(圖1)，處在華北板塊與揚子板塊之間的碰撞造山帶中[8-9]。大別山東段經(jīng)歷了多期次造山作用[10-11]，印支期是大別山的主要變形期和高壓動力變質時期，燕山期是主要的造山期，基底剪切引起地殼重熔[12]，導致大范圍的熱流變質作用。按造山帶巖石學特征，可將大別山東段由南往北劃分為宿松變質雜巖帶、南大別超高壓變質帶、北大別變質雜巖帶及北淮陽變質巖帶四個巖石構造單元[13]。強烈的造山運動、多期次的變質作用、構造運動和巖漿活動為研究區(qū)內(nèi)石英脈的形成提供了豐富的物質來源和運移淀積通道。本次研究區(qū)主要位于南大別超高壓變質帶和北大別變質雜巖帶中。

圖1 大別山東段區(qū)域地質簡圖(據(jù)文獻[14]修編)

2 礦床地質及分布特征

2.1 脈石英的類型

脈石英是地殼中SiO2滲透在裂隙中的熱液沉淀產(chǎn)物，其形成主要受成礦物質來源、構造裂隙以及溫壓條件控制。不同的結構構造、顏色及透明程度可以反映脈石英不同的生成環(huán)境以及雜質含量的多寡。為了方便野外識別以及對脈石英質量有初步的判斷，本次按結構將研究區(qū)的脈石英劃分為六類：砂糖狀脈石英、瓷白色致密塊狀脈石英、乳白色致密塊狀脈石英、含晶致密塊狀脈石英、其它顏色致密塊狀脈石英及梳狀脈石英。研究區(qū)內(nèi)脈石英礦體中大部分由致密塊狀脈石英組成，其次為砂糖狀脈石英，梳狀脈石英較為少見。

2.2 石英脈分布特征

受造山帶隆升及剝蝕的影響，研究區(qū)內(nèi)石英脈具有明顯的空間分布規(guī)律。根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的石英脈的分布情況，可劃分為太湖黃鎮(zhèn)—潛山水吼嶺及金寨前畈—霍山大化坪兩個石英脈發(fā)育帶。

(1)太湖黃鎮(zhèn)—潛山水吼嶺石英脈發(fā)育帶。

近北東走向，位于太湖黃鎮(zhèn)到潛山水吼嶺一帶，長約40km，寬約20km。該帶所處的位置為南大別超高壓變質帶，雖然經(jīng)歷了隆升和剝蝕，但仍保留了大部分表殼巖石。在該帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)兩處小型以上的脈石英礦床，大于0.5m 的石英脈340 余條。石英脈走向80%以上為北東，傾向北西，傾角較陡或直立。石英脈大部分呈團囊狀、脈狀產(chǎn)出。長1.5 ～100m不等，寬約0.2 ～70m，延深5 ～80m。在該帶內(nèi)，脈石英礦體的分布亦具有一定的空間分布特征。從已有的數(shù)據(jù)來看，太湖白石山、太湖寺前—橋沖、潛山五廟—團石灣三個地區(qū)石英脈最為發(fā)育，且具有一定的規(guī)模。

(2)金寨前畈—霍山大化坪石英脈發(fā)育帶。

近東西走向，位于金寨前畈到霍山大化坪一帶，長約50km，寬約20km。該帶所處的大地構造位置為北大別變質雜巖帶，曾經(jīng)歷過強烈的隆升和剝蝕，有學者認為該地區(qū)被剝蝕的深度至少達4km[11，13，15]，大部分表殼巖已被剝蝕殆盡，出露的巖石大部分為結晶基底的巖石及燕山期的巖漿巖。該帶內(nèi)目前已發(fā)現(xiàn)大于0.5m 的石英脈有37 條。石英脈呈脈狀產(chǎn)出，已發(fā)現(xiàn)的石英脈中延長最長達700 余米。這個帶內(nèi)石英脈主要圍繞燕山期巖漿巖分布，規(guī)模較大的石英脈大部分發(fā)育在燕山期巖漿巖內(nèi)。

2.3 脈石英質量特征

不同類型的脈石英，其質量存在差別。對研究區(qū)內(nèi)277 件脈石英樣品進行基本分析測試(表1)發(fā)現(xiàn)，如果不考慮其它的因素僅從化學純度進行比較的話，研究區(qū)內(nèi)瓷白色致密塊狀脈石英SiO2含量最高，其次為砂糖狀脈石英及含晶致密塊狀脈石英，其它顏色致密塊狀脈石英SiO2含量最低。不同類型脈石英之間Al2O3含量差別較大，最低為0.033%，最高為3.836%，瓷白色致密塊狀脈石英Al2O3含量最低，其次為含晶致密塊狀脈石英。研究區(qū)脈石英Fe2O3含量在0.035%～0.694%，瓷白色致密塊狀脈石英、砂糖狀脈石英、含晶致密塊狀脈石英Fe2O3含量遠小于0.15%。

表1 不同類型脈石英的質量特征

研究區(qū)內(nèi)脈石英質量具有南高北低趨勢(表2)，發(fā)育在不同巖石構造單元的脈石英質量有差別，北大別變質雜巖帶中的脈石英總體Al2O3、Fe2O3含量較高。這表明脈石英的質量與所處的大地構造環(huán)境密切相關。

對研究區(qū)內(nèi)不同地質體的脈石英的質量進行統(tǒng)計( 表3) 可以看出，不同地質體之間脈石英的質量也存在差別。榴輝巖中發(fā)育的脈石英質量最好，其次是變質表殼巖，燕山期巖漿巖中發(fā)育的脈石英質量最差。同種類型脈石英在不同的地質體中也存在質量差異，比如含晶致密塊狀脈石英，在榴輝巖中SiO2含量為99.89%，Al2O3含量為0.032%，F(xiàn)e2O3含量為0.058%，在燕山期巖漿巖中SiO2含量為98.71%，Al2O3含量為0.343%，F(xiàn)e2O3含量為0.066%，質量差別較大。比較特殊的是乳白色致密塊狀脈石英，在除燕山期巖漿巖外的地質體中質量變化不大。這表明發(fā)育在變質程度高的含礦地質體中的脈石英質量要優(yōu)于變質程度低的含礦地質體中的脈石英。這可能也暗示了含礦地質體的變質程度是影響脈石英質量的重要因素之一。

表2 不同巖石構造單元脈石英質量特征

3 典型礦床特征

研究區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多處脈石英礦床(點)，太湖白石山脈石英礦是其中最具有代表性的礦床。太湖白石山脈石英礦部分礦石經(jīng)加工提純后13 種雜質元素含量＜50μg/g，是生產(chǎn)高純石英的原料礦床[16]。

該礦床位于南大別超高壓變質帶與宿松變質雜巖分界的太湖—馬廟韌性剪切帶內(nèi)，處在區(qū)域左型平移斷層—郯廬斷裂帶的次級構造與早期韌性剪切帶疊加部位。礦體主要賦存在由黑云斜長片麻巖等巖性組成的變質表殼巖中。節(jié)理在礦體內(nèi)較發(fā)育，東部以走向315°和250°兩組較發(fā)育，西部以250 ～260°和330 ～340°兩組發(fā)育，在礦體中部發(fā)育的一組283 ∠74°節(jié)理對礦體產(chǎn)生了破壞。圍巖蝕變現(xiàn)象在該礦床較為明顯，主要表現(xiàn)為靠近脈石英礦體巖性蝕變?yōu)榘自剖⑵瑤r、白云母片巖、白云斜長片麻巖等。在接觸面下部多可見到一層厚約幾厘米至十幾厘米的黑云母層，局部由于水化而變?yōu)轵问?。另外，在主礦體的外圍200m 的范圍內(nèi)發(fā)育較多寬約數(shù)厘米至數(shù)十厘米的石英脈群，研究區(qū)內(nèi)其他規(guī)模大的脈石英礦體也有這樣的現(xiàn)象，這可以作為尋找這一類礦床的間接找礦標志。

脈石英礦體基本上沿東西向延長分布。礦體長140 ～165m，最寬處70 ～72m，最窄處10 ～23m，構成兩端大中間細長的不規(guī)則“啞鈴狀”。其產(chǎn)狀變化多端，頂板產(chǎn)狀208～335°∠75～90°；底 板 產(chǎn) 狀183 ～185 ° ∠45 ～60 °，143 ～169°∠54 ～69°。經(jīng)鉆孔控制礦體最大延深為101.1m，延伸較為穩(wěn)定。

礦石主要為乳白色致密塊狀脈石英，含量多數(shù)在98%～99%以上，少數(shù)在95%～97%，部分礦石含有少量白云母、鉀長石，含量在1%～3%。礦石樣品經(jīng)成都理工大學汪靈等用實驗室5#工藝[17]提純后，樣品中Al、Na、K、Ca、Mg、Fe、Li、Mo、Cu、Ni、Cr、B、Mn 等13 種雜質元素含量為32.4μg/g，基本達到IOTA-STD 產(chǎn)品質量要求。

表3 不同地質體內(nèi)脈石英質量特征

4 找礦潛力分析

4.1 南大別超高壓變質帶

南大別超高壓變質帶廣泛分布變質表殼巖、變形變質侵入體以及榴輝巖體，這些地質體在經(jīng)受同碰撞折返的過程中經(jīng)歷了多次變質作用產(chǎn)生了大量的含SiO2流體。多期次的構造活動為脈石英成礦物質的運移以及淀積就位提供了有利的空間。

目前，在該帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)兩處脈石英礦床，同時發(fā)現(xiàn)石英大脈(≥1m)186 條。這些石英脈在太湖黃鎮(zhèn)—潛山水吼嶺一帶形成了近北東向分布，長約40km，寬約20km 的脈石英帶。太湖白石山、太湖寺前—橋沖、潛山五廟—團石灣三個地區(qū)石英脈分布較為集中，是該地區(qū)脈石英成礦比較有利的地段。該構造帶內(nèi)的石英脈SiO2含量平均99.64%，Al2O3含量平均0.078%，F(xiàn)e2O3含量平均0.460%，均優(yōu)于其他構造單元。已知的白石山脈石英礦床部分礦石經(jīng)加工提純后能達到電光源用石英砂及半導體工業(yè)用透明石英坩堝用石英砂的質量要求。

綜上所述，南大別超高壓變質帶變形變質侵入體、變質表殼巖、榴輝巖等含礦地質體發(fā)育，已發(fā)現(xiàn)兩處脈石英礦床以及眾多的石英大脈，脈石英礦質量好，因此是研究區(qū)內(nèi)優(yōu)質脈石英找礦潛力最大的地區(qū)。

4.2 北大別變質雜巖帶

北大別變質雜巖帶經(jīng)受了隆升剝蝕，在白堊系巖漿巖大規(guī)模侵位之前形成的蓋層已被剝蝕，在早期形成的石英脈也被剝蝕殆盡。僅在局部殘留的表殼巖及變形變質侵入體內(nèi)發(fā)現(xiàn)殘留的石英脈，這些脈體一般規(guī)模較小。該構造單元內(nèi)主要發(fā)育變形變質侵入體及燕山期巖漿巖，榴輝巖和變質表殼巖不甚發(fā)育。已知的脈石英主要賦存于燕山期巖漿巖中。

目前，該構造單元內(nèi)尚未有經(jīng)儲量登記的脈石英礦床，已發(fā)現(xiàn)石英大脈(≥1m)17 條。這些石英脈在空間上形成了近東西走向長約50km，寬約20km 的金寨前畈—霍山大化坪石英脈發(fā)育帶。研究區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的延伸最長(約600m)的石英脈就發(fā)育在該構造單元內(nèi)。該構造單元石英脈的SiO2含量平均96.10%，Al2O3含量平均1.467%，F(xiàn)e2O3含量平均0.332%。

由此來看，北大別變質雜巖帶內(nèi)石英脈發(fā)育一般，但所發(fā)現(xiàn)的石英脈延長較長且具有一定規(guī)模，雖說脈石英的質量一般，但仍具有一定的脈石英找礦潛力。

4.3 宿松變質雜巖帶及北淮陽變質巖帶

由于本次研究的工作主要集中在南大別超高壓變質帶和北大別變質雜巖帶中，對宿松變質雜巖帶及北淮陽變質巖帶的石英脈的發(fā)育情況尚無具體的數(shù)據(jù)。從脈石英成礦地質背景和含礦地質體的發(fā)育程度來看，前文所敘述的幾類地質體在這兩個地區(qū)均有分布，但分布的范圍不廣。從所收集到的數(shù)據(jù)來看，在北淮陽變質巖帶中有一處脈石英礦床，SiO2含量平均96.10%，Al2O3含量平均0.199%，F(xiàn)e2O3含量平均0.129%，質量一般。總體來看，這兩個地區(qū)也具備一定的脈石英找礦潛力，需開展進一步的研究工作后才能較全面地評價其潛力。

5 結論

(1)研究區(qū)內(nèi)脈石英的發(fā)育程度與地質體的性質密切相關，南大別超高壓變質帶是研究區(qū)內(nèi)脈石英最為發(fā)育的構造單元。

(2)研究區(qū)內(nèi)脈石英的質量與所處的大地構造環(huán)境有關，含礦地質體的變質程度是影響脈石英質量的關鍵因素之一。

(3)研究區(qū)找礦潛力最好的地區(qū)為南大別超高壓變質帶。該帶內(nèi)石英脈發(fā)育，脈石英質量好，已發(fā)現(xiàn)了白石山等兩處脈石英礦床，是尋找高純石英原料用脈石英礦的有利地區(qū)，建議在該地區(qū)加強調(diào)查和勘查工作。