陜西商洛地區(qū)脈石英礦地質(zhì)特征及成因分析

楊聯(lián)濤，崔擁軍，張 亮，邱根雷，尚凱凱，吳 凱

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003)

脈石英是一種幾乎全部由致密石英塊體組成的巖脈，礦體規(guī)模一般不大，呈致密塊狀構(gòu)造，礦物成分單一，幾乎全部為石英，其SiO2含量一般在98%左右，高于石英砂、石英砂巖、石英巖，且Fe2O3的含量較低，是制取高純石英粉的主要原料之一。高純石英是光伏、電子信息和高端電光源等生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，在新材料、新能源戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)及國防軍工、國家安全中具有十分重要的地位和作用[1-2]。而脈石英正是加工高純石英最佳的礦物原料，因此，加強(qiáng)脈石英成因研究顯得尤為重要。本文在對陜西省商洛市竹林關(guān)—新廟一帶脈石英(水晶)礦進(jìn)行專項地質(zhì)調(diào)查和綜合研究的基礎(chǔ)上，了解了區(qū)內(nèi)脈石英(水晶)礦體的分布、地質(zhì)構(gòu)造特征，圈定了王家溝、下小川、常樂溝等3 處脈石英礦找礦靶區(qū)和閔家溝水晶礦找礦靶區(qū)，總結(jié)了該區(qū)脈石英(水晶)礦賦存特征和成礦規(guī)律。

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)處于秦嶺造山帶南秦嶺北部逆沖推覆構(gòu)造帶內(nèi)，總體是在早元古代結(jié)晶基底和中晚元古代褶皺基底之上，晚晉寧—海西期形成裂陷海槽，在其中形成巨厚的陸內(nèi)裂陷沉積巖系，印支期秦嶺構(gòu)造帶北部發(fā)生由北向南的逆沖推覆造山，南部發(fā)生基地抬升剝露、伸展滑脫，形成武當(dāng)山地塊北緣滑脫構(gòu)造系統(tǒng)[3]。研究區(qū)跨禮縣—柞水華力西褶皺帶和南秦嶺印支褶皺帶之白水江—白河褶皺束兩個地質(zhì)構(gòu)造單元，并橫跨東昆侖—中秦嶺地層分區(qū)和南秦嶺—大別山地層區(qū)之天竺山地層小區(qū)兩個地層分區(qū)單元[4](圖1)。

1.1 地層

區(qū)域地層以竹林關(guān)—青山斷裂為界，北部為中上泥盆統(tǒng)劉嶺群，總體呈北西西—南東東向展布，巖石是一套綠片巖相—低角閃巖相的變質(zhì)巖。中部為晚泥盆統(tǒng)九里坪組、震旦系太子坪大理巖、青山大理巖、小河口千枚巖、大南溝黑云母微片巖、水碓溝變砂巖等，夾持于竹林關(guān)—青山斷裂和山陽—豆腐尖斷裂之間。以山陽—豆腐尖斷裂為界，南部為太古界樓房溝斜長角閃片巖、青白口系耀嶺河組、震旦系燈影組、下寒武統(tǒng)水溝口組、中寒武統(tǒng)岳家坪組、上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)石甕子組、中奧陶統(tǒng)白龍洞組、上奧陶統(tǒng)兩岔口組等地層。區(qū)內(nèi)地層經(jīng)歷了較強(qiáng)的變形變質(zhì)作用，

圖1 商洛地區(qū)竹林關(guān)—新廟一帶脈石英(水晶)分布略圖[8]

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造極為發(fā)育，主要呈近東西向展布，逆沖推覆及剪切作用形成多個大型近東西向褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，且多期次的褶皺斷裂相互疊加。主要構(gòu)造有：中秦嶺華力西造山帶和南秦嶺印支造山帶的分界斷裂竹林關(guān)—青山斷裂(山陽—鳳鎮(zhèn)斷裂東延)、南秦嶺構(gòu)造帶北緣和北秦嶺構(gòu)造帶南緣的分界斷裂山陽—豆腐尖斷裂(鎮(zhèn)安—板巖鎮(zhèn)斷裂東延)、九里坪組底界順層斷裂、太子坪復(fù)式背斜等，構(gòu)成了本區(qū)構(gòu)造基本格架[5]。以上兩個斷裂帶又發(fā)育大量次級斷層、背斜褶皺、韌性剪切帶等，共同構(gòu)成了區(qū)內(nèi)脈石英的控礦構(gòu)造。

1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，受區(qū)域性構(gòu)造巖漿活動帶的控制，呈東西向展布，主要有：晉寧期豆腐尖糜棱巖化變花崗閃長巖、梁家灣一帶的開河口糜棱巖化花崗巖、沿丹江分布的印支晚期丹江鈉長巖帶[6]、閔家溝—大坪一帶的超鎂鐵質(zhì)巖脈[7]等。此外，還有脈石英、方解石脈、重晶石脈。區(qū)內(nèi)早期頻繁的巖漿活動為脈石英成礦提供了富硅流體和流體遷移熱能，使得富硅流體在合適的沉淀條件和容礦空間結(jié)晶形成脈石英礦。區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的巖漿活動，為本區(qū)脈石英形成提供了良好的物源條件。

1.4 變質(zhì)作用

區(qū)域變質(zhì)巖廣泛分布，變質(zhì)巖構(gòu)成了區(qū)域地層的主體。區(qū)內(nèi)各地層單元均遭受不同程度的區(qū)域變質(zhì)和接觸變質(zhì)，動力變質(zhì)巖沿斷層相依分布，而且均屬疊加變質(zhì)作用。區(qū)內(nèi)變質(zhì)地層時代的不同，其變質(zhì)作用類型、程度以及原巖類型均有明顯差異，以竹林關(guān)—青山斷裂和偏頭山—豆腐尖斷裂為界，區(qū)域上出現(xiàn)三個巖片(帶)：陡嶺—耀嶺河巖片的變質(zhì)巖、太子坪—青山巖片的變質(zhì)巖和流嶺—三角池巖片的變質(zhì)巖[4]。各種變質(zhì)巖雖然重結(jié)晶分泌可形成脈石英，但都是僅充填于巖石片理、片麻理之間，不成規(guī)模。

2 典型脈石英礦找礦靶區(qū)

2.1 丹鳳縣王家溝脈石英找礦靶區(qū)

王家溝一帶脈石英礦位于丹鳳縣與商南縣交界的雷家洞至梁家灣一帶。礦體圍巖主要為上泥盆統(tǒng)九里坪組灰—深灰色中—厚層狀變長石石英砂巖，次為上震旦統(tǒng)小河口千枚巖地層?？氐V構(gòu)造主要為洞溝—小團(tuán)木溝北西西向—南東東向背斜軸部的張性構(gòu)造破碎帶，背斜軸部應(yīng)力較為集中，巖石受擠壓形變較為嚴(yán)重，易形成張性構(gòu)造裂隙為成礦提供空間。

該范圍內(nèi)共計發(fā)現(xiàn)脈石英66 條，該區(qū)脈石英大多以網(wǎng)脈或脈群產(chǎn)出，網(wǎng)脈的交叉、分支、膨縮現(xiàn)象發(fā)育，以單脈形式產(chǎn)出較少，脈體寬度0.1 ～5m，長度1 ～124m，脈石英的整體走向約123°左右，與構(gòu)造線方向一致。主要礦物成分以石英為主，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。脈石英一般為乳白色、白色(或無色透明)，油脂—玻璃光澤，半透明—不透明(圖2)。鏡下呈他形粒狀結(jié)構(gòu)，粒間接觸較緊密，質(zhì)地純凈。在薄片中可見大量密集分布的氣液包裹體，液相大于氣相，是造成石英呈乳白色的主要原因。石英發(fā)育有各種節(jié)理和裂隙，鏡下也見有蠕動塑性變形形跡，包裹體呈共軛狀或球狀，并被壓扁支離，石英出現(xiàn)波狀消光時，呈二軸晶，這些反映了脈石英經(jīng)歷了各種應(yīng)力作用[9]。圍巖蝕變主要有硅化和高嶺土化兩種。在石英網(wǎng)脈的膨大部位或網(wǎng)脈的交叉處發(fā)現(xiàn)有水晶產(chǎn)出。經(jīng)化學(xué)測試，SiO2品位最高值為99.87%，最低值為95.34%，平均品位為98.83%[10]。

圖2 脈石英礦石照片和鏡下特征

2.2 商南縣青山鎮(zhèn)常樂溝脈石英找礦靶區(qū)

常樂溝一帶脈石英礦位于商南縣青山鎮(zhèn)躍進(jìn)村一帶。該范圍內(nèi)的脈石英均產(chǎn)出在青白口系耀嶺河組三巖段黑云母石英片巖和上震旦統(tǒng)大南溝黑云母微片巖中?？氐V構(gòu)造主要為山陽—豆腐尖斷裂的次級斷層和韌性剪切帶。常樂溝一帶在局部脈石英的裂隙中可見極少量的小晶芽。

該區(qū)內(nèi)共計發(fā)現(xiàn)脈石英5 條。該區(qū)脈石英都為規(guī)則單脈型，脈體厚度約2.5 ～5m，長度12 ～50m。整體走向98 ～108°，與區(qū)內(nèi)構(gòu)造方向一致。主要礦物成分以石英為主，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。脈石英一般為白色、乳白色，油脂—玻璃光澤，半透明—不透明。經(jīng)化學(xué)測試，SiO2品位最高值為99.60%，最低值為99.13%，平均品位為99.31%[10]。Al2O3和Fe2O3都滿足一般工業(yè)品位的要求。特別是渡船溝和姜樹溝的兩條脈石英規(guī)模較大，且質(zhì)量較好，均為規(guī)則單脈型，易于開采。

2.3 商南縣白魯?shù)A鄉(xiāng)下小川脈石英找礦靶區(qū)

下小川一帶脈石英礦位于商南縣白魯?shù)A鄉(xiāng)小川村、寬坪村一帶。該范圍內(nèi)脈石英圍巖為寒武—奧陶統(tǒng)石甕子組白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r，其產(chǎn)出主要受該范圍內(nèi)的山陽—豆腐尖大斷裂的次級斷層、節(jié)理、裂隙等控制。該區(qū)脈石英共計13 條。該范圍脈石英規(guī)模均大，均為單脈，明顯突出于地表，呈城垣狀。脈石英致密堅硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，構(gòu)成正地形，常呈城垣狀、懸崖陡壁，構(gòu)成山脊或表現(xiàn)為連續(xù)的小陡坎，往往形成這些特殊的地貌特征[11]。

經(jīng)統(tǒng)計脈體厚度一般0.2 ～0.5m，長度一般1.5 ～270m，整體走向75 ～90°，與區(qū)內(nèi)構(gòu)造方向一致。主要礦物成分以石英為主，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。脈石英為白色，油脂—玻璃光澤，半透明—不透明。經(jīng)化學(xué)測試，SiO2品位最高值為99.35%，最低值為95.12%，平均品位為98.09%[10]。在局部脈石英的裂隙中可見極少量的小晶芽。

2.4 商南縣青山鎮(zhèn)閔家溝水晶找礦靶區(qū)

閔家溝一帶脈石英(水晶)位于商南縣馬蹄店—新廟一帶。含晶脈石英主要賦存在丹江鈉長巖體和大理巖中。該范圍內(nèi)脈石英主要分布在竹林關(guān)—青山斷裂的次級斷裂破碎帶、鈉長巖體與圍巖大理巖的接觸帶及大理巖溶蝕孔洞中。

該區(qū)內(nèi)共計發(fā)現(xiàn)脈石英43 條，該范圍內(nèi)大部分脈石英為網(wǎng)脈型，且含晶，少數(shù)不含晶脈石英為單脈型，脈體寬度1 ～4m，長度1 ～60m，整體走向112°。主要礦物成分以石英為主。產(chǎn)于丹江鈉長巖與大理巖接觸帶上的含晶脈石英，其水晶晶洞的來源為碳酸鹽巖溶蝕所產(chǎn)生，故該處水晶表面多附著一層晶質(zhì)的方解石薄層。脈石英一般為白色、灰白色、乳白色，油脂—玻璃光澤，半透明—不透明，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。水晶多為無色，以透明為主，少數(shù)半透明，少數(shù)為淺紫色，紫色是由于含有Fe3+和Ti4+引起的。水晶為玻璃光澤，塊狀或晶簇，水晶晶尖都指向晶洞中心，有規(guī)律生長。經(jīng)化學(xué)測試，SiO2品位最高值為99.87%，最低值為94.54%，平均品位為98.82%[10]。

脈石英為網(wǎng)脈狀，分布受斷層控制，多不成規(guī)模。區(qū)內(nèi)水晶主要產(chǎn)出于網(wǎng)狀脈石英的交叉部位、轉(zhuǎn)折部位、膨大部位。區(qū)內(nèi)較規(guī)整的脈石英中多不含水晶，或僅于裂隙中產(chǎn)出較小的晶芽。通過對老硐內(nèi)產(chǎn)水晶處巖石的特征進(jìn)行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)水晶的產(chǎn)出多位于斷層破碎帶和大理巖的溶洞中。

3 礦床成因分析

3.1 成礦地質(zhì)體

商洛地區(qū)脈石英礦的賦礦地層有上泥盆統(tǒng)九里坪組下段變長石石英砂巖、寒武—奧陶統(tǒng)石甕子組白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r、青白口系耀嶺河組黑云母石英片巖、鈉長巖體等。而區(qū)內(nèi)還廣泛分布各種花崗巖、花崗閃長巖、鈉長巖等，結(jié)合該區(qū)脈石英特征，認(rèn)為該地區(qū)脈石英礦的成礦物質(zhì)主要為深部巖漿熱液。巖漿熱液活動中富含硅質(zhì)的水熱溶液流體沿構(gòu)造移動過程中與大氣水匯合，以及構(gòu)造環(huán)境的變化導(dǎo)致成礦流體物理化學(xué)環(huán)境變化，成礦物質(zhì)發(fā)生沉淀，從而形成脈石英礦。故分析認(rèn)為，成礦地質(zhì)體主要為區(qū)內(nèi)各種巖漿巖。

3.2 構(gòu)造條件

本區(qū)域脈石英形成的構(gòu)造條件可分為以下三種。

(1)背斜軸部張性構(gòu)造破碎帶。竹林關(guān)王家溝一帶脈石英礦主要發(fā)育在該處洞溝—小團(tuán)木溝背斜軸部的張性構(gòu)造破碎帶中。該背斜為附近區(qū)域竹林關(guān)—青山斷裂的次級構(gòu)造。該區(qū)巖體位于區(qū)域竹林關(guān)—青山斷裂附近，距離含礦區(qū)域較遠(yuǎn)，但是在距礦較近的次級斷層破碎帶上均可發(fā)現(xiàn)規(guī)模不一的巖脈，因此可判斷，區(qū)域竹林關(guān)—青山斷裂是該處脈石英(水晶)礦的導(dǎo)礦構(gòu)造，含礦區(qū)域的構(gòu)造破碎帶是其控礦構(gòu)造。

(2)區(qū)域大斷裂的次級斷裂和韌性剪切帶。常樂溝一帶發(fā)現(xiàn)的規(guī)模相對較大的脈石英，均產(chǎn)出在該區(qū)山陽—豆腐尖斷裂及其次級斷裂、韌性剪切帶。白魯?shù)A脈石英主要產(chǎn)于山陽—豆腐尖斷裂的次級斷層、節(jié)理、裂隙構(gòu)造中。

(3)區(qū)域大斷裂的次級斷層構(gòu)造破碎帶、大理巖溶蝕孔洞。青山閔家溝一帶脈石英(水晶)礦的控礦構(gòu)造為竹林關(guān)—青山斷裂的次級斷層構(gòu)造破碎帶和區(qū)內(nèi)鈉長巖體與圍巖大理巖的接觸帶及大理巖溶蝕孔洞，為脈石英(水晶)礦的形成提供了有利生長空間(圖3)。區(qū)內(nèi)采掘水晶老硐內(nèi)可見到水晶晶洞內(nèi)附著一層較小自形方解石晶體，是為大理巖溶蝕形成的空間。

圖3 閔家溝含晶脈石英剖面圖

3.3 成礦作用

該區(qū)經(jīng)歷了華北板塊和揚(yáng)子板塊陸陸碰撞之后的造山運(yùn)動，受到強(qiáng)烈的燕山運(yùn)動的影響，產(chǎn)生的一系列復(fù)雜的構(gòu)造巖漿活動，為形成脈石英礦提供充分的有利條件。區(qū)域竹林關(guān)—青山斷裂和山陽—豆腐尖斷裂的一系列次級斷裂、裂隙、背斜褶皺等構(gòu)造，為成礦物質(zhì)的運(yùn)移提供了空間通道，且為脈石英提供了生長空間。巖漿活動伴隨的富含硅質(zhì)水熱溶液流體的侵入為脈石英的成礦提供了大量物質(zhì)來源。尤其是巖漿活動為脈石英成礦提供流體遷移熱能，使得富硅熱液最終在合適的沉淀條件和容礦空間結(jié)晶形成脈石英礦床。

4 結(jié)論

陜西省商洛地區(qū)竹林關(guān)—新廟一帶巖漿活動頻繁，侵入巖發(fā)育，以晉寧期至加里東期侵入巖為主，沿竹林關(guān)—青山斷裂、山陽—豆腐尖斷裂印支期中酸性小巖株、巖脈、鈉長角礫巖發(fā)育，特別是竹林關(guān)—青山一帶，鈉長角礫巖常與中酸性巖體、巖脈相伴產(chǎn)出，為成礦物質(zhì)運(yùn)移提供了能量[12]。巖漿作用形成的巖漿熱液成分較為復(fù)雜，形成脈石英的巖漿熱液一般從冷卻的侵入體內(nèi)隨氣化物質(zhì)冷卻形成水熱溶液流體。這些富含硅質(zhì)的水熱溶液流體為脈石英成礦提供富硅流體和流體遷移熱能，在斷裂上部物理化學(xué)條件發(fā)生變化的地段沉淀，形成脈石英礦床。

區(qū)域構(gòu)造巖漿活動強(qiáng)烈部位主要為深大斷裂帶的次級斷裂、深大斷裂旁側(cè)的構(gòu)造隆起部位、背斜核部，商洛竹林關(guān)—新廟一帶位于巖漿活動強(qiáng)烈部位，斷裂構(gòu)造強(qiáng)烈發(fā)育。區(qū)內(nèi)脈石英成礦嚴(yán)格受該區(qū)構(gòu)造條件控制，平行于竹林關(guān)—青山斷裂、山陽—豆腐尖斷裂的次級斷裂、太子坪背斜核部張性構(gòu)造破碎帶等構(gòu)造。

以上有利的構(gòu)造環(huán)境和巖漿熱源條件，為脈石英礦床的形成提供了良好的成礦條件，因此認(rèn)為該區(qū)具有良好的找礦遠(yuǎn)景。