湖北脈石英礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律探討

王 翔，易承生，涂秉峰，張 杰，郭申祥，魯成龍

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊(duì)，湖北 武漢 430034)

脈石英是制取高純石英的重要原料。高純石英廣泛應(yīng)用于光伏、電子信息和高端電光源等行業(yè)，在新材料新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有重要地位和作用[1-2]。由于制造高純石英的天然水晶資源相對匱乏，且經(jīng)多年的生產(chǎn)消耗，高純石英市場亟需替代品原料[3]。脈石英因其天然純度高、資源相對豐富，是替代天然水晶加工高純石英的理想原料[4]。

1 脈石英礦分布特征

湖北省脈石英礦集中分布于鄂東北大別山、鄂東南幕阜山、鄂西北兩隕地區(qū)，零散分布于恩施、荊州及隨棗等地區(qū)。大地構(gòu)造位置上集中于桐柏大別(超)高壓變質(zhì)折返帶、通城—鄂州上疊巖漿弧、黃梅褶皺帶及兩鄖—應(yīng)山逆推構(gòu)造帶。根據(jù)脈石英礦分布地理位置，結(jié)合湖北省成礦區(qū)帶劃分方案，將湖北脈石英礦劃分為3 個(gè)成礦區(qū)：鄂西北兩隕成礦區(qū)(Ⅰ區(qū))、鄂東北大別山成礦區(qū)(Ⅱ區(qū))及鄂東南幕阜山成礦區(qū)(Ⅲ區(qū))(圖1)[5]。

目前湖北省內(nèi)已有勘查成果脈石英礦產(chǎn)地共計(jì)8處(表1)，查明資源儲(chǔ)量總量2 111.2 萬t，占總資源儲(chǔ)量的99.2%，礦床規(guī)模以中型為主。湖北脈石英礦勘查工作多為普查，工作程度較低；截至2018年省內(nèi)脈石英保有資源儲(chǔ)量1 701.74 萬t，在全國排名11 位，資源量相對較少；礦床多未開采，開發(fā)利用情況不佳。為查清湖北脈石英資源賦存情況，中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊(duì)在省內(nèi)開展了大量的脈石英找礦工作，先后在團(tuán)風(fēng)、羅田、隨縣、麻城、蘄春等地區(qū)發(fā)現(xiàn)脈石英礦產(chǎn)資源，估算潛在資源量數(shù)千萬噸，取得了較好的找礦成果，極大地補(bǔ)充了省內(nèi)脈石英礦資源儲(chǔ)備。

目前，對于湖北脈石英礦分布特征及成礦規(guī)律的研究較為缺乏，本文旨在對省內(nèi)脈石英分布特征及礦床地質(zhì)特征進(jìn)行總結(jié)，劃分成礦區(qū)帶，總結(jié)成礦規(guī)律，為后續(xù)省內(nèi)脈石英成礦預(yù)測及地質(zhì)找礦工作提供一定依據(jù)。

圖1 湖北脈石英成礦區(qū)及已知礦產(chǎn)地分布簡圖

表1 湖北省已有勘查成果脈石英礦產(chǎn)地概況

2 成礦地質(zhì)環(huán)境

2.1 鄂西北兩隕脈石英成礦區(qū)(Ⅰ區(qū))

該區(qū)大地構(gòu)造位置屬于華南板塊南秦嶺大別造山帶武當(dāng)—隨州陸內(nèi)裂谷。區(qū)內(nèi)出露南華系—下古生界地層，主要為一套藍(lán)閃—綠片巖相—低綠片巖相變質(zhì)巖組合。中元古—晚元古代早期，該區(qū)形成武當(dāng)山巖群火山—沉積巖系及耀嶺河組基性火山巖。此后該區(qū)長期處于海盆沉積過程，形成以碳酸鹽巖為主的潮坪—濱潮坪相沉積巖系。晚海西—印支期時(shí)，該區(qū)處于拉張過程，武當(dāng)山巖群隆起，致使上元古界地層與上寒武統(tǒng)—中奧陶統(tǒng)地層分別沿不同的滑脫面滑脫拆離，在武當(dāng)山巖群內(nèi)部及其與耀嶺河組接觸帶附近的滑脫面有巖脈侵人。后印支期，鄰區(qū)幾條區(qū)域性大斷裂發(fā)生走滑作用，在該區(qū)產(chǎn)生了構(gòu)造擠壓作用，因而導(dǎo)致該區(qū)最晚期變形，形成北北西向褶皺[6]。

晚海西—印支期時(shí)，伴隨著拉張過程侵入的中酸性巖漿巖為脈石英的成礦提供了物質(zhì)來源；同時(shí)形成的滑脫構(gòu)造為礦液的運(yùn)移提供了通道，并為礦體提供了賦存空間。脈石英在構(gòu)造斷裂破碎帶或構(gòu)造滑脫面成礦。

2.2 鄂東北大別山成礦區(qū)(Ⅱ區(qū))

該區(qū)大地構(gòu)造位置屬于華南板塊南秦嶺—大別造山帶大別高壓變質(zhì)折返帶。該區(qū)主要為一套高壓—超高壓變質(zhì)巖組合。區(qū)內(nèi)太古代主要為一套花崗—綠巖組合，古元古代主體為一套變質(zhì)表殼巖組合，呂梁運(yùn)動(dòng)使巖石普遍遭受麻粒巖相—角閃巖相變質(zhì)，形成南秦嶺地塊結(jié)晶基底。青白口紀(jì)時(shí)期，南秦嶺古造山帶形成，形成了大量新元古代島弧花崗巖侵位，并伴有部分島弧火山巖—碎屑巖沉積，青白口紀(jì)末，南秦嶺陸塊與古揚(yáng)子陸塊拼合，統(tǒng)一揚(yáng)子克拉通基底形成。南華紀(jì)—古生代，形成火山巖—碎屑巖—碳酸鹽巖沉積。晚古生代—中生代，(殘余)古商丹洋向北消減俯沖關(guān)閉，揚(yáng)子陸塊北緣向華北板塊俯沖，遭受高壓—超高壓變質(zhì)作用，并快速折返，在俯沖—變質(zhì)—折返的復(fù)雜變形變質(zhì)改造下，發(fā)生混雜作用，形成了桐柏—大別高壓超高壓變質(zhì)折返帶。中生代受太平洋板塊向西俯沖影響，疊加了大量花崗巖侵位。

由于多期次的巖漿活動(dòng)形成了不同時(shí)期的巖漿熱液型脈石英礦床，如蘄春石人寨脈石英礦成礦時(shí)代為燕山晚期，蘄春靈虬山脈石英礦為晉寧早期；同時(shí)該區(qū)發(fā)生了大面積的區(qū)域變質(zhì)作用，高級(jí)變質(zhì)作用導(dǎo)致的混合巖化作用形成了偉晶巖型脈石英礦，如：孝感市大悟劉家沖云母礦。

2.3 鄂東南幕阜山成礦區(qū)(Ⅲ區(qū))

該區(qū)大地構(gòu)造位置屬于華南板塊揚(yáng)子陸塊通城—鄂州上疊巖漿弧。主要分布于江漢盆地以東、襄廣斷裂以南的下?lián)P子陸塊區(qū)內(nèi)，出露中元古界冷家溪群—三疊系地層，花崗巖極發(fā)育，活動(dòng)期次頻繁。中元古代時(shí)期，區(qū)內(nèi)接受海相碎屑巖沉積，板塊俯沖使區(qū)內(nèi)地層深埋到地下，后經(jīng)巖石圈地幔拆沉、多期底侵和基底活化而折返至地表。新元古代時(shí)期，區(qū)內(nèi)位于華夏陸塊和揚(yáng)子陸塊之間洋盆環(huán)境[7]，沉積了巨厚的陸源碎屑；之后，揚(yáng)子和華夏大陸碰撞[8]，形成廣闊的陸間造山帶，揚(yáng)子陸塊基本固結(jié)。晉寧運(yùn)動(dòng)后，地殼隆起遭受剝蝕，于冷家溪群中形成緊閉倒轉(zhuǎn)褶皺；爾后松弛，在后碰撞或后造山環(huán)境構(gòu)造下形成新元古代花崗巖侵入?；仔纬珊?，廣泛沉積南華系—志留系地層，以陸源碎屑巖為主，碳酸鹽巖為輔。加里東運(yùn)動(dòng)，區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為造陸抬升，爾后經(jīng)歷了長期的沉積中斷和風(fēng)化剝蝕作用。中三疊世末，古太平洋板塊向華南大陸俯沖，造成華南內(nèi)陸地區(qū)早三疊世之前地層普遍褶皺變形并伴隨一系列逆沖推覆構(gòu)造。侏羅紀(jì)時(shí)期，區(qū)內(nèi)地殼處于伸展應(yīng)力環(huán)境，先后經(jīng)歷了燕山早期和晚期兩次花崗巖侵入[9]。

區(qū)內(nèi)晉寧期及燕山期處于后造山伸張應(yīng)力環(huán)境，伴隨著花崗巖侵入，不僅為脈石英的成礦提供了充足的物質(zhì)來源，同時(shí)為礦液的運(yùn)移提供了通道和賦存空間，是脈石英成礦的有利時(shí)代。巖體及周圍斷裂構(gòu)造發(fā)育地區(qū)是脈石英成礦的有利位置。

3 主要脈石英礦地質(zhì)特征

3.1 鄖陽區(qū)黃柿坪脈石英礦

礦床位于鄂西北兩隕脈石英成礦區(qū)(Ⅰ區(qū))。區(qū)域內(nèi)地層屬秦嶺地層區(qū)南秦嶺—淮陽分區(qū)兩鄖小區(qū)，出露中—晚元古代—新生代地層。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造褶皺發(fā)育，相互疊加形成了復(fù)雜的構(gòu)造輪廓；還見有斷裂構(gòu)造、層間滑脫構(gòu)造等。區(qū)域內(nèi)巖漿巖主要有武當(dāng)山巖群及耀嶺河組火山巖、輝長輝綠巖脈(體)、石英正長斑巖體及細(xì)晶巖體，巖體常沿地層層間或沿?cái)嗔褞秩胛洚?dāng)群和耀嶺河組變質(zhì)火山巖中。

黃柿坪脈石英礦礦體賦存于陡山沱組頂部斷層破碎帶中，即破碎帶為含礦層，共有兩個(gè)礦體(圖2)。Ⅰ-1 礦體：呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，走向近東西向，傾向北—北東，傾角43 ～65°。礦體走向長550m，斜深25 ～67m，厚度1.15 ～3.00m。礦石平均化學(xué)成分為：SiO298.05%、Al2O30.14%、Fe2O30.09%。Ⅰ-2 礦體：呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，走向北東東—南西西向，傾向南東，傾角28 ～43°。礦體走向長170m，斜深0 ～55m，厚度0.59 ～4.19m。礦石平均化學(xué)成分為：SiO298.09%、Al2O30.16%、Fe2O30.13%。

圖2 黃柿坪礦區(qū)地質(zhì)略圖

根據(jù)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物組成、化學(xué)成分等特征，黃柿坪礦區(qū)礦石自然類型為脈石英型，工業(yè)類型為脈石英型高純硅。礦石質(zhì)純性脆，隱晶結(jié)構(gòu)，脈狀構(gòu)造，礦物成分主要為石英，含極少量白云石、方解石和泥質(zhì)。

3.2 蘄春縣靈虬山脈石英礦

礦區(qū)位于鄂東北大別山成礦區(qū)(Ⅱ區(qū))。區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四紀(jì)沖積物及坡積物，其次為古元古代大別巖群斜長角閃巖組(Pt1D)。礦區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造線呈北西向延伸，巖層產(chǎn)狀變化較大，巖層中小褶曲、撓曲現(xiàn)象較為常見。區(qū)內(nèi)斷層規(guī)模較小，傾向北西，傾角80°。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖主要有早晉寧期角閃石巖及燕山期偉晶巖脈。

礦體沿靈虬山南坡山坡分布，呈緩傾斜的板狀產(chǎn)出，傾向125°，傾角15 ～18°。礦體走向出露長度420 ～750m，傾斜出露寬度690 ～760m，厚度14 ～41m。底板較為平整，頂板由于受地形剝蝕影響，呈曲面狀(圖3)。礦石SiO2含量絕大部分在99%以上，僅兩個(gè)樣品含量較低為98.99%和98.62%；Al2O3含量一般為0.2%～0.3%，F(xiàn)e2O3含量一般為0.02%，TiO2含量一般＜0.001%，CaO含量一般為0.05%～0.10%。整個(gè)礦區(qū)礦石化學(xué)組分穩(wěn)定，變化幅度小，有害組分含量低。

圖3 靈虬山礦區(qū)A-A′勘探線剖面圖

礦區(qū)礦石為脈石英礦，礦石結(jié)構(gòu)主要為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造。礦石呈乳白色，油脂光澤，幾乎全由石英組成，其他礦物有黃鐵礦、白云母、絹云母、綠泥石、輝鉬礦及鐵錳質(zhì)等，含量甚微。

3.3 通山縣一盤丘脈石英礦

礦區(qū)位于鄂東南幕阜山成礦區(qū)(Ⅲ區(qū))，地處下?lián)P子準(zhǔn)地臺(tái)下楊子臺(tái)坪的幕阜山臺(tái)拗的通山臺(tái)褶束，屬修水—瑞昌臺(tái)褶束幕阜山—九宮山背斜西段。礦區(qū)出露地層為冷家溪群—志留系地層。構(gòu)造線呈近北東—南西向展布，區(qū)內(nèi)褶皺及斷裂構(gòu)造較少，以北東向沙店斷裂為主，是區(qū)內(nèi)主要的容礦斷裂，出露長約11km，破碎帶內(nèi)為后期石英充填，該斷裂控制著Ⅰ號(hào)礦體的分布(圖4)。礦區(qū)巖漿巖主要為沙店巖體，巖性為黑云母二長花崗巖；區(qū)內(nèi)脈巖主要為石英脈及花崗巖脈。

Ⅰ號(hào)礦體規(guī)模最大，出露長約10km，寬約30 ～40m。走向北東—南西，傾向南東，傾角75 ～85°，局部倒轉(zhuǎn)、扭曲。礦體地表出露標(biāo)高154 ～883m；礦體埋藏深度60 ～140m。礦石SiO2含量92.45%～98.50%，平均含量96.44%；Fe2O3含量0.01%～1.80%，平均含量0.26%；A12O3含量0.06%～5.89%，平均含量1.68%。

Ⅱ號(hào)礦體規(guī)模較小，賦存于燕山中晚期沙店巖體北東部的次級(jí)斷裂內(nèi)，呈透鏡狀產(chǎn)出，長610m，傾向北西，傾角71°；礦體厚3.14m。礦石SiO2含量93.39%～97.60%，平均含量94.52%，F(xiàn)e2O3含量0.10%～0.36%，平均含量0.24%。

圖4 一盤丘礦區(qū)地質(zhì)略圖

區(qū)內(nèi)礦石結(jié)構(gòu)類型簡單規(guī)則，礦石自然類型為脈石英型，工業(yè)類型為高硅低鐵鋁玻璃用脈石英。礦石主要為微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石礦物主要為石英，次為玉髓、長石、黃鐵礦、褐鐵礦、絹云母、綠泥石等。礦石可用作平板玻璃、器皿玻璃，亦可用作耐火制品、工業(yè)硅、熔劑等。

4 成礦規(guī)律探討

4.1 成礦地質(zhì)時(shí)代

熱液型礦床的成礦時(shí)代可根據(jù)與成礦相關(guān)的巖漿巖侵入時(shí)代或區(qū)域性的混合巖化作用時(shí)代進(jìn)行推測?？傮w而言，湖北熱液型脈石英礦床的形成多發(fā)生在后造山伸展應(yīng)力環(huán)境中，與花崗巖的侵入有關(guān)，成礦時(shí)代多為早晉寧期及燕山期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈的時(shí)期。靈虬山脈石英礦成礦與晉寧早期花崗巖侵入巖體有關(guān)，推測成礦時(shí)代為晉寧早期；黃柿坪脈石英礦成礦與晚海西—印支期時(shí)發(fā)生大規(guī)模的伸展滑脫及侵入的中酸性巖漿巖有關(guān)，推測成礦時(shí)代為晚海西—印支期；石人寨、杜家塝、通山一盤丘、付家山、大冶大段脈石英礦成礦均與燕山期侵入巖體有關(guān)，推測成礦時(shí)代為燕山期。

大悟縣劉家沖云母礦共生偉晶巖型脈石英，其形成與木家寨花崗巖體有關(guān)，是由于花崗巖漿在深部冷凝分異過程中產(chǎn)生了大量富含揮發(fā)分巖漿期后溶液，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下脫離母巖，侵入上覆片麻巖構(gòu)造裂隙中，冷卻結(jié)晶而成偉晶巖脈。石英賦存于偉晶巖內(nèi)核帶，形成石英核。由于劉家沖云母礦研究程度較低，其成礦時(shí)代暫無法確定。

4.2 成礦空間分布規(guī)律

在空間上，脈石英礦床與花崗巖巖體關(guān)系密切。鄂東北大別山成礦區(qū)(Ⅱ區(qū))內(nèi)脈石英礦床圍巖以變質(zhì)巖建造為主，變質(zhì)巖組合從綠片巖相—低角閃巖相到高角閃巖相—麻粒巖相均有出露。脈石英礦床的形成時(shí)代為晉寧早期或燕山期，與青白口紀(jì)時(shí)期形成了大量新元古代島弧花崗巖侵位和中生代大量花崗巖侵位有關(guān)。鄂東南幕阜山成礦區(qū)(Ⅲ區(qū))內(nèi)的脈石英礦床圍巖以巖漿巖建造為主，主要巖性為花崗巖。鄂西北兩隕脈石英成礦區(qū)(Ⅰ區(qū))內(nèi)鄖陽區(qū)黃柿坪脈石英礦資料較少，無法確定礦床與巖體的關(guān)系。

此外，脈石英礦體受構(gòu)造控制明顯。除了偉晶巖型脈石英礦體產(chǎn)于偉晶巖石英核外，其他礦區(qū)脈石英礦體均受區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造控制，斷裂破碎帶即為含礦層。

4.3 成礦物質(zhì)來源

湖北脈石英礦成礦物質(zhì)來源資料較少，研究程度較低。通常認(rèn)為熱液型脈石英的成礦物質(zhì)來源可分為巖漿熱液及變質(zhì)熱液兩類[10]。巖漿熱液來源即巖漿在向上侵位或斷裂構(gòu)造上移過程中，冷卻結(jié)晶分異形成的富硅熱液；變質(zhì)熱液來源即區(qū)域內(nèi)老地層受一系列巖漿活動(dòng)或區(qū)域變質(zhì)作用影響，在高溫高壓條件下，形成富硅的變質(zhì)流體。結(jié)合湖北省內(nèi)主要脈石英礦礦床地質(zhì)特征認(rèn)為：脈石英成礦物質(zhì)主要來源于區(qū)域上花崗巖巖漿分異后形成的富硅熱液。

5 結(jié)論

(1)湖北省內(nèi)已有勘查成果脈石英礦產(chǎn)地共8 處，總體表現(xiàn)為地勘查程度較低、資源量相對較少、開發(fā)利用情況不佳；省內(nèi)脈石英的分布規(guī)律、礦床地質(zhì)特征及成礦規(guī)律研究較為缺乏。

(2)根據(jù)脈石英礦地理位置，將本省脈石英分布劃為3 個(gè)成礦區(qū)；在空間上，脈石英礦床與花崗巖巖體關(guān)系密切；脈石英礦體受構(gòu)造控制明顯，除偉晶巖型脈石英產(chǎn)于偉晶巖石英核外，其他脈石英礦體均受區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造控制。

(3)湖北脈石英礦床多為熱液型脈石英礦床。脈石英主要是由花崗巖巖漿分異后形成的富硅熱液沿構(gòu)造活動(dòng)面充填形成。成礦時(shí)代多為早晉寧期及燕山期等巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈的時(shí)期。礦床主要受構(gòu)造和巖漿活動(dòng)控制，斷裂、次級(jí)斷裂、裂隙面及構(gòu)造滑脫面是礦體的主要賦存部位。

(4)巖體及周圍斷裂構(gòu)造發(fā)育地區(qū)是脈石英成礦的有利位置，是下一步脈石英地質(zhì)找礦工作的方向；目前鄂西北兩隕脈石英成礦區(qū)(Ⅰ區(qū))內(nèi)鄖西、鄖陽地區(qū)已知礦產(chǎn)地較少，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘查工作。