山西靜樂(lè)一帶偉晶巖地質(zhì)特征及找礦意義

劉燕海，薛曙斌，陳 勇，王 濤，劉楊飛，褚永輝

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山西總隊(duì)，山西 太原 030031)

石英—長(zhǎng)石偉晶巖礦是重要非金屬礦產(chǎn)，近幾年，我國(guó)科技及基礎(chǔ)生產(chǎn)材料的發(fā)展，對(duì)高純硅質(zhì)以及陶瓷、玻璃及化肥工業(yè)等原料需求不斷增大，而天然的水晶資源以及優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)石礦資源日益匱乏，開(kāi)發(fā)長(zhǎng)石—石英型偉晶巖礦產(chǎn)已勢(shì)在必行[1-3]。由于石英—長(zhǎng)石偉晶巖相對(duì)于其他陶瓷、玻璃用原料礦(變質(zhì)石英巖或石英砂巖)具有礦物成分單一，SiO2或者Al2O3及K2O含量高，塊度較大選礦較易等方面優(yōu)勢(shì)[4-5]，可以作為天然水晶和高嶺土等原料的優(yōu)良替代品[6-7]。偉晶巖型礦床一般產(chǎn)于造山晚期、造山期后的大陸演化穩(wěn)定階段[8]，研究區(qū)偉晶巖為古元古代末期產(chǎn)物(呂梁運(yùn)動(dòng))，因此，本文對(duì)山西省靜樂(lè)一帶展開(kāi)了詳細(xì)的野外調(diào)查，總結(jié)偉晶巖的分布特征、礦石質(zhì)量，對(duì)礦石部分主量元素特征進(jìn)行探討，進(jìn)而總結(jié)該區(qū)石英—長(zhǎng)石偉晶巖地質(zhì)特征以及找礦意義，并對(duì)找礦方向提出預(yù)測(cè)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于靜樂(lè)縣，西起靜樂(lè)縣娑婆鄉(xiāng)，東至忻州市馬圈莊，北起靜樂(lè)縣堂爾上鄉(xiāng)，南至靜樂(lè)縣康家會(huì)鎮(zhèn)。大地構(gòu)造處于華北地塊中部，地層由新太古代、古元古代及中元古代巖結(jié)晶基底和古生界寒武系和奧陶系及第四系等沉積蓋層構(gòu)成(圖1a)。

研究區(qū)經(jīng)歷了新太古代洋盆擴(kuò)張與碰撞造山過(guò)程，形成五臺(tái)島弧，發(fā)育堯?qū)挕⒛ケP山英云閃長(zhǎng)—奧長(zhǎng)花崗巖以及新太古代末期峪口片麻巖等巖漿事件，主要巖性為斜長(zhǎng)角閃巖、黑云(角閃)二長(zhǎng)片麻巖、條紋條帶狀黑云斜長(zhǎng)片麻巖；古元古代則經(jīng)歷了陸內(nèi)裂陷槽沉積與陸內(nèi)造山階段，早期有以輝長(zhǎng)輝綠巖為主的巖漿侵入事件，晚期以西社變質(zhì)二長(zhǎng)花崗巖、后河堡變質(zhì)似斑狀二長(zhǎng)花崗巖及花崗偉晶巖侵入為特征。偉晶巖為巖漿演化末期產(chǎn)物，主要巖性為肉紅色、灰白色變質(zhì)花崗偉晶巖、肉紅色、灰白色黑云母花崗巖、偉晶巖，偉晶巖主要以脈體形式穿插于太古代的變質(zhì)巖中，為本次研究的主體。中元古代經(jīng)歷了拗拉槽沉積形成與發(fā)展階段，巖漿巖主要為水峪正長(zhǎng)花崗巖以及北西向發(fā)育的輝綠巖脈[9]。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)偉晶巖調(diào)查取樣分析，偉晶巖類型主要分為三類：石英偉晶巖、長(zhǎng)石偉晶巖、花崗偉晶巖。本文對(duì)石英及長(zhǎng)石偉晶通過(guò)野外調(diào)查結(jié)果及化學(xué)分析評(píng)價(jià)其礦產(chǎn)類型和地質(zhì)意義。

2 偉晶巖特征及礦石質(zhì)量

2.1 偉晶巖特征

研究區(qū)主要為古元古代末期偉晶巖脈，圈定兩個(gè)偉晶巖礦點(diǎn)，為帥家?guī)r礦體(帥1)和會(huì)子灣礦體(會(huì)2，會(huì)3)。帥家?guī)r石英偉晶巖位于帥家?guī)r村東南方向(帥1)，呈近東西向巖脈或近巢狀產(chǎn)出于山溝內(nèi)(圖1a、b)，傾向182°，傾角一般為76°，厚約3m，出露東西長(zhǎng)25m，南北長(zhǎng)約20m。

會(huì)子灣偉晶巖礦體(會(huì)2、會(huì)3)，整體沿北西西—南東東向出露，延伸方向大致為98°，出露于會(huì)子灣村東北角方向。圍巖片麻理產(chǎn)狀為164°∠64°，石英及花崗偉晶巖基本沿圍巖(新太古代地層)片麻理方向侵位產(chǎn)出(圖1a)。會(huì)2礦體圈定兩層礦體(圖1c)，均呈脈狀分布于勘查區(qū)山頂，長(zhǎng)石偉晶巖(會(huì)2-1)厚度2.6m，石英偉晶巖礦體(會(huì)2-2)厚度1.5m，會(huì)3石英偉晶巖位于會(huì)2礦體北側(cè)，控制厚度7m，出露東西長(zhǎng)9～20m，南北長(zhǎng)約8～16m。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖剖面圖

表1 帥家?guī)r及會(huì)子灣石英—長(zhǎng)石礦體特征

2.2 礦石質(zhì)量

石英偉晶巖礦石致密塊狀，礦物組成主要為石英，一般＞6mm，石英礦物含量達(dá)90%以上，偉晶結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)表面輕微風(fēng)化受鐵質(zhì)渲染(圖2a、d～f)，新鮮面為乳白—白色，礦石半透明—透明狀，油脂光澤，具貝殼狀斷口，性脆，無(wú)解理。

花崗巖偉晶巖新鮮面灰白色—淺肉紅色，花崗結(jié)構(gòu)，文象結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2c、g～i)。主要礦物為長(zhǎng)石(50%)和石英(45%)，粒度＞6mm，另可見(jiàn)少量暗色礦物。長(zhǎng)石為淺肉紅色或灰白色，呈脈狀發(fā)育，玻璃光澤，硬度大于小刀；石英為無(wú)色透明狀，油脂光澤。云母，鋼灰色，片狀，玻璃光澤，解理面珍珠光澤，極完全解理，含量＜5%。

圖2 石英—長(zhǎng)石偉晶巖巖性特征

長(zhǎng)石偉晶巖新鮮面為棕紅色，偉晶結(jié)構(gòu)塊狀構(gòu)造(圖2b)，主要礦物為鉀長(zhǎng)石(90%)，石英(5%)，長(zhǎng)石粒度基本＞6.5mm，偶見(jiàn)少量黑云母副礦物(5%)。鉀長(zhǎng)石呈紅色，片狀，極少受風(fēng)化作用，完全解理。云母呈棕黑色或鋼灰色極完全解理。

對(duì)研究區(qū)石英及長(zhǎng)石偉晶巖進(jìn)行了化學(xué)測(cè)試(表2)。石英偉晶巖：SiO296.39%～98.86%，F(xiàn)e2O30.06%～ 0.19%，Al2O30.27%～ 1.39%，K2O 0.14%～1.5%，Na2O 0.008%～0.28%，其中Al2O3和K2O含量較高，可能是由于偉晶巖中有長(zhǎng)石成分伴生其中；長(zhǎng)石偉晶巖：SiO265%～71.66%，F(xiàn)e2O30.08%～0.32%，Al2O315.29%～19.13%，K2O 7.44%～13.35%，Na2O 2.13%～3.83%，其中主要評(píng)價(jià)礦產(chǎn)的K2O和Na2O含量均滿足，且有害物質(zhì)Fe2O3較低，故研究區(qū)石英及長(zhǎng)石偉晶巖均具有較好的礦產(chǎn)潛力。

2.3 礦產(chǎn)評(píng)價(jià)

石英偉晶巖：參照DZ/T 0207-2020《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范硅質(zhì)原料類》[10]中脈石英礦工業(yè)指標(biāo)，帥1石英偉晶巖SiO296.39%～97.88%，未達(dá)到要求的98.8%，其K2O含量較高，為0.65%～1.5%，可能由于偉晶巖中含有相當(dāng)部分長(zhǎng)石礦物，若通過(guò)選礦實(shí)驗(yàn)將長(zhǎng)石部分剔除可能達(dá)到脈石英質(zhì)量要求。會(huì)2-2石英偉晶巖礦體根據(jù)規(guī)范要求基本達(dá)到脈石英礦工業(yè)指標(biāo)一般要求。

長(zhǎng)石偉晶巖：根據(jù)DZ/T0323-2018《硅灰石、透輝石、透閃石、長(zhǎng)石類礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》[11]，會(huì)2-1和會(huì)3長(zhǎng)石偉晶巖K2O+Na2O含量為10.58%～15.82%，平均13.84%，滿足規(guī)范要求礦石質(zhì)量的K2O+Na2O≥10%；K2O/Na2O為2.20%～17.5%，平均6.3%，高于規(guī)范要求礦石質(zhì)量的K2O/Na2O≥2%；Fe2O3含量為0.08%～0.32%，平均0.137%，低于規(guī)范要求Fe2O3≤0.5%，研究區(qū)均達(dá)到鉀長(zhǎng)石礦一般工業(yè)指標(biāo)。

3 礦床成因

偉晶巖在早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖區(qū)中均有分布，歲興水庫(kù)東偉晶巖脈侵入與新太古代盤道底中細(xì)粒條帶狀黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖(～2429±14Ma)中，代表了古元古代花崗巖漿活動(dòng)的最終端元產(chǎn)物[9]。

表2 帥家?guī)r及會(huì)子灣石英—長(zhǎng)石礦分析結(jié)果

偉晶巖的形成必須具備兩個(gè)條件：一是物質(zhì)基礎(chǔ)，另一個(gè)是容礦空間。偉晶巖巖漿來(lái)源于深部的熱液，容礦空間是裂隙。古元古代研究區(qū)經(jīng)歷了陸內(nèi)裂陷槽沉積與陸內(nèi)造山階段，區(qū)域內(nèi)整體呈拉伸環(huán)境，形成眾多容礦構(gòu)造。

在造山作用影響下，偉晶巖礦床由大量高揮發(fā)分花崗質(zhì)巖漿在有利條件下經(jīng)過(guò)緩慢、充分的結(jié)晶分異作用形成的[2，5]。揮發(fā)組分在成巖成礦過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用：高揮發(fā)組分降低了巖漿的粘度和結(jié)晶溫度，有利于巖漿的運(yùn)移和結(jié)晶分異；揮發(fā)組分熱容量大，有利于高揮發(fā)分巖漿緩慢冷凝結(jié)晶形成偉晶結(jié)構(gòu)。熔融體沿早期內(nèi)構(gòu)造裂隙侵位，由于地殼深部外壓大于殘余熔融體內(nèi)壓，形成相對(duì)封閉及較高溫的物理化學(xué)條件，揮發(fā)分不易逸出。同時(shí)，揮發(fā)分的存在降低礦物結(jié)晶溫度，結(jié)晶時(shí)間得到緩沖，隨著溫度逐漸下降，長(zhǎng)石和石英等礦物逐漸分異結(jié)晶，最終成礦。

4 找礦標(biāo)志

根據(jù)偉晶巖成因模式結(jié)合研究區(qū)偉晶巖的分布及產(chǎn)出特征，找礦標(biāo)志總結(jié)如下。

(1)構(gòu)造標(biāo)志：各種松散片麻理帶是礦產(chǎn)分布的有利位置，特別是近東西向和北東東—南西西向?yàn)槭ⅰL(zhǎng)石偉晶巖容礦場(chǎng)所。

(2)露頭和滾石標(biāo)志：偉晶巖礦體露頭、近源殘坡積以及附近河流中見(jiàn)各類偉晶巖滾石是最直接的找礦標(biāo)志。

(3)遙感標(biāo)志：在大比例尺、高分辨率遙感圖像上，石英—長(zhǎng)石偉晶巖散布在圖像上形成灰白色調(diào)異常，為找礦指明方向。

5 找礦遠(yuǎn)景

本次研究?jī)H在靜樂(lè)一帶進(jìn)行踏勘，根據(jù)12個(gè)礦化點(diǎn)及2處礦體圈定結(jié)果，地表出露情況顯示已初具規(guī)模，但是沿礦體延伸方向因殘坡積松散層掩蓋，尚需工程揭露控制，深部延深需進(jìn)一步利用物探方法探測(cè)。

在本次研究區(qū)外圍區(qū)域具相似成礦地質(zhì)條件，至忻州南部豆羅鄉(xiāng)一帶尚有同類型偉晶巖未進(jìn)行進(jìn)一步工作，在靜樂(lè)一帶有較好的找礦遠(yuǎn)景。