山東岱崮—野店脈石英賦存特征研究

時 晨，單吉成，王言偉，程 鈧，段會泉

(1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊，山東 濟(jì)南 250100；2.沂源縣自然資源局，山東 淄博 256100；3.山東省沂源縣自來水公司，山東 淄博 256100)

脈石英是一種不可多得、用途廣泛的重要非金屬礦產(chǎn)資源，在高科技產(chǎn)業(yè)市場潛力巨大。開展脈石英資源調(diào)查評價研究工作具有很大的社會和經(jīng)濟(jì)意義。研究分析山東岱崮—野店研究區(qū)內(nèi)脈石英礦賦存特征，進(jìn)而分析成礦規(guī)律。可有效提高脈石英礦產(chǎn)勘查效率，對解決我國脈石英資源的短缺問題具有指導(dǎo)作用。

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于華北陸塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)的魯中隆起(Ⅲ)中，西自新甫山—萊蕪斷隆中東部至馬牧池—沂源斷隆中西部(Ⅳ)、新甫山凸起及馬牧池凸起(Ⅴ)[1]。構(gòu)造發(fā)育，巖漿巖侵入頻繁。

1.1 地層

山東岱崮—野店研究區(qū)主要出露有新太古代泰山巖群(Ar4T)、古生代寒武系(∈)以及第四系(Q)地層。

新太古代泰山巖群(Ar4T)雁翎關(guān)組出露于本區(qū)的巖漿巖分布區(qū)內(nèi)，分布范圍不大，僅在本區(qū)西部的由青山—溫村一帶以捕虜體形態(tài)出露，巖性以灰到灰黑色斜長角閃巖為主，夾角閃變粒巖、陽起石片巖。

古生代寒武系(∈)地層自下往上可分為長清群李官組(∈2l)、長清群朱砂洞組丁家莊段(∈2zd)、饅頭組(∈2-3m)，九龍群張夏組(∈3z)、崮山組(∈3-4g)、炒米店組(∈4O1c)、三山子組(∈4O1s)。

新生代第四系(Q)主要分布于河道及溝谷等地勢低凹處，主要為河流沖洪積的礫石、砂、粘土等(圖1)。

1.2 構(gòu)造

山東岱崮—野店研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為斷裂和褶皺。斷裂主要有北西向、北東向、近東西向和近南北向四組斷裂。其中規(guī)模較大的為北西向斷裂。研究區(qū)主要位于沂水—湯頭斷裂以西地區(qū)，北西向大型韌性變形構(gòu)造形成的掀斜式盆地中，區(qū)域內(nèi)較大規(guī)模的斷層主要有7 條。褶皺主要發(fā)育在該區(qū)東部的寒武紀(jì)沉積巖，與脈石英成礦關(guān)系不大。

圖1 成礦地質(zhì)背景圖

1.3 巖漿巖

研究區(qū)范圍內(nèi)出露的巖漿巖主要有：新太古代早期萬山莊序列前麻峪單元、安子溝單元，泰山序列望府山單元、李家樓單元；新太古代晚期南澇坡序列南鹽店單元，嶧山序列龜蒙頂單元、寧子洞單元，傲徠山序列蔣峪單元、條花峪單元、邱子峪單元、虎山單元、松山單元、調(diào)軍頂單元等；中元古代牛嵐單元；中生代燕山晚期沂南超單元東明生單元、上水河單元、靳家橋單元等。

1.4 變質(zhì)巖

區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖主要為新太古代泰山巖群、萬山莊超單元，巖性主要為斜長角閃巖、變質(zhì)科馬提巖、綠片巖、黑云變粒巖、角閃變粒巖、變質(zhì)超鎂鐵質(zhì)巖石等。變質(zhì)作用主要發(fā)生在中太古代—新太古代末期，其變質(zhì)程度表現(xiàn)為麻粒巖相—角閃巖相—綠片巖相。

2 脈石英特征

研究區(qū)內(nèi)共計出露脈石英28 條，其中翻金峪地區(qū)棉花洼村北的q11 脈石英礦體及上車夫峪地區(qū)q24 脈石英礦體規(guī)模較大。通過對區(qū)內(nèi)11 處脈石英成礦點所出露的28 條脈石英進(jìn)行取樣化驗，分析結(jié)果顯示，本研究區(qū)內(nèi)脈石英礦體的SiO2含量大多在98.5%以上，部分脈石英SiO2含量可達(dá)99%以上。

2.1 脈石英的產(chǎn)出特征

該區(qū)東部寒武紀(jì)沉積地層覆蓋，區(qū)內(nèi)巖漿巖主要在區(qū)內(nèi)的中部和西部出露。研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)有道士海、翻金峪、火石山、上車夫峪等11 處脈石英礦化點共計出露脈石英28 條。其中呈北西向和北北西向延伸的脈體有16 條，北東向和北東東向延伸的9 條。整體分布呈北西向條帶展布，與區(qū)域構(gòu)造線一致，說明脈石英的形成嚴(yán)格受北西向構(gòu)造的控制(圖2)。

圖2 研究區(qū)脈石英礦體地表形態(tài)及特征圖

研究區(qū)內(nèi)脈石英根據(jù)生成條件及本身的特征，分為兩種類型。

一類是產(chǎn)于淺色圍巖的脈石英礦體。此類礦體的圍巖主要為花崗巖、花崗閃長巖、花崗片麻巖；圍巖顏色較淺為淺肉紅色、灰白色，礦體中常見有長石。此類脈石英的含礦層主要為新太古代早期的花崗閃長巖及二長花崗巖；五臺期、呂梁期區(qū)域上發(fā)育有多期北西向韌性剪切變形及韌性變形帶，控制了新太古代巖漿巖的展布。含礦層主要出露于研究區(qū)西部，晚期含礦單元大多呈北西向?qū)捗}狀或巖基狀侵入早期含礦單元，接觸關(guān)系明顯，接觸界面陡立。研究區(qū)內(nèi)除q6 外均屬于此類脈石英礦體。

另一類是研究區(qū)內(nèi)q6 產(chǎn)出于深色圍巖的脈石英礦體，此類礦體的圍巖主要為斜長角閃巖、黑云斜長角閃巖、黑云角閃斜長片麻巖；圍巖顏色較深為灰綠色、灰黑色，圍巖風(fēng)化色主要為黃褐色。此類脈石英的含礦層主要為雁翎關(guān)組斜長角閃巖，呈殘留體狀殘存于前寒武花崗巖中。

雖然兩類礦體產(chǎn)出形式不同，但脈石英的有益有害組分等質(zhì)量特征基本類似。礦體多呈復(fù)合透鏡狀、脈狀，常成群成組分布，規(guī)模較大的主礦體兩側(cè)可見近于平行分布的脈石英細(xì)脈，寬度一般較小。

脈石英礦體單脈形態(tài)呈不規(guī)則的脈狀或透鏡狀，部分呈囊狀或串珠狀，多數(shù)礦體在走向和傾向上具有收縮、膨脹、分枝、復(fù)合等特征。脈石英礦體產(chǎn)狀受控于斷裂構(gòu)造產(chǎn)狀，多數(shù)礦脈與斷裂產(chǎn)狀一致，多數(shù)礦脈傾向南西向，少數(shù)傾向北東，高角度傾角在70～90°，緩者一般為5～25°。脈石英礦脈厚度0.6～3.9m，橫向延伸20～823m，延深可達(dá)百米以上(表1)。

表1 脈石英礦體特征一覽表

區(qū)內(nèi)脈石英礦體的頂?shù)装瀹a(chǎn)狀一般比較平直，圍巖與礦體界線清晰易辨，不具過渡現(xiàn)象，說明礦體屬熱液一次性侵入形成。

2.2 礦石類型及質(zhì)量特征

2.2.1 礦石類型

區(qū)內(nèi)脈石英均為致密塊狀，礦物組成主要為石英集合體，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，表面風(fēng)化受鐵質(zhì)渲染，局部沿裂隙染有黃褐色鐵質(zhì)銹斑，新鮮面為白色、乳白色，透明半透明，油脂光澤，貝殼狀斷口，性脆，無解理。區(qū)內(nèi)脈石英礦體多見民采坑洞(圖3)。

圖3 典型脈石英礦脈野外露頭照片

2.2.2 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

區(qū)內(nèi)脈石英礦石顯微結(jié)構(gòu)多為半自形粒狀結(jié)構(gòu)；局部石英脈巖呈碎裂、碎斑結(jié)構(gòu)；局部沿裂隙染有黃褐色鐵質(zhì)銹斑。顯微鏡下可見后期石英脈中呈自形、半自形狀石英垂直脈壁生長而構(gòu)成梳狀構(gòu)造，以及穿切前期石英顆粒的后期硅化石英細(xì)脈(圖4)。

2.2.3 礦石礦物成分

研究區(qū)脈石英呈不等粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，主要由石英及少量雜質(zhì)礦物組成，主要礦物石英含量97.45%～99.10%，副礦物為鐵質(zhì)礦物、白云母、綠簾石、黑云母、斜長石、鉀長石，含量0.90%～2.55%。

主要礦物成分石英：無色，半自形粒狀、柱狀，大小約1.5～8mm，局部具有碎裂、碎斑結(jié)構(gòu)、梳狀構(gòu)造；另見后期硅化石英細(xì)脈有穿切前期石英顆?，F(xiàn)象，由細(xì)—微晶石英組成。鐵質(zhì)礦物主要呈粉塵狀、細(xì)粒狀及團(tuán)塊狀分布在石英顆粒表面、顆粒間及后期構(gòu)造裂隙中。白云母主要呈鱗片狀、針狀、片狀及團(tuán)塊狀集合體分布在石英顆粒表面、顆粒間及后期構(gòu)造裂隙中，部分云母顆粒被石英交代邊緣呈鋸齒狀或港灣狀。綠簾石呈粒狀嵌布在石英顆粒內(nèi)及顆粒間，大小0.03～0.15mm，分布不均勻。黑云母主要呈鱗片狀、針狀、片狀及團(tuán)塊狀集合體分布在石英顆粒表面、顆粒間及后期構(gòu)造裂隙中，部分云母顆粒被石英交代邊緣呈鋸齒狀或港灣狀。

圖4 石英結(jié)構(gòu)顯微特征

2.2.4 礦石中主要有益、有害組分

脈石英礦石的有益組分為SiO2，研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的28 條脈石英礦脈，根據(jù)基本分析結(jié)果：SiO2含量97.45%～99.10%，平均98.61%，各礦脈有益組分變化穩(wěn)定，整體質(zhì)量較好。

研究區(qū)內(nèi)脈石英礦石的有害組分為礦物雜質(zhì)、化學(xué)元素雜質(zhì)及包裹體。

(1)礦物雜質(zhì)。

研究區(qū)內(nèi)脈石英主要為他形粒狀，粒徑較大，石英粒之間呈不規(guī)則鑲嵌狀接觸，石英顆粒純凈僅在石英顆粒間分布有小粒徑的角閃石，其間有少量長石、白云母、鐵質(zhì)礦物充填(圖5)。

圖5 石英中雜質(zhì)顯微特征

(2)化學(xué)元素雜質(zhì)。

對研究區(qū)內(nèi)脈石英礦體進(jìn)行多元素分析，15 種元素Cu、Al、Mg、Fe、Zn、Ca、Li、Ni、Mn、K、Na、Ti、P、B、Cr 雜質(zhì)含量總和主要為265.35～608.35μg/g，且大多數(shù)為300μg/g 左右。其中q2和q11 雜質(zhì)元素含量為特高(表2)，主要為Al、K、Na 含量高，其次為Fe，推測為礦石中含有長石顆粒及鐵質(zhì)雜質(zhì)引起。

(3)包裹體。

通過進(jìn)行包裹體測試，研究區(qū)內(nèi)脈石英薄片透明度一般，包裹體普遍呈孤立狀、條帶狀、面張分布在不同的焦平面，形狀呈長條形、柱狀、圓形、橢圓形、不規(guī)則狀等；包裹體主要由氣—液兩相組成，且屬富液型(圖6)。包裹體大小混雜，最大可見14μm。形狀一般呈長條形、柱狀、圓形、橢圓形、不規(guī)則狀等。氣液比較小，一般＜10%。據(jù)統(tǒng)計，在視域155μm×115μm(視域＝長×寬)范圍內(nèi)，有可看清楚相組成(一般在1μm 以上)的包裹體約26個以上。包裹體均一溫度最低85℃，最高312℃，以110～150℃之間的居多。通過激光拉曼分析測定包裹體主要成分為H2O，其次為CO2，未檢測出其他氣體成分(如甲烷，氮氣等)[2-3]。

2.2.5 圍巖蝕變

圍巖蝕變主要表現(xiàn)為硅化，基本不見其它蝕變現(xiàn)象，礦體與圍巖界線清晰。硅化蝕變主要表現(xiàn)為兩種形式：一是圍巖中形成細(xì)小的石英脈或石英網(wǎng)脈，使巖石顏色變淺，巖石堅硬；二是圍巖中形成的游離分散的石英顆粒增多，多呈現(xiàn)為石英團(tuán)塊狀。礦化越富集處，硅化越強(qiáng)，游離石英或石英網(wǎng)狀脈增多。

3 研究區(qū)脈石英礦成礦規(guī)律

3.1 成礦時代

區(qū)內(nèi)新太古代晚期區(qū)內(nèi)殼源重熔型花崗巖類活動強(qiáng)烈，區(qū)域上形成巖漿穹窿。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的脈石英礦體基本全部貫入于新太古代侵入的花崗巖中，僅q6 貫入于太古代斜長角閃巖中。在寒武系沉積巖中未發(fā)現(xiàn)脈石英礦(化)點，據(jù)此推測區(qū)內(nèi)脈石英礦成礦時代屬前寒武成礦期。

3.2 控礦構(gòu)造

區(qū)內(nèi)較大石英脈及偉晶巖脈均呈北西向產(chǎn)出，小型石英細(xì)脈及偉晶巖脈也多呈北西向或近東西向發(fā)育，分布及產(chǎn)狀特征與區(qū)域構(gòu)造線基本一致。五臺期、呂梁期區(qū)域上發(fā)育有多期北西向韌性剪切變形及韌性變形帶，研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造形式主要為韌性剪切帶和脆性斷裂，其中韌性剪切帶主要發(fā)育于泰山巖群，方向主要為北北西向；脆性斷裂主要發(fā)育于新太古代侵入巖，方向主要為北西向，同時形成北北西向及北北東向的次級斷裂。這些韌性剪切帶及脆性斷裂的形成為脈石英礦體的形成提供了良好的構(gòu)造背景，其形成演化過程由壓扭剪切到引張開放階段，為脈石英的形成提供了運移和容礦空間[4-6]。

3.3 成礦物質(zhì)來源

新太古代晚期區(qū)內(nèi)殼源重熔型花崗巖類活動強(qiáng)烈，硅酸鹽巖漿含有一定量的揮發(fā)組分，當(dāng)巖漿結(jié)晶、冷凝到一定階段，揮發(fā)組分的集中、富集形成高溫含礦熱液。酸性巖石受高溫氣水熱液的蝕變作用，導(dǎo)致斜長石、鉀長石分解為石英和白云母，為含礦熱液增加了SiO2含量。強(qiáng)烈的巖漿活動和構(gòu)造運動為變質(zhì)作用提供熱源，含水的火成巖和基底原巖受變質(zhì)作用時，釋放出大量的水而形成變質(zhì)熱液。同時在水的參與下石英礦物的熔點可由原來的550℃降低至400℃，在200℃和16 個大氣壓條件下，每公升氣體可攜帶67mg 的SiO2。這表明在淺處脆性控礦構(gòu)造層次，當(dāng)溫度為200～480℃時，原生節(jié)理和次生破裂兩側(cè)的圍巖可產(chǎn)生一定量的SiO2流體[7-9]。

3.4 成因

根據(jù)研究區(qū)包裹體均一溫度測試結(jié)果，最低85℃，最高312℃，以110～150℃之間的居多。研究區(qū)內(nèi)脈石英為淺成低溫?zé)嵋盒汀?/p>

表2 q2、q11 化學(xué)元素雜質(zhì)含量一覽表 (單位：ug/g)

圖6 q2 包體顯微特征

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)內(nèi)脈石英礦體呈北西及北北西向展布，賦存特征與研究區(qū)總體構(gòu)造線方向基本一致。

(2)研究區(qū)內(nèi)脈石英礦石有益組分SiO2含量為97.45%～99.10%，平均98.61%，整體質(zhì)量較好。三類有害組分分別是由角閃石、長石顆粒等構(gòu)成的礦物雜質(zhì)；Al、K、Na、Fe 等構(gòu)成的化學(xué)元素雜質(zhì)；包裹體內(nèi)的H2O 和CO2等構(gòu)成的氣—液雜質(zhì)。

(3)研究區(qū)內(nèi)脈石英礦體成礦類型為淺成低溫?zé)嵋盒停茰y成礦時代屬前寒武成礦期。