湘南州門司脈石英礦床地質(zhì)特征及成因淺析

何 斌，朱 魁，詹峻一，尚立曉，胡玉靈，許兆軍

(湖南省湘南地質(zhì)勘察院，湖南 郴州 423000；2.湖南省自然資源事務(wù)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410011)

近年來(lái)，我國(guó)非金屬礦業(yè)發(fā)展十分迅速，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有重要地位。脈石英作為一種硅質(zhì)原料，在玻璃、陶瓷、冶金、化工等方面都有著廣泛應(yīng)用，且其應(yīng)用范圍隨著科技發(fā)展呈不斷擴(kuò)大趨勢(shì)。

湘南地區(qū)州門司鎮(zhèn)轄區(qū)范圍內(nèi)脈石英礦產(chǎn)資源豐富，品質(zhì)優(yōu)良。前人在該區(qū)部分地段開(kāi)展了較詳細(xì)的勘查工作，其中，在州門司礦區(qū)探獲脈石英礦資源量達(dá)100.7萬(wàn)t。然而，該區(qū)脈石英礦床地質(zhì)特征及成因研究工作仍顯薄弱。本次研究開(kāi)展了資料收集、野外地質(zhì)調(diào)查和巖礦測(cè)試等工作，總結(jié)了該區(qū)脈石英礦床地質(zhì)特征，并對(duì)其成因進(jìn)行了初步分析，旨在為該區(qū)尋找同類礦體提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

州門司脈石英礦床位于南嶺緯向構(gòu)造帶中段北緣，湘東南加里東褶皺隆起帶的中南部[1]，是湘南地區(qū)資興—宜章成礦帶的重要組成部分。

區(qū)內(nèi)地層由老至新主要有震旦系—志留系、泥盆系—三疊系、白堊系—新近系等(圖1)[2]。其中，寒武系是區(qū)內(nèi)脈石英礦的賦存地層，為一套厚度巨大的區(qū)域淺變質(zhì)復(fù)理石、類復(fù)理石砂、泥質(zhì)碎屑沉積巖，主要巖性為中—厚層狀淺變質(zhì)長(zhǎng)石石英雜砂巖與粉砂質(zhì)板巖、板巖，淺變質(zhì)長(zhǎng)石石英雜砂巖與板巖常組成復(fù)理石韻律。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為NNE向構(gòu)造，屬炎陵—汝城沖斷褶隆帶四級(jí)構(gòu)造單元，構(gòu)造格架為早中生代(印支期和早燕山期)NNE向蓋層褶皺與走向斷裂。受印支運(yùn)動(dòng)和早燕山運(yùn)動(dòng)NNW向擠壓應(yīng)力作用，形成了茶陵—郴州大斷裂，皮石—州門司斷裂屬于其次級(jí)斷裂[1]。皮石—州門司斷裂切截區(qū)內(nèi)寒武系、奧陶系、泥盆系及彭公廟巖體等，具壓扭性質(zhì)，發(fā)育強(qiáng)烈硅化的斷裂破碎帶，寬10～20m，局部達(dá)50～100m，地貌上構(gòu)成宏偉的斷層崖。

區(qū)內(nèi)發(fā)育有加里東期、印支期及燕山期花崗巖或花崗斑巖體(圖1)。州門司脈石英礦床區(qū)域上位于加里東期彭公廟巖體內(nèi)。該巖體為一復(fù)式巖體，共有六幕次花崗質(zhì)巖漿侵入活動(dòng)，巖性以黑云母二長(zhǎng)花崗巖為主[1]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)出露地層主要為上寒武統(tǒng)小紫荊組(?3x)(圖2)，厚100～700m，巖性以深灰色、灰黑色淺變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖為主，中細(xì)粒變余砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中—厚層狀構(gòu)造，主要礦物為斜長(zhǎng)石、石英、絹云母等。其中，斜長(zhǎng)石含量50%～55%，石英含量30%～35%，絹云母含量約5%，黝簾石、綠泥石與綠簾石等區(qū)域變質(zhì)成因礦物含量約5%，鐵質(zhì)、泥質(zhì)及其他暗色礦物含量約5%。地層總體走向NE，傾向約128°，傾角約48°[3]。

圖2 州門司礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

皮石—州門司斷裂(F1)穿過(guò)本礦區(qū)，是礦區(qū)脈石英礦成礦構(gòu)造。Fl斷層走向NNE，傾向120～135°，平均傾角約65°，與地層產(chǎn)狀相近；水平斷距變化較大，一般20～60m，主要由脈石英礦體充填，構(gòu)造角礫巖相對(duì)較少，由長(zhǎng)石石英砂巖角礫、碎裂石英及斷層泥組成，局部硅質(zhì)膠結(jié)；斷層上下盤為上寒武統(tǒng)小紫荊組的淺變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖，具硅化和碎裂巖化，顯示出壓扭性質(zhì)，與區(qū)域地質(zhì)特征一致(圖3)。

圖3 州門司礦區(qū)3線地質(zhì)剖面圖

礦區(qū)巖漿巖未出露，但外圍有花崗巖廣泛出露，巖性為黑云母二長(zhǎng)花崗巖，主要礦物有鉀長(zhǎng)石(30%～35%)、斜長(zhǎng)石(20%～30%)、石英(25%～30%)、黑云母(3%～5%)等，屬于加里東期彭公廟巖體。

礦區(qū)圍巖蝕變主要有硅化、綠泥石化及絹云母化，其中以硅化最為顯著，其強(qiáng)弱程度與脈石英礦化程度呈正相關(guān)，是較為有效的找礦標(biāo)志。

2.2 礦體特征

礦區(qū)有一個(gè)脈石英礦體，沿F1斷層產(chǎn)于寒武系上統(tǒng)小紫荊組地層中。礦體嚴(yán)格受斷層F1控制。礦區(qū)范圍內(nèi)礦體沿走向長(zhǎng)度達(dá)1.3km，傾向118°，傾角60～70°，平均厚度約19m。脈石英礦體與圍巖界線清晰，頂?shù)装寰鶠闇\變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖，產(chǎn)狀與礦體相近，近礦部位硅化強(qiáng)烈。該礦體連續(xù)性較好，礦體復(fù)雜程度屬簡(jiǎn)單類型，但目前深邊部工程控制較少。礦體在地貌上常表現(xiàn)為陡峭的山脊。

2.3 礦石特征

脈石英礦石露頭呈純白—乳白色(圖4a、b)，新鮮礦石為純白色。礦石礦物為石英，鏡下可分為早期石英與晚期石英。早期石英晶型相對(duì)發(fā)育，粒徑0.1～2.0mm，石英中常有粉塵狀鐵質(zhì)或泥質(zhì)，裂隙與棱角較發(fā)育，具壓碎狀；晚期石英多數(shù)為隱晶質(zhì)，粒徑0.01～0.05mm，充填于早期石英礦物之間的裂隙，或沿早期石英環(huán)邊進(jìn)行交代(圖4c、d)。

圖4 州門司脈石英礦體野外地質(zhì)照片及礦石鏡下(正交偏光)照片

根據(jù)州門司礦區(qū)實(shí)施的鉆孔和探槽脈石英樣品(共132個(gè))成分分析結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，脈石英礦SiO2含 量96.27%～99.00%，平 均 含 量 為97.93%，F(xiàn)e2O3含量0.058%～0.402%，平均含量為0.163%，Al2O3含量0.585%～2.02%，平均含量為1.134%。

為檢查礦石有用有害組分及含量變化，對(duì)具代表性的礦石樣品和鉆孔巖心中的4個(gè)組合樣品進(jìn)行了分析(表1)，結(jié)果顯示礦石中有害組分Cr2O3、TiO2含量均較低(表2)。

表1 多元素樣品分析結(jié)果表

表2 組合樣品分析結(jié)果表

參照DZ/T0207～2020《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范 硅質(zhì)原料類》[4]中平板玻璃二級(jí)品化學(xué)成分要求(SiO2≥96.00%；Al2O3≤2.00%；Fe2O3≤0.20%)，該區(qū)脈石英礦可作為平板玻璃用優(yōu)質(zhì)硅質(zhì)原料。此外，還可用作器皿玻璃、耐火材料及鑄造等行業(yè)的硅質(zhì)原料[5]。

3 成因探討

3.1 成礦溫度

對(duì)州門司脈石英開(kāi)展了流體包裹體測(cè)試實(shí)驗(yàn)。樣品采自州門司礦區(qū)脈石英礦體，包裹體測(cè)試的寄主礦物為脈石英中的石英，以原生包裹體為研究對(duì)象。通過(guò)鏡下觀察，包裹體主要呈小群狀、自由狀和線狀分布，包裹體形態(tài)大多為負(fù)晶形或半自形負(fù)晶型、長(zhǎng)方形、多邊形、橢圓形和不規(guī)則狀。包裹體類型絕大多數(shù)為H2O-NaCl-CO2型包裹體，由氣液兩相組成，室溫下氣相占體積分?jǐn)?shù)20%～60%，多在30%～45%；包裹體長(zhǎng)軸3～18μm(圖5)。

圖5 州門司脈石英礦區(qū)流體包裹體照片

對(duì)3件脈石英樣品中的兩相H2O-NaCl-CO2型包裹體進(jìn)行顯微測(cè)溫(表3)，均一溫度為152～263℃，顯示中低溫?zé)嵋撼傻V地質(zhì)特征。

表3 H2O-NaCl-CO2型包裹體參數(shù)

3.2 成因分析

石英的溶解度一般隨溫度和壓力的增加而增加，降溫降壓可使水溶液中二氧化硅過(guò)飽和而沉淀[6]。因此，脈石英礦床的形成主要取決于富硅熱液來(lái)源與成礦溫壓條件兩個(gè)因素。富硅熱液主要來(lái)自深部巖漿分異或區(qū)域變質(zhì)熱液演化[7]。因本次未開(kāi)展同位素測(cè)試工作，不能確定州門司脈石英礦床成礦物質(zhì)來(lái)源，但本區(qū)區(qū)域變質(zhì)程度不高，且沿皮石—州門司斷裂常有燕山期花崗(斑)巖體出露，如寶峰仙、千里山等小巖體，因此，認(rèn)為該區(qū)富硅熱液來(lái)自深部巖漿分異的可能性較大。

富硅熱液的運(yùn)移及成礦空間主要是斷裂、層理、節(jié)理等裂隙[7]。州門司脈石英礦體嚴(yán)格受斷層F1控制。該斷裂的形成可使靜巖壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o水壓力，壓力釋放有利于氣液聚集[8-11]。富硅熱液在向上運(yùn)移過(guò)程中，溫度和壓力逐漸降低，當(dāng)溫度降至152～263℃時(shí)，二氧化硅因過(guò)飽和而開(kāi)始沉淀，并充填于F1斷層內(nèi)開(kāi)放空間[12-14]，形成州門司脈石英礦床。

本次研究發(fā)現(xiàn)州門司脈石英礦體存在兩期石英，可能反映了皮石—州門司斷裂的兩次活動(dòng)(印支期和早燕山期)，即印支運(yùn)動(dòng)形成皮石—州門司斷裂，早期石英沉淀于該斷層裂隙，形成早期脈石英礦體；早燕山期皮石—州門司斷裂的繼承性活動(dòng)，使早期石英遭破壞呈碎裂狀，此階段形成后期石英，充填新形成的裂隙并膠結(jié)早期石英。部分早期石英環(huán)邊存在被后期石英交代的現(xiàn)象，可能是因?yàn)橥砥谑⒊恋硎沽严斗忾]，造成局部壓力增大，石英溶解度上升，使得早期石英被溶解(蝕)。

4 結(jié)論

(1)州門司脈石英礦體嚴(yán)格受NNE向F1斷層控制，礦體屬簡(jiǎn)單類型，沿走向長(zhǎng)度達(dá)1.3km，平均厚度達(dá)19m，深邊部具有較大的找礦潛力。

(2)礦區(qū)石英礦SiO2含量96.27%～99.00%，平均含量97.93%，礦石有害組分Cr2O3、TiO2含量較低，可作為平板玻璃用優(yōu)質(zhì)硅質(zhì)原料。

(3)本區(qū)脈石英成礦的富硅熱液可能來(lái)自深部巖漿分異，皮石—州門司斷裂(礦區(qū)為F1斷層)是導(dǎo)礦容礦構(gòu)造，流體運(yùn)移過(guò)程中的降溫可能是成礦的主要機(jī)制，結(jié)合流體包裹體測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，州門司脈石英礦床成因類型屬于中低溫?zé)嵋盒兔}石英礦床。

(4)州門司脈石英礦體規(guī)模較大、連續(xù)性較好，礦石品質(zhì)優(yōu)良，但目前該礦體深邊部工程控制程度仍較低，以本礦區(qū)為中心，沿皮石—州門司斷裂走向方向具有較好的找礦前景。