遼東張家堡子綠泥石礦床地質(zhì)特征及成因探討

張金良

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧 沈陽 110004)

綠泥石作為滑石代用品，可作化工、輕工行業(yè)的填料、潤(rùn)滑劑、懸浮劑、吸附劑與涂料等[1]。本文根據(jù)礦區(qū)勘查資料，收集同類礦床的同位素、微量元素等資料，分析總結(jié)了區(qū)域地質(zhì)背景、礦區(qū)地質(zhì)、礦體地質(zhì)特征，研究探討了礦床成因，初步認(rèn)為本礦床屬中—低溫區(qū)域變質(zhì)熱液交代礦床。對(duì)今后該地區(qū)綠泥石資源勘查具有一定的參考意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地層

礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)(I)膠遼臺(tái)隆(I1)營(yíng)口—寬甸臺(tái)拱(I13)鳳城凸起(I13-1)的西南部[2](圖1)。區(qū)內(nèi)出露的地層有古元古界遼河群下亞群浪子山組(Pt1l)、里爾峪組(Pt1lr)、上亞群高家峪組(Pt1g)、大石橋組(Pt1d)、蓋縣組(Pt1gx)及中元古界榆樹砬子群(Pt2y)(表1)，其中蓋縣組為綠泥石礦床的賦存層位。

表1 遼東地區(qū)主要地層簡(jiǎn)表

圖1 大地構(gòu)造位置圖

1.2 區(qū)域構(gòu)造

區(qū)域構(gòu)造形式為褶皺和斷裂。褶皺構(gòu)造有東西向的營(yíng)口—草河口緊密線狀的復(fù)式向斜褶皺，自北至南依次為英洛—草河口—太平哨復(fù)向斜、虎皮峪—紅石砬子復(fù)背斜、蓋縣—岫巖—古樓子復(fù)向斜。各復(fù)式褶皺由多個(gè)同斜、倒轉(zhuǎn)等不同類型的次級(jí)褶皺構(gòu)成，其中本礦床位于區(qū)域蓋縣—岫巖—古樓子復(fù)向斜中段北翼。斷裂構(gòu)造為東西向、北東向、北北東向及北西向的殼斷裂構(gòu)成，其中東西向斷裂為太子河盆地南緣斷裂；北東向斷裂為寒嶺—偏嶺斷裂；北北東向斷裂為莊河斷裂帶；北西向斷裂為析木城—岫巖活動(dòng)斷裂帶。北北東向斷裂疊加在區(qū)域褶皺之上，多表現(xiàn)為高角度逆沖斷層。區(qū)域構(gòu)造表現(xiàn)十分復(fù)雜。

1.3 巖漿巖

區(qū)域侵入巖發(fā)育，遼河旋回以輝綠巖、輝長(zhǎng)巖為主，并伴有少量斜長(zhǎng)花崗巖；印支、燕山旋回以二長(zhǎng)花崗巖、閃長(zhǎng)巖為主。

1.4 變質(zhì)巖和變質(zhì)作用

區(qū)域變質(zhì)巖由古元古界遼河群及零星出露的榆樹砬子群組成。變質(zhì)巖的主要類型按巖石及其變質(zhì)礦物共生組合特征劃分為變質(zhì)火山巖類、千枚巖、片巖類、淺粒巖、變粒巖類、片麻巖類、斜長(zhǎng)角閃巖類、石英巖、大理巖類。不同類型變質(zhì)巖其原巖恢復(fù)為：基性—酸性火山巖、粘土巖、碎屑巖、富鎂碳酸鹽巖等，原巖建造為火山—沉積巖建造，是古元古代遼東裂谷環(huán)境堆積的產(chǎn)物[3-4]。區(qū)域變質(zhì)作用為區(qū)域熱動(dòng)力變質(zhì)作用。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)出露的地層為古元古界遼河群蓋縣組和新生界第四系。遼河群蓋縣組為綠泥石礦體的賦存層位。地層總體走向?yàn)楸蔽飨?，傾向南西，傾角33～40°。主要巖性為灰—灰黑色綠泥石片巖、二云片巖，夾少量黑云斜長(zhǎng)變粒巖、淺粒巖等。礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層總體呈單斜產(chǎn)出(礦體順片理產(chǎn)出)，走向北西，傾向210～220°，傾角33～40°。

礦區(qū)內(nèi)見有一條偉晶巖脈，長(zhǎng)約600m，寬約150m，灰白色—灰色偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由石英、長(zhǎng)石，少量云母等組成。

礦區(qū)內(nèi)出露的變質(zhì)巖為古元古界遼河群蓋縣組變質(zhì)巖。屬于區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)作用條件下形成的一套變質(zhì)巖石組合，主要巖石類型有：綠泥石片巖、黑云片巖、二云片巖、夾黑云斜長(zhǎng)變粒巖、淺粒巖。變質(zhì)作用程度相當(dāng)于綠片巖相—低角閃巖相區(qū)域中淺變質(zhì)作用。

3 礦床特征

3.1 含礦變質(zhì)巖特征

礦區(qū)內(nèi)含礦變質(zhì)巖主要巖石類型有綠泥石片巖、二云片巖，其中綠泥石片巖為礦體直接圍巖。

綠泥石片巖為鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。主要由綠泥石、斜綠泥石和石英組成。特征變質(zhì)礦物有綠泥石、白云母、黑云母等。二云片巖巖石為粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。主要由黑云母、白云母、斜長(zhǎng)石、石英組成。特征變質(zhì)礦物有黑云母、白云母、十字石、紅柱石等。片巖的原巖恢復(fù)為粘土巖。巖石化學(xué)成分具有硅高、鈣低、K2O＞Na2O的特點(diǎn)(表2)。

表2 巖石化學(xué)成分 (單位：%)

3.2 礦體特征

礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)8個(gè)綠泥石礦體(圖2)，其中①、②、③礦體地表出露，其余礦體為隱伏礦體，④號(hào)礦體為主礦體，②號(hào)礦體次之，其余礦體規(guī)模較小。礦體均呈脈狀，一般走向延長(zhǎng)25～149m，傾向沿深達(dá)25～130m，厚1.0～11.79m(表3)。礦體圍巖主要為綠泥石片巖，呈致密塊狀，較堅(jiān)硬，礦體與圍巖界線清晰。礦體夾石較少，為綠泥石片巖。

表3 礦體規(guī)模、形態(tài)特征表

④號(hào)礦體為隱伏礦體，呈脈狀產(chǎn)出，控制走向延長(zhǎng)124m，傾向沿深113～130m，最大厚度11.79m，最小厚度1.04m，平均6.99m，厚度變化系數(shù)58%，埋深35～123m，傾向210～220°，傾角28～58°。礦石平均品位：SiO237.49% 、Fe2O32.33% 、H2O-0.27%、Al2O317.90%、MgO 27.20%，礦石品級(jí)為Ⅰ級(jí)品(圖3)。

圖3 張家堡子綠泥石礦0線地質(zhì)剖面圖

②號(hào)礦體呈脈狀地表出露長(zhǎng)度149m，傾向延深78～90m，最大厚度3.00m，最小厚度1.00m，平均1.68m，厚度變化系數(shù)47%，埋深0～84m。傾向210～220°，傾角40～70°。礦石平均品位：SiO236.21% 、Fe2O33.36% 、H2O-0.25%、Al2O319.44%、MgO 25.60%，礦石品級(jí)為Ⅱ級(jí)品[5]。

3.3 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石為鱗片變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖4)，呈深綠色、灰綠色，不透明—半透明，具滑膩感，條痕白色，質(zhì)軟，手指甲可劃動(dòng)。綠泥石(Chl)具黃綠色—淺綠色多色性，片狀，集合體呈鱗片狀，正低突起，干涉色一級(jí)灰，但被自身顏色掩蓋顯綠色，含量約90%。方解石(Cal)無色，細(xì)小粒狀集合體，閃突起，干涉色高級(jí)白，含量約2%～5%。石英(Qtz)無色，他形粒狀，正低突起，波狀消光，干涉色一級(jí)黃，含量約2%～5%。

圖4 礦石的鏡下鑒定圖

3.4 物質(zhì)成分

礦石礦物為綠泥石(含量90.53%)，呈片狀、葉片狀，片徑為0.05～0.1mm。脈石礦物為滑石(3.4%)、方解石(2.5%)、透閃石、蛇紋石等少量，石英、電氣石等微量[6-7]，含量小于礦物總量的10%。

礦石化學(xué)成分特征(表4)為低硅、高鎂、高鋁。礦石品級(jí)主要為Ⅰ、Ⅱ級(jí)品，其中①④⑤⑦號(hào)礦體為Ⅰ級(jí)品，②③⑧號(hào)礦體為Ⅱ級(jí)品，⑥號(hào)礦體為Ⅲ級(jí)品。

表4 礦石化學(xué)成分 (單位：%)

3.5 成因探討

遼陽大安口綠泥石礦床賦存于遼河群蓋縣組綠泥石片巖、二云母片巖中，礦體呈似層狀，主要礦物成分為綠泥石，平均含量88.95%。礦石為鱗片變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石品級(jí)為Ⅰ、Ⅱ級(jí)品。礦石中綠泥石的δ18O為12.31‰～15.67‰、δD值從-28.30‰到-57.58‰，說明成礦熱液為區(qū)域變質(zhì)熱液，微量元素WSr/WBa比值為35.4，與圍巖的WSr/WBa比值(36)接近，而與花崗巖(0.52)相差甚遠(yuǎn)，說明成礦物質(zhì)Al2O3、MgO來源于圍巖綠泥石片巖、二云片巖，而與巖漿活動(dòng)無關(guān)[8]。礦床形成年代為1660±0.7Ma(Rb—Sr等時(shí)線)，相當(dāng)于元古代產(chǎn)物。成礦溫度為230～300℃，壓力為0.30～0.33GPa。礦床成因類型屬中—低溫區(qū)域變質(zhì)熱液交代礦床。

通過與遼陽大安口綠泥石礦床類比，初步認(rèn)為張家堡子綠泥石礦床屬富鎂綠泥石型礦床，是富含Al2O3、MgO的區(qū)域變質(zhì)熱液交代圍巖導(dǎo)致綠泥石局部富集而成，礦床成因類型屬中—低溫區(qū)域變質(zhì)熱液交代礦床[9-10]。

4 結(jié)論

(1)張家堡子綠泥石礦床產(chǎn)于蓋縣—岫巖—古樓子復(fù)向斜中段北翼，礦體賦存于蓋縣組綠泥石片巖中，規(guī)模為小型。

(2)本礦床共劃分8個(gè)礦體，礦體呈脈狀，順層產(chǎn)出，主要礦物成分為綠泥石，含量90%以上，礦石化學(xué)成分特征為低硅、高鎂、高鋁，礦石品級(jí)主要為Ⅰ、Ⅱ級(jí)品。

(3)通過類比周邊同類礦床初步認(rèn)為該礦床成因類型屬中低溫區(qū)域變質(zhì)熱液交代礦床，張家堡子綠泥石工業(yè)礦床的首次發(fā)現(xiàn)為本地區(qū)尋找同類型的礦床提供了借鑒。