湘南石牛寨玻璃用脈石英礦（南礦段）地質(zhì)特征及成因淺析

蒙正勇　胡敏　郭愛民　張小強　郭廣湘

摘 要：湘南石牛寨礦區(qū)位于彭公廟巖體中，控礦構(gòu)造為炎陵—宜章斷裂帶（F47）的平行次級斷裂，兩側(cè)圍巖為加里東期黑云母二長花崗巖，具有較好的脈石英礦成礦條件。該礦區(qū)（南礦段）礦石質(zhì)量好，SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.76%～96.90%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96.36%;Al₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.79%～2.50%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.03%;Fe₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.26%～0.29%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.27%;Cr₂O₃、TiO₂等有害組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。礦石中的鐵主要賦存于赤褐鐵礦中，礦床類型屬富硅熱液充填型。

關(guān)鍵詞：脈石英;地質(zhì)特征;含鐵物質(zhì);成因分析

中圖分類號：P619.23? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：1672-5603（2022）01-42-06

Geological Characteristics and Genesis Analysis of Shiniuzhai Glass Gangue Quartz Deposit （South Ore Section） in Southern Hunan

MENG Zhengyong HU Min GUO Aimin ZHANG Xiaoqiang GUO Guangxiang

（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410116）

Abstract： Shiniuzhai mining area is located in Penggongmiao rock mass. The ore controlling structure is the parallel secondary fault of Yanling-Yizhang fault zone （F47）. The surrounding rocks are Caledonian biotite monzogranite on both sides， which has good metallogenic conditions of gangue quartz ore. The ore quality of the mining area （South section） is good. The mass fraction of SiO₂is 95.76% to 96.90%， average of 96.36%， the mass fraction of Al₂O₃is 1.79% to 2.50%， with the average content 2.03%，and the mass fraction of Fe₂O₃is 0.26% to 0.29%， with the average of 0.27%. The content of Cr₂O₃， TiO₂and other harmful components is low， and the iron in the ore mainly occurs in hematite， which belongs to the silica-rich hydrothermal filling type.

Keywords： gangue quartz; geological characteristics; iron-containing material; cause analysis

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

湖南石牛寨脈石英礦床位于南嶺緯向構(gòu)造帶中段北緣，炎陵—汝城沖斷褶隆帶南東緣，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。

1.1 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造主要以斷裂為主，為炎陵—宜章斷裂帶（F47）的平行次級斷裂[1]，屬早中生代（印支晚期—早燕山期）逆斷裂。斷裂往往具脆韌性特征，宏觀上表現(xiàn)為硅化帶和角礫巖帶。帶寬一般在20 m～100 m之間。該斷裂切穿了礦區(qū)所在的彭公廟巖體。

該斷裂走向為NNE（NE）約30°，傾向SE，傾角一般為35°～ 60°，兩側(cè)圍巖為加里東期花崗巖，斷層性質(zhì)以壓扭性為主[2]（圖1）。

1.2 巖漿巖

1.2.1 巖石學(xué)特征

礦區(qū)出露的巖漿巖為加里東期黑云母二長花崗巖。具中粗粒、細(xì)中粒、中細(xì)粒似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造?；|(zhì)礦物主要由斜長石、微斜微紋長石、石英、黑云母組成。含有金紅石、鋯石、磷灰石、磁鐵礦包裹體。黑云母常被綠泥石、綠簾石交代。

1.2.2 地球化學(xué)特征

志留紀(jì)彭公廟巖體為鐵質(zhì)、（強）過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性S型花崗巖[3]。推測巖石是由早元古代末或更早陸殼物質(zhì)改造形成的花崗巖。各巖石單元從早至晚，SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω（SiO₂）在65.30%至73.42%之間，K₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω（k₂O）平均為4.34%，Na₂O+K₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω（Na₂O+K₂）為6.46%～8.32%，平均為7.09%，ω（K₂O）/ω（Na₂O）平均為1.58。巖石富鋁，Al₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為ω（Al₂O₃）14.13%。Ba，Nb，Sr，P和Ti相對于原始地幔為負(fù)異常，Rb，Th與U，La與Ce，Nd，Zr與Hf與Sm，Y與Yb等則相對富集。ΣREE平均為221.85×10^-6;輕稀土富集，La_N與Yb_N之比平均為8.66;Eu弱虧損，Eu異常δ（Eu）平均為0.53。Sr初始ISr值為0.712 30～0.718 31，Sr初始比值ε_Sr（t）為110.7～196.1，Nd初始比值εNd（t）為-8.0～-8.7，Nd兩階段模式年齡t_2DM為1.81～1.87 Ga。gzslib202204021238A68E0905-F753-4346-8831-2DC5F3087EF8

1.2.3 脈石英分布

彭公廟巖體中的脈石英主要產(chǎn)于斷裂帶中。在炎陵—宜章斷裂帶（F47）中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)及開采的脈石英礦在資興州門司一帶共3處。除F47斷裂外，在其南東側(cè)發(fā)育2條平行的次級斷裂。本文討論的石牛寨礦區(qū)為其F47的南東側(cè)第1條，距離該F47斷裂直線距離約6 km。南東側(cè)第2條距離F47約20 km。

1.3 變質(zhì)作用與圍巖蝕變

礦區(qū)內(nèi)熱液蝕變面廣且強烈。斷層兩側(cè)約10m寬的巖石普遍硅化、絹云母化、白云母化、綠泥石化、綠簾石化、黝簾石化，局部黃鐵礦化。根據(jù)蝕變礦物組合特征，礦區(qū)內(nèi)的圍巖蝕變應(yīng)為中—低溫?zé)嵋何g變。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)出露的巖漿巖主要以中志留世第四侵入次細(xì)粒斑狀黑云母二長花崗巖（ηγS₂^d）為主（圖1）。

似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造;長石斑晶質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在10%左右，形態(tài)為窄板狀或長柱狀，見細(xì)小的斜長石、石英、黑云母嵌晶?；|(zhì)由長石、石英、黑云母等組成，斜長石為半自形板狀，普遍具鈉黝簾石化;石英它形粒狀，部分呈連晶出現(xiàn);黑云母均被綠泥石、簾石交代。基質(zhì)粒徑在0.5至1.6 mm之間，個別在2.0至2.8 mm之間。巖石中普遍出現(xiàn)有絹云母化、白云母化、綠泥石化、綠簾石化、黝簾石化等蝕變;副礦物有鋯石、磁鐵礦等。

礦區(qū)內(nèi)主要以斷裂構(gòu)造為主，在礦區(qū)西側(cè)出露炎陵—宜章斷裂帶，以NNE（NE）向構(gòu)造為主，工作區(qū)內(nèi)的唐家—大灣頭斷裂為該斷裂的平行次級斷裂（圖1）。

唐家—大灣頭斷裂為控礦斷裂，礦體賦存其中。北起唐家新屋里，南至大灣頭水庫，總長約7 km，走向25°～46°，傾角68°～81°。該斷裂為壓扭性斷裂，斷層角礫成分簡單，主要為黑云母花崗巖，但已強烈硅化，礫徑一般數(shù)毫米至數(shù)厘米，膠結(jié)物為熱液石英，無角礫的地段被石英熱液填充，形成SiO₂純度較高的脈石英礦，石英脈有成細(xì)小脈錯綜穿插，沿斷層走向展布。

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，其強度與脈石英礦化程度呈正相關(guān)。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦脈特征

工作區(qū)礦脈長約4 km，礦脈分為南北2段，其中，南段的規(guī)模和品質(zhì)較好，因此，本文討論為礦區(qū)南礦段。

該礦段已發(fā)現(xiàn)脈石英礦脈3條，主礦脈1條。初步圈定礦體3個，分別編號為I-1、I-2、I-3（圖1），三者均賦存于I號礦脈的斷裂破碎帶中，破碎帶脈石英礦體充填，構(gòu)造角礫巖相對較少，由花崗巖角礫、碎裂石英及斷層泥組成，局部硅質(zhì)膠結(jié);斷層上下盤為黑云母二長花崗巖，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。I號礦脈在地貌上常表現(xiàn)為陡峭的山脊。

3.2 礦體特征

各礦體地質(zhì)特征如下。

I-1號礦體走向長約410 m;形態(tài)呈脈狀，嚴(yán)格受控于北東向斷裂，傾向為112°～140°，傾角為75°～84°。真厚度為7.35 m。SiO₂平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.76%，Al₂O₃平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.50%，F(xiàn)e₂O₃平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.26%。礦體局部具有膨大現(xiàn)象，且膨大處礦石質(zhì)量更好（圖2）。

I-2號礦體走向長約310 km;形態(tài)呈脈狀，嚴(yán)格受控于北東向斷裂，傾向為125°～148°，傾角為82°。真厚度為3.03 m。SiO₂平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96.90%，Al₂O₃平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.79%，F(xiàn)e₂O₃平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.27%。

I-3號礦體走向長約310 km;形態(tài)呈透鏡狀，嚴(yán)格受控于北東向斷裂，傾向為114°，傾角為68°。真厚度為2.52 m。SiO₂平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96.40%，Al₂O₃平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.80%，F(xiàn)e₂O₃平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.29%。

4 礦石質(zhì)量

4.1 礦石組分

脈石英礦石露頭呈純白—乳白色（圖3），新鮮礦石為乳白色。礦石礦物為石英，鏡下巖石幾乎均由石英組成，見少量絹云母和金屬礦物。

礦石中的石英（Qz）以微晶—細(xì)晶為主，部分為隱晶石英（玉髓）。微晶石英集合體中多見穿插一些細(xì)晶石英構(gòu)成的微脈。局部石英脈的石英可達(dá)中晶。

為了解礦石元素組分及其大致質(zhì)量分?jǐn)?shù)，該礦段對2個礦芯樣進行了光譜定性半定量全分析（表1）。結(jié)果顯示礦石主要有益組分為SiO₂，有害雜質(zhì)為Al₂O₃和Fe₂O₃，其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低。

為檢查礦石有益有害組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化，對具代表性的刻槽樣品和鉆孔巖心中的2個組合樣品進行了分析，結(jié)果顯示礦石中有害組分Cr₂O₃和TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較低（表2）。

4.2 含鐵物質(zhì)特征

通過掃描電鏡EDS能譜成分檢測分析（圖3），礦石中的含鐵礦物主要是褐鐵礦以及赤鐵礦，其次是某些絹云母中含微量鐵，結(jié)果見表3。

礦石中的鐵主要賦存于赤褐鐵礦中，占80%以上，其次賦存于絹云母中。其他礦物中的鐵基本可忽略。

5 礦床成因及找礦標(biāo)志

5.1 礦床成因

脈石英是由花崗巖漿或混合巖化的富硅熱液充填于裂隙形成的，可分為花崗巖漿熱液型礦床與混合巖化熱液型礦床兩類[4]。因該礦區(qū)未開展同位素測試，所以暫不能確定脈石英礦的成礦物質(zhì)來源。gzslib202204021238

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飽和而沉淀[5]。因此，形成脈石英礦床主要取決于富硅熱液來源與成礦溫壓條件2個因素。富硅熱液主要來自深部巖漿分異或區(qū)域變質(zhì)熱液演化。由于彭公廟巖體區(qū)域變質(zhì)程度不高，且斷裂附近偶有燕山期花崗（斑）巖體出露，如寶峰仙、千里山等小巖體，因此，認(rèn)為該區(qū)富硅熱液來自深部巖漿分異的可能性較大。

富硅熱液的運移及成礦空間主要是斷裂、層理、節(jié)理等裂隙[7]。而石牛寨脈石英礦脈（體）嚴(yán)格受斷層控制，且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[6-9]。因此，可認(rèn)為該礦產(chǎn)類型屬富硅熱液充填型。

5.2 找礦標(biāo)志

該類型脈石英礦脈（體）宏觀特征明顯，找礦標(biāo)志有：

1）構(gòu)造標(biāo)志：礦脈受北東向斷裂構(gòu)造控制，北東向斷裂是本區(qū)重要的找礦標(biāo)志。

2）地貌標(biāo)志：本區(qū)石英巖礦脈主要賦存于北東向斷裂構(gòu)造中，硅石礦風(fēng)化程度較弱，形成偉岸的斷層崖。

3）蝕變標(biāo)志：具硅化、黃鐵礦化、鉀長石化、高嶺土化、綠泥石化、絹云母化的構(gòu)造破碎帶是找礦的有利標(biāo)志。

6 結(jié)論

石牛寨脈石英礦（南礦段）礦體嚴(yán)格受NNE向斷裂控制，礦體屬簡單類型，沿走向長度約400 m，平均厚度約4.30 m。

礦體局部具有膨大現(xiàn)象，且膨大處礦石質(zhì)量好，顯示深部具有較大的找礦潛力。

礦區(qū)脈石英礦質(zhì)量符合一般工業(yè)要求，SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)95.76%～96.90%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)96.36%，Al₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.79%～2.50%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.03%，F(xiàn)e₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.26%～0.29%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.27%，礦石有害組分Cr₂O₃、TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，可作為平板玻璃用硅質(zhì)原料。

本區(qū)脈石英成礦的富硅熱液可能來自深部巖漿分異，礦區(qū)的斷裂破碎帶是脈石英礦的導(dǎo)礦容礦構(gòu)造。

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