陜北神木窟野河一帶石英砂巖礦床地質(zhì)特征及成因

張瑞恒，王 貝

（1.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西 西安 710000；2.陜西地礦區(qū)研院有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000）

石英作為一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，是冶金、化工、玻璃、陶瓷、鑄造等行業(yè)的重要原料，也是電子信息產(chǎn)業(yè)、光伏、新能源產(chǎn)業(yè)和有機(jī)硅新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。石英砂巖是石英砂顆粒被膠結(jié)物所固結(jié)而形成一種沉積類砂質(zhì)巖石，其石英及硅質(zhì)含量一般在95%以上，是目前可供開(kāi)發(fā)利用的主要石英礦石類型之一[1]。近年來(lái)，在山東、云南等地已發(fā)現(xiàn)的石英砂巖礦床多形成于濱淺海相環(huán)境[2-3]。而分布于陜北神木地區(qū)窟野河一帶的石英砂巖礦床形成于陸相環(huán)境，成礦條件良好，找礦標(biāo)志明顯，具有較大的資源潛力。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)在大地構(gòu)造位置上屬鄂爾多斯盆地東北部。受印支運(yùn)動(dòng)影響，三疊紀(jì)末鄂爾多斯盆地整體抬升，上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組頂部遭受不同程度的風(fēng)化剝蝕，形成了溝谷縱橫、階地層疊、丘陵起伏的古地貌景觀。下侏羅統(tǒng)富縣組主要受控于古地貌控制，沉積了一套沖積扇—河流相碎屑巖系。在區(qū)域性弱伸展坳陷的環(huán)境下，中侏羅統(tǒng)延安組沉積了一套內(nèi)陸河湖相含煤碎屑巖系，是重要的含煤、儲(chǔ)油層系[4-5]。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)出露地層主要為下侏羅統(tǒng)富縣組（J1f)、中侏羅統(tǒng)延安組(J2y）及第四系（Q）（圖1）。由老到新分述如下：

（1）下侏羅統(tǒng)富縣組（J1f)：根據(jù)巖性特征分為四個(gè) 巖性段。

富縣組第一巖性段（J1f1）：綠色綠泥長(zhǎng)石石英砂巖，礦物成分以石英為主，其次有長(zhǎng)石及少量云母、綠泥石等；粉砂—中粒砂狀結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，板狀交錯(cuò)層理發(fā)育。厚度大于16m。

富縣組第二巖性段（J1f2）：灰色長(zhǎng)石石英砂巖，主要礦物長(zhǎng)石占70%，其它碎屑物質(zhì)占10%～15%，膠結(jié)物以粘土或高嶺土為主；中細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，條帶狀、板狀、波狀交錯(cuò)層理發(fā)育。厚度0.3～3.5m。

富縣組第三巖性段（J1f3）：灰—灰白色粘土質(zhì)石英砂巖，礦物成分主要石英，其次為長(zhǎng)石，膠結(jié)物為高嶺土、粘土；中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。厚度0.6m。

富縣組第四巖性段（J1f4）：紫紅色砂礫巖。厚度大于10m。

（2）中侏羅統(tǒng)延安組(J2y）：由石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖與頁(yè)巖組成的混合砂體，水平層理、交錯(cuò)層理發(fā)育，碎屑粒度較細(xì)，分選較好，成熟度中等，顯示出河流—淺湖相沉積特征。根據(jù)巖性特征分為三個(gè)巖性段。

延安組第一巖性段(J2y1）：白—灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖、褐色含鐵鈣質(zhì)石英砂巖及石英砂巖、含長(zhǎng)石石英砂巖互層，頂部有1～3cm鐵質(zhì)薄殼，內(nèi)部含少量鐵質(zhì)結(jié)核；石英含量95%以上，其次為金紅石、鋯石、磷灰石、電氣石等微量礦物。不等粒狀、中粗粒結(jié)構(gòu)，孔隙再生膠結(jié)。厚度0.5～15m。

延安組第二巖性段(J2y2）：灰—灰綠色頁(yè)巖夾粘土石英砂巖，頁(yè)巖單層厚1～3cm，主要由粘土、泥質(zhì)、鐵質(zhì)組成；砂巖以石英為主，薄層由粘土膠結(jié)，厚層由鈣質(zhì)膠結(jié)。厚度0～14m。

延安組第三巖性段(J2y3）：灰白色長(zhǎng)石石英砂巖，主要礦物為石英、長(zhǎng)石、高嶺石等，粒狀結(jié)構(gòu)，厚層構(gòu)造，局部風(fēng)化呈白色斑點(diǎn)（高嶺石）狀外貌，板狀、微波狀交錯(cuò)層理發(fā)育。多被剝蝕，僅剩殘蓋。厚度0.7～8m。

（3）第四系（Q )：由黃土層、風(fēng)積砂層及沖積層組成。其中黃土層以亞砂土為主，含鈣質(zhì)結(jié)核；風(fēng)積砂層以褐黃色粉細(xì)砂為主；河床沖積層以松散的砂、礫石為主。厚度0～35m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，總體呈南北向延伸、向西微傾的單斜構(gòu)造，斷裂不發(fā)育。地層近水平產(chǎn)出，局部緩傾，傾角一般為0°～10°，板狀交錯(cuò)層理、水平層理等原始沉積構(gòu)造發(fā)育。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)石英砂巖礦床賦存于中侏羅統(tǒng)延安組第一巖性段(J2y1），礦體呈順層狀近水平斷續(xù)產(chǎn)出于塬、梁、峁的近頂部，其形態(tài)隨流水切割地貌形態(tài)的變化而變化。共圈定5條礦體（見(jiàn)圖1），其特征如下：

K1 號(hào)礦體：由灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖與少量褐色含鐵鈣質(zhì)石英砂巖組成，總體呈北西向展布，長(zhǎng)度為410m、平均厚度為5.19m，品位SiO2平均為98.44%，有害組分Fe2O3平均為0.20%、Al2O3平均為0.17%。頂?shù)装鍑鷰r均為砂質(zhì)頁(yè)巖。

K2號(hào)礦體：由灰白色中粗粒狀石英砂巖與少量褐色含鐵鈣質(zhì)石英砂巖組成，呈近東西向、中間厚兩端薄的透鏡體狀展布，長(zhǎng)度為355m、平均厚度為6.44m，品位SiO2平均為98.52%，有害組分Fe2O3平均為0.13%、Al2O3平均為0.22%。頂?shù)装鍑鷰r均為砂質(zhì)頁(yè)巖。

K3 號(hào)礦體：由灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖與少量褐色含鐵鈣質(zhì)石英砂巖組成，呈北北東向展布，長(zhǎng)度為320m、平均厚度為5.79m，品位SiO2平均為98.35%，有害組分Fe2O3平均為0.32%、Al2O3平均為0.23%。頂?shù)装鍑鷰r均為砂質(zhì)頁(yè)巖。

K4 號(hào)礦體：由灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖與少量褐色含鐵鈣質(zhì)石英砂巖及鐵質(zhì)薄殼組成，總體呈北東向、中間厚兩端薄的透鏡體狀展布，長(zhǎng)度為367m、平均厚度為4.35m，品位SiO2平均為98.49%，有害組分Fe2O3平均為0.29%、Al2O3平均為0.10%。底板圍巖為長(zhǎng)石石英砂巖，頂板圍巖為頁(yè)巖、薄層狀砂巖。

K5 號(hào)礦體：由灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖與少量褐色含鐵鈣質(zhì)石英砂巖組成，總體呈北西向、中間厚兩端薄的透鏡體狀展布，長(zhǎng)度為275m、平均厚度為2.60m，品位SiO2平均為98.03%，有害組分Fe2O3平均為0.31%、Al2O3平均為0.14%。底板圍巖為長(zhǎng)石石英砂巖，頂板圍巖為頁(yè)巖、薄層狀砂巖。

總體而言，由礦體中心向邊部的巖性依次為灰白色石英砂巖→褐色含鐵石英砂巖→長(zhǎng)石石英砂巖與石英砂巖互層，礦體厚度逐漸變薄，鐵質(zhì)含量逐漸增多。

3.2 礦石特征

（1）礦石礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造。礦石主要組成礦物為石英，其次為金紅石、鋯石、磷灰石、電氣石等微量礦物。石英主要呈他形粒狀，粒徑一般在0.1～0.5mm之間，呈次圓狀及次棱角狀，波狀消光，裂紋發(fā)育，沿邊緣可見(jiàn)石英次生邊或被次生石英膠結(jié)。

金屬礦物主要為褐鐵礦，多呈星散狀分布于石英粒間，有的較粗粒者與石英形成半規(guī)則連生，有的呈塵點(diǎn)狀、細(xì)線狀位于石英粒間或裂隙中。

礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)主要為不等粒狀、中粗粒狀結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造主要為層狀構(gòu)造、其次為塊狀構(gòu)造。

（2）礦石化學(xué)成分。礦石中主要化學(xué)成分為SiO2，其含量穩(wěn)定，一般在98%以上。其它組分變化不大，有害組分Fe2O3一般為0.1%～0.3%，Al2O3一般為0.1%～0.2%，Cr2O3、Na2O、K2O、MgO等組分含量較低。

（3）礦石類型。根據(jù)礦物組分及色澤不同，區(qū)內(nèi)礦石可分為如下兩種類型：

灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖礦石（主要類型）：主要礦物組分為石英，并含有少量金紅石、鋯石、云母等礦物。膠結(jié)物為硅質(zhì)，呈孔隙再生膠結(jié)，部分礦石有石英次生加大邊，個(gè)別石英有包裹體。

褐色含鐵鈣質(zhì)石英砂巖礦石（次要類型）：主要組分石英，有少量方解石、褐鐵礦及微量金紅石、磷灰石、電氣石等。膠結(jié)物為方解石、褐鐵礦、硅質(zhì)等，孔隙式與孔隙再生膠結(jié)，有石英次生加大邊。

4 礦床成因

4.1 成礦特征

（1）石英砂巖礦層厚度不大，多呈透鏡狀、板狀體，成礦砂體成熟度中等，分選好、純度高，雜質(zhì)少，以中細(xì)粒石英碎屑為主，其古地理環(huán)境可能為內(nèi)陸河流—淺湖相。

（2）礦體呈水平產(chǎn)出，沉積原生構(gòu)造發(fā)育，薄小礦體水平層理較發(fā)育，是低流態(tài)平坦河床砂體的標(biāo)志，厚大礦體水平層理，沙紋、交錯(cuò)層理均較發(fā)育，顯示河湖交替環(huán)境的沉積特征。

（3）區(qū)內(nèi)具一定規(guī)模的石英砂巖體，底部均有厚度不等的劣質(zhì)煤層或炭質(zhì)頁(yè)巖，標(biāo)志著成礦初期氣侯溫濕；而礦層頂部普遍發(fā)育一層褐色含鐵鈣質(zhì)石英砂巖或鐵質(zhì)薄殼，層面有明顯波痕，反映成礦晚期氣候干熱。

4.2 礦床類型

該石英砂巖礦床為陸源含硅質(zhì)礦物經(jīng)風(fēng)化剝蝕、河流長(zhǎng)距離搬運(yùn)、分選，注入河湖沉積，再經(jīng)湖浪反復(fù)沖淘分選后固結(jié)成礦，其礦床類型屬陸相河流—淺湖型沉積礦床。

4.3 找礦標(biāo)志

（1）地貌標(biāo)志：地表出露礦體均沿山頂、寨嶺、長(zhǎng)梁等高地周邊分布，多形成向外凸出的陡坎、懸崖或垮落后形成山麓倒石堆等獨(dú)特地貌。

（2）地層標(biāo)志：礦體賦存于統(tǒng)延安組與富縣組接觸界面，而富縣組頂部有一層厚度不大十分穩(wěn)定的高嶺石長(zhǎng)石石英砂巖，風(fēng)化后在地表形成白色環(huán)帶狀。

（3）礦化標(biāo)志：礦體頂部普遍發(fā)育一層厚約1～3cm的鐵質(zhì)薄殼，風(fēng)化后形成牛蹄狀、雞蛋狀大小的凹穴。

5 結(jié)論

（1）神木地區(qū)窟野河一帶石英砂巖礦床賦存于中下侏羅統(tǒng)延安組第一巖性段(J2y1），礦體呈順層狀近水平斷續(xù)產(chǎn)出于塬、梁、峁的近頂部，礦石類型主要為灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖。

（2）該石英砂巖礦床為陸源含硅質(zhì)礦物經(jīng)風(fēng)化剝蝕、河流長(zhǎng)距離搬運(yùn)、分選，注入河湖沉積，再經(jīng)湖浪反復(fù)沖淘分選后固結(jié)成礦，其礦床類型屬陸相河流—淺湖型沉積礦床。