吉林省脈石英礦分布特征及成礦規(guī)律研究

左耀東

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033)

脈石英是制取高純石英粉的重要原料之一，高純石英粉是發(fā)展新一代信息技術(shù)、制造高端裝備必需的新材料[1]，也是微電子技術(shù)器件、特種電光源、宇航、衛(wèi)星、光纖通訊等產(chǎn)品的原料[2]。因此，脈石英找礦工作顯得尤為重要，本文對吉林省脈石英資源、礦床的地質(zhì)特征、成礦模式及找礦標(biāo)志進(jìn)行歸納和總結(jié)，分析了成礦規(guī)律。

1 礦床分布特征

吉林省脈石英礦廣泛分布于中東部地區(qū)，礦產(chǎn)地共43處，其中，小型礦床33個，礦點10個。從地理位置來看，脈石英礦分布較廣，主要分布于延邊、吉林和通化地區(qū)(圖1)。

圖1 吉林省脈石英礦產(chǎn)分布圖

礦床成因類型為巖漿熱液型和偉晶巖型[3]，巖漿熱液型礦產(chǎn)地40個，均屬單一礦產(chǎn)；偉晶巖型礦產(chǎn)地3個，均屬伴生礦產(chǎn)。從成礦時代看，脈石英礦床可以形成于各個地質(zhì)時代，以中生代為主(表1)。

表1 吉林省脈石英礦產(chǎn)地數(shù)量統(tǒng)計表

吉林省查明資源儲量的脈石英礦床33個，礦床規(guī)模均為小型，其中23處為詳查程度，10處為普查程度。已查明脈石英資源儲量471.85萬t，其中冶金用脈石英317.46萬t，玻璃用脈石英154.39萬t。

2 地質(zhì)特征

2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征

脈石英礦主要產(chǎn)于板塊之間、構(gòu)造造山帶、巖漿活動發(fā)育地區(qū)、區(qū)域變質(zhì)作用強(qiáng)烈地區(qū)[4]。吉林省巖漿型脈石英礦產(chǎn)地中有22處大地構(gòu)造位置位于Ⅰ-3長白山陸緣火山盆嶺疊加構(gòu)造帶，Ⅰ-35太平嶺—老嶺火山—沉積隆盆帶[5]，11處位于Ⅰ-3長白山陸緣火山盆嶺疊加構(gòu)造帶、Ⅰ-33張廣才—哈達(dá)嶺火山沉積隆盆帶，其余零散分布于Ⅰ-352延吉盆地與Ⅰ-331雙陽盆地。巖漿型脈石英礦床控礦因素主要為構(gòu)造運動。區(qū)域深大斷裂控制了含礦地層及巖漿侵入活動，為主要的控礦構(gòu)造，礦體一般產(chǎn)于侵入巖體內(nèi)或巖體與圍巖的內(nèi)、外接觸帶部位。吉林省具代表性的巖漿型脈石英床為蛟河市白石砬子脈石英礦床。

偉晶巖型脈石英礦床大地構(gòu)造位置均位于Ⅰ-3長白山陸緣火山盆嶺疊加構(gòu)造帶，Ⅰ-35太平嶺—老嶺火山—沉積隆盆帶，共伴生產(chǎn)出偉晶巖型脈石英，脈石英礦體形態(tài)多為似層狀、透鏡狀、墻狀和脈狀，一般規(guī)模較大。且該類型礦床的形成與區(qū)域性張性深大斷裂有著密切的關(guān)系，所以脈石英礦床大多分布在縫合帶附近或陸內(nèi)裂谷帶上。吉林省具代表性的偉晶巖型脈石英床為集安市團(tuán)結(jié)長石礦床(表2)。

表2 吉林省脈石英主要礦產(chǎn)地成礦特征一覽表

2.2 成礦地質(zhì)條件

(1)巖漿熱液型。

與脈石英成礦作用有關(guān)的巖漿活動主要有新太古代—中生代花崗巖漿或混合巖化的富硅熱液。富含水和各種Si、K揮發(fā)組分的巖漿熱液經(jīng)構(gòu)造運動等內(nèi)應(yīng)力作用，沿早期構(gòu)造裂隙運移、冷卻、結(jié)晶形成脈石英礦床，礦體一般形成深度較大，產(chǎn)于母巖侵入體的頂部、邊部或外接觸帶附近，礦體與圍巖界線清晰。地質(zhì)構(gòu)造對礦床的規(guī)模及分布有明顯的控制作用，韌—脆性斷裂構(gòu)造是重要容礦構(gòu)造[6]。

(2)偉晶巖型。

偉晶巖型脈石英礦產(chǎn)地3處，與長石礦伴生產(chǎn)出。礦床主要賦存于花崗質(zhì)巖體的構(gòu)造裂隙中，主要控礦條件為斷裂構(gòu)造和偉晶巖漿。在高溫高壓條件下，花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶作用殘余巖漿，由于揮發(fā)組分大量集中，形成了富含揮發(fā)組分的偉晶巖漿，充填于斷裂構(gòu)造空間，形成結(jié)晶粗大、分帶明顯的偉晶巖脈，形成了鉀長石礦床，并伴生脈石英礦床。

2.3 礦體特征

脈石英床礦體均呈脈狀產(chǎn)出，與多期巖漿活動有關(guān)，早期石英脈多充填于張性破碎帶中，是主礦脈，晚期石英脈填充于壓性裂隙帶中，形成網(wǎng)脈帶。厚度、品位變化有一定規(guī)律，礦石類型簡單，埋藏較淺。

2.4 圍巖蝕變

在礦體頂、底板附近，巨斑狀花崗巖蝕變相對較強(qiáng)，主要蝕變礦物為綠簾石、綠泥石等。綠簾石黃綠色，呈粒狀，粒度0.1～0.3mm左右，分布不均，含量約占2%～5%，為長石蝕變而成。綠泥石淺綠色，呈鱗片狀集合體、粉末狀及薄膜狀，多半沿裂隙面分布，含量約占5%，為長石蝕變而成。

2.5 礦石特征

(1)巖漿熱液型脈石英礦石特征。

礦石類型：礦石的自然類型脈狀石英，工業(yè)類型冶金用脈石英和玻璃用脈石英。

礦物組合：脈石英多呈乳白—灰白色，微透明—半透明，少數(shù)為不透明—微透明，以組分單一的石英為主，偶見少量白云母。

礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造：脈石英礦石為他形偉晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。

礦石化學(xué)成分：有益組分為SiO290%～99.90%，平均98.17%，而有害組分Fe2O3在0.03%～0.21%，一般在0.1%左右。

(2)偉晶巖型脈石英礦石特征。

礦石類型：自然類型為脈石英型礦石，工業(yè)類型為玻璃用脈石英。礦物組合：脈石英礦石主要礦物成分為石英。礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造：脈石英礦石為他形偉晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。

礦石化學(xué)成分：有益組分為SiO299.30%～99.96%，平均99.58%；有害組分Fe2O30.01%～0.06%。

3 典型礦床

蛟河市白石砬子脈石英礦床為巖漿熱液型脈石英典型礦床，具體特征如下。

3.1 區(qū)域地質(zhì)概況

礦床位于佳木斯—興凱聯(lián)合地塊南部陸緣新元古代—古生代疊覆造山亞帶，吉林市—汪清古生代弧盆系。所屬成礦區(qū)帶為Ⅲ-52小興安嶺—張廣才嶺(造山帶)Fe-Pb-Zn-Cu-Mo-Au-W成礦帶，Ⅳ-8福安堡—塔東Mo-Fe-Cr-寶石—螢石—水晶—泥炭—陶粒頁巖—硅藻土—飾面花崗巖—煤成礦亞帶(圖2)。

圖2 蛟河市白石砬子脈石英礦床區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)吉林省地質(zhì)局第八地質(zhì)隊，1974，有修改)

3.2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)在似斑狀花崗巖侵入后，經(jīng)歷了不同方式的多次構(gòu)造活動。成礦前構(gòu)造已均為各種脈巖、石英脈所充填。其中最早一期為成礦母巖中細(xì)?；◢弾r所占據(jù)，受后期構(gòu)造破壞和石英脈切穿，大致呈巖枝狀，受張性裂隙控制。成礦后構(gòu)造十分發(fā)育，表現(xiàn)為對先期構(gòu)造的切割、穿插和改造。

礦區(qū)廣泛出露早二疊世似斑狀花崗巖，局部有中細(xì)?；◢弾r(圖3、圖4)。早二疊世似斑狀花崗巖為礦區(qū)石英脈的主要圍巖。早二疊世似斑狀花崗巖巖漿活動與水晶成礦作用有關(guān)，而中細(xì)?；◢弾r則為成礦母巖，為該巖漿結(jié)晶后期殘余巖漿侵入形成。

圖3 蛟河市白石砬子脈石英礦床礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)吉林省地質(zhì)局第八地質(zhì)隊，1974，有修改)

圖4 蛟河市白石砬子脈石英礦床40勘探線剖面簡圖(據(jù)吉林省地質(zhì)局第八地質(zhì)隊，1974，有修改)

3.3 礦床地質(zhì)特征

(1)礦體特征。

早期石英脈充填于張性破碎帶中形成復(fù)雜的石英脈帶，脈長400m，南部大砬子自然剖面沿傾向出露270m，出露厚度70m，規(guī)模較大，脈體產(chǎn)狀傾向南西，傾角15°，是主礦脈。晚期石英脈填充于壓性裂隙帶中，脈帶長550m，寬2～9m，中部石英脈厚度大且完整，向東西兩端具分枝復(fù)合現(xiàn)象，脈帶產(chǎn)狀走向北東80°，傾向北西，傾角80°，與早期石英脈近于直交，晚期低溫石英脈不含晶。

整個石英脈帶由兩條主脈和三條網(wǎng)脈帶組成。按其形態(tài)、產(chǎn)狀、伴生礦物、含晶標(biāo)志等特征和差異，由上至下劃分為五個脈組，即：上網(wǎng)脈組(NQ1)、上主脈組(CM1)、中間網(wǎng)脈組(NQ2)、下主脈組(CM2)、下網(wǎng)脈組(NQ3)。

上主脈組(CM1)：為厚大主脈，厚度0.9～10m，平均3.5m，總體產(chǎn)狀傾向南西，傾角15°，石英脈中SiO2含量達(dá)98.62%，此脈共有壓電晶洞9個，單晶平均品位0.137g/m3。

上 主 脈 組(CM2)：為 最 大 主 脈，厚 度1.6～5.5m，平均2.47m，總體產(chǎn)狀與上主脈一致，石英脈中SiO2含量達(dá)97.81%，此脈共有壓電晶洞12個，單晶平均品位0.165g/m3。

(2)礦石特征。

礦物組合：早期脈石英呈乳白—灰白色，微透明—半透明，晚期不透明—微透明，見少量白云母。

礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造：以致密塊狀為主，局部具柱狀、交錯柱狀以至巨柱狀結(jié)構(gòu)。

礦石物質(zhì)成分：礦區(qū)石英脈分為早晚兩期，早期石英脈中SiO2、TiO2、Al2O3的含量較晚期石英脈為高，而Fe2O3的含量較晚期石英脈為低(表3)。

表3 兩期石英脈主要氧化物含量對比表 (單位：%)

(3)圍巖蝕變。

礦區(qū)圍巖蝕變主要有絹云母化、高嶺土化及矽化。蝕變往往迭生分布在石英脈兩側(cè)，寬度5～30cm，一般在厚大主脈兩側(cè)蝕變不強(qiáng)，而網(wǎng)狀脈地段蝕變較強(qiáng)。

(4)成礦期次及礦化階段。

礦區(qū)石英脈成礦期次分為早晚兩期。早期石英脈充填于張性破碎帶中形成復(fù)雜的石英脈帶。脈石英呈乳白色—灰白色、微透明—半透明，共生礦物有鉀微斜長石、螢石、輝鉬礦、黃銅礦、黃鐵礦、藍(lán)銅礦以及孔雀石等次生金屬氧化物，屬含晶高溫長石石英脈。

晚期石英脈充填于壓性裂隙帶中，脈帶與早期石英脈近于直交，早期石英脈中不含Ag，晚期石英脈中含Ag。屬晚期低溫石英脈。

(5)加工技術(shù)。

脈石英經(jīng)過浮選、酸洗等一系列物理化學(xué)方法加工提純后，可制成高純石英[7]。

3.4 礦床類型

本礦床成因類型為巖漿熱液型。二疊紀(jì)中細(xì)?；◢弾r漿分異出富含SiO2的熱液，呈巖枝狀侵入到似斑狀花崗巖的張裂帶中，形成早期兩條石英脈，推測成礦時代為早二疊世。一是礦區(qū)顯示為北東和東西向構(gòu)造，東西向張、壓兩種結(jié)構(gòu)面控制了礦區(qū)石英脈的賦存；二是該礦床屬熱液礦床，由二疊紀(jì)中細(xì)?；◢弾r漿分異出富含SiO2的熱液，呈巖枝狀侵入到似斑狀花崗巖的張裂帶中，形成早期兩條石英脈。后期南北擠壓作用繼續(xù)，產(chǎn)生近東西向的擠壓面并充填晚期低溫石英脈，東西向的張性破碎帶是主要控礦構(gòu)造。

4 成礦規(guī)律分析

4.1 成礦地質(zhì)條件

本次在認(rèn)真總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，按照成礦地質(zhì)作用的類型和成礦機(jī)理將吉林省脈石英礦床成因類型劃分為巖漿熱液型和偉晶巖型[8]。巖漿熱液型代表性的礦床有蛟河市白石砬子脈石英、蛟河市寒蔥溝脈石英等，其主要與中生代侏羅紀(jì)和古生代二疊紀(jì)巖漿作用有關(guān)。偉晶巖型代表性的礦床集安市荒崴子脈石英和集安市團(tuán)結(jié)脈石英等，其主要與古元古代偉晶巖作用有關(guān)。

4.2 控礦因素

花崗巖中韌性剪切帶構(gòu)造較為發(fā)育，其次脆性斷裂構(gòu)造和接觸帶構(gòu)造也較為發(fā)育，裂隙空間往往是礦體富集的有利部位，可以控制礦體的具體形態(tài)，也可以控制應(yīng)力場信息，韌—脆性斷裂構(gòu)造是主要的容礦構(gòu)造，也是重要的控礦因素[9]。

4.3 成礦物質(zhì)來源

巖漿熱液型石英脈礦體形態(tài)比較完整，礦床的形成與巖漿熱液作用有關(guān)，花崗巖巖漿在侵入演化活動過程中，分異出富含SiO2的熱液，順層理、裂隙貫入圍巖變質(zhì)巖系中，或沿先期巖漿巖的接觸破碎帶侵入，形成脈石英礦床[10]。

古元古代巨斑狀花崗巖為成礦母巖，鉀長石(脈石英)礦體出現(xiàn)明顯的分帶現(xiàn)象，其邊緣花崗偉晶巖中廣泛存在典型的文象結(jié)構(gòu)，是鉀長石和石英在高溫高壓下，從熔體中共結(jié)的產(chǎn)物，它們的出現(xiàn)說明偉晶巖是巖漿巖結(jié)晶的產(chǎn)物。偉晶巖粗大的顆粒，是富含水和各種揮發(fā)分的殘余巖漿，是花崗巖漿演化到后期階段的產(chǎn)物，其總趨勢是愈到晚期愈向富硅、富堿和鐵代替鎂的方向演化。礦床成因類型為石英—鉀長石偉晶巖礦床[11]。

4.4 成礦時代

古元古代雙岔巨斑狀花崗巖是鉀長石(脈石英)偉晶巖礦體的成礦母巖和賦礦圍巖，經(jīng)全巖Rb-Sr等時線測定侵入年齡為1 851Ma，說明偉晶巖型脈石英成礦時代為古元古代[12]。

4.5 空間分布

Ⅱ-13吉黑成礦省是吉林省重要的礦產(chǎn)資源成礦省，該成礦省有3個Ⅲ級成礦帶產(chǎn)出脈石英礦，即為Ⅲ-51松遼盆地，Ⅲ-52小興安嶺—張廣才嶺、Ⅲ-55吉中—延邊成礦帶，進(jìn)一步劃分8個Ⅳ級礦帶，主要包括Ⅳ-8福安堡—塔東、Ⅳ-10開山屯—小西南岔和Ⅳ-14山河—漂河川成礦亞帶。

Ⅱ-14華北(陸塊)成礦省位于吉林省南部地區(qū)，該成礦省僅有Ⅲ-56遼東(隆起)成礦帶產(chǎn)出脈石英礦，進(jìn)一步劃分6個Ⅳ級礦帶，主要包括Ⅳ-20二密—板石和Ⅳ-22財源—集安成礦亞帶(表4)。

表4 吉林省脈石英礦主要成礦區(qū)帶統(tǒng)計表

5 結(jié)論

(1)吉林省內(nèi)已有勘查成果脈石英礦產(chǎn)地共43處，總體表現(xiàn)為地勘查程度較低、資源量相對較少、開發(fā)利用情況不佳。

(2)脈石英礦在空間上，脈石英礦床與花崗巖巖體關(guān)系密切；脈石英礦體受構(gòu)造控制明顯，除偉晶巖型脈石英產(chǎn)于偉晶巖石英核外，其他脈石英礦體均受區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造控制[13]。

(3)脈石英礦床多為巖漿熱液型脈石英礦床。脈石英主要是由花崗巖巖漿分異后形成的富硅熱液沿構(gòu)造活動面充填形成。成礦時代多為燕山期等巖漿活動強(qiáng)烈的時期。礦床主要受構(gòu)造和巖漿活動控制，斷裂、次級斷裂、裂隙面及構(gòu)造滑脫面是礦體的主要賦存部位[14]。

(4)巖體及周圍斷裂構(gòu)造發(fā)育地區(qū)是脈石英成礦的有利位置，是下一步脈石英地質(zhì)找礦工作的方向[15]。