淺議硅灰石礦床類型及其形成條件

(成都理工大學 地球科學院 四川 成都 610059)

一、硅灰石形成的物理化學條件及形成作用

硅灰石是一種變質礦物，形成于一定的溫度和壓力條件下的變質環境中。它的形成機理可以是在一定溫度、壓力條件下，方解石和石英在固體狀態下發生化學反應，生成硅灰石；也可以由含有硅酸的溶液以交代的方式帶入石灰巖內形成硅灰石；或者飽和碳酸鈣濟液對富含硅質的巖石進行化學改造作用形成硅灰石。總之，硅灰石形成的基本原理是：

上述反應是在一定的溫度壓力下進行的。對于硅灰石形成過程中的溫度、壓力條件，國外學者作了深入的研究[1]。丹尼爾森(1950)估計上述反應的平衡溫度是325-850℃。哈特、塔特爾(1956)用實驗方法測定了壓力大于35兆帕(1兆帕=1MPa=106Pa=103KPa=10巴，“巴”為淘汰的計量單位)時，上述反應的單變Pco2-T曲此，見圖1,并估算出壓力低于35兆帕時，該曲線的大致位置，用這樣的方法獲得的曲線說明，在0.1兆帕下，該反應是400℃或稍低于400℃時發生的。埃利斯和法伊夫(1956)應用CO2熱力學資料進一步核對了這一曲線，并進一步工作證實,對這個反應來說，活化能在25.5-29.0千卡/克分分子之間。加里寧(1967)報導過，在低至350℃的溫度和15-17兆帕下，經2-10天即可合成硅灰石。格林伍德(1967)測定了硅灰石在100-200兆帕壓力下于H2O和CO2超臨界混合物中的穩定性，并指出在溫度高于500℃條件下，理想的混合作用發生在低于200兆帕的壓力范圍內。IO.II.莫里尼克(1970)認為,在450-500℃和壓力為400-500兆帕的條件下，硅灰石可以從其成分主要是水溶液和只有微量CO2的流體中結晶出來。在溫度約400℃條件下，當流體中CO2的含量急劇降低時，結晶出來的不是硅灰石，而是硬硅鈣石[2]。

圖1 實驗測定的單變PCO2—T曲線

一般認為，中淺成侵入體的接觸帶具備上述硅灰石的形成條件。事實上，許多硅灰石礦床都是產出在侵入體的外接觸幣中。當巖漿熔體侵入不純或含硅質灰巖時，熱力變質作用使地層中的硅質和方解石發生反應，生成硅灰石，這種熱變質作用形成的硅灰石礦床通常賦存于大理巖帶中；也可以由接觸交代作用，在矽卡巖化過程中形成硅灰石，這種接觸交代作用形成的硅灰石礦床通常是矽卡巖帶中的一個帶，礦床與矽卡巖緊密伴生。

在區域變質作用過程中,過去曾認因為壓力太大,不利于硅灰石的形成，只在特殊情況下，才形成一些硅灰石薄層和細脈，并解釋為是局部壓力下降的產物。但是，隨著在一些古老深變質相(達麻粒巖相)的地層中，發現了規模不小的硅灰石礦床后，這種認識受到了挑戰，用局部壓力下降來解釋無論如何也不符合硅灰石呈透鏡體和沿層位產出的地質特征。這樣，一些學者開始研究高壓條件下的硅灰石行為，認為當壓力超過2500兆帕時，硅灰石轉變為另一種高壓多形變體-硅灰石Ⅱ(Essene,1974)，這種壓力條件就深度來說，無論如何也比麻粒巖形成的深度大得多。區域變質作用形成的硅灰石礦床一般沒有元素的帶入，形成的硅灰石比較純，質量比較好[3]。有人(B·A巴波辛，1964)曾有保留地把美國威爾斯鮑羅硅灰石礦床劃為區域變質硅灰石礦床。

堿性巖漿在結晶過程中也可生成硅灰石，例如，在霓霞巖和碳酸鹽(巖漿型)中，常見到硅灰石，它的生成晚于單斜輝石、磷灰石、石榴石和榍石，早于長石和霞石基質的結晶，硅灰石在基質中呈包裹體存在。但產于堿性巖漿巖的硅灰石實際意義不大，一是含量少，二是與其他硅酸鹽礦物緊密交生并受其混染。

二、硅灰石礦床類型的劃分

在已有的硅灰石礦產的報道材料中，涉及到研討礦床類型劃分的文章不多，有代表性的劃分方案是郭競雄[4](1989)據產狀對國外硅灰石礦床進行的分類(表1)

表1國外硅灰石礦床類型

和曲元貴[5]等(1983)對中國硅灰石礦床進行的成因分類(表2)。

通過對已有的國內外硅灰石礦床資料的綜合研究，就成因來說，有價值的礦床，均為變質成因，就產出圍巖巖性來說，可歸納為三種類型:大理巖型、角巖型、矽卡巖型。

(一)大理巖型硅灰石礦床

礦床賦存于大理巖帶中。分布在侵入體外接觸帶熱變質圈內或區域變質作用形成的大理巖帶中。礦床形成受含硅質石灰巖地層的制約。礦體呈層狀、似層狀、產狀與地層產狀一致，延伸長，規模大。礦石礦物組合簡單，以硅灰石為主，次為方解石、石英，有少量透輝石、石榴石。礦物在靜壓下由熱力作用緩慢結晶，顆粒較粗，易于分選。這種類型硅灰石礦床價值最大。

表2中國硅灰石礦床類型

(二)角巖型硅灰石礦床

礦床賦存于硅鋁質角巖帶中。其產出受含鈣質的硅鋁質碎屑巖地層的控制，有一定的層位。礦床分布在侵入體外接觸帶的變質角巖中，或區域變質角巖中，礦體呈似層狀，大的透鏡體狀。礦石礦物組合比較復雜，與原巖成分雜有關，特點是含有長石類的礦物出現。在礦石化學成分上，表現為Na2O+K2O的含量較高。

(三)矽卡巖型硅灰石礦床

礦體賦存于中酸性侵入體與碳酸鹽地層的接觸變質帶內的矽卡巖帶中。或者侵入體內的碳酸鹽巖捕擄體中。礦體呈透鏡狀、扁豆狀、形態復雜，變化較大。礦石礦物組合十分復雜，除無水矽卡巖礦物外，還有含水矽卡巖礦物出現，有較多的金屬硫化物出現。這種類型的硅灰石礦床規模不大，但儲量比較集中。

如果從成礦作用來分，可分為熱力變質成礦作用形成的(大理巖型、角巖型)硅灰石礦床，接觸交代成礦作用形成的(矽卡巖型)硅灰礦床[6]。

三、結論

通過對已有的國內外硅灰石礦床資料的綜合研究，硅灰石礦床類型就產出圍巖巖性來說，可分為大理巖型、角巖型、矽卡巖性。大理巖型硅灰石礦床是重要的類型，這種類型硅灰石礦床價值最大。礦體呈層狀、似層狀、產狀與地層產狀一致，延伸長，規模大。礦石礦物組合簡單，以硅灰石為主。角巖型硅灰石礦床其產出受含鈣質的硅鋁質碎屑巖地層的控制，有一定的層位。矽卡巖型硅灰石礦床在我國較常見。礦體形態和礦物組合較復雜。這種類型的硅灰石礦床規模不大，但儲量比較集中。如硅灰石做為金屬礦床伴生的有益組分加以回收利用,需要經過嚴格的選礦。