湘西南綏寧地區脈石英礦床地質特征及成因淺析

周冬冬，莊石云，莫 勇

(中國建筑材料工業地質勘查中心湖南總隊，湖南 株洲 412011)

湘西南綏寧地區為湖南省脈石英礦資源的重要礦集區，大地構造位于揚子陸塊和華南褶皺帶兩大構造單元過渡地帶，地處雪峰山弧形構造帶西南端，由老至新主要出露青白口系至奧陶系地層，巖石普遍淺變質，以板巖為主，屬低綠片巖相。據湖南省區域地質志[1]，該區先后經歷了雪峰、加里東、印支、燕山四次大的地質運動，多期褶皺，斷裂構造發育，且相互疊加，構造形跡以北東向區域性褶皺和北西向中型斷裂構造為主，褶皺一般呈寬緩型連續波狀。脈石英礦體主要賦存于褶皺構造傾伏端配套的斷裂構造體系中。

1 礦區地質特征

1.1 地層

脈石英礦的賦礦地層主要為南華系，次為青白口系、震旦系，巖性為板巖系列，屬低綠片巖相。由老至新分述如下(圖1)。

青白口系巖門寨組(Qb2y)巖性主要由深灰色、灰綠色中厚層狀淺變質泥質粉砂巖、條帶狀粉砂質板巖、灰白色薄—中層狀含凝灰質板巖及少量中厚層狀淺變質細粒長石石英雜砂巖組成。

圖1 綏寧地區區域地質簡圖

南華系地層主要分布于礦區中部、西部，走向北北東向，占礦區面積50%以上，位于火茅坪、巖寨背斜核部及兩翼，為一套砂質板巖、粉砂質板巖夾細中粒長石石英雜砂巖、炭質板巖、硅質板巖沉積。南華系有4個巖性組為脈石英主要賦礦地層：①長安組(Nh1c)巖性主要由灰黑色厚層—塊狀含礫砂質板巖、灰白色中厚層狀淺變質含礫長石砂巖雜砂巖為主夾條帶狀砂狀板巖、淺變質中層狀細粒長石石英雜砂巖和少量淺變質泥質粉砂巖組成；②富祿組(Nh1f)巖性主要由淺灰綠色厚層—巨厚層狀淺變質細粒長石石英雜砂巖與砂質板巖、粉砂質板巖、絹云母板巖組成；③大塘坡組(Nh1d)黑色含炭質粉砂質板巖、含炭質硅質巖、條帶狀含炭質硅質板巖夾淺變質長石石英雜砂巖，雜砂巖中含透鏡狀—串珠狀大理巖；④洪江組(Nh2h)下部主要以淺灰色、灰綠色塊狀含礫長石石英雜砂巖、含礫砂質板巖為主夾淺變質泥質粉砂巖和砂質板巖；上部以灰白色厚層狀—塊狀硅化石英雜砂巖、砂質板巖為主夾少量粉砂質板巖。

震旦系留茶坡組(Z2l)為灰白色厚—巨厚層塊狀硅質巖，上部夾薄—中層狀硅質板巖，下部夾硅化石英巖。

寒武系牛蹄塘組(Z∈n)底部為黑色炭質板巖夾薄層狀炭質硅質巖、硅質板巖及石煤層；往上為黑色炭質板巖、含炭質板巖，偶夾粉砂質炭質板巖與薄層狀石煤層和硅質巖。

1.2 構造

褶皺較大且具代表性的褶皺為火茅坪背斜，軸向31°。西翼及北段被斷裂錯位、破壞，南段被五團巖體吞蝕。核部地層為巖門寨組，翼部地層為長安組，北西翼傾向295°，傾角55°，南東翼傾向95°，傾角45°。軸面近于直立，樞紐分別向兩端傾伏。背斜的傾伏端，應力較為集中，巖石受擠壓形變較嚴重，易形成裂隙為成礦提供空間。

區內斷裂發育，主要屬于區域性城步—桃江大斷裂的一部分，與成礦密切的斷裂有F28(白水坪斷裂)、F31(洪洞斷裂)、F32(甘甲斷裂)、F33(冷水溪斷裂)。其中具有代表性的為F32(甘甲斷裂)逆斷層，走向25°，北西傾向，傾角50～65°，寬度3～20m，貫穿全區并延伸至區外，斷裂破碎帶中巖石破碎強烈，部分糜棱片理化，片理面可見新生礦物絹云母定向分布，少量石英具重結晶定向特征，斷裂帶中石英脈發育，呈脈狀、透鏡狀。

1.3 巖漿巖

區內僅最南端存在少量巖漿巖，其內部及周邊無脈石英礦體賦存。

2 礦床地質特征

礦區內發現脈石英21條，一般寬1.5～3.8m，地表出露長75～178m，走向以北北東向為主，傾向以北西西為主，傾角62～75°。礦體多呈大傾角穿層產出，礦體集中分布于F32(甘甲斷裂)、F33(冷水溪斷裂)沿線及兩側，斷層性質均為逆斷層，充填次級裂隙(表1)。

3 礦石特征

3.1 礦石礦物特征

區內脈石英礦石以致密塊狀(白色—乳白色)為主(圖2a)，砂糖狀(圖2b，裂隙鐵質較多)次之。脈石英主要礦物成分為石英，含少量粘土礦物、氧化鐵質等。一般為白色，油脂—玻璃光澤，半透明—不透明，質純，堅硬，隱晶質結構，致密塊狀構造。

礦石主要由晶粒狀石英相互鑲嵌、堆積，其粒間有少量泥質、鐵質等，為他形結構、塊狀構造。石英含量98%～99%，粒徑0.01～3.0mm，晶體受應力多發育裂紋，波狀消光明顯，少量石英呈他形梳狀、齒狀分布巖石裂隙。泥質、鐵質互混物微量，呈凝粒狀、彌散狀分布于石英顆粒之間(圖3)。

表1 脈石英礦產出特征

圖2 礦石結構構造圖

圖3 礦石巖礦鑒定鏡下投射圖

3.2 礦石化學成分

具有代表性的q2、q9、q17礦體礦石X-射線光譜半定量及電子探針能譜特征結果見表2、表3，背散射圖像中主要見粒狀、微晶粒狀、集合體狀石英和分布于石英粒間的微晶粒狀的石鹽，可見微晶四面體晶形的石鹽，未見明顯的其他礦物。礦物成分主要為石英，含少量的鹽類、氧化鐵質等微小的雜質礦物。其中q2礦體中SiO299.136%～99.532%，Al2O30.001%，Fe2O30.009%，其他為K2O、CaO、Na2O、SO3、P2O5、Cl等。

表2 X-射線熒光光譜半定量分析 (單位：%)

3.3 礦石包裹體特征

流體包裹體目前是礦床研究常用的方法之一，通過均一溫度的測試，可大致反映成礦流體的溫度[2]。本次主要測定對象為原生包裹體，對石英流體包裹體在顯微鏡下主要觀察包裹體相態、溫度特征以及區分原生、次生、假次生包裹體等。

礦區脈石英包裹體形態主要為鹽水溶液氣液兩相，包裹體成分主要為H2O、N2、SO2及少量的CO2、CH4，包裹體均一溫度在255～360℃(表4)，其中q2脈石英包裹體類型簡單，主要為H2O、SO2，未見明顯的其他類型的包裹體。對石英流體包裹體做均一溫度測量，先在偏光顯微鏡下尋找到包裹體，對包裹體進行加熱，直到均一為一相，包裹體均一溫度為286℃。q17脈石英包裹體主要為H2O、N2、SO2，包裹體均一溫度為 290℃。

4 礦床成因

(1)地層條件。

湘西南綏寧地區脈石英礦床集中分布于火茅坪背斜傾伏端南華系地層，礦體多呈大傾角穿層產出，次要分布于青白口系、震旦系地層，巖性主要為砂質板巖、粉砂質板巖等物理脆性的巖石。

(2)構造條件。

區域應力以南東東—北西西向擠壓拉伸為主，形成以北北東向構造形跡為主的褶皺斷裂，巖性為板巖系列，屬低綠片巖相，南部五團巖體抬升擠壓使原形成的北北東向構造向北傾伏，背斜傾伏端次級裂隙非常發育，以及板巖的層間滑脫面，為脈石英成礦提供賦礦空間。火茅坪背斜核部位置亦即F31(洪洞斷裂)、F32(甘甲斷裂)逆斷層沿線及兩側。

表3 電子探針定量分析數據 (單位：%)

表4 礦體流體包裹體特征

(3)熱液來源。

青白口系至震旦系地層巖性以板巖為主，屬低綠片巖相。片巖中石英發生塑性變形的初始條件是低綠片巖相，中綠片巖相條件下以動態重結晶為主，高綠片巖相以上則會發生顯著的靜態重結晶，形成多晶條帶。一定溫壓條件下構造變形中的石英會以溶解—重結晶模式析出形成脈石英[3]。結合該地區礦床地質、礦石特征及流體包裹測試分析結果，認為該地區脈石英礦床成礦物質可能部分來自于高硅質地層，部分來自于深部巖漿熱液，深部中高溫富Si流體沿構造移動過程中與大氣水匯合，以及構造環境的變化導致成礦流體物理化學環境(溫度、壓力等)發生突變，成礦物質發生沉淀形成脈石英。部分為中高溫變質熱液型礦床，部分為中高溫巖漿熱液型礦床。

(4)成礦模式。

自雪峰期至燕山早期，礦區經歷的構造運動主要表現為擠壓及抬升，形成一系列的褶皺與逆斷層，南部印支期巖體就位抬升加劇了火茅坪背斜的向北傾伏，處于背斜核部傾伏端的南華系的砂質板巖、粉砂質板巖等脆性巖石經過多期的應力影響內部裂隙發育，為成礦提供了容礦空間[4]。燕山晚期為區域后造山伸展環境，張性斷層有所發育，局部引起巖石圈局部拆沉，深部高硅熱液沿張性斷裂運移最終充填次級裂隙形成脈石英礦[5-6](圖4)。

圖4 脈石英礦成礦模式示意圖