湘南州門司脈石英礦床地質特征及成因淺析

何 斌，朱 魁，詹峻一，尚立曉，胡玉靈，許兆軍

(湖南省湘南地質勘察院，湖南 郴州 423000；2.湖南省自然資源事務中心，湖南 長沙 410011)

近年來，我國非金屬礦業發展十分迅速，在經濟建設中占有重要地位。脈石英作為一種硅質原料，在玻璃、陶瓷、冶金、化工等方面都有著廣泛應用，且其應用范圍隨著科技發展呈不斷擴大趨勢。

湘南地區州門司鎮轄區范圍內脈石英礦產資源豐富，品質優良。前人在該區部分地段開展了較詳細的勘查工作，其中，在州門司礦區探獲脈石英礦資源量達100.7萬t。然而，該區脈石英礦床地質特征及成因研究工作仍顯薄弱。本次研究開展了資料收集、野外地質調查和巖礦測試等工作，總結了該區脈石英礦床地質特征，并對其成因進行了初步分析，旨在為該區尋找同類礦體提供科學依據。

1 區域地質背景

州門司脈石英礦床位于南嶺緯向構造帶中段北緣，湘東南加里東褶皺隆起帶的中南部[1]，是湘南地區資興—宜章成礦帶的重要組成部分。

區內地層由老至新主要有震旦系—志留系、泥盆系—三疊系、白堊系—新近系等(圖1)[2]。其中，寒武系是區內脈石英礦的賦存地層，為一套厚度巨大的區域淺變質復理石、類復理石砂、泥質碎屑沉積巖，主要巖性為中—厚層狀淺變質長石石英雜砂巖與粉砂質板巖、板巖，淺變質長石石英雜砂巖與板巖常組成復理石韻律。

區內構造主要為NNE向構造，屬炎陵—汝城沖斷褶隆帶四級構造單元，構造格架為早中生代(印支期和早燕山期)NNE向蓋層褶皺與走向斷裂。受印支運動和早燕山運動NNW向擠壓應力作用，形成了茶陵—郴州大斷裂，皮石—州門司斷裂屬于其次級斷裂[1]。皮石—州門司斷裂切截區內寒武系、奧陶系、泥盆系及彭公廟巖體等，具壓扭性質，發育強烈硅化的斷裂破碎帶，寬10～20m，局部達50～100m，地貌上構成宏偉的斷層崖。

區內發育有加里東期、印支期及燕山期花崗巖或花崗斑巖體(圖1)。州門司脈石英礦床區域上位于加里東期彭公廟巖體內。該巖體為一復式巖體，共有六幕次花崗質巖漿侵入活動，巖性以黑云母二長花崗巖為主[1]。

圖1 區域地質簡圖

2 礦床地質特征

2.1 礦區地質

礦區出露地層主要為上寒武統小紫荊組(?3x)(圖2)，厚100～700m，巖性以深灰色、灰黑色淺變質長石石英砂巖為主，中細粒變余砂質結構，中—厚層狀構造，主要礦物為斜長石、石英、絹云母等。其中，斜長石含量50%～55%，石英含量30%～35%，絹云母含量約5%，黝簾石、綠泥石與綠簾石等區域變質成因礦物含量約5%，鐵質、泥質及其他暗色礦物含量約5%。地層總體走向NE，傾向約128°，傾角約48°[3]。

圖2 州門司礦區地質簡圖

皮石—州門司斷裂(F1)穿過本礦區，是礦區脈石英礦成礦構造。Fl斷層走向NNE，傾向120～135°，平均傾角約65°，與地層產狀相近；水平斷距變化較大，一般20～60m，主要由脈石英礦體充填，構造角礫巖相對較少，由長石石英砂巖角礫、碎裂石英及斷層泥組成，局部硅質膠結；斷層上下盤為上寒武統小紫荊組的淺變質長石石英砂巖，具硅化和碎裂巖化，顯示出壓扭性質，與區域地質特征一致(圖3)。

圖3 州門司礦區3線地質剖面圖

礦區巖漿巖未出露，但外圍有花崗巖廣泛出露，巖性為黑云母二長花崗巖，主要礦物有鉀長石(30%～35%)、斜長石(20%～30%)、石英(25%～30%)、黑云母(3%～5%)等，屬于加里東期彭公廟巖體。

礦區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，其強弱程度與脈石英礦化程度呈正相關，是較為有效的找礦標志。

2.2 礦體特征

礦區有一個脈石英礦體，沿F1斷層產于寒武系上統小紫荊組地層中。礦體嚴格受斷層F1控制。礦區范圍內礦體沿走向長度達1.3km，傾向118°，傾角60～70°，平均厚度約19m。脈石英礦體與圍巖界線清晰，頂底板均為淺變質長石石英砂巖，產狀與礦體相近，近礦部位硅化強烈。該礦體連續性較好，礦體復雜程度屬簡單類型，但目前深邊部工程控制較少。礦體在地貌上常表現為陡峭的山脊。

2.3 礦石特征

脈石英礦石露頭呈純白—乳白色(圖4a、b)，新鮮礦石為純白色。礦石礦物為石英，鏡下可分為早期石英與晚期石英。早期石英晶型相對發育，粒徑0.1～2.0mm，石英中常有粉塵狀鐵質或泥質，裂隙與棱角較發育，具壓碎狀；晚期石英多數為隱晶質，粒徑0.01～0.05mm，充填于早期石英礦物之間的裂隙，或沿早期石英環邊進行交代(圖4c、d)。

圖4 州門司脈石英礦體野外地質照片及礦石鏡下(正交偏光)照片

根據州門司礦區實施的鉆孔和探槽脈石英樣品(共132個)成分分析結果的統計，脈石英礦SiO2含 量96.27%～99.00%，平 均 含 量 為97.93%，Fe2O3含量0.058%～0.402%，平均含量為0.163%，Al2O3含量0.585%～2.02%，平均含量為1.134%。

為檢查礦石有用有害組分及含量變化，對具代表性的礦石樣品和鉆孔巖心中的4個組合樣品進行了分析(表1)，結果顯示礦石中有害組分Cr2O3、TiO2含量均較低(表2)。

表1 多元素樣品分析結果表

表2 組合樣品分析結果表

參照DZ/T0207～2020《礦產地質勘查規范 硅質原料類》[4]中平板玻璃二級品化學成分要求(SiO2≥96.00%；Al2O3≤2.00%；Fe2O3≤0.20%)，該區脈石英礦可作為平板玻璃用優質硅質原料。此外，還可用作器皿玻璃、耐火材料及鑄造等行業的硅質原料[5]。

3 成因探討

3.1 成礦溫度

對州門司脈石英開展了流體包裹體測試實驗。樣品采自州門司礦區脈石英礦體，包裹體測試的寄主礦物為脈石英中的石英，以原生包裹體為研究對象。通過鏡下觀察，包裹體主要呈小群狀、自由狀和線狀分布，包裹體形態大多為負晶形或半自形負晶型、長方形、多邊形、橢圓形和不規則狀。包裹體類型絕大多數為H2O-NaCl-CO2型包裹體，由氣液兩相組成，室溫下氣相占體積分數20%～60%，多在30%～45%；包裹體長軸3～18μm(圖5)。

圖5 州門司脈石英礦區流體包裹體照片

對3件脈石英樣品中的兩相H2O-NaCl-CO2型包裹體進行顯微測溫(表3)，均一溫度為152～263℃，顯示中低溫熱液成礦地質特征。

表3 H2O-NaCl-CO2型包裹體參數

3.2 成因分析

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[6]。因此，脈石英礦床的形成主要取決于富硅熱液來源與成礦溫壓條件兩個因素。富硅熱液主要來自深部巖漿分異或區域變質熱液演化[7]。因本次未開展同位素測試工作，不能確定州門司脈石英礦床成礦物質來源，但本區區域變質程度不高，且沿皮石—州門司斷裂常有燕山期花崗(斑)巖體出露，如寶峰仙、千里山等小巖體，因此，認為該區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、節理等裂隙[7]。州門司脈石英礦體嚴格受斷層F1控制。該斷裂的形成可使靜巖壓力轉變為靜水壓力，壓力釋放有利于氣液聚集[8-11]。富硅熱液在向上運移過程中，溫度和壓力逐漸降低，當溫度降至152～263℃時，二氧化硅因過飽和而開始沉淀，并充填于F1斷層內開放空間[12-14]，形成州門司脈石英礦床。

本次研究發現州門司脈石英礦體存在兩期石英，可能反映了皮石—州門司斷裂的兩次活動(印支期和早燕山期)，即印支運動形成皮石—州門司斷裂，早期石英沉淀于該斷層裂隙，形成早期脈石英礦體；早燕山期皮石—州門司斷裂的繼承性活動，使早期石英遭破壞呈碎裂狀，此階段形成后期石英，充填新形成的裂隙并膠結早期石英。部分早期石英環邊存在被后期石英交代的現象，可能是因為晚期石英沉淀使裂隙封閉，造成局部壓力增大，石英溶解度上升，使得早期石英被溶解(蝕)。

4 結論

(1)州門司脈石英礦體嚴格受NNE向F1斷層控制，礦體屬簡單類型，沿走向長度達1.3km，平均厚度達19m，深邊部具有較大的找礦潛力。

(2)礦區石英礦SiO2含量96.27%～99.00%，平均含量97.93%，礦石有害組分Cr2O3、TiO2含量較低，可作為平板玻璃用優質硅質原料。

(3)本區脈石英成礦的富硅熱液可能來自深部巖漿分異，皮石—州門司斷裂(礦區為F1斷層)是導礦容礦構造，流體運移過程中的降溫可能是成礦的主要機制，結合流體包裹體測溫數據，州門司脈石英礦床成因類型屬于中低溫熱液型脈石英礦床。

(4)州門司脈石英礦體規模較大、連續性較好，礦石品質優良，但目前該礦體深邊部工程控制程度仍較低，以本礦區為中心，沿皮石—州門司斷裂走向方向具有較好的找礦前景。