湖北黃柿坪脈石英礦床地質(zhì)特征及成因淺析

王書(shū)春

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊(duì)，湖北 武漢 430034)

高純石英是高檔石英制品的原料，因其具有耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹性、高度絕緣性和透光性等優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、電子信息、光伏和電光源等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有重要地位和作用[1]。脈石英由于SiO2含量高、Fe2O3含量低，是加工高純石英理想的礦物原料之一。湖北省鄖陽(yáng)區(qū)黃柿坪脈石英礦床以礦石質(zhì)量好，銷(xiāo)往江蘇省東海縣用于生產(chǎn)高純石英制品而聞名，本文對(duì)該脈石英礦床成礦地質(zhì)特征進(jìn)行了分析，初步總結(jié)了礦床成因及找礦方向，對(duì)鄖陽(yáng)及周邊地區(qū)脈石英找礦具有一定的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于秦嶺褶皺系(Ⅱ)南秦嶺—淮陽(yáng)褶皺帶(Ⅱ2)武當(dāng)復(fù)背斜(Ⅱ23-1)北部[2]，同時(shí)也位于我國(guó)東秦嶺—大別山脈石英成礦區(qū)帶上[3]。區(qū)域內(nèi)地層屬秦嶺地層區(qū)南秦嶺—淮陽(yáng)分區(qū)兩鄖小區(qū)，出露中—晚元古代至新生代不同時(shí)代的地層。主要為中元古代武當(dāng)山巖群，震旦系耀嶺河組、陡山沱組、燈影組，寒武系及第四系(圖1)。

圖1 黃柿坪礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

區(qū)域內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，以武當(dāng)山巖群和耀嶺河組火山巖為主，普遍遭受區(qū)域變質(zhì)作用，為變火山巖；其次為印支—海西期巖漿侵入活動(dòng)，多為花崗閃長(zhǎng)斑巖、石英正長(zhǎng)斑巖、輝綠巖及輝長(zhǎng)巖體，一般沿?cái)嗔褞秩牖蝽樀貙訉娱g、滑脫面貫入，呈巖床、巖墻、巖株?duì)町a(chǎn)于武當(dāng)山巖群、耀嶺河組和燈影組中，該時(shí)期的中酸性巖漿巖可為區(qū)域上脈石英成礦提供物質(zhì)來(lái)源。

區(qū)域內(nèi)的變質(zhì)作用以區(qū)域變質(zhì)作用為主，形成一套低綠片巖相—藍(lán)閃綠片巖相淺變質(zhì)巖系[4]；動(dòng)力變質(zhì)作用較普遍，形成一套動(dòng)力變質(zhì)巖，多呈線狀產(chǎn)于剪切帶和斷裂帶內(nèi)。

區(qū)域上褶皺、斷裂均較發(fā)育，褶皺自北向南，自東向西均有分布，有時(shí)相互疊加，形成了較復(fù)雜的構(gòu)造輪廓；層間次級(jí)褶皺亦較發(fā)育，一般規(guī)模較小[5]；斷裂構(gòu)造主要有近東西向、北東—南西向兩組，規(guī)模大小不等。區(qū)域大斷裂為脈石英成礦流體提供了較好的運(yùn)移通道和賦存空間，脈石英主要分布于區(qū)域大斷裂及次級(jí)斷裂中。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層為上震旦統(tǒng)陡山沱組(Z2d)、燈影組第二段(Z2dn2)及第四系(Q)(圖2)。

圖 2 黃柿坪礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

上震旦統(tǒng)陡山沱組(Z2d)：分布于礦區(qū)南部，主要巖性為灰綠色綠泥千枚巖，其原巖為泥巖、泥質(zhì)砂巖，地層傾向北北西—北北東，傾角45～50°，出露寬度約150～260m，與上覆地層燈影組第二段(Z2dn2)呈斷層接觸，其頂部千枚巖與斷層(F1)接觸處偶見(jiàn)有變晶糜棱巖，拉伸線理較發(fā)育。

上震旦統(tǒng)燈影組第二段(Z2dn2)：燈影組區(qū)域上可劃分七段，礦區(qū)內(nèi)僅出露第二段(Z2dn2)地層，分布于礦區(qū)北部，為一套白色厚層、中厚層白云石大理巖，大理巖中含少量泥質(zhì)、石英條帶，其原巖為一套碳酸巖鹽沉積巖，受滑脫斷層(F1)影響，燈影組第一段缺失，與下伏陡山沱組呈斷層接觸，且燈影組地層發(fā)生了倒轉(zhuǎn)，地層傾向向南，傾角48～62°，出露寬度約280～410m；其底部大理巖中的泥質(zhì)、石英條帶在近斷層(F1)處常被拉斷呈香腸狀或形成緊閉順層褶皺。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)F1斷層為陡山沱組與燈影組之間滑脫斷裂構(gòu)造，自東向西橫切礦區(qū)，出露長(zhǎng)度大于1km，產(chǎn)狀與南部陡山沱組千枚巖一致，傾向北北西—北北東，傾角35～65°。斷層破碎帶1～5m不等，破碎帶內(nèi)主要為石英脈，偶見(jiàn)斷層角礫或變晶糜棱巖，多數(shù)地段破碎帶不甚明顯。F1斷層上盤(pán)下降，下盤(pán)上升，為正斷層。

2.3 巖脈

礦區(qū)巖漿巖不發(fā)育，僅在F1斷層破碎帶及陡山沱組頂部見(jiàn)石英脈。F1斷層破碎帶中順斷層出露一層石英脈，產(chǎn)狀與斷層一致，呈透鏡狀分布，自西向東延伸，厚度0.5～5m之間，沿走向上呈尖滅再現(xiàn)特征，脈體常見(jiàn)小的水晶晶洞，為本礦區(qū)的脈石英工業(yè)礦體；陡山沱組頂部在近F1斷層處見(jiàn)少量細(xì)小石英脈，多無(wú)規(guī)律穿插于陡山沱組頂部千枚巖中。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于陡山沱組與燈影組層間F1斷層破碎帶中，分布有Ⅰ-1、Ⅰ-2兩個(gè)脈石英礦體。Ⅰ-1號(hào)礦體分布于礦區(qū)中西部，呈似層狀產(chǎn)出，走向近東西向，傾向北北東，傾角43～65°，礦體走向長(zhǎng)度550.54m，斜深25～67m，礦體厚度1.15～3.00m，平均厚度1.90m，厚度變化系數(shù)33.33%，厚度穩(wěn)定。Ⅰ-2礦體分布于礦區(qū)東部，呈透鏡狀產(chǎn)出，走向北東東至南西西向，傾向北北西，傾角28～43°，礦體走向長(zhǎng)度170m，斜深0～55m，礦體厚度0.59～4.19m，平均厚度1.73m，厚度變化系數(shù)95.7%，厚度不穩(wěn)定。

礦體圍巖主要為燈影組第二段(Z2dn2)白云石大理巖及陡山沱組(Z2d)千枚巖，其中燈影組第二段(Z2dn2)白云石大理巖為礦體頂板，呈黃—褐黃或白色，中厚層狀，局部呈角礫狀，其產(chǎn)狀與礦體產(chǎn)狀反向斜交，局部受斷層影響形成牽引構(gòu)造。陡山沱組(Z2d)千枚巖為礦體底板，呈灰綠色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)、千枚狀構(gòu)造，地表風(fēng)化面局部松散狀，礦體與千枚巖產(chǎn)狀大體一致，順層發(fā)育于千枚巖之上。

3.2 礦石礦物特征

礦石主要類(lèi)型為脈石英，呈半透明—白色，粗粒粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，油脂光澤顯著，貝殼狀斷口，礦石質(zhì)純性脆，無(wú)解理，局部可見(jiàn)少量水晶晶簇。主要礦物成分為石英，含少量的泥質(zhì)、鐵質(zhì)礦物，礦石鏡下特征(圖3)：石英(Qtz)含量近99%，半自形—他形粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)，粗粒—偉晶結(jié)構(gòu)，部分可見(jiàn)柱狀晶體截面特征，表面光滑，波狀消光，一級(jí)灰白干涉色，粒徑0.01～25.0mm不等；泥質(zhì)微量，粉塵狀，淺黃褐色，零星分布于石英顆粒裂隙中；鐵質(zhì)少量，不規(guī)則粒狀，微細(xì)粒，零散分布，粒徑0.002～0.02mm之間。此外，靠近大理巖圍巖處礦石局部含少量方解石、白云石，其含量一般＜2%。

圖3 脈石英礦石鏡下特征

3.3 礦石質(zhì)量

Ⅰ-1礦體平均化學(xué)成分SiO298.05%、Al2O30.14%、Fe2O30.09%，SiO2中部含量最高99.49%，沿走向呈中部高，向東、西兩側(cè)略變低趨勢(shì)，變化幅度2%～4%，沿深部方向無(wú)明顯規(guī)律，總體質(zhì)量穩(wěn)定，有害成分Al2O3、Fe2O3沿走向和傾向無(wú)明顯變化規(guī)律，較穩(wěn)定[6]。Ⅰ-2礦體平均化學(xué)成分SiO298.09%、Al2O30.16%、Fe2O30.13%，SiO2最高99.16%，SiO2、Al2O3及Fe2O3含量沿走向和傾向變化不大，質(zhì)量穩(wěn)定(表1)。

表1 脈石英礦體化學(xué)成分一覽表

3.4 包裹體特征

在Ⅰ-1礦體取樣進(jìn)行了包裹體測(cè)試，主要為富液相的氣液兩相原生包裹體[6]，偶見(jiàn)含子晶(S)的鹽水溶液包裹體，包裹體中氣包(L)與液相(V)界線明顯，氣液比大部分在10%～15%，包裹體體積小，變化不大，一般3～7μm，形態(tài)各異，以橢圓狀、圓形為主，多成孤立狀賦存與礦物中(圖4)，少部分呈帶狀分布于礦物生長(zhǎng)環(huán)帶內(nèi)。

圖4 脈石英樣品流體包裹體顯微特征

根據(jù)均一溫度分布特征(圖5a)，樣品測(cè)得的包裹體均一溫度為154.85～275.35℃，平均值為227.63℃，峰值位于210～270℃之間，表明主要在該溫度區(qū)間發(fā)生成礦作用[7]；冰點(diǎn)為-12.7～-3.4℃，按溫度對(duì)成礦流體的鹽度進(jìn)行換算，其鹽度含量主要集中在6%NaCl～14%NaCl(圖5b)，均一狀態(tài)主要為均一到液相，同時(shí)通過(guò)拉曼光譜測(cè)試，包裹體中的液相成分主要為H2O，氣相成分為CO2，偶見(jiàn)含子礦物三相包裹體。包裹體成分主要為H2O和CO2，流體表現(xiàn)為中低溫、低鹽度特征。綜合地質(zhì)特征及流體特征，推斷成礦流體為巖漿流體[8]。

圖5 流體包裹體均一溫度(a)及鹽度(b)分布圖

4 礦床成因

成礦物質(zhì)來(lái)源：脈石英圍巖為燈影組第二段(Z2dn2)白云石大理巖、陡山沱組(Z2d)千枚巖，其圍巖中均不富含SiO2，結(jié)合流體包裹體特征，初步認(rèn)為脈石英成礦物質(zhì)來(lái)源為深部巖漿熱液，該區(qū)域巖漿活動(dòng)較頻繁[9]，印支—海西期中酸性巖體、巖脈較發(fā)育，可為其提供酸性巖漿熱液[10]，在某些特殊的環(huán)境下，產(chǎn)生富SiO2的流體。

控礦構(gòu)造：礦體賦存于燈影組第二段(Z2dn2)白云石大理巖與陡山沱組(Z2d)千枚巖之間的F1滑脫斷層中，該斷層近東西向，為區(qū)域大斷層的次級(jí)斷層，可為富硅巖漿熱液提供通道和賦存空間[11]。

成礦作用：印支—海西期酸性巖漿熱液在特定的條件下形成的富SiO2的流體，并伴有大氣降水和地殼中的物質(zhì)，沿區(qū)域大斷裂的次級(jí)斷裂向上運(yùn)移，在斷裂上部物理化學(xué)條件發(fā)生變化的地段沉淀冷卻結(jié)晶形成脈石英[12]。

5 結(jié)論

(1)礦石質(zhì)量好，礦體SiO2平均含量＞98.05%，Al2O3平均含量＜0.16%，F(xiàn)e2O3平均含量＜0.13%，可用于高純石英原料。

(2)流體包裹體以氣液兩相為主、偶見(jiàn)含子晶的低鹽度鹽水溶液原生包裹體，氣液成分主要為H2O，其次為CO2，流體溫度154.85～275.35℃，平均值為227.63℃，峰值位于210～270℃。

(3)印支—海西期酸性巖漿巖產(chǎn)生富SiO2的流體沿深大斷裂的次級(jí)斷裂運(yùn)移沉淀冷卻結(jié)晶形成脈石英礦，為一中低溫巖漿熱液型脈石英礦床。

(4)斷裂帶、中酸性巖漿巖或巖脈較發(fā)育處為成礦有利地區(qū)，為該類(lèi)礦床的找礦方向。