河南新縣方崗一帶脈石英礦地質(zhì)特征及找礦方向

包峻帆，景斐媛，張 洋，許 棟，李 旭，范金偉

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 信陽 464000)

高純石英廣泛應(yīng)用于光伏、電子信息和高端電光源等行業(yè)，在新材料新能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有重要地位和作用[1-2]。隨著天然水晶資源的日趨枯竭[3]，脈石英礦作為制取高純石英的原料，是一種非常重要的非金屬礦產(chǎn)資源。筆者對新縣方崗一帶脈石英礦礦床地質(zhì)特征、控礦因素、找礦標(biāo)志進行了研究，并探討了研究區(qū)內(nèi)脈石英礦床的成因類型，對大別山地區(qū)脈石英找礦工作具有重要的借鑒意義。

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于秦嶺—大別造山帶東段，根據(jù)高樹學(xué)等[4]關(guān)于我國脈石英成礦區(qū)帶初步劃分，研究區(qū)屬秦祁—昆成礦域Ⅱ-7秦嶺—大別成礦省，Hi-4東秦嶺—大別脈石英成礦區(qū)帶。該帶是由多個形成于不同時代、不同構(gòu)造環(huán)境，有著各自的建造特征和變形變質(zhì)演化序列的構(gòu)造地層地體，經(jīng)受多次聚合后拼貼為一體的復(fù)雜構(gòu)造帶，是在多期碰撞造山地球動力與背景下形成的。構(gòu)造型式復(fù)雜多樣，為各類礦產(chǎn)的形成、成礦物質(zhì)的遷移、聚集創(chuàng)造了有利的空間。侵入巖和火山活動強烈，變質(zhì)作用普遍，燕山期花崗巖發(fā)育，且富含硅，巖漿不僅帶來了礦液，而且為圍巖提供了大量熱源，使圍巖中硅被活化轉(zhuǎn)移，為脈石英礦體提供了豐富的成礦物質(zhì)來源。區(qū)內(nèi)田鋪序列花崗質(zhì)片麻巖中石英脈發(fā)育，已發(fā)現(xiàn)有新縣四角尖水晶礦、新縣棉子山玻璃硅質(zhì)原料礦和鄒河玻璃硅質(zhì)原料礦等，已查明的脈石英礦產(chǎn)地5處，查明脈石英資源儲量731.4萬t[4]。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

研究區(qū)地層出露主要為大別巖群(Ar3Db)，一般呈殘留包體分布于田鋪序列花崗質(zhì)片麻巖系之中，主要由黑云斜長片麻巖、含榴白云斜長片(麻)巖、斜長角閃(片)巖、白云石英片巖(構(gòu)造片巖)及磁鐵淺粒巖、榴輝(閃)巖透鏡體等組成，原巖為基性火山巖—酸性火山巖，夾陸源碎屑沉積巖、碳酸鹽巖沉積建造。

2.2 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，為脈石英的形成提供了充足的物源；大面積出露新元古代田鋪序列花崗質(zhì)片麻巖，其次為早白堊世新縣序列二長花崗巖。研究區(qū)出露的脈巖主要有花崗斑巖脈、花崗巖脈、閃長玢巖脈和石英脈等。

2.3 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造不發(fā)育，僅表現(xiàn)為一些層內(nèi)小褶曲。近南北向韌性剪切帶及脆性斷裂構(gòu)造發(fā)育。根據(jù)斷裂的不同方向，將研究區(qū)內(nèi)的脆性斷裂大致分為四組：北東向、北西向、近南北向、近東西向。脆性斷裂是區(qū)內(nèi)脈石英礦(化)體重要的控礦因素，其走向以北東向、北西向為主(圖1)。經(jīng)對研究區(qū)內(nèi)脈石英礦化較好的12個探槽、1個樣坎上節(jié)理裂隙統(tǒng)計的617組產(chǎn)狀，做出節(jié)理走向玫瑰花圖、傾向玫瑰花圖和傾角分布直方圖(圖2)。由圖2b、c可知，研究區(qū)內(nèi)脈石英礦(化)體節(jié)理發(fā)育，其中，南東傾向節(jié)理規(guī)模大、密度高。由圖2a可知，石英脈節(jié)理傾角在50°以上約占75%，總體較陡立。

圖1 方崗一帶脈石英研究區(qū)地質(zhì)簡圖

圖2 節(jié)理傾角分布直方圖(a)、節(jié)理走向玫瑰花圖(半徑=64條)(b)及節(jié)理傾向玫瑰花圖(半徑=58條)(c)

3 脈石英特征

研究區(qū)內(nèi)燕山期石英脈SiO2含量普遍在99%以上，為脈石英礦體主要找礦目標(biāo)。區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)4條不同用途的礦體(表1)，其中，q-39(圖3a)和q-5(圖3b)礦體可作為高純石英原料脈石英，q-1(圖3c)和q-16(圖3d)礦體可作為平板玻璃、器皿用硅質(zhì)原料，均為燕山期石英脈。4條燕山期石英脈礦體均出露在研究區(qū)北中部，主要賦存于北東、北西向脆性斷裂帶內(nèi)，傾向120°～317°，傾角35°～75°，沿走向長150～280m，賦存于新元古代田鋪序列第二單元(Pt3T2γδ)二云斜長片麻巖中，頂、底板圍巖主要為二云斜長片麻巖。礦體主要受北東、北西向斷裂的控制，形態(tài)多呈不規(guī)則的脈狀，不含圍巖捕擄體，具收縮、膨脹、分支、復(fù)合等特征。礦體連續(xù)性一般，普遍剝蝕程度較高，構(gòu)造對礦體的影響較大，礦化蝕變以硅化為主，局部見褐鐵礦化，礦體與圍巖界線清晰，組分含量SiO298.39%～99.34%、Al2O30.12%～0.17%、Fe2O30.04%～0.23%、CaO 0.04%～ 0.16%。經(jīng)光薄片鑒定，燕山期石英脈礦體均為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分全部為石英。

表1 河南省新縣方崗脈石英礦普查主要礦體特征一覽表

圖3 脈石英礦石礦體照片

4 成因分析

脈石英是由花崗巖漿或混合巖化的富硅熱液充填于裂隙形成的，可分為花崗巖漿熱液型礦床與混合巖化熱液型礦床兩種[5]，如廣東陽江地區(qū)脈石英為花崗巖漿熱液型礦床[6]、安徽太湖白石山脈石英為混合巖化熱液型礦床等[7]。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)的4個燕山期石英脈礦體分析結(jié)果按周世泰方法計算[8]出K值(ω(K2O)/ω(K2O+Na2O)與A值(ω(Al2O3)/ω(Al2O3+K2O+Na2O))(表2)，并投入相關(guān)圖解(圖4)，4個樣點全部分布在巖漿巖區(qū)。結(jié)合研究區(qū)大面積出露新元古代田鋪序列花崗閃長質(zhì)片麻巖、二長花崗質(zhì)片麻巖，初步認為研究區(qū)內(nèi)脈石英礦床類型為花崗巖漿熱液型礦床。

圖4 K值與A值圖解(據(jù)周世泰方法計算)

表2 河南省新縣方崗脈石英礦普查K值與A值計算結(jié)果表

巖漿熱液型脈石英的主要成礦物質(zhì)來源為中酸性巖漿侵入時所形成的巖漿后期熱液[9]。類比于豫西同類型研究區(qū)—河南欒川脈石英礦床成礦流體為低溫、低鹽度、低密度流體[10]和湖北黃柿平脈石英礦成礦流體為低溫、低鹽度巖漿流體[11]，結(jié)合野外實地觀察及研究區(qū)內(nèi)K值與A值投點結(jié)果，認為研究區(qū)脈石英屬于巖漿熱液活動的晚期產(chǎn)物。研究區(qū)脈石英礦體形態(tài)多與容礦空間的形態(tài)一致，在不穩(wěn)定環(huán)境下形成的脈石英礦體多呈不規(guī)則脈狀，不含或少含圍巖捕虜體[12]。

脈石英礦床形成溫度一般低于200℃[13]，必須要有物質(zhì)基礎(chǔ)和容礦空間。SiO2可以來自深部的熱液[14]，也可以通過裂隙周圍的主巖擴散運移形成[15]。容礦空間可以是裂隙(如斷層)，或可以是沉積巖中的層理[16]。研究區(qū)內(nèi)的脈石英礦體主要受構(gòu)造、巖漿巖控制，北東向、北西向控礦斷裂控制著脈體的產(chǎn)出，中生代燕山期巖漿活動旋回為研究區(qū)脈石英的形成提供了充足的物源。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)內(nèi)脈石英礦體主要產(chǎn)于新元古代田鋪序列及上太古界大別巖群片麻巖中脆性斷裂帶中，與燕山期巖漿熱液活動密切相關(guān)，受構(gòu)造控制明顯，控礦斷裂以北東向、北西向為主。

(2)初步認為研究區(qū)內(nèi)脈石英礦床類型為花崗巖漿熱液型礦床。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。脈石英礦床主要受構(gòu)造和巖漿活動控制，脆性斷裂、次級斷裂、裂隙面是礦體賦存的有利部位。

(3)研究區(qū)內(nèi)燕山期石英脈為脈石英礦體找礦的主要目標(biāo)，具有塊狀構(gòu)造、油脂光澤、節(jié)理發(fā)育、形成時代較新等特征標(biāo)志。新元古代田鋪序列及上太古界大別巖群片麻巖中脆性斷裂帶發(fā)育處是尋找高純石英原料用脈石英的有利地區(qū)，為下一步脈石英找礦工作提供方向。