大別山西段脈石英礦成礦潛力探討

王紀平，周 輝，馬 群，張廣山，李永良，鄭穎超

(中國建筑材料工業地質勘查中心河南總隊，河南 信陽 464000)

脈石英的礦物幾乎全部為石英，SiO2含量一般98%以上，是加工高純石英砂理想的礦物原料。高純度石英廣泛運用于光伏、電子信息、光通訊和電光源等行業，在新材料新能源戰略新興產業中具有主要的地位和作用[1]。我國暫未發現能穩定滿足工業生產需要的高純石英原料優質資源[2]。脈石英礦床規模小，開采難度大，也并非所有的脈石英能提純加工為高純石英[3]，尋找規模大、質量穩定的石英礦資源，對解決我國高純石英原料困境具有重要意義。大別山西部地區在其漫長的構造演化中，經歷了多期次的構造疊加，侵入巖和火山活動強烈，處于高壓超高壓變質帶上，變質作用普遍發育，為高質量脈石英成礦創造了有利的條件。國內外學者認為，變質巖地區的石英是高純石英原料的主要產地，因為變質作用可以使石英產生重結晶，也可以使得石英晶體中某些元素含量降低，形成較高純度的石英[4-5]。在該區內高純脈石英找礦具有較大潛力。

本文通過對大別山西部地區脈石英的區域地質背景、地質條件、脈石英礦石特征和成礦要素分析研究，探討了脈石英礦的成礦潛力，總結了礦床成因，為下一步在該地區脈石英找礦工作指出了方向。

1 區域地質背景

研究區位于桐柏—大別造山帶中段，東以商(城)—麻(城)斷裂為界，是華北板塊與揚子板塊之間的碰撞造山帶的一部分[6-7]。大別造山帶西段經歷了不同時代、不同構造環境的多期次造山作用[8-9]，印支期的主要變形期和高壓動力變質時期，燕山期的主要造山期，基底剪切引起地殼重熔，引起大范圍的熱流變質作用[10]。按造山帶巖石學特征，以區域性和分劃性的八里畈韌性剪切帶為界，將該區分為南秦嶺變質帶及大別核雜巖變質帶。侵入巖和火山活動強烈，變質作用普遍，為多種礦床成因類型和多種富集成礦創造了有利的物質前提和條件。復雜多樣的構造型式，為各類礦產的形成、成礦物質的遷移、聚集創造了有利的空間[11](圖1)。

圖1 脈石英成礦背景圖

1.1 地層

區域內地層由大別核雜巖變質帶和南秦嶺變質帶(南秦嶺地層)分區組成，前者地層主要為大別巖群和滸灣巖組，南秦嶺變質帶內的肖家廟巖組、南灣組、第四系等。

(1)大別巖群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(構造片巖)及磁鐵淺粒巖、榴輝(閃)巖透鏡體等組成。各類巖石與榴輝巖之間多呈漸變過渡的退變質特征，片麻巖中見紅簾石、含柯石英假象石榴石等(超)高壓變質礦物，大別巖群原巖為基性火山巖—酸性火山巖。

(2)滸灣巖組為一套經過多期變形變質改造的帶狀無序構造巖石單位，是由多個形成于不同的構造環境、不同成因、不同時代的構造巖塊，變質巖塊為一套經歷角閃巖相變質的白云(二云)二長片麻巖、含榴白云斜長片麻巖、眼球狀白云(二云)二長(鉀長)片麻巖(構造片麻巖)、斜長角閃片巖為主。原巖為一套以中基性—酸性火山巖為主。

(3)肖家廟巖組為一套經受了強烈剪切置換的成層無序變質地層，原生沉積構造保留較少，只能建立構造地層單位。主要巖性為白云斜長片巖、綠簾綠泥斜長角閃片巖、(鐵質)白云鉀長片巖等。

1.2 構造

區域內構造發育，主要呈近東西向、北北西向展布，主要構造有：龜山—梅山斷裂、桐柏—商城深大斷裂(雞公潭韌性剪切帶)、大別核雜巖變形帶與南秦嶺變形帶之間的分劃性斷裂曉天—磨子潭斷裂(八里畈韌性剪切帶)、白洼韌性剪切帶、天臺山背斜(卡房穹窿)、周河片麻巖穹窿、東河—卡房斷層等，南北向商城斷裂將大別山分為東西兩段，構成了本區構造基本格架。各構造單元在經歷了漫長構造演化，至燕山期前已固結成為一個整體，開始接受脆性變形的改造。主要表現為各種性質、多種方向的脆性斷裂及節理、劈理的發育，這些構造共同構成了區內脈石英的控礦構造[12]。

1.3 巖漿巖

研究區內巖漿巖極發育，各地質時期均有不同程度的巖漿活動，其中酸性侵入巖占絕對優勢。主要有：位于區內南部的新元古代田鋪花崗閃長質片麻巖和周河二長花崗質片麻巖、晚古生代王母觀變輝長巖帶、四面山含榴花崗巖、晚侏羅世的樸店二長花崗巖和伏山石英二長閃長巖、早白堊世的(達權店、新縣、女人寨、香子崗、燒香尖)二長花崗巖、(油榨河、打帽嶺、牢山、新縣)獨立侵入體[13-14]等。此外，還有花崗斑巖脈、花崗巖脈、石英鈉長斑巖脈、閃長玢巖脈和石英脈，侵入時代以燕山晚期為主。頻繁的巖漿活動為脈石英的成礦提供了富硅流體和流體遷移熱能，為本區內脈石英的形成提供了良好的物質來源。

1.4 變質作用

該地區為變質巖區，以區域變質巖為主，還包括(超)高壓變質巖、動力變質巖、混合巖和氣液—熱液蝕變巖等。區內變質地層時代的不同，其變質作用類型、程度及原巖類型均有較大差異，以曉天—磨子潭斷裂和白洼韌性剪切帶為界，區域上劃分出現了三個巖片(帶)：大別變質塊體、滸灣變質塊體、南秦嶺變形帶變質巖。多期次疊加變質作用，使得老地層及早期侵入巖體在變質作用下，形成富硅熱液沿斷裂構造運移并充填于裂隙空間內形成脈石英。

2 脈石英礦找礦靶區特征

2.1 卡房居畈村—卡房村脈石英找礦靶區

靶區位于大別核雜巖變質帶內，區內脆性構造發育，主要表現為各種性質、多種方向的脆性斷裂，巖性主要由高壓變質的田鋪序列花崗質片麻巖系及其中的大別巖群包體、榴輝巖包體組成，含硅質成分的片麻巖建造在經歷榴輝巖相退變質及角閃巖相退變質過程中形成的大量富硅熱液，為脈石英成礦提供了條件。

該區脈石英賦礦圍巖為下元古界卡房巖組的混合質白云二長片麻巖，白云二長(斜長)片麻巖、淺粒巖、白云石英片、榴閃巖、斜長角閃巖等，即為白云母—鈉長石—石英及微斜長石—鈉長石—石英一系列礦物組合，富硅的變質巖建造；在區內出露一條長約6km、寬40～70m的脈石英，為后期高純脈石英的形成提供了物質來源。

控礦構造為天臺山背斜中段卡房穹窿構造破碎帶，背斜軸部易形成張性裂隙，提供脈石英成礦空間；北西向、北東向斷裂發育，這些斷裂多呈現張扭性或壓扭性，主要斷層為東河—卡房斷層和灄水斷層(圖2)。

圖2 卡房地區脈石英礦地質簡圖

區內共發現石英脈33條(表1)，主要呈北北西和北東東向斷續延伸，總體上與卡房穹窿的構造線方向一致。其中1～3m的石英脈16條，大脈占48.5%。石英脈的形狀決定于形成時構造裂隙的形狀，多呈脈狀、透鏡狀，少數呈不規則脈狀。主要有砂糖狀和致密塊狀兩種類型(圖3a、b)，砂糖狀脈石英乳白色、白色，半透明，表面風化受鐵質浸染，局部沿裂隙染有紅色或黃褐色水銹斑或鐵質浮膜；致密塊狀脈石英主要為石英集合體呈乳白—灰白色，不透明—半透明，細晶—微晶結構不含晶，斷面具油脂光澤。脈石英雜質充填較少，對脈石英的質量影響較小。石英脈的圍巖主要為片麻巖，兩側圍巖具強烈的硅化、絹云母化、綠泥石化。部分石英脈邊部蝕變形成薄層的暗色邊，在接觸帶上云母片有集中變大的現象[15]。

圖3 脈石英礦石照片

表1 脈石英產出特征統計

卡房地區脈石英經化學成分測試，SiO2含量最高值為99.13%，最低值為98.07%，平均品位為98.84%。對區內的脈石英進行拉曼光譜測試，脈石英樣品流體包裹體主要成分為H2O、CO2、N2，以氣液兩相包裹體為主(圖4)，有利于在深加工中包裹體的去除。脈石英礦雜質較少，礦石質量較好，可滿足近年來脈石英附加值高的應用領域要求。

圖4 脈石英中包裹體顯微特征及Raman數據

2.2 新縣錢大塆脈石英找礦靶區

錢大塆脈石英礦找礦靶區位于南秦嶺變質帶(南秦嶺地層)分區內，圍巖主要為肖家廟巖組和王母觀變輝長巖。肖家廟巖組以綠簾斜長角閃片巖、綠簾鉀長角閃片巖、黑云(二云)斜長片巖為主，含少量的含榴二云斜長(石英)片巖、黑云母片巖，普遍具糜棱巖化，其原巖為具雙峰式特征的中基性—酸性火山巖及火山碎屑巖；王母觀變輝長巖帶巖石類型主要為片麻狀輝長巖、糜棱巖化輝長巖，形成時代應為海西晚期。

脈石英礦產出主要受桐柏—商城大斷裂(雞公潭韌性剪切帶)和曉天—磨子潭斷裂(八里畈韌性剪切帶)的次級斷層、節理、裂隙等控制。王母觀輝長巖巖體嚴格受雞公潭韌性剪切帶控制，總體展布方向平行于該剪切帶，屬被動侵位。

區內發現了27條脈石英(表1)，主要分布在肖家廟巖組構造裂隙中和王母觀巖體接觸帶上。脈石英產狀受剪切帶和斷層構造影響，主要呈北北西和北東東向斷續延伸(圖5)。其中1m以上的的脈石英17條(大于1m為大脈)，大脈占62.9%。礦體多呈脈狀、透鏡狀，少數呈不規則脈狀。大脈具有較好的延伸性，長度延伸一般大于20m，有的長度超過百米，石英脈寬1～3.5m，最寬達8m。大脈附近多發育次級的中脈及細脈。

圖5 蘇河鎮錢大塆脈石英礦地質簡圖

區內脈石英礦石主要有致密塊狀和砂糖狀(圖6a、c)兩種類型。致密塊狀脈石英以瓷白色為主，部分呈淺灰色、淺黃色等，塊狀構造，巖石弱透明，具油脂光澤，以瓷白色不透明特征區別于其他。砂糖狀脈石英呈乳白色、白色、無色，砂糖狀結構，塊狀構造，半透明—透明，個別不透明。礦物成分以石英為主，含量大于90%，少量長石、云母、黃鐵礦等。區內礦石經測試分析SiO2含量最高值為99.07%，最低值為96.29%，平均品位為98.28%。礦石SiO2含量較高，Al2O3、Fe2O3、CaO等雜質含量較低。

圖6 脈石英礦石照片和鏡下特征

3 資源潛力分析

3.1 大別核雜巖變質帶

大別核雜巖變質帶由高壓變質的田鋪序列花崗質片麻巖系及其中的大別巖群包體、中壓變質的滸灣巖組以及混入其中的高壓超高壓變質巖塊等不同的構造巖石地層單位組成，中間分別被新縣序列、達權店序列和樸店超單元等侵入占位。經歷過區域高綠片巖相、低角閃巖相、高角閃巖相前進變質和高壓超高壓峰變質作用改造，以及角閃巖相和綠片巖相退變質作用疊加。各構造巖石單位呈透鏡狀或楔狀構造巖片，平面上鑲嵌拼合、剖面上堆垛疊置，從而顯示出網結狀構造格局[16]。 這些地質體在碰撞折返過程中多次的變質作用產生了含硅巖漿熱液；多期次的構造活動，為脈石英的形成提供了良好的運移通道和成礦空間。

通過實地工作及調查研究，在大別核雜巖變質帶內發現了多處脈石英礦床。如卡房地區脈石英發育帶，在初次工作范圍30km2內已經發現16條石英大脈(≥1m)，位于卡房穹窿的(卡房穹窿屬于區域天臺山背斜的一部分，穹窿長軸長約20km，短軸長約12km，面積約240km2)西北區域。該構造帶內石英脈SiO2含量平均品位為98.84%，部分礦石經先進技術工藝處理，SiO2含量可達99.9%以上，礦石質量較好。另外在新縣周河鄉一帶，形成了周河片麻巖穹窿及北部一系列的拆離型韌性剪切帶，出露面積約250km2，巖性為田鋪序列花崗質片麻巖及其中的大別巖群和榴輝巖、四面山含榴花崗巖，其中脈石英發育，也是重要的脈石英礦床之一。

綜上述，大別核雜巖變質帶具有廣泛發育的侵入巖體、變質表殼巖和榴輝巖等，具有含礦地質體因素，另外具有復雜的多期次的變質構造，為脈石英形成提供了成礦空間，且該地發現的脈石英質量較好，優質脈石英礦找礦具有較大潛力。

3.2 南秦嶺(變形)變質帶

南秦嶺(變形)變質帶發現的規模較大的脈石英，主要出露在肖家廟巖組內。產出在大別山地區的桐柏—商城大斷裂和曉天—磨子潭斷裂的次級斷層、節理、裂隙構造中。沿雞公潭韌性剪切帶發育，寬約40～1 450m不等的糜棱巖化巖石或構造片巖；沿八里畈韌性剪切帶表現為一套寬75～925m的長英質糜棱巖、云英質構造片巖。區內燕山期中酸性巖漿活動發育，除為脈石英的形成提供豐富的物質來源之外，還為活化圍巖地層中的硅質提供了重要的熱源。

通過實地找礦工作及調查研究，在光山—新縣脈石英發育帶工作范圍內已經發現了17條石英大脈(≥1m)，石英脈SiO2含量平均品位為98.28%，礦石質量較好，該區域自光山到新縣一帶出露面積約120km2，桐柏—商城大斷裂和曉天—磨子潭斷裂近東西向貫穿通過研究區，為脈石英賦存形成提供了較大空間。

綜上認為，大別山西部地區脈石英成礦類型主要為變質熱液型，成礦物質為富含硅質成分的片麻巖建造在歷經榴輝巖相退變質及角閃巖相退變質過程中形成的大量富硅熱液。在高壓、超高壓變質作用下，于韌性剪切帶、斷裂褶皺轉換位置，熱液運移充填冷卻形成，區內脈石英找礦潛力大。

4 結論

(1)研究區內脈石英的發育程度與含硅地質體的性質關系較大，大別核雜巖變質帶是脈石英最為發育的構造地質單元。構造環境及含礦地質體變質程度對脈石英礦石質量具有較大影響。

(2)研究區南部卡房穹窿高壓超高壓變質作用內脈石英質量好，可替代水晶作為高純度石英砂的原料。說明在脈石英形成時期早、變質程度深的區域使得石英產生重結晶，降低石英晶體中的某些雜質元素含量，可形成純度較高的脈石英。

(3)脈石英礦受斷裂及褶皺核部控制明顯。在八里畈韌性剪切帶、雞公潭韌性剪切帶和天臺山背斜(卡房穹窿)、周河片麻巖穹窿構造發育區域內脈石英找礦具有較大潛力，建議在卡房穹窿區域內加強地質勘查工作。