湘南石牛寨玻璃用脈石英礦（南礦段）地質特征及成因淺析

蒙正勇　胡敏　郭愛民　張小強　郭廣湘

摘 要：湘南石牛寨礦區位于彭公廟巖體中，控礦構造為炎陵—宜章斷裂帶（F47）的平行次級斷裂，兩側圍巖為加里東期黑云母二長花崗巖，具有較好的脈石英礦成礦條件。該礦區（南礦段）礦石質量好，SiO₂質量分數為95.76%～96.90%，平均質量分數為96.36%;Al₂O₃質量分數為1.79%～2.50%，平均質量分數為2.03%;Fe₂O₃質量分數為0.26%～0.29%，平均質量分數為0.27%;Cr₂O₃、TiO₂等有害組分質量分數較低。礦石中的鐵主要賦存于赤褐鐵礦中，礦床類型屬富硅熱液充填型。

關鍵詞：脈石英;地質特征;含鐵物質;成因分析

中圖分類號：P619.23? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1672-5603（2022）01-42-06

Geological Characteristics and Genesis Analysis of Shiniuzhai Glass Gangue Quartz Deposit （South Ore Section） in Southern Hunan

MENG Zhengyong HU Min GUO Aimin ZHANG Xiaoqiang GUO Guangxiang

（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410116）

Abstract： Shiniuzhai mining area is located in Penggongmiao rock mass. The ore controlling structure is the parallel secondary fault of Yanling-Yizhang fault zone （F47）. The surrounding rocks are Caledonian biotite monzogranite on both sides， which has good metallogenic conditions of gangue quartz ore. The ore quality of the mining area （South section） is good. The mass fraction of SiO₂is 95.76% to 96.90%， average of 96.36%， the mass fraction of Al₂O₃is 1.79% to 2.50%， with the average content 2.03%，and the mass fraction of Fe₂O₃is 0.26% to 0.29%， with the average of 0.27%. The content of Cr₂O₃， TiO₂and other harmful components is low， and the iron in the ore mainly occurs in hematite， which belongs to the silica-rich hydrothermal filling type.

Keywords： gangue quartz; geological characteristics; iron-containing material; cause analysis

1 礦區地質概況

湖南石牛寨脈石英礦床位于南嶺緯向構造帶中段北緣，炎陵—汝城沖斷褶隆帶南東緣，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。

1.1 構造

礦區構造主要以斷裂為主，為炎陵—宜章斷裂帶（F47）的平行次級斷裂[1]，屬早中生代（印支晚期—早燕山期）逆斷裂。斷裂往往具脆韌性特征，宏觀上表現為硅化帶和角礫巖帶。帶寬一般在20 m～100 m之間。該斷裂切穿了礦區所在的彭公廟巖體。

該斷裂走向為NNE（NE）約30°，傾向SE，傾角一般為35°～ 60°，兩側圍巖為加里東期花崗巖，斷層性質以壓扭性為主[2]（圖1）。

1.2 巖漿巖

1.2.1 巖石學特征

礦區出露的巖漿巖為加里東期黑云母二長花崗巖。具中粗粒、細中粒、中細粒似斑狀結構，塊狀構造?；|礦物主要由斜長石、微斜微紋長石、石英、黑云母組成。含有金紅石、鋯石、磷灰石、磁鐵礦包裹體。黑云母常被綠泥石、綠簾石交代。

1.2.2 地球化學特征

志留紀彭公廟巖體為鐵質、（強）過鋁質高鉀鈣堿性S型花崗巖[3]。推測巖石是由早元古代末或更早陸殼物質改造形成的花崗巖。各巖石單元從早至晚，SiO₂質量分數ω（SiO₂）在65.30%至73.42%之間，K₂O質量分數ω（k₂O）平均為4.34%，Na₂O+K₂O質量分數ω（Na₂O+K₂）為6.46%～8.32%，平均為7.09%，ω（K₂O）/ω（Na₂O）平均為1.58。巖石富鋁，Al₂O₃質量分數平均為ω（Al₂O₃）14.13%。Ba，Nb，Sr，P和Ti相對于原始地幔為負異常，Rb，Th與U，La與Ce，Nd，Zr與Hf與Sm，Y與Yb等則相對富集。ΣREE平均為221.85×10^-6;輕稀土富集，La_N與Yb_N之比平均為8.66;Eu弱虧損，Eu異常δ（Eu）平均為0.53。Sr初始ISr值為0.712 30～0.718 31，Sr初始比值ε_Sr（t）為110.7～196.1，Nd初始比值εNd（t）為-8.0～-8.7，Nd兩階段模式年齡t_2DM為1.81～1.87 Ga。gzslib202204021238A68E0905-F753-4346-8831-2DC5F3087EF8

1.2.3 脈石英分布

彭公廟巖體中的脈石英主要產于斷裂帶中。在炎陵—宜章斷裂帶（F47）中，已經發現及開采的脈石英礦在資興州門司一帶共3處。除F47斷裂外，在其南東側發育2條平行的次級斷裂。本文討論的石牛寨礦區為其F47的南東側第1條，距離該F47斷裂直線距離約6 km。南東側第2條距離F47約20 km。

1.3 變質作用與圍巖蝕變

礦區內熱液蝕變面廣且強烈。斷層兩側約10m寬的巖石普遍硅化、絹云母化、白云母化、綠泥石化、綠簾石化、黝簾石化，局部黃鐵礦化。根據蝕變礦物組合特征，礦區內的圍巖蝕變應為中—低溫熱液蝕變。

2 礦床地質特征

礦區出露的巖漿巖主要以中志留世第四侵入次細粒斑狀黑云母二長花崗巖（ηγS₂^d）為主（圖1）。

似斑狀結構，基質中細?；◢徑Y構，塊狀構造;長石斑晶質量分數一般在10%左右，形態為窄板狀或長柱狀，見細小的斜長石、石英、黑云母嵌晶?；|由長石、石英、黑云母等組成，斜長石為半自形板狀，普遍具鈉黝簾石化;石英它形粒狀，部分呈連晶出現;黑云母均被綠泥石、簾石交代?；|粒徑在0.5至1.6 mm之間，個別在2.0至2.8 mm之間。巖石中普遍出現有絹云母化、白云母化、綠泥石化、綠簾石化、黝簾石化等蝕變;副礦物有鋯石、磁鐵礦等。

礦區內主要以斷裂構造為主，在礦區西側出露炎陵—宜章斷裂帶，以NNE（NE）向構造為主，工作區內的唐家—大灣頭斷裂為該斷裂的平行次級斷裂（圖1）。

唐家—大灣頭斷裂為控礦斷裂，礦體賦存其中。北起唐家新屋里，南至大灣頭水庫，總長約7 km，走向25°～46°，傾角68°～81°。該斷裂為壓扭性斷裂，斷層角礫成分簡單，主要為黑云母花崗巖，但已強烈硅化，礫徑一般數毫米至數厘米，膠結物為熱液石英，無角礫的地段被石英熱液填充，形成SiO₂純度較高的脈石英礦，石英脈有成細小脈錯綜穿插，沿斷層走向展布。

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，其強度與脈石英礦化程度呈正相關。

3 礦體地質特征

3.1 礦脈特征

工作區礦脈長約4 km，礦脈分為南北2段，其中，南段的規模和品質較好，因此，本文討論為礦區南礦段。

該礦段已發現脈石英礦脈3條，主礦脈1條。初步圈定礦體3個，分別編號為I-1、I-2、I-3（圖1），三者均賦存于I號礦脈的斷裂破碎帶中，破碎帶脈石英礦體充填，構造角礫巖相對較少，由花崗巖角礫、碎裂石英及斷層泥組成，局部硅質膠結;斷層上下盤為黑云母二長花崗巖，具硅化和碎裂巖化，顯示出壓扭性質，與區域地質特征一致。I號礦脈在地貌上常表現為陡峭的山脊。

3.2 礦體特征

各礦體地質特征如下。

I-1號礦體走向長約410 m;形態呈脈狀，嚴格受控于北東向斷裂，傾向為112°～140°，傾角為75°～84°。真厚度為7.35 m。SiO₂平均質量分數為95.76%，Al₂O₃平均質量分數為2.50%，Fe₂O₃平均質量分數為0.26%。礦體局部具有膨大現象，且膨大處礦石質量更好（圖2）。

I-2號礦體走向長約310 km;形態呈脈狀，嚴格受控于北東向斷裂，傾向為125°～148°，傾角為82°。真厚度為3.03 m。SiO₂平均質量分數為96.90%，Al₂O₃平均質量分數為1.79%，Fe₂O₃平均質量分數為0.27%。

I-3號礦體走向長約310 km;形態呈透鏡狀，嚴格受控于北東向斷裂，傾向為114°，傾角為68°。真厚度為2.52 m。SiO₂平均質量分數為96.40%，Al₂O₃平均質量分數為1.80%，Fe₂O₃平均質量分數為0.29%。

4 礦石質量

4.1 礦石組分

脈石英礦石露頭呈純白—乳白色（圖3），新鮮礦石為乳白色。礦石礦物為石英，鏡下巖石幾乎均由石英組成，見少量絹云母和金屬礦物。

礦石中的石英（Qz）以微晶—細晶為主，部分為隱晶石英（玉髓）。微晶石英集合體中多見穿插一些細晶石英構成的微脈。局部石英脈的石英可達中晶。

為了解礦石元素組分及其大致質量分數，該礦段對2個礦芯樣進行了光譜定性半定量全分析（表1）。結果顯示礦石主要有益組分為SiO₂，有害雜質為Al₂O₃和Fe₂O₃，其他元素質量分數極低。

為檢查礦石有益有害組分及質量分數變化，對具代表性的刻槽樣品和鉆孔巖心中的2個組合樣品進行了分析，結果顯示礦石中有害組分Cr₂O₃和TiO₂質量分數均較低（表2）。

4.2 含鐵物質特征

通過掃描電鏡EDS能譜成分檢測分析（圖3），礦石中的含鐵礦物主要是褐鐵礦以及赤鐵礦，其次是某些絹云母中含微量鐵，結果見表3。

礦石中的鐵主要賦存于赤褐鐵礦中，占80%以上，其次賦存于絹云母中。其他礦物中的鐵基本可忽略。

5 礦床成因及找礦標志

5.1 礦床成因

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類[4]。因該礦區未開展同位素測試，所以暫不能確定脈石英礦的成礦物質來源。gzslib202204021238

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[5]。因此，形成脈石英礦床主要取決于富硅熱液來源與成礦溫壓條件2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。由于彭公廟巖體區域變質程度不高，且斷裂附近偶有燕山期花崗（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]。而石牛寨脈石英礦脈（體）嚴格受斷層控制，且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[6-9]。因此，可認為該礦產類型屬富硅熱液充填型。

5.2 找礦標志

該類型脈石英礦脈（體）宏觀特征明顯，找礦標志有：

1）構造標志：礦脈受北東向斷裂構造控制，北東向斷裂是本區重要的找礦標志。

2）地貌標志：本區石英巖礦脈主要賦存于北東向斷裂構造中，硅石礦風化程度較弱，形成偉岸的斷層崖。

3）蝕變標志：具硅化、黃鐵礦化、鉀長石化、高嶺土化、綠泥石化、絹云母化的構造破碎帶是找礦的有利標志。

6 結論

石牛寨脈石英礦（南礦段）礦體嚴格受NNE向斷裂控制，礦體屬簡單類型，沿走向長度約400 m，平均厚度約4.30 m。

礦體局部具有膨大現象，且膨大處礦石質量好，顯示深部具有較大的找礦潛力。

礦區脈石英礦質量符合一般工業要求，SiO₂質量分數95.76%～96.90%，平均質量分數96.36%，Al₂O₃質量分數1.79%～2.50%，平均質量分數2.03%，Fe₂O₃質量分數0.26%～0.29%，平均質量分數0.27%，礦石有害組分Cr₂O₃、TiO₂質量分數較低，可作為平板玻璃用硅質原料。

本區脈石英成礦的富硅熱液可能來自深部巖漿分異，礦區的斷裂破碎帶是脈石英礦的導礦容礦構造。

參考文獻/References

[1]湖南省地質調查院.1∶25萬衡陽市幅（G49C002004）區域地質調查報告[R].長沙：湖南省地質調查院，2005.

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[3] 《礦產資源工業要求手冊》編委會. 礦產資源工業要求手冊（2014年修訂本）[M]. 北京： 地質出版社， 2010.

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