陜北神木窟野河一帶石英砂巖礦床地質特征及成因

張瑞恒，王 貝

（1.中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710000；2.陜西地礦區研院有限公司，陜西 咸陽 712000）

石英作為一種重要的非金屬礦產資源，是冶金、化工、玻璃、陶瓷、鑄造等行業的重要原料，也是電子信息產業、光伏、新能源產業和有機硅新材料產業發展的基石。石英砂巖是石英砂顆粒被膠結物所固結而形成一種沉積類砂質巖石，其石英及硅質含量一般在95%以上，是目前可供開發利用的主要石英礦石類型之一[1]。近年來，在山東、云南等地已發現的石英砂巖礦床多形成于濱淺海相環境[2-3]。而分布于陜北神木地區窟野河一帶的石英砂巖礦床形成于陸相環境，成礦條件良好，找礦標志明顯，具有較大的資源潛力。

1 區域地質背景

研究區在大地構造位置上屬鄂爾多斯盆地東北部。受印支運動影響，三疊紀末鄂爾多斯盆地整體抬升，上三疊統延長組頂部遭受不同程度的風化剝蝕，形成了溝谷縱橫、階地層疊、丘陵起伏的古地貌景觀。下侏羅統富縣組主要受控于古地貌控制，沉積了一套沖積扇—河流相碎屑巖系。在區域性弱伸展坳陷的環境下，中侏羅統延安組沉積了一套內陸河湖相含煤碎屑巖系，是重要的含煤、儲油層系[4-5]。

2 礦區地質

2.1 地層

礦區出露地層主要為下侏羅統富縣組（J1f)、中侏羅統延安組(J2y）及第四系（Q）（圖1）。由老到新分述如下：

（1）下侏羅統富縣組（J1f)：根據巖性特征分為四個 巖性段。

富縣組第一巖性段（J1f1）：綠色綠泥長石石英砂巖，礦物成分以石英為主，其次有長石及少量云母、綠泥石等；粉砂—中粒砂狀結構，厚層狀構造，板狀交錯層理發育。厚度大于16m。

富縣組第二巖性段（J1f2）：灰色長石石英砂巖，主要礦物長石占70%，其它碎屑物質占10%～15%，膠結物以粘土或高嶺土為主；中細粒砂狀結構，層狀構造，條帶狀、板狀、波狀交錯層理發育。厚度0.3～3.5m。

富縣組第三巖性段（J1f3）：灰—灰白色粘土質石英砂巖，礦物成分主要石英，其次為長石，膠結物為高嶺土、粘土；中細粒結構，層狀構造。厚度0.6m。

富縣組第四巖性段（J1f4）：紫紅色砂礫巖。厚度大于10m。

（2）中侏羅統延安組(J2y）：由石英砂巖、長石石英砂巖與頁巖組成的混合砂體，水平層理、交錯層理發育，碎屑粒度較細，分選較好，成熟度中等，顯示出河流—淺湖相沉積特征。根據巖性特征分為三個巖性段。

延安組第一巖性段(J2y1）：白—灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖、褐色含鐵鈣質石英砂巖及石英砂巖、含長石石英砂巖互層，頂部有1～3cm鐵質薄殼，內部含少量鐵質結核；石英含量95%以上，其次為金紅石、鋯石、磷灰石、電氣石等微量礦物。不等粒狀、中粗粒結構，孔隙再生膠結。厚度0.5～15m。

延安組第二巖性段(J2y2）：灰—灰綠色頁巖夾粘土石英砂巖，頁巖單層厚1～3cm，主要由粘土、泥質、鐵質組成；砂巖以石英為主，薄層由粘土膠結，厚層由鈣質膠結。厚度0～14m。

延安組第三巖性段(J2y3）：灰白色長石石英砂巖，主要礦物為石英、長石、高嶺石等，粒狀結構，厚層構造，局部風化呈白色斑點（高嶺石）狀外貌，板狀、微波狀交錯層理發育。多被剝蝕，僅剩殘蓋。厚度0.7～8m。

（3）第四系（Q )：由黃土層、風積砂層及沖積層組成。其中黃土層以亞砂土為主，含鈣質結核；風積砂層以褐黃色粉細砂為主；河床沖積層以松散的砂、礫石為主。厚度0～35m。

2.2 構造

礦區地質構造簡單，總體呈南北向延伸、向西微傾的單斜構造，斷裂不發育。地層近水平產出，局部緩傾，傾角一般為0°～10°，板狀交錯層理、水平層理等原始沉積構造發育。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

區內石英砂巖礦床賦存于中侏羅統延安組第一巖性段(J2y1），礦體呈順層狀近水平斷續產出于塬、梁、峁的近頂部，其形態隨流水切割地貌形態的變化而變化。共圈定5條礦體（見圖1），其特征如下：

K1 號礦體：由灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖與少量褐色含鐵鈣質石英砂巖組成，總體呈北西向展布，長度為410m、平均厚度為5.19m，品位SiO2平均為98.44%，有害組分Fe2O3平均為0.20%、Al2O3平均為0.17%。頂底板圍巖均為砂質頁巖。

K2號礦體：由灰白色中粗粒狀石英砂巖與少量褐色含鐵鈣質石英砂巖組成，呈近東西向、中間厚兩端薄的透鏡體狀展布，長度為355m、平均厚度為6.44m，品位SiO2平均為98.52%，有害組分Fe2O3平均為0.13%、Al2O3平均為0.22%。頂底板圍巖均為砂質頁巖。

K3 號礦體：由灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖與少量褐色含鐵鈣質石英砂巖組成，呈北北東向展布，長度為320m、平均厚度為5.79m，品位SiO2平均為98.35%，有害組分Fe2O3平均為0.32%、Al2O3平均為0.23%。頂底板圍巖均為砂質頁巖。

K4 號礦體：由灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖與少量褐色含鐵鈣質石英砂巖及鐵質薄殼組成，總體呈北東向、中間厚兩端薄的透鏡體狀展布，長度為367m、平均厚度為4.35m，品位SiO2平均為98.49%，有害組分Fe2O3平均為0.29%、Al2O3平均為0.10%。底板圍巖為長石石英砂巖，頂板圍巖為頁巖、薄層狀砂巖。

K5 號礦體：由灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖與少量褐色含鐵鈣質石英砂巖組成，總體呈北西向、中間厚兩端薄的透鏡體狀展布，長度為275m、平均厚度為2.60m，品位SiO2平均為98.03%，有害組分Fe2O3平均為0.31%、Al2O3平均為0.14%。底板圍巖為長石石英砂巖，頂板圍巖為頁巖、薄層狀砂巖。

總體而言，由礦體中心向邊部的巖性依次為灰白色石英砂巖→褐色含鐵石英砂巖→長石石英砂巖與石英砂巖互層，礦體厚度逐漸變薄，鐵質含量逐漸增多。

3.2 礦石特征

（1）礦石礦物成分和結構構造。礦石主要組成礦物為石英，其次為金紅石、鋯石、磷灰石、電氣石等微量礦物。石英主要呈他形粒狀，粒徑一般在0.1～0.5mm之間，呈次圓狀及次棱角狀，波狀消光，裂紋發育，沿邊緣可見石英次生邊或被次生石英膠結。

金屬礦物主要為褐鐵礦，多呈星散狀分布于石英粒間，有的較粗粒者與石英形成半規則連生，有的呈塵點狀、細線狀位于石英粒間或裂隙中。

礦石結構構造較簡單，其結構主要為不等粒狀、中粗粒狀結構，其構造主要為層狀構造、其次為塊狀構造。

（2）礦石化學成分。礦石中主要化學成分為SiO2，其含量穩定，一般在98%以上。其它組分變化不大，有害組分Fe2O3一般為0.1%～0.3%，Al2O3一般為0.1%～0.2%，Cr2O3、Na2O、K2O、MgO等組分含量較低。

（3）礦石類型。根據礦物組分及色澤不同，區內礦石可分為如下兩種類型：

灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖礦石（主要類型）：主要礦物組分為石英，并含有少量金紅石、鋯石、云母等礦物。膠結物為硅質，呈孔隙再生膠結，部分礦石有石英次生加大邊，個別石英有包裹體。

褐色含鐵鈣質石英砂巖礦石（次要類型）：主要組分石英，有少量方解石、褐鐵礦及微量金紅石、磷灰石、電氣石等。膠結物為方解石、褐鐵礦、硅質等，孔隙式與孔隙再生膠結，有石英次生加大邊。

4 礦床成因

4.1 成礦特征

（1）石英砂巖礦層厚度不大，多呈透鏡狀、板狀體，成礦砂體成熟度中等，分選好、純度高，雜質少，以中細粒石英碎屑為主，其古地理環境可能為內陸河流—淺湖相。

（2）礦體呈水平產出，沉積原生構造發育，薄小礦體水平層理較發育，是低流態平坦河床砂體的標志，厚大礦體水平層理，沙紋、交錯層理均較發育，顯示河湖交替環境的沉積特征。

（3）區內具一定規模的石英砂巖體，底部均有厚度不等的劣質煤層或炭質頁巖，標志著成礦初期氣侯溫濕；而礦層頂部普遍發育一層褐色含鐵鈣質石英砂巖或鐵質薄殼，層面有明顯波痕，反映成礦晚期氣候干熱。

4.2 礦床類型

該石英砂巖礦床為陸源含硅質礦物經風化剝蝕、河流長距離搬運、分選，注入河湖沉積，再經湖浪反復沖淘分選后固結成礦，其礦床類型屬陸相河流—淺湖型沉積礦床。

4.3 找礦標志

（1）地貌標志：地表出露礦體均沿山頂、寨嶺、長梁等高地周邊分布，多形成向外凸出的陡坎、懸崖或垮落后形成山麓倒石堆等獨特地貌。

（2）地層標志：礦體賦存于統延安組與富縣組接觸界面，而富縣組頂部有一層厚度不大十分穩定的高嶺石長石石英砂巖，風化后在地表形成白色環帶狀。

（3）礦化標志：礦體頂部普遍發育一層厚約1～3cm的鐵質薄殼，風化后形成牛蹄狀、雞蛋狀大小的凹穴。

5 結論

（1）神木地區窟野河一帶石英砂巖礦床賦存于中下侏羅統延安組第一巖性段(J2y1），礦體呈順層狀近水平斷續產出于塬、梁、峁的近頂部，礦石類型主要為灰白色不等粒狀、中粗粒狀石英砂巖。

（2）該石英砂巖礦床為陸源含硅質礦物經風化剝蝕、河流長距離搬運、分選，注入河湖沉積，再經湖浪反復沖淘分選后固結成礦，其礦床類型屬陸相河流—淺湖型沉積礦床。