河南東銀洞溝硅灰石礦地質(zhì)特征及礦床成因探討

楊賀杰，胡 偉

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016)

硅灰石具有針狀晶體、低熱膨脹系數(shù)、低吸油率、色白、絕緣性好、高溫化學(xué)性質(zhì)活潑等特點，主要應(yīng)用在陶瓷工業(yè)、煉鋼連鑄保護材料、制光盤材料、隔熱材料、填料工業(yè)等領(lǐng)域，低品位的硅灰石可作為水泥的粘土質(zhì)配料，部分優(yōu)質(zhì)硅灰石可作玉石材料。我國硅灰石礦資源較豐富，主要分布在吉林、云南、遼寧、青海、江西、河南，占全國總量的80%[1-3]。

魯山縣是河南硅灰石礦的重要目標區(qū)域，其已查明的東銀洞溝硅灰石礦礦床規(guī)模達大型[4]，本文在前人工作基礎(chǔ)上，通過對東銀洞溝硅灰石礦地層、構(gòu)造、巖漿巖等地質(zhì)特征進行總結(jié)，重點分析本區(qū)控礦因素，探討了東銀洞溝硅灰石礦的礦床成因，并總結(jié)了找礦標志，同時對礦區(qū)周邊的找礦前景做出初步分析，旨在為本地區(qū)同類型礦床的勘查提供參考。

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于華北地臺南緣、華北地層區(qū)豫西分區(qū)澠池—確山小區(qū)內(nèi)。區(qū)內(nèi)出露主要為第四系(Q)、中元古界熊耳群馬家河組(Pt2m)及雞蛋坪組(Pt2j)淺變質(zhì)火山巖系[5-6]。燕山晚期熊背花崗巖體出露于研究區(qū)的南部，與中元古界熊耳群馬家河組(Pt2m)呈侵入接觸(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖

馬家河組(Pt2m)：分下段和上段，厚4 000多米。馬家河組下段(Pt2m1)：出露于區(qū)域北部，厚度約3 000余米。巖層產(chǎn)狀一般較平緩，傾角30°～50°，巖性較復(fù)雜，巖石顏色一般較深。主要巖性為安山巖、杏仁狀安山巖夾少量玄武巖、英安巖及粉砂巖、泥巖。底部為礫巖、含礫長石砂巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖等。馬家河組上段(Pt2m2)：分布在李溝背斜的南北兩翼及其東北部，厚約1 000多米。主要巖性為英安巖、長石石英砂巖、長石砂巖、粉砂巖及矽卡巖。

雞蛋坪組(Pt2j)：主要分布于區(qū)域的西北部，主要巖性為英安巖，夾薄層粉砂質(zhì)泥巖，厚約500m。

區(qū)域以南的燕山晚期熊背花崗巖體與馬家河組上段呈侵入接觸，巖性為斑狀二長花崗巖。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層從老到新主要為中元古界熊耳群馬家河組上段(Pt2m2)英安巖、粉砂巖及矽卡巖，第四系(Q)沖積砂礫巖、砂土、亞砂土。硅灰石礦體產(chǎn)于中元古界熊耳群馬家河組上段矽卡巖體內(nèi)(圖2)。

圖2 東銀洞溝硅灰石礦區(qū)地質(zhì)簡圖

矽卡巖礦物成分較復(fù)雜，礦物成分主要有硅灰石30%、透輝石20%、透閃石18%，其次有鈣鋁榴石15%、石英10%，還有少量的方解石、綠簾石等。具不等粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造比較簡單，區(qū)內(nèi)為一個開闊平緩的傾伏小背斜，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。

背斜軸部位于里溝一帶，走向近東西，向北東傾伏，南翼地層傾向南東，產(chǎn)狀130°～150°∠30°～50°；北翼地層多傾向于北東，產(chǎn)狀20°～50°∠30°～45°。硅灰石礦產(chǎn)于背斜的南翼和傾伏端。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動比較強烈，里溝背斜的南翼及其西端直接與燕山期熊背花崗巖體呈侵入接觸。巖性為斑狀二長花崗巖，礦物成分由斑晶條紋長石20%、更長石45%、鉀長石10%、石英20%及黑云母3%、角閃石2%等組成，磁鐵礦、榍石、磷灰石微量；具似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

硅灰石礦的形成與燕山晚期花崗巖漿的侵入接觸及熱液交代變質(zhì)活動密切相關(guān)。東銀洞溝硅灰石礦產(chǎn)于熊耳群馬家河組上段(Pt2m2)粉砂巖與熊背斑狀二長花崗巖外接觸帶上，在侵入接觸交代成礦過程中，花崗巖中的SiO2通過交代碳酸鹽巖中鈣而形成的硅灰石礦，硅灰石礦體構(gòu)成矽卡巖的組成部分。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)共圈出礦體4個，礦體形態(tài)一般呈層狀、透鏡狀或不規(guī)則狀(表1)。

表1 礦區(qū)主要礦體特征一覽表

Ⅰ號礦體呈層狀，是礦區(qū)的主礦體，位于里溝背斜的南翼，出露形態(tài)因受構(gòu)造及地形切割的影響呈中部南凸。東部傾伏，西部翹起的亞葫蘆形(圖3)。近東西向延伸長650m，寬40～160m，東寬西窄，產(chǎn)狀130°～150°∠30°～50°，其傾向由南東向南偏轉(zhuǎn)，西段偏轉(zhuǎn)明顯。礦體厚一般30～50m，平均厚38.26m，最大可見厚度達92.86m，厚度變化系數(shù)65.35%，東部及中部厚度較大，西部較薄。礦體延深較不穩(wěn)定，東部延深約85m，西部較淺約40m，賦存標高125～259m。礦體品位96.36%～35.00%，平均品位61.90%，品位變化系數(shù)17.46%。礦石類型主要為硅灰石—透輝石型。

圖3 東銀洞溝礦區(qū)Ⅰ號礦體0線地質(zhì)剖面圖

Ⅱ號礦體位于Ⅰ號礦體的北東部，屬里溝背斜北翼的一部分，呈近南北向展布，出露長400m，寬40～150m，平均厚度25.08m，厚度較為穩(wěn)定，厚度變化系數(shù)21.65%，礦體延深大于80m，礦體賦存標高為181～245m。產(chǎn)狀20°～50°∠30°～40°，礦體形態(tài)呈層狀。礦體最高品位86.30%，最低品位36.58%，平均品位67.39%，品位變化系數(shù)16.31%。礦石類型主要為硅灰石—透輝石型。

Ⅲ號礦體位于Ⅰ號礦體的北西部，里溝背斜北翼的仰起端，為一透鏡狀小礦體。出露形態(tài)長條狀，北西—南東向展布，長244m，寬30～60m，厚20.48m，厚度變化系數(shù)14.81%，延深大于80m，礦體賦存標高206～283m。產(chǎn)狀20°～30°∠45°～60°。礦體最高品位86.38%，最低品位35.58%，平均品位68.48%，品位變化系數(shù)20.21%。礦石類型主要為透閃石—硅灰石型。

3.2 礦石特征

(1)礦石類型。

按礦石的主要礦物組合劃分，該礦床礦物組合主要有三種類型，以硅灰石—透輝石型為主，其次有透閃石—硅灰石型、透輝石—硅灰石型。

按礦石結(jié)晶程度劃分，有粗晶硅灰石礦石和微晶致密塊狀礦石。粗晶礦石主要分布于Ⅰ號礦體和Ⅲ號礦體，微晶致密塊狀礦石主要分布于Ⅱ號礦體。

礦石結(jié)構(gòu)主要有纖狀、束狀—放射狀變晶結(jié)構(gòu)，柱粒狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，包含變晶結(jié)構(gòu)等。以纖狀、束狀—放射狀變晶結(jié)構(gòu)為主。礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造，局部可見條帶狀構(gòu)造。

(2)礦石礦物成分和化學(xué)成分。

礦石物質(zhì)成分較復(fù)雜，主要礦物有硅灰石、透輝石、透閃石及石英，其次有鈣鋁榴石、方解石、螢石、綠簾石、硅鎂石等。它們與原巖物質(zhì)化學(xué)成分及巖漿熱液作用關(guān)系密切，往往相伴產(chǎn)生。

硅灰石—透輝石型：主要為礦區(qū)的Ⅰ、Ⅱ號礦體。硅灰石呈白色，以纖維狀、針柱狀為主，少數(shù)為板柱狀，是該類型礦石的主要有益組分之一，含量較高，占有益礦物組分的60%左右，但含量變化也較大。透輝石呈白色、淺綠色，以柱粒狀、粒狀為主，含量也較高，占有益礦物組分的30%左右。石英、鈣鋁榴石、方解石約占礦石含量的40%，在礦體中分布不均勻，其中石英含量約占12.48%、石榴石約占20%、方解石約占5%。螢石、硅鎂石、綠簾石一般含量較少或微量，分布較不均勻。

透閃石—硅灰石型：主要為礦區(qū)Ⅲ號礦體。透閃石呈白色，以纖維狀及柱狀為主，亦是礦石的主要有益組分之一，含量占有益組分的15%左右，含量變化也較大。硅灰石呈白色，以纖維狀、針柱狀為主，少數(shù)為板柱狀，是該類型礦石的主要有益組分之一，含量較高，占有益礦物組分的60%左右，但含量變化也較大。螢石、硅鎂石、綠簾石一般含量較少或微量，分布較不均勻。

透輝石—硅灰石型：主要為礦區(qū)Ⅳ號礦體。透輝石呈白色、淺綠色，以柱粒狀、粒狀為主，含量也較高，占有益礦物組分的40%左右。硅灰石呈白色，以纖維狀為主，少數(shù)為針柱狀、板柱狀，是該類型礦石的主要有益組分之一，含量一般，占有益礦物組分的50%左右，但含量變化也較大。螢石、硅鎂石、綠簾石一般含量較少或微量，分布較不均勻。

礦區(qū)礦石有用組分簡單，除硅灰石礦物外，尚未發(fā)現(xiàn)其他有益組分可綜合利用。礦石主要化學(xué)成分為 SiO2、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、CO2，其 SiO2、CaO含量較高，而有害雜質(zhì)Fe2O3等的含量低，礦石質(zhì)量較好。礦石化學(xué)成分見表2。

表2 礦體化學(xué)成分統(tǒng)計表 (單位：%)

(3)礦石品位。

Ⅰ號礦體：礦石中有益組分硅灰石最高含量96.36%、最低35%，平均65.97%，硅灰石品位變化系數(shù)17.46%；限量礦物方解石3.88%、石英12.48%；有害組分Fe2O32.14%。礦體在走向上，東部礦石有益組分含量最高，中西部有益組分含量最低。礦體在傾向上部及下部礦石有益組份含量較高，中部礦石有益組份含量略低。

Ⅱ號礦體：礦石中有益組分硅灰石最高86.3%、最低36.58%、平均67.39%，略高于Ⅰ號礦體品位，硅灰石品位變化系數(shù)16.31%；方解石0.42%，石英24.87%，F(xiàn)e2O32.39%。礦體在走向上北中部礦石品位高于南部，中下部好于上部。

Ⅲ號礦體：礦石有益組份硅灰石最高86.38%，最低35.58%，平均68.45%，硅灰石品位變化系數(shù)20.21%；方解石0.92%，石英14.18%，F(xiàn)e2O32.32%。礦體在走向上無明顯變化，傾向上中下部好于上部(表3)。

表3 礦體礦物組分統(tǒng)計表

Ⅱ～Ⅳ號礦體：為地表工程分析結(jié)果，SiO2、Fe2O3、MgO均高于Ⅰ號礦體，CaO含量偏低。這些差異一方面說明地表CaO的流失貧化，SiO2、Fe2O3的次生富集與地球化學(xué)作用有關(guān)外，另一方面MgO含量的偏高，反映了其物質(zhì)成分及化學(xué)成分的不同，也是這些礦體中透輝石、透閃石礦物較高的原因。

3.3 圍巖及夾層特征

礦體圍巖為與硅灰石礦體同一層位的中元古界熊耳群馬家河組上段(Pt2m2)粉砂巖，礦體頂?shù)装寰鶠榉凵皫r，局部蝕變?yōu)榻菐r，巖性較單一，層位穩(wěn)定。

礦體夾層主要為粉砂巖，經(jīng)變質(zhì)為角巖或含硅灰石矽卡巖，Ⅰ號礦體夾層有三處，呈層狀、透鏡狀。厚3.81～13.59m，長110～480m，延深30～70m。Ⅱ號礦體夾層有兩層，厚3～4m，延長200～220m，延深40～80m。

4 礦床成因及找礦標志

4.1 控礦因素

本區(qū)硅灰石礦分布在燕山晚期熊背巖體二長花崗巖與中元古界熊耳群馬家河組的接觸帶中，有硅灰石、透輝石、透閃石、石榴石等典型的矽卡巖礦物，礦體呈層狀、透鏡狀，證明其是侵入接觸交代形成。在侵入接觸交代過程中，巖漿中的SiO2通過交代碳酸鹽巖CaCO3作用，參與造礦而成，硅灰石是矽卡巖早期階段的產(chǎn)物。礦床成礦明顯受接觸交代變質(zhì)作用控制。

硅灰石是構(gòu)成矽卡巖的重要組成部分，在矽卡巖化過程中硅灰石的品位富集到一定程度則形成矽卡巖型硅灰石礦床。碳酸鹽類巖石是本礦床的重要成礦圍巖，是成礦物質(zhì)的主要來源，中酸性侵入體為成礦提供熱能及SiO2，碳酸鹽類巖層與中酸性侵入體接觸帶是成礦有利部位，礦體靠近接觸面產(chǎn)出，主要呈層狀及透鏡狀。侵入巖及圍巖對礦體形成有著明顯控制作用[7-8]。

4.2 礦床成因

東銀洞溝硅灰石礦產(chǎn)于熊耳群馬家河組砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、大理巖與熊背巖體斑狀二長花崗巖外接觸帶上，接觸交代形成的矽卡巖含礦。本區(qū)矽卡巖形成與巖漿侵入活動有關(guān)，巖漿冷凝結(jié)晶之后，所釋放出來的含礦氣水熱液于巖體與碳酸鹽接觸帶部位，發(fā)生復(fù)雜的接觸滲濾交代和接觸擴散交代作用。侵入體附近的碳酸鹽被巖漿熱烘烤接觸變質(zhì)時，來自巖漿的物質(zhì)組分，加入到碳酸鹽巖中交代，碳酸鹽巖中的部分組分遷出，屬于接觸變質(zhì)交代巖類型，在侵入接觸交代成礦過程中，由巖漿侵入體提供熱源，巖漿巖中的SiO2通過交代碳酸鹽巖中的CaCO3而形成硅灰石礦(CaSiO3)，礦體靠近接觸面產(chǎn)出，主要呈層狀及透鏡狀，規(guī)模較大，含礦率高。礦區(qū)地質(zhì)特征及礦石特征表明，在花崗巖體的侵入過程中，其圍巖發(fā)生接觸熱變質(zhì)，使得巖漿中的SiO2和圍巖中的CaCO3組分發(fā)生活化遷移，重新組合生成硅灰石：SiO2+CaCO3→CaSiO3+CO2。硅灰石是矽卡巖早期階段的產(chǎn)物，成礦期為巖漿侵入與成巖時期成礦作用活動的燕山期，本區(qū)該期次由巖漿冷凝而成的花崗巖侵入體具有含水、富硅、侵入部位淺的特點，有利于成礦作用的發(fā)生[9-13]。

綜上所述，東銀洞溝硅灰石礦成因類型為接觸交代型(矽卡巖型)礦床。

4.3 找礦標志

(1)本區(qū)硅灰石礦體產(chǎn)于熊背巖體與馬家河地層的接觸帶矽卡巖體內(nèi)，故區(qū)內(nèi)的矽卡巖是直接的找礦標志。

(2)硅灰石礦化體堅硬、抗風(fēng)化能力強，在地表多形成魚脊峰地貌，故區(qū)內(nèi)的魚脊峰地貌也可作為間接找礦標志[14-15]。

5 結(jié)論

(1)本區(qū)硅灰石礦形成于碳酸鹽巖地層與中酸性侵入體接觸帶中，接觸交代形成的矽卡巖含礦，礦石類型以硅灰石—透輝石型為主，其次有透閃石—硅灰石型、透輝石—硅灰石型。

(2)東銀洞溝硅灰石礦控礦因素主要受接觸交代變質(zhì)作用控制，侵入巖及圍巖對礦體形成也有著明顯控制作用。其礦床成因類型為接觸交代型(矽卡巖型)礦床，在該礦床東南神林、四里店一帶有較多的大理巖及燕山晚期花崗巖分布，在該區(qū)已發(fā)現(xiàn)硅灰石礦床(點)多處，具備良好的找礦前景。

(3)該礦床已達大型規(guī)模。下一步可對Ⅱ、Ⅲ號礦體深部進行控制，資源量將會增加，沿該接觸帶向東西兩側(cè)開展找礦可望發(fā)現(xiàn)新的礦體。對里溝背斜北翼地段開展找礦工作，擴大礦床遠景。

(4)區(qū)內(nèi)的矽卡巖是直接找礦標志，礦化有利地段的魚脊峰地貌也可作為間接找礦標志。