河南省方城县青山透辉石矿床地质特征及开发利用前景

姬 果 王永辉 姬清海 罗 雪 许国丽 黄 斐

(1.河南省地质科学研究所；2.河南省地质调查院)

方城县青山透辉石矿是河南省唯一的透辉石矿床，具有规模大、矿体形态简单、矿石类型单一、矿物成分简单、矿石品位高和有害组分低等优点。本研究结合相关地质工作成果，对该矿床地质特征及开发利用前景进行探讨。

1 区域成矿地质背景

青山透辉石矿位于方城县四里店乡青山一带，矿区面积0.80 km2，距焦枝铁路皇后站18 km，有简易公路相通，交通方便。矿区大地构造位置处于华北陆块南缘崤山—鲁山拱褶断束东端，拐河断裂北侧。区域地层除新生界第四系外，基岩地层为中元古界熊耳群和汝阳群。熊耳群(Pt2xn)为一套中(偏)基性夹酸性陆相火山岩组合，厚度为3 027～7 171 m，与下伏地层太华岩群呈不整合接触。地层岩性主要为安山岩、杏仁状安山岩、流纹质安山岩、流纹岩等，夹凝灰岩、火山碎屑岩等。根据岩石组合和火山喷发韵律，自下而上可划分为大古石组、许山组、鸡蛋坪组和马家河组，各组之间为整合接触。汝阳群(Pt2ry)为一套轻微变质的海相碎屑岩-碳酸盐岩组合，厚度为1 000～1 600 m，呈角度不整合于熊耳群之上。地层岩性主要为砾岩、石英砂岩、长石石英砂岩、页岩、白云质灰岩和白云岩等[1]。根据岩石组合、化石特征，自下而上分为云梦山组、白草坪组和北大尖组。

区域上发育有NW向和NE向断裂，前者规模较大，多具有韧—脆性特征；后者规模较小，具有左行走滑特征。2组断裂在燕山晚期对内生热液矿产的形成具有重要的控制作用。区域上岩浆活动强烈：一是中元古代熊耳期大规模的陆相火山喷发，形成了一套中(偏)基性夹酸性陆相火山岩系；二是燕山晚期大规模酸性岩浆侵入，细粒钾长花岗岩、细粒二长花岗岩、白云二长花岗斑岩、黑云二长花岗岩、角闪黑云石英二长岩等广泛分布，其中燕山晚期大规模酸性岩浆侵入活动对内生热液矿产的形成具有重要的控制作用。

区域矿产主要有金、银、铅、锌、铁，次有锰、滑石、钾长石和透闪石等。矿床成因类型主要为岩浆热液充填交代型，其次为矽卡岩型、斑岩型和沉积型。

2 矿区地质特征

矿区基岩裸露好，除少量第四系松散沉积物外，基岩地层为中元古界熊耳群马家河组、汝阳群云梦山组和北大尖组(图1)[1]。马家河组(Pt2m)分布于矿区西南角及外围，岩性主要为片理化杏仁状安山岩、气孔状安山岩，夹少量变砂岩、变粉砂岩和绢云片岩等，气孔、杏仁及斑晶拉长定向排列，构造片理明显。云梦山组(Pt2y)分布于矿区东北角及外围，角度不整合于马家河组之上，与北大尖组为断层接触，岩性主要为砾岩、紫红色石英砂岩、页岩，夹赤铁矿层等。北大尖组(Pt2bd)在矿区内广泛分布，与熊耳群马家河组、汝阳群云梦山组均为断层接触，区域上岩性主要为灰白色—黄褐色石英砂岩、长石石英砂岩，夹少量灰绿色砂质页岩和海绿石石英砂岩，顶部为白云石(质)大理岩。矿区内北大尖组发育不全，自下而上可划分为4层：①石英砂岩，厚度大于100 m；②透辉石化白云质大理岩，厚度为70～150 m；③透辉石(矽卡)岩(矿体)，为白云石大理岩(原岩)经矽卡岩化作用后形成，厚度为20～30 m；④透辉石化白云质大理岩，厚度为80～150 m。

图1 方城县青山透辉石矿区地质特征

矿区为一单斜构造层，地层产状为35°∠75°，有F2、F32条NW向断层从矿区西南部和东北部通过。F2断层产状为215°∠80°，F3断层产状为215°∠70°，2条断层破碎带内均有断层岩发育，均属成矿后断裂，构成了矿床西南部和东北部边界。

矿区内未见岩浆岩。矿区西北部和东部外围均有大面积燕山晚期黑云母花岗岩侵入于熊耳群马家河组、汝阳群云梦山组和北大尖组中。黑云母花岗岩具有似斑状结构，基质为细粒花岗结构，块状构造。似斑晶为钾长石，基质为石英、钾长石、斜长石、黑云母等，具有壳源S型花岗岩特征，为透辉石矿的重要控矿因素。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

该透辉石矿属矽卡岩型矿床，受矿区外围西北部和东部黑云母花岗岩体与汝阳群北大尖组中的白云质大理岩夹白云石大理岩层矽卡岩化作用形成的矽卡岩(化)带控制。矽卡岩(化)带，也可称为透辉石矿带，由北大尖组中透辉石化白云质大理岩夹透辉石(矽卡)岩组成，矿带东西两端延伸至矿区以外，总长约4 300 m，厚度为175～300 m，走向NW，倾向30°～40°，倾角70°～85°。矿区圈出了1个透辉石矿体(K1)，呈稳定的厚板状赋存于矽卡岩(化)带中部。K1矿体长度大于1 400 m，两端均延伸至矿区以外，由3条勘查线剖面控制，控制长800 m，厚度为19～30 m，平均为24 m，厚度变化系数为23.2%，产状与矽卡岩(化)带基本一致。矿体直接顶、底板均为透辉石化白云质大理岩。矿体内部结构简单，未见夹石。围岩蚀变以透辉石化为主，可见弱透闪石化、弱硅化、弱蛇纹石化等。透辉石化白云质大理岩可作为直接找矿标志。

3.2 矿石特征

矿石自然类型简单，为单一的透辉石(矽卡)岩，呈白色—灰白色，具有粒柱状变晶结构，块状构造，致密坚硬。矿物成分主要为透辉石(80%～90%)、透闪石(7%～9%)、蛇纹石(4%～6%)和少量方解石(1%～3%)，石英和白云石等微量。透辉石无色透明，半自形—自形晶粒柱状，粒径2～7 mm，个别达10 mm，集合体为束状和放射状，分布均匀，颗粒间紧密镶嵌，少部分被蛇纹石和透闪石交代。透闪石无色透明，单晶为长柱状和针状，多呈放射状、束状集合体，略显纹层状分布。方解石无色透明，半自形晶粒状，不均匀分布于透辉石颗粒之间。蛇纹石蛇绿色，细鳞片状集合体，不均匀分布于透辉石颗粒之间，少量呈脉状分布于透辉石的裂隙中。白云石无色透明，被透辉石交代呈他形粒状，不均匀分布于透辉石颗粒之中。石英呈他形粒状不均匀分布于透辉石颗粒之中。矿石化学成分主要为SiO2、MgO和CaO，其次为CO2、FeO、Fe2O3和Al2O3，K2O、Na2O和TiO2微量，其中SiO2、MgO、CaO含量均与透辉石理论值接近，且含量变化区间均小(表1)。矿石中透辉石含量为83.33%～89.45%，平均87.52%，变化系数为1.81%；透闪石含量约8%；透闪石+透辉石含量约95%。矿区提交的(333)透辉石矿物资源储量为197.28万t，属大型矿床。

表1 透辉石矿石化学成分 %

3.3 矿床成因

透辉石矿床成因类型有矽卡岩型和区域变质型2种。根据控矿条件、矿床特征的分析，矽卡岩矿床的形成过程包括矽卡岩期和石英—硫化物期、矽卡岩期可进一步划分为早期矽卡岩阶段、晚期矽卡岩阶段和氧化阶段。该矿床成矿作用主要集中于矽卡岩期的早期阶段和晚期阶段。早期矽卡岩阶段，又称干矽卡岩阶段。该阶段是在超高温条件下，燕山晚期花岗岩浆热液与汝阳群北大尖组白云质大理岩夹白云石大理岩中的白云石发生交代作用形成透辉石，化学反应为

CaMg(CO3)2+SiO2→CaMg[Si2O6]+CO2↑ .

(1)

(白云石)(透辉石)

晚期矽卡岩阶段，又称湿矽卡岩阶段。该阶段是在超临界点左右的气化高温条件下进行的，燕山晚期岩浆气化—高温热液与早期形成的透辉石作用，同时与北大尖组的白云质大理岩夹白云石大理岩中的白云石发生交代作用形成透闪石，化学反应为

CaMg[Si2O6]+Mg2++H2+→Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2+2Ca2+.

(2)

(透辉石)(透闪石)

CaMg(CO3)2+SiO2+H2O→Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2+CO2↑.

(3)

(白云石)(透闪石)

总体上，该矿床控矿因素和形成过程简单，是保障矿石类型单一和矿物成分简单的先决条件，同时质纯的白云石大理岩是形成透辉石富矿的必备条件。

3.4 找矿方向

青山矿区东部(5～12 m)的方城县拐河镇一带出露的基岩地层为大面积的中元古界汝阳群云梦山组和北大尖组，在拐河镇西(2～5 km)有大面积燕山晚期黑云母花岗岩侵入于云梦山组和北大尖组之中，北大尖组中的白云质大理岩和白云石大理岩层具有透辉石化、透闪石化，可见金、钼和铅锌矿化、硅化和绢云母化等矽卡岩化现象，成矿地质背景与青山矿区相近，为十分有利的找矿靶区。

4 开发利用前景

透辉石是含钙镁具有链状结构的硅酸盐矿物，化学式为CaMg[Si2O6]，其中，w(SiO2)为55.6%，w(MgO)为18.5%，w(CaO)为25.9%，属单斜晶系，晶体为柱状，横切面为正方形，集合体呈粒状、棒状或放射状，具有浅绿—浅灰—灰白色，玻璃光泽，硬度为5～6，密度为3.3～3.4 g/cm3，熔点为1 391 ℃。透辉石因不含有结构水和吸附水，在加热时晶体—钙镁偏硅酸盐固溶体非常稳定，直至其熔点既无烧失又不出现晶型转变。透辉石作为陶瓷原料，具有坯体易干燥、烧成温度低、烧成时间短和烧成范围宽、产品热膨胀率和吸水率低、机械强度高等优点，可以实现低温快烧和节能降耗，是一种较好的新型陶瓷节能原料[2]。透辉石在日用陶瓷中用量一般为20%～50%，在电瓷中用量为60%～70%，烧成温度较传统配方一般低100～250 ℃，烧成时间更短，可节能20%～40%。

硅灰石是国内外公认的最佳低温快烧节能陶瓷原料，透辉石的节能降耗效果优于硅灰石。吉林集安透辉石用于生产釉面砖，素烧温度比传统配方低240～270 ℃，比硅灰石配方低60～90 ℃；釉烧温度比传统配方低170～190 ℃，比硅灰石配方低60～80 ℃；烧成时间由传统配方的60 h缩短为1 h[3]。

透辉石陶瓷技术工艺成熟，陶瓷生产商仅需调整原料配方、降低烧成温度和缩短烧成时间，无需更新生产设备，便可进行规模生产，实现节能降耗、提高经济效益。透辉石不限于生产日用陶瓷，也可以生产精瓷和高频电瓷[4]。目前，陕西、甘肃、山东、福建、辽宁等省份的透辉石矿已被规模化开发，用于生产透辉石陶瓷。宝鸡西山透辉石矿年产量近百万吨，被当地十余家陶瓷厂和河北、山西等邻近省份的部分陶瓷厂用于生产透辉石陶瓷，透辉石用量为20%～30%，产品性能明显优于传统陶瓷，实现了低温快烧，节约了能源，降低了成本[5]。

透辉石不仅可用于生产陶瓷，也可用于生产微晶玻璃、冶金保护渣、有色金属的铸型用砂、铸石和电焊条[6]以及橡胶、塑料和油漆的填料[7]，改性的透辉石还可用于吸附饮用水中余氯[8]，总体上，透辉石的应用领域仍在不断拓宽之中，具有广阔的开发利用前景。

5 结论与建议

(1)青山透辉石矿的形成受燕山晚期黑云母花岗岩和汝阳群北大尖组中的白云质大理岩夹白云石大理岩的双重控制，属矽卡岩型矿床，成矿时代为燕山晚期。矽卡岩期早期阶段为透辉石形成的主要阶段。

(2)青山透辉石矿具规模大、矿石类型单一、矿物成分简单、矿石品位高，有害组分低等优点，可大规模用于生产陶瓷，也可用于生产微晶玻璃、冶金保护渣、有色金属的铸型用砂、铸石和电焊条以及橡胶、塑料、油漆的填料等，应用领域宽，市场需求量大，开发利用前景广阔。

(3)目前，青山透辉石矿地质工作程度较低，建议进一步开展勘查工作，以期早日实现开发利用。透闪石与透辉石性质相似，用途基本相同，属有用矿物，在进一步勘查时，应精确计算透闪石含量，一并参加储量计算。

(4)方城县拐河镇一带与青山矿区的成矿地质背景相近，为寻找透辉石矿的有利靶区，应及时开展勘查工作。