浅议硅灰石矿床类型及其形成条件

(成都理工大学 地球科学院 四川 成都 610059)

一、硅灰石形成的物理化学条件及形成作用

硅灰石是一种变质矿物，形成于一定的温度和压力条件下的变质环境中。它的形成机理可以是在一定温度、压力条件下，方解石和石英在固体状态下发生化学反应，生成硅灰石；也可以由含有硅酸的溶液以交代的方式带入石灰岩内形成硅灰石；或者饱和碳酸钙济液对富含硅质的岩石进行化学改造作用形成硅灰石。总之，硅灰石形成的基本原理是：

上述反应是在一定的温度压力下进行的。对于硅灰石形成过程中的温度、压力条件，国外学者作了深入的研究[1]。丹尼尔森(1950)估计上述反应的平衡温度是325-850℃。哈特、塔特尔(1956)用实验方法测定了压力大于35兆帕(1兆帕=1MPa=106Pa=103KPa=10巴，“巴”为淘汰的计量单位)时，上述反应的单变Pco2-T曲此，见图1,并估算出压力低于35兆帕时，该曲线的大致位置，用这样的方法获得的曲线说明，在0.1兆帕下，该反应是400℃或稍低于400℃时发生的。埃利斯和法伊夫(1956)应用CO2热力学资料进一步核对了这一曲线，并进一步工作证实,对这个反应来说，活化能在25.5-29.0千卡/克分分子之间。加里宁(1967)报导过，在低至350℃的温度和15-17兆帕下，经2-10天即可合成硅灰石。格林伍德(1967)测定了硅灰石在100-200兆帕压力下于H2O和CO2超临界混合物中的稳定性，并指出在温度高于500℃条件下，理想的混合作用发生在低于200兆帕的压力范围内。IO.II.莫里尼克(1970)认为,在450-500℃和压力为400-500兆帕的条件下，硅灰石可以从其成分主要是水溶液和只有微量CO2的流体中结晶出来。在温度约400℃条件下，当流体中CO2的含量急剧降低时，结晶出来的不是硅灰石，而是硬硅钙石[2]。

图1 实验测定的单变PCO2—T曲线

一般认为，中浅成侵入体的接触带具备上述硅灰石的形成条件。事实上，许多硅灰石矿床都是产出在侵入体的外接触幣中。当岩浆熔体侵入不纯或含硅质灰岩时，热力变质作用使地层中的硅质和方解石发生反应，生成硅灰石，这种热变质作用形成的硅灰石矿床通常赋存于大理岩带中；也可以由接触交代作用，在矽卡岩化过程中形成硅灰石，这种接触交代作用形成的硅灰石矿床通常是矽卡岩带中的一个带，矿床与矽卡岩紧密伴生。

在区域变质作用过程中,过去曾认因为压力太大,不利于硅灰石的形成，只在特殊情况下，才形成一些硅灰石薄层和细脉，并解释为是局部压力下降的产物。但是，随着在一些古老深变质相(达麻粒岩相)的地层中，发现了规模不小的硅灰石矿床后，这种认识受到了挑战，用局部压力下降来解释无论如何也不符合硅灰石呈透镜体和沿层位产出的地质特征。这样，一些学者开始研究高压条件下的硅灰石行为，认为当压力超过2500兆帕时，硅灰石转变为另一种高压多形变体-硅灰石Ⅱ(Essene,1974)，这种压力条件就深度来说，无论如何也比麻粒岩形成的深度大得多。区域变质作用形成的硅灰石矿床一般没有元素的带入，形成的硅灰石比较纯，质量比较好[3]。有人(B·A巴波辛，1964)曾有保留地把美国威尔斯鲍罗硅灰石矿床划为区域变质硅灰石矿床。

碱性岩浆在结晶过程中也可生成硅灰石，例如，在霓霞岩和碳酸盐(岩浆型)中，常见到硅灰石，它的生成晚于单斜辉石、磷灰石、石榴石和榍石，早于长石和霞石基质的结晶，硅灰石在基质中呈包裹体存在。但产于碱性岩浆岩的硅灰石实际意义不大，一是含量少，二是与其他硅酸盐矿物紧密交生并受其混染。

二、硅灰石矿床类型的划分

在已有的硅灰石矿产的报道材料中，涉及到研讨矿床类型划分的文章不多，有代表性的划分方案是郭竞雄[4](1989)据产状对国外硅灰石矿床进行的分类(表1)

表1国外硅灰石矿床类型

和曲元贵[5]等(1983)对中国硅灰石矿床进行的成因分类(表2)。

通过对已有的国内外硅灰石矿床资料的综合研究，就成因来说，有价值的矿床，均为变质成因，就产出围岩岩性来说，可归纳为三种类型:大理岩型、角岩型、矽卡岩型。

(一)大理岩型硅灰石矿床

矿床赋存于大理岩带中。分布在侵入体外接触带热变质圈内或区域变质作用形成的大理岩带中。矿床形成受含硅质石灰岩地层的制约。矿体呈层状、似层状、产状与地层产状一致，延伸长，规模大。矿石矿物组合简单，以硅灰石为主，次为方解石、石英，有少量透辉石、石榴石。矿物在静压下由热力作用缓慢结晶，颗粒较粗，易于分选。这种类型硅灰石矿床价值最大。

表2中国硅灰石矿床类型

(二)角岩型硅灰石矿床

矿床赋存于硅铝质角岩带中。其产出受含钙质的硅铝质碎屑岩地层的控制，有一定的层位。矿床分布在侵入体外接触带的变质角岩中，或区域变质角岩中，矿体呈似层状，大的透镜体状。矿石矿物组合比较复杂，与原岩成分杂有关，特点是含有长石类的矿物出现。在矿石化学成分上，表现为Na2O+K2O的含量较高。

(三)矽卡岩型硅灰石矿床

矿体赋存于中酸性侵入体与碳酸盐地层的接触变质带内的矽卡岩带中。或者侵入体内的碳酸盐岩捕掳体中。矿体呈透镜状、扁豆状、形态复杂，变化较大。矿石矿物组合十分复杂，除无水矽卡岩矿物外，还有含水矽卡岩矿物出现，有较多的金属硫化物出现。这种类型的硅灰石矿床规模不大，但储量比较集中。

如果从成矿作用来分，可分为热力变质成矿作用形成的(大理岩型、角岩型)硅灰石矿床，接触交代成矿作用形成的(矽卡岩型)硅灰矿床[6]。

三、结论

通过对已有的国内外硅灰石矿床资料的综合研究，硅灰石矿床类型就产出围岩岩性来说，可分为大理岩型、角岩型、矽卡岩性。大理岩型硅灰石矿床是重要的类型，这种类型硅灰石矿床价值最大。矿体呈层状、似层状、产状与地层产状一致，延伸长，规模大。矿石矿物组合简单，以硅灰石为主。角岩型硅灰石矿床其产出受含钙质的硅铝质碎屑岩地层的控制，有一定的层位。矽卡岩型硅灰石矿床在我国较常见。矿体形态和矿物组合较复杂。这种类型的硅灰石矿床规模不大，但储量比较集中。如硅灰石做为金属矿床伴生的有益组分加以回收利用,需要经过严格的选矿。