山东岱崮—野店脉石英赋存特征研究

时 晨，单吉成，王言伟，程 钪，段会泉

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100；2.沂源县自然资源局，山东 淄博 256100；3.山东省沂源县自来水公司，山东 淄博 256100)

脉石英是一种不可多得、用途广泛的重要非金属矿产资源，在高科技产业市场潜力巨大。开展脉石英资源调查评价研究工作具有很大的社会和经济意义。研究分析山东岱崮—野店研究区内脉石英矿赋存特征，进而分析成矿规律。可有效提高脉石英矿产勘查效率，对解决我国脉石英资源的短缺问题具有指导作用。

1 成矿地质背景

研究区位于华北陆块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)的鲁中隆起(Ⅲ)中，西自新甫山—莱芜断隆中东部至马牧池—沂源断隆中西部(Ⅳ)、新甫山凸起及马牧池凸起(Ⅴ)[1]。构造发育，岩浆岩侵入频繁。

1.1 地层

山东岱崮—野店研究区主要出露有新太古代泰山岩群(Ar4T)、古生代寒武系(∈)以及第四系(Q)地层。

新太古代泰山岩群(Ar4T)雁翎关组出露于本区的岩浆岩分布区内，分布范围不大，仅在本区西部的由青山—温村一带以捕虏体形态出露，岩性以灰到灰黑色斜长角闪岩为主，夹角闪变粒岩、阳起石片岩。

古生代寒武系(∈)地层自下往上可分为长清群李官组(∈2l)、长清群朱砂洞组丁家庄段(∈2zd)、馒头组(∈2-3m)，九龙群张夏组(∈3z)、崮山组(∈3-4g)、炒米店组(∈4O1c)、三山子组(∈4O1s)。

新生代第四系(Q)主要分布于河道及沟谷等地势低凹处，主要为河流冲洪积的砾石、砂、粘土等(图1)。

1.2 构造

山东岱崮—野店研究区内构造主要为断裂和褶皱。断裂主要有北西向、北东向、近东西向和近南北向四组断裂。其中规模较大的为北西向断裂。研究区主要位于沂水—汤头断裂以西地区，北西向大型韧性变形构造形成的掀斜式盆地中，区域内较大规模的断层主要有7 条。褶皱主要发育在该区东部的寒武纪沉积岩，与脉石英成矿关系不大。

图1 成矿地质背景图

1.3 岩浆岩

研究区范围内出露的岩浆岩主要有：新太古代早期万山庄序列前麻峪单元、安子沟单元，泰山序列望府山单元、李家楼单元；新太古代晚期南涝坡序列南盐店单元，峄山序列龟蒙顶单元、宁子洞单元，傲徕山序列蒋峪单元、条花峪单元、邱子峪单元、虎山单元、松山单元、调军顶单元等；中元古代牛岚单元；中生代燕山晚期沂南超单元东明生单元、上水河单元、靳家桥单元等。

1.4 变质岩

区内变质岩主要为新太古代泰山岩群、万山庄超单元，岩性主要为斜长角闪岩、变质科马提岩、绿片岩、黑云变粒岩、角闪变粒岩、变质超镁铁质岩石等。变质作用主要发生在中太古代—新太古代末期，其变质程度表现为麻粒岩相—角闪岩相—绿片岩相。

2 脉石英特征

研究区内共计出露脉石英28 条，其中翻金峪地区棉花洼村北的q11 脉石英矿体及上车夫峪地区q24 脉石英矿体规模较大。通过对区内11 处脉石英成矿点所出露的28 条脉石英进行取样化验，分析结果显示，本研究区内脉石英矿体的SiO2含量大多在98.5%以上，部分脉石英SiO2含量可达99%以上。

2.1 脉石英的产出特征

该区东部寒武纪沉积地层覆盖，区内岩浆岩主要在区内的中部和西部出露。研究区内发现有道士海、翻金峪、火石山、上车夫峪等11 处脉石英矿化点共计出露脉石英28 条。其中呈北西向和北北西向延伸的脉体有16 条，北东向和北东东向延伸的9 条。整体分布呈北西向条带展布，与区域构造线一致，说明脉石英的形成严格受北西向构造的控制(图2)。

图2 研究区脉石英矿体地表形态及特征图

研究区内脉石英根据生成条件及本身的特征，分为两种类型。

一类是产于浅色围岩的脉石英矿体。此类矿体的围岩主要为花岗岩、花岗闪长岩、花岗片麻岩；围岩颜色较浅为浅肉红色、灰白色，矿体中常见有长石。此类脉石英的含矿层主要为新太古代早期的花岗闪长岩及二长花岗岩；五台期、吕梁期区域上发育有多期北西向韧性剪切变形及韧性变形带，控制了新太古代岩浆岩的展布。含矿层主要出露于研究区西部，晚期含矿单元大多呈北西向宽脉状或岩基状侵入早期含矿单元，接触关系明显，接触界面陡立。研究区内除q6 外均属于此类脉石英矿体。

另一类是研究区内q6 产出于深色围岩的脉石英矿体，此类矿体的围岩主要为斜长角闪岩、黑云斜长角闪岩、黑云角闪斜长片麻岩；围岩颜色较深为灰绿色、灰黑色，围岩风化色主要为黄褐色。此类脉石英的含矿层主要为雁翎关组斜长角闪岩，呈残留体状残存于前寒武花岗岩中。

虽然两类矿体产出形式不同，但脉石英的有益有害组分等质量特征基本类似。矿体多呈复合透镜状、脉状，常成群成组分布，规模较大的主矿体两侧可见近于平行分布的脉石英细脉，宽度一般较小。

脉石英矿体单脉形态呈不规则的脉状或透镜状，部分呈囊状或串珠状，多数矿体在走向和倾向上具有收缩、膨胀、分枝、复合等特征。脉石英矿体产状受控于断裂构造产状，多数矿脉与断裂产状一致，多数矿脉倾向南西向，少数倾向北东，高角度倾角在70～90°，缓者一般为5～25°。脉石英矿脉厚度0.6～3.9m，横向延伸20～823m，延深可达百米以上(表1)。

表1 脉石英矿体特征一览表

区内脉石英矿体的顶底板产状一般比较平直，围岩与矿体界线清晰易辨，不具过渡现象，说明矿体属热液一次性侵入形成。

2.2 矿石类型及质量特征

2.2.1 矿石类型

区内脉石英均为致密块状，矿物组成主要为石英集合体，粒状变晶结构，表面风化受铁质渲染，局部沿裂隙染有黄褐色铁质锈斑，新鲜面为白色、乳白色，透明半透明，油脂光泽，贝壳状断口，性脆，无解理。区内脉石英矿体多见民采坑洞(图3)。

图3 典型脉石英矿脉野外露头照片

2.2.2 矿石结构、构造

区内脉石英矿石显微结构多为半自形粒状结构；局部石英脉岩呈碎裂、碎斑结构；局部沿裂隙染有黄褐色铁质锈斑。显微镜下可见后期石英脉中呈自形、半自形状石英垂直脉壁生长而构成梳状构造，以及穿切前期石英颗粒的后期硅化石英细脉(图4)。

2.2.3 矿石矿物成分

研究区脉石英呈不等粒半自形粒状结构，主要由石英及少量杂质矿物组成，主要矿物石英含量97.45%～99.10%，副矿物为铁质矿物、白云母、绿帘石、黑云母、斜长石、钾长石，含量0.90%～2.55%。

主要矿物成分石英：无色，半自形粒状、柱状，大小约1.5～8mm，局部具有碎裂、碎斑结构、梳状构造；另见后期硅化石英细脉有穿切前期石英颗粒现象，由细—微晶石英组成。铁质矿物主要呈粉尘状、细粒状及团块状分布在石英颗粒表面、颗粒间及后期构造裂隙中。白云母主要呈鳞片状、针状、片状及团块状集合体分布在石英颗粒表面、颗粒间及后期构造裂隙中，部分云母颗粒被石英交代边缘呈锯齿状或港湾状。绿帘石呈粒状嵌布在石英颗粒内及颗粒间，大小0.03～0.15mm，分布不均匀。黑云母主要呈鳞片状、针状、片状及团块状集合体分布在石英颗粒表面、颗粒间及后期构造裂隙中，部分云母颗粒被石英交代边缘呈锯齿状或港湾状。

图4 石英结构显微特征

2.2.4 矿石中主要有益、有害组分

脉石英矿石的有益组分为SiO2，研究区内发现的28 条脉石英矿脉，根据基本分析结果：SiO2含量97.45%～99.10%，平均98.61%，各矿脉有益组分变化稳定，整体质量较好。

研究区内脉石英矿石的有害组分为矿物杂质、化学元素杂质及包裹体。

(1)矿物杂质。

研究区内脉石英主要为他形粒状，粒径较大，石英粒之间呈不规则镶嵌状接触，石英颗粒纯净仅在石英颗粒间分布有小粒径的角闪石，其间有少量长石、白云母、铁质矿物充填(图5)。

图5 石英中杂质显微特征

(2)化学元素杂质。

对研究区内脉石英矿体进行多元素分析，15 种元素Cu、Al、Mg、Fe、Zn、Ca、Li、Ni、Mn、K、Na、Ti、P、B、Cr 杂质含量总和主要为265.35～608.35μg/g，且大多数为300μg/g 左右。其中q2和q11 杂质元素含量为特高(表2)，主要为Al、K、Na 含量高，其次为Fe，推测为矿石中含有长石颗粒及铁质杂质引起。

(3)包裹体。

通过进行包裹体测试，研究区内脉石英薄片透明度一般，包裹体普遍呈孤立状、条带状、面张分布在不同的焦平面，形状呈长条形、柱状、圆形、椭圆形、不规则状等；包裹体主要由气—液两相组成，且属富液型(图6)。包裹体大小混杂，最大可见14μm。形状一般呈长条形、柱状、圆形、椭圆形、不规则状等。气液比较小，一般＜10%。据统计，在视域155μm×115μm(视域＝长×宽)范围内，有可看清楚相组成(一般在1μm 以上)的包裹体约26个以上。包裹体均一温度最低85℃，最高312℃，以110～150℃之间的居多。通过激光拉曼分析测定包裹体主要成分为H2O，其次为CO2，未检测出其他气体成分(如甲烷，氮气等)[2-3]。

2.2.5 围岩蚀变

围岩蚀变主要表现为硅化，基本不见其它蚀变现象，矿体与围岩界线清晰。硅化蚀变主要表现为两种形式：一是围岩中形成细小的石英脉或石英网脉，使岩石颜色变浅，岩石坚硬；二是围岩中形成的游离分散的石英颗粒增多，多呈现为石英团块状。矿化越富集处，硅化越强，游离石英或石英网状脉增多。

3 研究区脉石英矿成矿规律

3.1 成矿时代

区内新太古代晚期区内壳源重熔型花岗岩类活动强烈，区域上形成岩浆穹窿。区内发现的脉石英矿体基本全部贯入于新太古代侵入的花岗岩中，仅q6 贯入于太古代斜长角闪岩中。在寒武系沉积岩中未发现脉石英矿(化)点，据此推测区内脉石英矿成矿时代属前寒武成矿期。

3.2 控矿构造

区内较大石英脉及伟晶岩脉均呈北西向产出，小型石英细脉及伟晶岩脉也多呈北西向或近东西向发育，分布及产状特征与区域构造线基本一致。五台期、吕梁期区域上发育有多期北西向韧性剪切变形及韧性变形带，研究区内构造形式主要为韧性剪切带和脆性断裂，其中韧性剪切带主要发育于泰山岩群，方向主要为北北西向；脆性断裂主要发育于新太古代侵入岩，方向主要为北西向，同时形成北北西向及北北东向的次级断裂。这些韧性剪切带及脆性断裂的形成为脉石英矿体的形成提供了良好的构造背景，其形成演化过程由压扭剪切到引张开放阶段，为脉石英的形成提供了运移和容矿空间[4-6]。

3.3 成矿物质来源

新太古代晚期区内壳源重熔型花岗岩类活动强烈，硅酸盐岩浆含有一定量的挥发组分，当岩浆结晶、冷凝到一定阶段，挥发组分的集中、富集形成高温含矿热液。酸性岩石受高温气水热液的蚀变作用，导致斜长石、钾长石分解为石英和白云母，为含矿热液增加了SiO2含量。强烈的岩浆活动和构造运动为变质作用提供热源，含水的火成岩和基底原岩受变质作用时，释放出大量的水而形成变质热液。同时在水的参与下石英矿物的熔点可由原来的550℃降低至400℃，在200℃和16 个大气压条件下，每公升气体可携带67mg 的SiO2。这表明在浅处脆性控矿构造层次，当温度为200～480℃时，原生节理和次生破裂两侧的围岩可产生一定量的SiO2流体[7-9]。

3.4 成因

根据研究区包裹体均一温度测试结果，最低85℃，最高312℃，以110～150℃之间的居多。研究区内脉石英为浅成低温热液型。

表2 q2、q11 化学元素杂质含量一览表 (单位：ug/g)

图6 q2 包体显微特征

4 结论

(1)研究区内脉石英矿体呈北西及北北西向展布，赋存特征与研究区总体构造线方向基本一致。

(2)研究区内脉石英矿石有益组分SiO2含量为97.45%～99.10%，平均98.61%，整体质量较好。三类有害组分分别是由角闪石、长石颗粒等构成的矿物杂质；Al、K、Na、Fe 等构成的化学元素杂质；包裹体内的H2O 和CO2等构成的气—液杂质。

(3)研究区内脉石英矿体成矿类型为浅成低温热液型，推测成矿时代属前寒武成矿期。