湖北黄柿坪脉石英矿床地质特征及成因浅析

2021-08-29王书春

中国非金属矿工业导刊 2021年4期

王书春

(中国建筑材料工业地质勘查中心湖北总队，湖北武汉 430034)

高纯石英是高档石英制品的原料，因其具有耐高温、耐腐蚀、低热膨胀性、高度绝缘性和透光性等优异的物理化学性质，广泛应用于半导体、电子信息、光伏和电光源等高新技术产业，在战略性新兴产业中具有重要地位和作用[1]。脉石英由于SiO2含量高、Fe2O3含量低，是加工高纯石英理想的矿物原料之一。湖北省郧阳区黄柿坪脉石英矿床以矿石质量好，销往江苏省东海县用于生产高纯石英制品而闻名，本文对该脉石英矿床成矿地质特征进行了分析，初步总结了矿床成因及找矿方向，对郧阳及周边地区脉石英找矿具有一定的指导意义。

1 区域地质背景

矿区大地构造位置处于秦岭褶皱系(Ⅱ)南秦岭—淮阳褶皱带(Ⅱ2)武当复背斜(Ⅱ23-1)北部[2]，同时也位于我国东秦岭—大别山脉石英成矿区带上[3]。区域内地层属秦岭地层区南秦岭—淮阳分区两郧小区，出露中—晚元古代至新生代不同时代的地层。主要为中元古代武当山岩群，震旦系耀岭河组、陡山沱组、灯影组，寒武系及第四系(图1)。

图1 黄柿坪矿区区域地质简图

区域内岩浆岩较发育，以武当山岩群和耀岭河组火山岩为主，普遍遭受区域变质作用，为变火山岩；其次为印支—海西期岩浆侵入活动，多为花岗闪长斑岩、石英正长斑岩、辉绿岩及辉长岩体，一般沿断裂带侵入或顺地层层间、滑脱面贯入，呈岩床、岩墙、岩株状产于武当山岩群、耀岭河组和灯影组中，该时期的中酸性岩浆岩可为区域上脉石英成矿提供物质来源。

区域内的变质作用以区域变质作用为主，形成一套低绿片岩相—蓝闪绿片岩相浅变质岩系[4]；动力变质作用较普遍，形成一套动力变质岩，多呈线状产于剪切带和断裂带内。

区域上褶皱、断裂均较发育，褶皱自北向南，自东向西均有分布，有时相互叠加，形成了较复杂的构造轮廓；层间次级褶皱亦较发育，一般规模较小[5]；断裂构造主要有近东西向、北东—南西向两组，规模大小不等。区域大断裂为脉石英成矿流体提供了较好的运移通道和赋存空间，脉石英主要分布于区域大断裂及次级断裂中。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层为上震旦统陡山沱组(Z2d)、灯影组第二段(Z2dn2)及第四系(Q)(图2)。

图 2 黄柿坪矿区地质简图

上震旦统陡山沱组(Z2d)：分布于矿区南部，主要岩性为灰绿色绿泥千枚岩，其原岩为泥岩、泥质砂岩，地层倾向北北西—北北东，倾角45～50°，出露宽度约150～260m，与上覆地层灯影组第二段(Z2dn2)呈断层接触，其顶部千枚岩与断层(F1)接触处偶见有变晶糜棱岩，拉伸线理较发育。

上震旦统灯影组第二段(Z2dn2)：灯影组区域上可划分七段，矿区内仅出露第二段(Z2dn2)地层，分布于矿区北部，为一套白色厚层、中厚层白云石大理岩，大理岩中含少量泥质、石英条带，其原岩为一套碳酸岩盐沉积岩，受滑脱断层(F1)影响，灯影组第一段缺失，与下伏陡山沱组呈断层接触，且灯影组地层发生了倒转，地层倾向向南，倾角48～62°，出露宽度约280～410m；其底部大理岩中的泥质、石英条带在近断层(F1)处常被拉断呈香肠状或形成紧闭顺层褶皱。

2.2 构造

矿区F1断层为陡山沱组与灯影组之间滑脱断裂构造，自东向西横切矿区，出露长度大于1km，产状与南部陡山沱组千枚岩一致，倾向北北西—北北东，倾角35～65°。断层破碎带1～5m不等，破碎带内主要为石英脉，偶见断层角砾或变晶糜棱岩，多数地段破碎带不甚明显。F1断层上盘下降，下盘上升，为正断层。

2.3 岩脉

矿区岩浆岩不发育，仅在F1断层破碎带及陡山沱组顶部见石英脉。F1断层破碎带中顺断层出露一层石英脉，产状与断层一致，呈透镜状分布，自西向东延伸，厚度0.5～5m之间，沿走向上呈尖灭再现特征，脉体常见小的水晶晶洞，为本矿区的脉石英工业矿体；陡山沱组顶部在近F1断层处见少量细小石英脉，多无规律穿插于陡山沱组顶部千枚岩中。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿体赋存于陡山沱组与灯影组层间F1断层破碎带中，分布有Ⅰ-1、Ⅰ-2两个脉石英矿体。Ⅰ-1号矿体分布于矿区中西部，呈似层状产出，走向近东西向，倾向北北东，倾角43～65°，矿体走向长度550.54m，斜深25～67m，矿体厚度1.15～3.00m，平均厚度1.90m，厚度变化系数33.33%，厚度稳定。Ⅰ-2矿体分布于矿区东部，呈透镜状产出，走向北东东至南西西向，倾向北北西，倾角28～43°，矿体走向长度170m，斜深0～55m，矿体厚度0.59～4.19m，平均厚度1.73m，厚度变化系数95.7%，厚度不稳定。

矿体围岩主要为灯影组第二段(Z2dn2)白云石大理岩及陡山沱组(Z2d)千枚岩，其中灯影组第二段(Z2dn2)白云石大理岩为矿体顶板，呈黄—褐黄或白色，中厚层状，局部呈角砾状，其产状与矿体产状反向斜交，局部受断层影响形成牵引构造。陡山沱组(Z2d)千枚岩为矿体底板，呈灰绿色，鳞片变晶结构、千枚状构造，地表风化面局部松散状，矿体与千枚岩产状大体一致，顺层发育于千枚岩之上。

3.2 矿石矿物特征

矿石主要类型为脉石英，呈半透明—白色，粗粒粒柱状变晶结构，块状构造，油脂光泽显著，贝壳状断口，矿石质纯性脆，无解理，局部可见少量水晶晶簇。主要矿物成分为石英，含少量的泥质、铁质矿物，矿石镜下特征(图3)：石英(Qtz)含量近99%，半自形—他形粒柱状变晶结构，粗粒—伟晶结构，部分可见柱状晶体截面特征，表面光滑，波状消光，一级灰白干涉色，粒径0.01～25.0mm不等；泥质微量，粉尘状，浅黄褐色，零星分布于石英颗粒裂隙中；铁质少量，不规则粒状，微细粒，零散分布，粒径0.002～0.02mm之间。此外，靠近大理岩围岩处矿石局部含少量方解石、白云石，其含量一般＜2%。

图3 脉石英矿石镜下特征

3.3 矿石质量

Ⅰ-1矿体平均化学成分SiO298.05%、Al2O30.14%、Fe2O30.09%，SiO2中部含量最高99.49%，沿走向呈中部高，向东、西两侧略变低趋势，变化幅度2%～4%，沿深部方向无明显规律，总体质量稳定，有害成分Al2O3、Fe2O3沿走向和倾向无明显变化规律，较稳定[6]。Ⅰ-2矿体平均化学成分SiO298.09%、Al2O30.16%、Fe2O30.13%，SiO2最高99.16%，SiO2、Al2O3及Fe2O3含量沿走向和倾向变化不大，质量稳定(表1)。

表1 脉石英矿体化学成分一览表

3.4 包裹体特征

在Ⅰ-1矿体取样进行了包裹体测试，主要为富液相的气液两相原生包裹体[6]，偶见含子晶(S)的盐水溶液包裹体，包裹体中气包(L)与液相(V)界线明显，气液比大部分在10%～15%，包裹体体积小，变化不大，一般3～7μm，形态各异，以椭圆状、圆形为主，多成孤立状赋存与矿物中(图4)，少部分呈带状分布于矿物生长环带内。

图4 脉石英样品流体包裹体显微特征

根据均一温度分布特征(图5a)，样品测得的包裹体均一温度为154.85～275.35℃，平均值为227.63℃，峰值位于210～270℃之间，表明主要在该温度区间发生成矿作用[7]；冰点为-12.7～-3.4℃，按温度对成矿流体的盐度进行换算，其盐度含量主要集中在6%NaCl～14%NaCl(图5b)，均一状态主要为均一到液相，同时通过拉曼光谱测试，包裹体中的液相成分主要为H2O，气相成分为CO2，偶见含子矿物三相包裹体。包裹体成分主要为H2O和CO2，流体表现为中低温、低盐度特征。综合地质特征及流体特征，推断成矿流体为岩浆流体[8]。

图5 流体包裹体均一温度(a)及盐度(b)分布图

4 矿床成因

成矿物质来源：脉石英围岩为灯影组第二段(Z2dn2)白云石大理岩、陡山沱组(Z2d)千枚岩，其围岩中均不富含SiO2，结合流体包裹体特征，初步认为脉石英成矿物质来源为深部岩浆热液，该区域岩浆活动较频繁[9]，印支—海西期中酸性岩体、岩脉较发育，可为其提供酸性岩浆热液[10]，在某些特殊的环境下，产生富SiO2的流体。

控矿构造：矿体赋存于灯影组第二段(Z2dn2)白云石大理岩与陡山沱组(Z2d)千枚岩之间的F1滑脱断层中，该断层近东西向，为区域大断层的次级断层，可为富硅岩浆热液提供通道和赋存空间[11]。

成矿作用：印支—海西期酸性岩浆热液在特定的条件下形成的富SiO2的流体，并伴有大气降水和地壳中的物质，沿区域大断裂的次级断裂向上运移，在断裂上部物理化学条件发生变化的地段沉淀冷却结晶形成脉石英[12]。