福建云霄岩田山伊利石矿地质特征及成因探讨①

2021-11-02季一君

福建地质 2021年3期

季一君

(福建省地质测绘院，福州，350011)

云霄岩田山伊利石矿床发现于2006年，而早期作为高岭土矿开展地质勘查工作，福建省闽东南地质大队在岩田山开展了地质普查和矿山资源储量核实工作(1)福建省闽东南地质大队，福建省云霄县岩田山矿区高岭土普查地质报告，2006。(2)福建省闽东南地质大队，福建省云霄县岩田山矿区高岭土矿资源储量核实报告，2013。，并提交了高岭土矿资源量。紧接着，福建省地质测绘院又先后在该区开展了岩田山伊利石矿床储量核实和成矿机理研究(3)福建省地质测绘院，福建省云霄县岩田山矿区高岭土矿资源储量地质报告，2017。(4)福建省地质测绘院，漳州市云霄县岩田山一带伊利石矿床成矿机理研究报告，2020。收稿日期：2021-07-06作者简介：季一君 (1988-)，男，工程师，地质学专业。，确认岩田山矿石主要成分为伊利石，应属伊利石矿床。笔者通过总结岩田山伊利石矿床地质特征，对矿床成因进行了初步探讨，期望今后在寻找同类型矿床提供思路和借鉴。

1 区域地质背景

研究区大地构造位于东南沿海中生代岩浆带福鼎—平和断陷带，处于上杭—云霄构造带与平潭—东山剪切构造带交界部位。

区域内发育有中生代地层，主要有晚三叠世文宾山组陆相沉积的灰色石英砂岩、含砾砂岩、粉砂岩和炭质泥岩，早侏罗世梨山组陆相盆地沉积的砂砾岩、砂岩和粉砂岩，晚侏罗南园组第二、三、四段陆相火山岩以及第四系冲洪积层。区域上发育有北东向断裂(F1)和北西向断裂(F2)；侵入岩分布于矿区外围，主要见有晚侏罗世正长花岗岩和花岗闪长岩。矿体产于南园组第二段酸性火山碎屑岩中，矿体围绕岩田山火山喷发中心呈放射状分布(图1，2)。

图1 云霄岩田山矿床区域地质图Fig.1 Regional geological map of Yantianshan deposit in Yunxiao county1—第四系；2—晚侏罗世南园组第四段；3—晚侏罗世南园组第三段；4—晚侏罗世南园组第二段；5—早侏罗世梨山组；6—晚三叠世文宾山组；7—晚侏罗世花岗闪长岩；8—晚侏罗世正长花岗岩；9—伊利石矿体；10—火山岩相界线；11—角度不整合界线；12—断层；13—环状断裂；14—放射状断裂；15—岩田山火山喷发中心；16—英安质晶屑熔结凝灰岩；17—流纹质晶屑熔结凝灰岩；18—流纹质(含角砾)岩、玻、晶屑凝灰岩；19—流纹质角砾晶屑凝灰岩；20—面理产状；21—硅化/次生石英岩化；22—伊利石化/高岭石化；23—A-A'剖面图位置；24—岩田山矿区位置

图2 云霄岩田山矿区A-A′地质剖面图Fig.2 A-A′ geological profile map of Yantianshan deposit in Yunxiao county1—晚侏罗世南园组第二段；2—流纹质(含角砾)岩、玻、晶屑凝灰岩；3—流纹质晶屑熔结凝灰岩；4—流纹质角砾晶屑凝灰岩；5—岩性界线；6—硅化 / 伊利石化；7—放射状断裂；8—伊利石矿体

2 矿区地质特征

2.1 矿区地层

矿区出露的地层较单一，仅出露晚侏罗世南园组第二段的酸性火山碎屑岩，其主要岩性组合为流纹质角砾晶屑凝灰岩、流纹质晶屑玻屑凝灰岩、流纹质晶屑熔结凝灰岩。地表岩石风化程度较强，呈松散-半固结状。强风化层受剥蚀影响，厚度较薄，弱风化层较厚，厚度为30～50 m，平均厚度40 m。

2.2 构造

矿区内未见有明显的断裂构造迹象，局部发育节理裂隙，裂隙产状160°∠80°，裂隙密度一般为3～5条/m。

2.3 岩石类型及火山构造

2.3.1 岩石类型

矿区主要出露岩石类型有流纹质角砾晶屑凝灰岩、流纹质含角砾晶玻屑凝灰岩、流纹质晶屑凝灰岩和流纹质晶屑熔结凝灰岩。

流纹质角砾晶屑凝灰岩：主要分布于岩田山火山喷发中心部位，平面呈椭圆形产出。岩石呈灰白色，角砾晶屑凝灰结构，角砾成分为流纹岩、流纹质熔结凝灰岩，呈不规则棱角状，大小为3～15 mm，含量为10%～15%；晶屑粒度为0.2～2.0 mm，含量为15%～30%，主要矿物为钾长石、石英，次为斜长石及少量黑云母，长石矿物大多发生不同程度的伊利石化、高岭土化，但保留较好长石外形，黑云母均发生绿泥石化、伊利石化，火山灰均已发生伊利石(水云母)化、硅化。

流纹质含角砾晶玻屑凝灰岩：主要分布于岩田山火山喷发中心附近，呈环状展布。岩石呈灰白色，含角砾晶玻屑凝灰结构，角砾成分为流纹岩、流纹质熔结凝灰岩，呈不规则棱角状，大小为3～10 mm，含量为3%～5%；晶屑呈崩碎的尖棱角、碎屑状，主要矿物为长石、石英，粒度为0.2～2.0 mm，含量为15%～20%，长石晶屑大多发生伊利石化，仅保留较好长石外形；玻屑呈弓形、楔形等奇特的弧面多状，脱玻化中心被细小鳞片状伊利石取代，边缘被隐晶状的石英取代，多数外形变得模糊，有些甚至消失，含量为10%～15%；火山灰均已发生伊利石化或重结晶呈长英质。

流纹质晶屑凝灰岩：主要分布于南园组第二段底部，呈半环状展布。岩石呈灰白色，晶屑凝灰结构，晶屑呈尖棱角、碎屑状，主要矿物为钾长石、石英，少量为斜长石和黑云母，粒度为0.2～2.0mm，含量为15%～30%，长石晶屑部分发生伊利石化和高岭土化；火山灰部分重发生结晶呈长英质或被伊利石(水云母)取代。

流纹质晶屑熔结凝灰岩：主要分布于岩田山火山喷发中心外侧，呈环状展布，岩石呈灰白色，晶屑熔结凝灰结构，由晶屑、浆屑和火山灰组成。晶屑呈尖棱角、碎屑状，主要矿物为钾长石、石英，少量为斜长石和黑云母，粒度为0.2～2.0 mm，含量为20%～30%，长石晶屑部分发生伊利石化和高岭土化；浆屑多呈火焰状、透镜状、撕裂状，边界清楚，分布不均匀，含量为15%～25%，部分脱玻化被细小鳞片状伊利石取代；火山灰部分重结晶呈长英质。

2.3.2 火山构造

岩田山为南园组第二段火山岩组成的Ⅴ级穹状火山构造，火山喷发中心为崩落堆积相的流纹质角砾晶屑凝灰岩，向外依次为空落堆积相的流纹质(含角砾)晶玻屑凝灰岩、碎屑流堆积相的流纹质晶屑熔结凝灰岩和空落堆积相的流纹质晶屑凝灰岩，围绕火山喷发中心呈环状、半环状分布，地层倾角较缓、内倾，一般为15°～18°，火山喷发中心周围发育环状、放射状断裂，Ⅰ和Ⅱ伊利石矿体均位于放射状断裂中，区内未见侵入岩出露。

2.4 矿体地质特征

2.4.1 矿体规模、形态和产状

Ⅰ矿体贮存于F3放射状断裂中，呈透镜状产出，走向64°，倾向北西，倾角75°，矿体控制长约350 m，宽100～150 m，平均厚度为39.34 m。

Ⅱ矿体贮存于F4放射状断裂中，呈透镜状产出，走向18°，倾向北东，倾角85°，矿体长约150 m，宽约105 m，平均厚度为12.5 m。

2.4.2 矿石特征

矿石自然类型主要为石英-伊利石型。

矿石结构为含角砾晶玻屑凝灰结构、显微鳞片变晶结构;矿石构造为块状构造、显微定向片状构造。

2.4.3 矿石矿物特征

矿石主要由伊利石和石英组成，少量绢云母、叶蜡石和高岭石，其中伊利石矿物含量为55%～90%，石英为5%～10%，绢云母小于5%，叶蜡石和高岭石小于5%。XRD衍射鉴定结果同样表明，岩田山矿石主要由伊利石、石英等组成(图3)。

图3 岩田山矿区矿石XRD衍射分析结果图Fig.3 Results plot of ore XRD diffraction analysis of Yantianshan deposit

2.4.4 矿石化学成分

矿石主要化学成分SiO2含量为67.75%～82.62%，平均为76.01%；Al2O3含量为11.17%～17.32%，平均为13.45%；Fe2O3含量为0.44%～6.1%，平均为1.66%；K2O含量为2.55%～5.29%，平均为3.71%；TiO2含量为0.062%～0.362%，平均为0.13%。

矿石主要有用组分有Al2O3，根据矿区地质勘查工业指标论证报告，要求Al2O3含量为≥11%。综合岩田山矿床矿石Al2O3含量特征，认为该矿石均能达到该品位。根据矿石的加工产品用途，矿石对白度的要求较高。白度指标主要反映在原矿中Fe2O3、TiO2含量的高低。根据加工产品的技术指标，矿石白度≥70，综合岩田山矿区地质特征及矿石质量指标的实际情况，Fe2O3+ TiO2工业品位≤6.0%，边界品位≤7.0%，其中，TiO2均要求≤1%。根据分析成果，矿石同样能达到其相关指标。

2.4.5 矿化蚀变

主要矿化蚀变类型为伊利石化、高岭土化，其中伊利石化是矿床最重要的矿化蚀变类型。围岩蚀变主要为硅化。

3 矿石风化程度与矿石中片状矿物含量的关系

对矿区钻孔岩芯中矿石在不同风化程度与片状矿物含量变化情况进行统计发现，弱风化矿石中的片状矿物含量高于微风化和未风化基岩的片状矿物含量(表1)。

表1 矿石风化程度与矿石中片状矿物含量变化情况对比

根据扫描电镜分析结果显示片状伊利石含量超过90%(图4-a)，片状伊利石矿物含量为70%，石英含量为30%(图4-b)。伊利石形态大多表现为尖角直边状薄片或呈板条状，矿物定向明显。张天乐[1]、杨瑞[2]认为，呈尖角直边状薄片或呈板条状的伊利石为热液蚀变或成岩变质成因，边界圆滑的伊利石为碎屑成因。故岩田山伊利石矿具有非常典型的热液蚀变成因。从矿石中统计的风化层中片状矿物含量增多，很可能是由于矿石经后期化学风化作用，矿物成分发生变化，形成了新的次生片状矿物所致。

图4 ZK1102dj2矿石电镜照片和ZK1102dj3矿石电镜照片Fig.4 ZK1102dj2 ore EM photos and ZK1102dj3 ore EM photos

4 矿床成因初探

4.1 控矿因素

岩田山矿区控矿因素主要为热源-酸性火山碎屑岩-矿化蚀变-火山机构四位一体是岩田山伊利石矿床成矿的重要条件。

4.1.1 与成矿有关的地层

岩田山伊利石矿主要贮存于酸性火山碎屑岩中，容矿围岩为流纹质含角砾晶玻屑凝灰岩。由于伊利石矿物为含钾的铝硅酸岩，而酸性火山岩富K+、Na+和Al3+，有利于形成伊利石矿物；火山碎屑岩孔隙较多，有利于深部热液渗透上升和交代作用；玻屑、浆屑、长石碎屑含量愈多，化学性能不稳定，容易发生交代作用形成伊利石矿床。因此，燕山期高钾钙碱性流纹质晶玻屑凝灰岩是形成岩田山型伊利石矿床的有利条件。

4.1.2 矿化对成矿的控制

在酸性介质条件下，酸性火碎屑岩中钾长石分解生成高岭石，高岭石与溶液中K+离子产生化学反应生成伊利石，并伴随着物质的带入带出，在空间上形成以伊利石矿为中心，往外逐渐转变为硅化-伊利石化带和硅化带。因此，矿化蚀变对岩田山型伊利石矿床起着决定作用。

4.1.3 火山构造对成矿的控制

放射状断裂是火山气液活动的有利部位，也是储矿的有利空间。岩田山伊利石矿体围绕火山喷发中心分布，2个伊利石矿体均贮存于火山构造的放射状断裂中，且矿体产状与放射状断裂产状基本保持一致，充分表明火山构造的放射状、环状断裂在成矿过程中起到热液通道的作用。

4.1.4 岩浆活动对成矿提供热源

晚侏罗世晚期多阶段大规模岩浆侵入，形成矿区外围西北部正长花岗岩岩基和东北部花岗闪长岩岩基，反映岩田山区域上存在强烈的岩浆活动，可能为矿床的矿化蚀变提供了热源及热液。

4.2 成矿模式探讨

岩田山矿区矿石矿物组合为伊利石+高岭石+叶蜡石+石英，属中低温矿物组合。晚侏罗世岩田山地区发生大规模火山喷发和岩浆侵入活动，形成岩田山火山喷发中心；之后由于地下岩浆抽空，造成火山喷发中心崩塌形成一系列环状、放射状断裂。在晚侏罗世火山作用后期，残余的火山气液或深部岩浆气液沿环状、放射状断裂上升运移，在酸性介质条件下，热液交代围岩，如下列反应式①和②[3]，火山碎屑岩中的钾长石溶解生成高岭石，高岭石进一步与溶液中K+离子产生化学反应生成伊利石，充填于放射状或环状断裂中，形成伊利石矿体，伴随SiO2、K、Na向上迁移扩散，形成伊利石-石英化带和石英化带(图5)。

4KAlSi3O8(钾长石)+2H++H2O→Al2(Si2O3)(OH)4(高岭土)+4SiO2(硅质)+2K+①

3Al2(Si2O3)(OH)4(高岭土)+2K+—→2KAl3Si3O10(OH)2(伊利石)+2H++3H2O ②

图5 岩田山一带伊利石矿成矿模式Fig.5 Illite mine mining mode in the Yantianshan area1—早侏罗世梨山组；2—晚侏罗世南园组第二段；3—伊利石矿体；4—放射状断裂；5—流纹质晶屑凝灰岩；6—流纹质晶屑熔结凝灰岩；7—流纹质晶玻屑凝灰岩；8—流纹质角砾晶屑凝灰岩；9—砂岩、粉砂岩；10—伊利石化/硅化；11—热液运移方向； 12—花岗岩

5 讨论

岩田山矿区在地表或近地表的风化、半风化矿体中，片状伊利石矿物的含量往往较高，前人曾认为岩田山矿床伊利石矿属次生风化型，是由南园组第二段流纹质晶玻屑凝灰岩中的长石晶屑或长英质火山灰风化褪变形成了伊利石。然而通过野外调查，结合XRD衍射和扫描电镜分析研究，认为岩田山矿区伊利石矿实属热液蚀变型，而非风化型，其证据如下。

(1)风化型伊利石矿体形态应受地表地形控制，平面上呈不规则形状，不可能严格贮存于火山机构的放射状断裂中，而实际上岩田山伊利石矿体贮存于火山机构的放射状断裂中，呈陡倾透镜状、脉状产出，严格受构造控制。

(2)岩田山伊利石矿体在空间上表现为与伊利石化带、石英化带相伴生，反映出矿体的形成与热液紧密相关，顶部的“硅帽”便是直接证据，这与浙东地区多地的伊利石矿床成因相同[4]。

(3)岩田山伊利石矿在远离放射状断裂的流纹质熔结凝灰岩中，虽然风化强度近似，但未见有矿体的出现。

(4)电镜结果显示，伊利石片状矿物外形呈尖角直边状薄片或呈板条状，矿物定向明显，为典型的热液蚀变成因。风化层中的片状矿物含量高于底部微风化及未风化基岩层，很可能是次生片状矿物增生的缘故。