吉林省磐石地区硅灰石成矿条件及找矿远景分析

徐山， 宋国争，颜秉超，张小刚，王浩，齐保国

1.吉林省第一地质调查所，吉林 长春 130033；2.吉林省地矿信息中心，吉林 长春 130061；3.吉林省基础地理信息中心，吉林 长春 130062；4.吉林省地质矿产勘查开发局， 吉林 长春 130061；5.吉林大学朝阳校区图书馆，吉林 长春 130026

0 引言

硅灰石作为一种非金属矿物，自20世纪60年代以来开始在世界范围内广泛应用。随着科学技术的不断发展，硅灰石应用已经由最初的陶瓷、油漆涂料、冶金材料、塑料，开始向更广泛的领域发展。如摩擦材料、绝缘材料、玻璃制品和高分子复合材料等。而在更远的未来，硅灰石作为一种优质矿物原料，必然会为我们的经济发展带来更大的经济效益。我国是硅灰石矿产资源较丰富的国家，硅灰石探明储量位居世界前列。同时，吉林省又是我国硅灰石矿最主要产区，目前已发现硅灰石矿30余处，其中特大—大型矿床8处，主要分布在四平、磐石等地[1]。磐石地区因其特殊的地质条件，其境内硅灰石矿产仍具有较大的潜力(图1)。

图1 区域地质简图Fig.1 Regional geologic sketch1.石炭系磨盘山组；2.石炭系石嘴子组；3.奥陶系小三个顶子组；4.奥陶系黄莺屯组；5.燕山期侵入岩；6.印支期侵入岩；7.华力西期侵入岩；8.断裂构造；9.硅灰石矿床。

1 区域地质背景

磐石地区在南华纪—中三叠世大地构造分区中，地处柴达木—华北板块(Ⅰ)、华北陆块北部陆缘造山带(Ⅱ)、哈兰达岭—英额岭新元古代—古生代叠覆造山亚带(Ⅲ)，下二台—江域残留早古生代增生楔(Ⅳ)与西保安—青龙村新元古代残留构造岩片(Ⅳ)构造单元之上。中—新生代构造分区中地处长白山陆缘火山盆岭叠加构造带的张广才—哈达岭火山沉积隆盆带中。

1.1 地层

研究区地层较发育，约占磐石地区总面积的30%，主要出露有古生代及中生代火山岩。古生界奥陶系黄莺屯组和小三个顶子组，以及石炭系的磨盘山组与石嘴子组与硅灰石成矿有关。

黄莺屯组和小三个顶子组主要分布在红旗岭镇—驿马乡一带。其中黄莺屯组是以含电气石榴二云斜长片麻岩、黑云斜长变粒岩、角闪斜长变粒岩、蓝晶石片岩等为主，夹由多层硅质条带大理岩组成的一套变质岩层。其底部有花岗岩侵入，顶部与大理岩或含石墨大理岩的小三个顶子组呈整合接触；小三个顶子组主要岩性为硅质条带大理岩、含石墨大理岩、厚层状大理岩夹薄层变粒岩、石英岩。

磨盘山组和石嘴子组主要分布在牛心镇—明城—烟筒山一带。磨盘山组主要为一套由厚层、中厚层灰岩、含燧石结核(或条带)灰岩、砂屑灰岩、亮晶灰岩互层的一套地层，夹硅质岩、白云岩，其厚度具有由南向北逐渐增厚的趋势，同时燧石也是逐渐增多，由结核渐变为条带，局部可见厚度1 m以上的硅质岩层。石嘴子组下部为巨厚的白色大理岩夹条状结晶灰岩，上部为黄、黄褐色砂岩、浅灰色千枚状页岩、凝灰质砂岩夹数层泥质灰岩，上覆二叠系砂板岩。

1.2 侵入岩

侵入岩主要有华力西期、印支期、燕山期中酸性岩体及少部分基性、超基性岩体。岩性主要包括二长花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、正长花岗岩、闪长岩、辉长岩和辉橄岩等，其中与硅灰石矿产关系密切的主要为酸性岩体[2]。

1.3 构造

受多期次岩浆活动影响，区内构造条件较为复杂。区域上主要断裂构造包括伊舒断裂带、敦密断裂带、黑石—烟筒山断裂带及吉昌—土顶子断裂带，区域上研究区外北侧为伊舒断裂带(NE)，区外南侧为敦密断裂带(NE)。

黑石—烟筒山断裂带(NW)则由南向北贯穿研究区。该断裂南起黑石镇，向北西延伸经官马至烟筒山。断裂总长大于80 km，宽约4 km，总体走向310°～320°，由4条近平行的断裂构成，总体倾向北东。该断裂带控制了研究区内黄莺屯组、小三个顶子组的分布及其周边侵入岩的分布，西错草硅灰石矿和南错草硅灰石矿产在该断裂带内。

吉昌—土顶子断裂(NW)位于黑石—烟筒山断裂带南西一侧，总体与之平行。断裂带长约16 km，断裂面倾向30°～50°，倾角60°左右，带内花岗岩强片理化、糜棱岩化。该断裂地表多为第四系所覆盖。长崴子硅灰石矿和孟家硅灰石矿床产在该断裂带内。

2 区域硅灰石矿床特征及成矿条件分析

磐石地区目前已发现大型硅灰石矿床4处，分别是北部的长崴子硅灰石矿、孟家硅灰石矿，以及中东部的驿马乡西错草和南错草硅灰石矿。

长崴子硅灰石矿与孟家硅灰石矿分别位于磐石北部烟筒山镇长崴子村与孟家村，矿体受地层控制，赋存在接触带外带一侧的磨盘山组上部及石嘴子组下部的硅质大理岩、硅质条带和硅质结核大理岩中。矿体产状与地层基本一致，为层状、似层状或透镜状，矿石类型为团块状、条带状和致密块状矿石，以致密块状矿石为主[3]。

矿床受土顶子—吉昌断裂(NW)控制，该构造平行于黑石镇—烟筒山断裂带(NW)。矿体产于北西向断裂与其次一级北东向、东西向断裂交汇部位。

矿体赋存空间位于华力西期及印支期侵入岩体与碳酸盐接触带靠近地层一侧，一般在接触带200 m以内。接触带形态越复杂，对成矿越有利。

西错草和南错草硅灰石矿位于磐石地区中东部，分别位于驿马乡西错草村和南错草村。矿体也是受地层控制，主要赋存在奥陶系小三个顶子组中。

矿床受黑石镇—烟筒山断裂带控制，矿体产在北西向断裂与次级近东西向断裂交汇部位。

矿体以条带状赋存于硅质条带大理岩中，形态呈不规则状。矿石类型以纤维柱状块状构造为主，其次为致密块状、团块状和条带状构造。

综上，硅灰石矿床总体受地层、构造、岩浆岩控制。研究区内硅灰石矿产主要产于侵入岩体与地层接触带中靠近黄莺屯组、小三个顶子组、磨盘山组及石嘴子组中的硅质碳酸盐岩中，产出部位多为构造交汇部位，接触带形态越复杂，接触面积越大，提供的热能越充足，成矿可能性越大。

3 矿床成因探讨

3.1 地层与成矿关系

资料表明，分布于吉中地区的浅海相硅质碳酸盐建造与硅灰石矿产关系密切。研究区内含硅质碳酸盐建造的地层主要有奥陶系的黄莺屯组和小三个顶子组，石炭系的磨盘山组和石嘴子组。这些地层中的含硅质碳酸盐岩(大理岩或结晶灰岩)是硅灰石矿的主要赋存层位。

3.2 侵入岩与成矿关系

本地区经历了华力西期、印支期和燕山期等不同期次的多期次的岩浆侵入活动，为硅灰石矿的形成提供了丰富的热源，使得成矿作用更加彻底和充分。矿体均产于岩体与碳酸盐岩接触带或其附近。接触带形态越复杂(如岩体转弯处或凹陷处)，接触变质条件越充分，硅灰石成矿条件越充分。区内与硅灰石成矿有关的侵入岩包括基性到酸性岩，但总体看，酸性岩体与硅灰石成矿关系最为密切。

3.3 构造与成矿关系

资料显示，本地区大型硅灰石矿床均产在北西向断裂与其次级断裂构造交汇部位，说明，北西向断裂构造为岩体的侵入提供了足够的空间，而构造交汇部位又为岩浆二次侵入提供了通道，从而为硅灰石成矿提供了充足的热源，使得硅灰石成矿作用更加充分彻底。

3.4 变质作用与成矿关系

本地区硅灰石成矿作用大致分为三个阶段，早期的大规模区域变质阶段，热接触变质作用阶段和局部的接触交代变质作用阶段。

早期的大规模区域变质阶段使得成矿层位中的钙质、硅质重结晶，初步形成了硅质结晶灰岩、大理岩，这一阶段为硅灰石矿的形成提供了物质基础，初步形成了含矿层；而后多期次的岩浆活动使得含矿层进入了热接触变质阶段，早期，钙质、硅质进一步重结晶，形成了硅质大理岩；晚期，通过变质结晶作用，硅质、钙质重组合，形成硅灰石；部分矿床(南错草硅灰石矿)在热接触变质作用过程中，又叠加了接触交代变质作用。该类型硅灰石矿围岩蚀变较单一热接触变质型硅灰石矿床尤为发育，尤其是矽卡岩化。由于该类型硅灰石矿体多呈具有粗大纤维状晶体的硅灰石单矿物脉产出，使其矿石物质成分具有更加稳定的特征。

3.5 矿床成因分析

本地区硅灰石矿床成因主要有2种，层控热接触变质型和层控热接触—接触交代变质型[4]。而由于接触变质作用的连续性和多阶段性，这两种成矿作用往往又同时出现在一个矿床中，只是由于发育程度不同，从而划分为不同的矿床成因类型。

4 找矿方向及远景

4.1 找矿方向

通过以上分析及省内硅灰石矿产资料，磐石地区硅灰石矿产具有地层控矿、构造控矿、岩体控矿的鲜明特征，是以热接触变质和热接触交代变质作用为主要成因的矿产。现总结磐石地区硅灰石矿产找矿方向如下，以供参考。

(1)小三个顶子组、磨盘山组和石嘴子组中的硅质碳酸盐建造是区内硅灰石矿产主要赋矿层位，黄莺屯组在省内也有硅灰石矿化存在。

(2)北西向断裂构造为磐石地区硅灰石矿产主要控矿构造。磐石地区北部以吉昌—土顶子断裂带为主，东部以黑石—烟筒山断裂带为主。硅灰石矿产多产于北西向断裂与其次级北东向或东西向断裂交汇部位。

(3)硅灰石矿产主要赋存于岩体与地层接触带上外带，一般不超过200 m。矿体多产于岩体转弯、凹陷处以及接触形态复杂的部位。同时多期次的岩浆活动叠加对硅灰石充分结晶有利。

4.2 找矿远景分析

磐石地区目前有大型硅灰石矿4处，分别位于北部长崴子、孟家一带，以及东部驿马乡错草村一带。从这两地成矿地质条件看，是寻找硅灰石矿产有利地区。在其外围也已发现10处硅灰石矿点，如三泉西、片石流等成矿远景广阔。