大别山西段脉石英矿成矿潜力探讨

王纪平，周 辉，马 群，张广山，李永良，郑颖超

(中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队，河南 信阳 464000)

脉石英的矿物几乎全部为石英，SiO2含量一般98%以上，是加工高纯石英砂理想的矿物原料。高纯度石英广泛运用于光伏、电子信息、光通讯和电光源等行业，在新材料新能源战略新兴产业中具有主要的地位和作用[1]。我国暂未发现能稳定满足工业生产需要的高纯石英原料优质资源[2]。脉石英矿床规模小，开采难度大，也并非所有的脉石英能提纯加工为高纯石英[3]，寻找规模大、质量稳定的石英矿资源，对解决我国高纯石英原料困境具有重要意义。大别山西部地区在其漫长的构造演化中，经历了多期次的构造叠加，侵入岩和火山活动强烈，处于高压超高压变质带上，变质作用普遍发育，为高质量脉石英成矿创造了有利的条件。国内外学者认为，变质岩地区的石英是高纯石英原料的主要产地，因为变质作用可以使石英产生重结晶，也可以使得石英晶体中某些元素含量降低，形成较高纯度的石英[4-5]。在该区内高纯脉石英找矿具有较大潜力。

本文通过对大别山西部地区脉石英的区域地质背景、地质条件、脉石英矿石特征和成矿要素分析研究，探讨了脉石英矿的成矿潜力，总结了矿床成因，为下一步在该地区脉石英找矿工作指出了方向。

1 区域地质背景

研究区位于桐柏—大别造山带中段，东以商(城)—麻(城)断裂为界，是华北板块与扬子板块之间的碰撞造山带的一部分[6-7]。大别造山带西段经历了不同时代、不同构造环境的多期次造山作用[8-9]，印支期的主要变形期和高压动力变质时期，燕山期的主要造山期，基底剪切引起地壳重熔，引起大范围的热流变质作用[10]。按造山带岩石学特征，以区域性和分划性的八里畈韧性剪切带为界，将该区分为南秦岭变质带及大别核杂岩变质带。侵入岩和火山活动强烈，变质作用普遍，为多种矿床成因类型和多种富集成矿创造了有利的物质前提和条件。复杂多样的构造型式，为各类矿产的形成、成矿物质的迁移、聚集创造了有利的空间[11](图1)。

图1 脉石英成矿背景图

1.1 地层

区域内地层由大别核杂岩变质带和南秦岭变质带(南秦岭地层)分区组成，前者地层主要为大别岩群和浒湾岩组，南秦岭变质带内的肖家庙岩组、南湾组、第四系等。

(1)大别岩群主要由黑云斜长片麻岩、含榴白云斜长片(麻)岩、斜长角闪(片)岩、白云石英片岩(构造片岩)及磁铁浅粒岩、榴辉(闪)岩透镜体等组成。各类岩石与榴辉岩之间多呈渐变过渡的退变质特征，片麻岩中见红帘石、含柯石英假象石榴石等(超)高压变质矿物，大别岩群原岩为基性火山岩—酸性火山岩。

(2)浒湾岩组为一套经过多期变形变质改造的带状无序构造岩石单位，是由多个形成于不同的构造环境、不同成因、不同时代的构造岩块，变质岩块为一套经历角闪岩相变质的白云(二云)二长片麻岩、含榴白云斜长片麻岩、眼球状白云(二云)二长(钾长)片麻岩(构造片麻岩)、斜长角闪片岩为主。原岩为一套以中基性—酸性火山岩为主。

(3)肖家庙岩组为一套经受了强烈剪切置换的成层无序变质地层，原生沉积构造保留较少，只能建立构造地层单位。主要岩性为白云斜长片岩、绿帘绿泥斜长角闪片岩、(铁质)白云钾长片岩等。

1.2 构造

区域内构造发育，主要呈近东西向、北北西向展布，主要构造有：龟山—梅山断裂、桐柏—商城深大断裂(鸡公潭韧性剪切带)、大别核杂岩变形带与南秦岭变形带之间的分划性断裂晓天—磨子潭断裂(八里畈韧性剪切带)、白洼韧性剪切带、天台山背斜(卡房穹窿)、周河片麻岩穹窿、东河—卡房断层等，南北向商城断裂将大别山分为东西两段，构成了本区构造基本格架。各构造单元在经历了漫长构造演化，至燕山期前已固结成为一个整体，开始接受脆性变形的改造。主要表现为各种性质、多种方向的脆性断裂及节理、劈理的发育，这些构造共同构成了区内脉石英的控矿构造[12]。

1.3 岩浆岩

研究区内岩浆岩极发育，各地质时期均有不同程度的岩浆活动，其中酸性侵入岩占绝对优势。主要有：位于区内南部的新元古代田铺花岗闪长质片麻岩和周河二长花岗质片麻岩、晚古生代王母观变辉长岩带、四面山含榴花岗岩、晚侏罗世的朴店二长花岗岩和伏山石英二长闪长岩、早白垩世的(达权店、新县、女人寨、香子岗、烧香尖)二长花岗岩、(油榨河、打帽岭、牢山、新县)独立侵入体[13-14]等。此外，还有花岗斑岩脉、花岗岩脉、石英钠长斑岩脉、闪长玢岩脉和石英脉，侵入时代以燕山晚期为主。频繁的岩浆活动为脉石英的成矿提供了富硅流体和流体迁移热能，为本区内脉石英的形成提供了良好的物质来源。

1.4 变质作用

该地区为变质岩区，以区域变质岩为主，还包括(超)高压变质岩、动力变质岩、混合岩和气液—热液蚀变岩等。区内变质地层时代的不同，其变质作用类型、程度及原岩类型均有较大差异，以晓天—磨子潭断裂和白洼韧性剪切带为界，区域上划分出现了三个岩片(带)：大别变质块体、浒湾变质块体、南秦岭变形带变质岩。多期次叠加变质作用，使得老地层及早期侵入岩体在变质作用下，形成富硅热液沿断裂构造运移并充填于裂隙空间内形成脉石英。

2 脉石英矿找矿靶区特征

2.1 卡房居畈村—卡房村脉石英找矿靶区

靶区位于大别核杂岩变质带内，区内脆性构造发育，主要表现为各种性质、多种方向的脆性断裂，岩性主要由高压变质的田铺序列花岗质片麻岩系及其中的大别岩群包体、榴辉岩包体组成，含硅质成分的片麻岩建造在经历榴辉岩相退变质及角闪岩相退变质过程中形成的大量富硅热液，为脉石英成矿提供了条件。

该区脉石英赋矿围岩为下元古界卡房岩组的混合质白云二长片麻岩，白云二长(斜长)片麻岩、浅粒岩、白云石英片、榴闪岩、斜长角闪岩等，即为白云母—钠长石—石英及微斜长石—钠长石—石英一系列矿物组合，富硅的变质岩建造；在区内出露一条长约6km、宽40～70m的脉石英，为后期高纯脉石英的形成提供了物质来源。

控矿构造为天台山背斜中段卡房穹窿构造破碎带，背斜轴部易形成张性裂隙，提供脉石英成矿空间；北西向、北东向断裂发育，这些断裂多呈现张扭性或压扭性，主要断层为东河—卡房断层和滠水断层(图2)。

图2 卡房地区脉石英矿地质简图

区内共发现石英脉33条(表1)，主要呈北北西和北东东向断续延伸，总体上与卡房穹窿的构造线方向一致。其中1～3m的石英脉16条，大脉占48.5%。石英脉的形状决定于形成时构造裂隙的形状，多呈脉状、透镜状，少数呈不规则脉状。主要有砂糖状和致密块状两种类型(图3a、b)，砂糖状脉石英乳白色、白色，半透明，表面风化受铁质浸染，局部沿裂隙染有红色或黄褐色水锈斑或铁质浮膜；致密块状脉石英主要为石英集合体呈乳白—灰白色，不透明—半透明，细晶—微晶结构不含晶，断面具油脂光泽。脉石英杂质充填较少，对脉石英的质量影响较小。石英脉的围岩主要为片麻岩，两侧围岩具强烈的硅化、绢云母化、绿泥石化。部分石英脉边部蚀变形成薄层的暗色边，在接触带上云母片有集中变大的现象[15]。

图3 脉石英矿石照片

表1 脉石英产出特征统计

卡房地区脉石英经化学成分测试，SiO2含量最高值为99.13%，最低值为98.07%，平均品位为98.84%。对区内的脉石英进行拉曼光谱测试，脉石英样品流体包裹体主要成分为H2O、CO2、N2，以气液两相包裹体为主(图4)，有利于在深加工中包裹体的去除。脉石英矿杂质较少，矿石质量较好，可满足近年来脉石英附加值高的应用领域要求。

图4 脉石英中包裹体显微特征及Raman数据

2.2 新县钱大塆脉石英找矿靶区

钱大塆脉石英矿找矿靶区位于南秦岭变质带(南秦岭地层)分区内，围岩主要为肖家庙岩组和王母观变辉长岩。肖家庙岩组以绿帘斜长角闪片岩、绿帘钾长角闪片岩、黑云(二云)斜长片岩为主，含少量的含榴二云斜长(石英)片岩、黑云母片岩，普遍具糜棱岩化，其原岩为具双峰式特征的中基性—酸性火山岩及火山碎屑岩；王母观变辉长岩带岩石类型主要为片麻状辉长岩、糜棱岩化辉长岩，形成时代应为海西晚期。

脉石英矿产出主要受桐柏—商城大断裂(鸡公潭韧性剪切带)和晓天—磨子潭断裂(八里畈韧性剪切带)的次级断层、节理、裂隙等控制。王母观辉长岩岩体严格受鸡公潭韧性剪切带控制，总体展布方向平行于该剪切带，属被动侵位。

区内发现了27条脉石英(表1)，主要分布在肖家庙岩组构造裂隙中和王母观岩体接触带上。脉石英产状受剪切带和断层构造影响，主要呈北北西和北东东向断续延伸(图5)。其中1m以上的的脉石英17条(大于1m为大脉)，大脉占62.9%。矿体多呈脉状、透镜状，少数呈不规则脉状。大脉具有较好的延伸性，长度延伸一般大于20m，有的长度超过百米，石英脉宽1～3.5m，最宽达8m。大脉附近多发育次级的中脉及细脉。

图5 苏河镇钱大塆脉石英矿地质简图

区内脉石英矿石主要有致密块状和砂糖状(图6a、c)两种类型。致密块状脉石英以瓷白色为主，部分呈浅灰色、浅黄色等，块状构造，岩石弱透明，具油脂光泽，以瓷白色不透明特征区别于其他。砂糖状脉石英呈乳白色、白色、无色，砂糖状结构，块状构造，半透明—透明，个别不透明。矿物成分以石英为主，含量大于90%，少量长石、云母、黄铁矿等。区内矿石经测试分析SiO2含量最高值为99.07%，最低值为96.29%，平均品位为98.28%。矿石SiO2含量较高，Al2O3、Fe2O3、CaO等杂质含量较低。

图6 脉石英矿石照片和镜下特征

3 资源潜力分析

3.1 大别核杂岩变质带

大别核杂岩变质带由高压变质的田铺序列花岗质片麻岩系及其中的大别岩群包体、中压变质的浒湾岩组以及混入其中的高压超高压变质岩块等不同的构造岩石地层单位组成，中间分别被新县序列、达权店序列和朴店超单元等侵入占位。经历过区域高绿片岩相、低角闪岩相、高角闪岩相前进变质和高压超高压峰变质作用改造，以及角闪岩相和绿片岩相退变质作用叠加。各构造岩石单位呈透镜状或楔状构造岩片，平面上镶嵌拼合、剖面上堆垛叠置，从而显示出网结状构造格局[16]。 这些地质体在碰撞折返过程中多次的变质作用产生了含硅岩浆热液；多期次的构造活动，为脉石英的形成提供了良好的运移通道和成矿空间。

通过实地工作及调查研究，在大别核杂岩变质带内发现了多处脉石英矿床。如卡房地区脉石英发育带，在初次工作范围30km2内已经发现16条石英大脉(≥1m)，位于卡房穹窿的(卡房穹窿属于区域天台山背斜的一部分，穹窿长轴长约20km，短轴长约12km，面积约240km2)西北区域。该构造带内石英脉SiO2含量平均品位为98.84%，部分矿石经先进技术工艺处理，SiO2含量可达99.9%以上，矿石质量较好。另外在新县周河乡一带，形成了周河片麻岩穹窿及北部一系列的拆离型韧性剪切带，出露面积约250km2，岩性为田铺序列花岗质片麻岩及其中的大别岩群和榴辉岩、四面山含榴花岗岩，其中脉石英发育，也是重要的脉石英矿床之一。

综上述，大别核杂岩变质带具有广泛发育的侵入岩体、变质表壳岩和榴辉岩等，具有含矿地质体因素，另外具有复杂的多期次的变质构造，为脉石英形成提供了成矿空间，且该地发现的脉石英质量较好，优质脉石英矿找矿具有较大潜力。

3.2 南秦岭(变形)变质带

南秦岭(变形)变质带发现的规模较大的脉石英，主要出露在肖家庙岩组内。产出在大别山地区的桐柏—商城大断裂和晓天—磨子潭断裂的次级断层、节理、裂隙构造中。沿鸡公潭韧性剪切带发育，宽约40～1 450m不等的糜棱岩化岩石或构造片岩；沿八里畈韧性剪切带表现为一套宽75～925m的长英质糜棱岩、云英质构造片岩。区内燕山期中酸性岩浆活动发育，除为脉石英的形成提供丰富的物质来源之外，还为活化围岩地层中的硅质提供了重要的热源。

通过实地找矿工作及调查研究，在光山—新县脉石英发育带工作范围内已经发现了17条石英大脉(≥1m)，石英脉SiO2含量平均品位为98.28%，矿石质量较好，该区域自光山到新县一带出露面积约120km2，桐柏—商城大断裂和晓天—磨子潭断裂近东西向贯穿通过研究区，为脉石英赋存形成提供了较大空间。

综上认为，大别山西部地区脉石英成矿类型主要为变质热液型，成矿物质为富含硅质成分的片麻岩建造在历经榴辉岩相退变质及角闪岩相退变质过程中形成的大量富硅热液。在高压、超高压变质作用下，于韧性剪切带、断裂褶皱转换位置，热液运移充填冷却形成，区内脉石英找矿潜力大。

4 结论

(1)研究区内脉石英的发育程度与含硅地质体的性质关系较大，大别核杂岩变质带是脉石英最为发育的构造地质单元。构造环境及含矿地质体变质程度对脉石英矿石质量具有较大影响。

(2)研究区南部卡房穹窿高压超高压变质作用内脉石英质量好，可替代水晶作为高纯度石英砂的原料。说明在脉石英形成时期早、变质程度深的区域使得石英产生重结晶，降低石英晶体中的某些杂质元素含量，可形成纯度较高的脉石英。

(3)脉石英矿受断裂及褶皱核部控制明显。在八里畈韧性剪切带、鸡公潭韧性剪切带和天台山背斜(卡房穹窿)、周河片麻岩穹窿构造发育区域内脉石英找矿具有较大潜力，建议在卡房穹窿区域内加强地质勘查工作。