莒南县黄山子一带明矾石矿成矿特征及找矿方向

高继辉

(中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100)

明矾石是一种含水的钾铝硫酸盐类矿物，具有强烈的热电效应，不溶于水，微溶于硫酸，但能溶于强碱性溶液。具有综合利用价值的多元素矿产资源，可用于生产40多种化工产品[1]，广泛应用于医药、印刷、造纸、制革、油漆、水泥等行业[2]。通过对莒南县黄山子一带明矾石矿踏勘找矿工作，发现该带明矾石矿成因属中生代大陆边缘火山带热交代蚀变型矿床，成矿热液运移到成矿有利地段，在适宜的围岩、温度和压力条件下，成矿热液中的成矿物质与围岩交代蚀变成矿。矿体分布广泛，具有较好的成矿地质条件。

1 成矿地质背景

1.1 地质构造单元位置

研究区位于秦岭—大别—苏鲁造山带(Ⅰ)胶南—威海隆起区(Ⅱ)胶莱盆地东部(Ⅲ)五莲—莒南断陷(Ⅳ)的莒南凹陷(Ⅴ)中[3]。莒南火山盆地分布于莒南县城以北，发育八亩地、石前庄、方戈庄旋回，明矾石矿体集中出露于火山盆地北东侧，呈北西向带状展布。青山群八亩地组不整合于新元古代侵入岩之上，火山岩带两侧上叠断陷盆地，沉积王氏群，北东边部被中生代伟德山超单元侵入，盆地规模(长×宽)30km×13km。该火山盆地发育拉子山层状火山、芦家林锥状火山、石锣鼓山穹状火山、刘山前复式火山4个中心式火山机构[4]。研究区位于石锣鼓山穹状火山机构的北部，距主火山通道约1km。

1.2 地层

该带主要出露中生代白垩纪青山群、王氏群及第四系(图1)。青山群以火山岩为特征，是一套偏碱性的中性—酸性火山熔岩、火山碎屑岩等陆相火山岩组合，岩性为高钾钙碱性系列岩石[5]，由老到新为安山质岩石、流纹质岩石、粗安岩、晶屑熔结凝灰岩、晶屑凝灰岩。划分为后夼组、八亩地组、石前庄组、方戈庄组四个组。其中八亩地组岩性组合由老到新由凝灰质粉砂岩、安粗岩及安粗质熔结角砾凝灰岩组成，上部的安粗质熔结角砾凝灰岩为明矾石矿的赋存层位。厚度变化非常大，在605～3118.7m间，主要分布在将军山、庙山、万羊山、望海楼一带，呈北西向展布[6]。

图1 莒南县黄山子一带地质简图

1.3 构造

该带构造以断裂为主。昌邑—大店断裂从工作区西部通过，构成了工作区的基本构造骨架[7]，该断裂的北段往往以揉皱带形式出现，显示多次强烈挤压特征；南段主断面局部清楚，走向10°～30°，倾向西，倾角65°～85°，挤压破碎带十分发育，断裂带宽100m以上。与之有成生联系的伴生断裂构造比较发育，按其展布方向可分北北东向、北西向及近南北向三组，北北东向断裂多为压扭性断裂，在局部地段有铁、铜等金属矿化，并且常切割青山群地层和明矾石矿体。北西向断裂多具张扭性特征，常控制具有工业价值的重晶石矿、萤石矿。尽管它们展布方向不同，规模不一，但在成因上与昌邑—大店断裂有一定的内在联系，它们均是在南东东和北西西压应力作用下产生的。

1.4 岩浆岩

该带出露岩浆岩有喷出岩和侵入岩两种。喷出岩为青山群，以火山岩为特征，是一套偏碱性的中性—酸性火山熔岩、火山碎屑岩等陆相火山岩组合，其中八亩地组安粗质熔结角砾凝灰岩为明矾石矿体的主要赋存岩层。侵入岩的侵入期次至少为三次，形成三个较大的岩体，岩浆性质演化由偏碱性至酸性变化，规模较大的侵入岩体呈岩株产出，岩脉一般呈岩墙状产出，少数呈岩床产出。

2 成矿地质条件

研究区处在石锣鼓山穹状火山机构的北侧。火山作用对明矾石矿床的形成起着重要的控制作用，它不仅提供了成矿原岩，而且提供了火山作用后期丰富的含矿(硫)火山热液，矿体受构造和地层双重作用的控制[8]。

区内地层由老到新主要出露中生代白垩纪青山群八亩地组、王氏群辛格庄组及第四系。青山群八亩地组安粗质熔结角砾凝灰岩的特点是化学性质活泼，含K、Al质较高，岩石具有较大的孔隙度，为成矿热液的赋存、运移及交代作用的进行提供了有利的条件，底部的粉砂岩、安粗岩岩石较致密、孔隙度相对较小，成为较好的含矿热液的隔离层。

区内断裂构造发育，不仅为火山岩的形成提供了先决条件，而且为含矿热液的活动提供了通道和容矿空间。此外，由于矿化部位是在浅部，构造活动对矿体的保存影响也较大，即构造剥蚀深度越大，矿体保存的可能性就越小，反之则越大。北西向断裂和北东—北北东向断裂控制明矾石矿体的展布，在莒南县黄山子地区，第二期明矾石矿化多沿北西向断裂进行，形成矿化多次叠加，形成厚度大、品位高的矿体。

3 矿床特征

3.1 矿体特征

明矾石矿体赋存在中生代白垩纪青山群八亩地组安粗角砾凝灰岩中。安粗角砾凝灰岩既是矿化岩石又是矿体围岩，明矾石含量≥20%(硫酐(SO3)含量≥7.72%)时圈定为矿体。含矿层西起将军山，东至庙山断裂，断续延伸长约5 000m，宽100～200m[9]，受后期断裂构造和岩浆侵入的影响，被分割成庙山、万羊山、黄山子、将军山、甲子山等多个矿段。区内已查明30多个矿体，矿体呈层状、似层状或透镜状；矿体沿走向长50～600m，厚度3～40m，沿倾向延伸100m以上；矿石品位明矾石含量35.55%～46.71%。万羊山矿段矿体规模大，沿走向连续，厚度稳定，由6个矿体组成，其中Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ号矿体规模较大，各矿体特征见表1。

表1 万羊山矿段矿体特征一览表

矿体内的夹层为凝灰岩，沿倾向影响了矿体的完整性。矿体内还有安粗玢岩和正长岩岩脉穿插，对矿体有一定的破坏作用。矿体围岩也为八亩地组粗安质熔结角砾凝灰岩，矿体产状与其基本一致(图2)。

图2 万羊山矿段1线地质剖面简图

3.2 矿石特征

矿石多呈灰白色，少数为褐黑色，较富的矿石往往具贝壳状断口。矿石为强烈蚀变岩石，但原岩结构仍有部分保留，原岩主要由岩屑、浆屑及火山灰等组成，火山碎屑物的大小一般在1.5mm以下。

(1)矿石结构构造。

矿石结构主要为变余角砾凝灰结构，次为粒状变晶结构。前者与原岩成分紧密相关，后者为交代十分强烈的标志，具粒状变晶结构者矿石品位较高。

矿石构造以块状构造为主，次为细脉状构造和角砾状构造。块状构造：明矾石呈单体或集合体均匀分布。细脉状构造：为后期成矿物质沿岩石中的裂隙充填交代而形成，反映了成矿的多期性。角砾状构造：为明矾石选择性交代原岩中的晶屑、岩屑而形成，反映蚀变作用不彻底，保留了原岩的构造特点。

(2)矿石矿物组成。

矿物成分主要为明矾石和次生石英，含少量绿帘石、绿泥石、水铝石、钠长石、叶蜡石、高岭石等。矿石具不同程度的次生石英岩化、叶蜡石化、褐铁矿化(图3)、高岭土化(图4)。明矾石含量与原岩成分的差异和蚀变类型有密切关系，一般原岩中碱性长石成分高或凝灰质物多时，明矾石含量相对多；土化弱、次生石英含量中等时，明矾石含量相对也较高，反之含量低。

图3 区内矿石多为灰白色具褐铁矿化

图4 明矾石矿具有高岭土化

明矾石多为灰白色，一般呈半自形至他形粒状，薄片中无色，正中突起，稍大的颗粒切面可见到发育不完善的柱状节理。矿物颗粒大小不等，较均匀的分布于矿石中。含量多在35%～45%。

(3)矿石化学成分。

矿石中有益组分为SO3、Al2O3、K2O，有害杂质为高岭石、铁质。SO3含量沿矿体走向变化于12.64%～14.50%之间，变化幅度2%左右。沿倾向变化略大，在11.30%～17.59%之间，变幅6%左右。矿石中K2O含量为2.39%～4.75%、Na2O＜1%；有害杂质高岭石＜12%、铁质＜3%。

4 矿床成因探讨及找矿方向

4.1 矿床成因探讨

明矾石矿是随火山机构的发育而形成的[10]，明矾石形成区属于火山岛弧及标志洋壳古俯冲带的边缘火山带，明矾石矿床发现于从中古生代到现代的酸性和中性成分的火山碎屑沉积岩中[11]。区内明矾石矿为火山热液交代型矿床[12]，具有火山热液交代型矿床的典型特点，区内安粗岩段地层具有明显的韵律，其火山活动方式先以火山物质溢出为主，后以火山物质喷发为主，局部有溢出。明矾石矿在212～487℃和20～80MPa的氧化环境条件下，富含钾、钠、硫的酸性火山热液，沿通道选择性的对富碱长石的凝灰岩、碎屑等进行多次交代而形成[13]。火山作用对明矾石矿床的形成起着重要的控制作用，它不仅提供了成矿原岩，而且提供了火山作用后期丰富的含硫火山热液。游离出来的SiO4+大部分随着热液上升而沉淀形成次生石英岩，构成独特的“帽状”陡崖地貌[14]。

区内明矾石的成矿作用有两个期次，第一期次在火山岩的喷发阶段，在火山喷发过程中有大量的含硫气水热液、挥发组分随火山物质喷出后，由于物化条件发生变化，在成矿的有利部位与化学性质活泼的玻屑、晶屑发生交代、置换作用，形成第一期明矾石，析出硅质。赋矿岩石安粗质熔结角砾凝灰岩含Al、K质较高，岩石具有较大的孔隙度，为成矿热液的赋存、运移及交代作用提供了有利的条件。第二期次在火山活动后期，成矿热液沿断裂或裂隙上升，在有利层位进行叠加或沿裂隙进行交代，形成的第二期明矾石呈脉状，颗粒较大，火山口附近明矾石的形态略呈片状、鳞片状，而远离火山口及深部的明矾石多呈页片状、板状[15]。北西向断裂和北北东向断裂控制明矾石矿体的展布，第二期明矾石矿化多沿北西向断裂进行，形成厚度大、品位高的矿体。

4.2 找矿方向

该区明矾石矿在空间上有明显的成带分布的特点。区内矿(化)体多沿着火山机构呈环形分布；在时间上，本区矿化均形成于白垩纪火山喷发旋回中，晚期是该区明矾石最主要成矿期。

该区明矾石矿主要产于中酸—酸性火山岩中，形成似层状和不规则透镜状的工业矿体。矿床围岩蚀变普遍发育，主要有次生石英岩化、叶蜡石化、明矾石化、褐铁矿化、绢云母化、高岭土化。次生石英岩化为矿区最普遍、最强烈的蚀变类型。矿区中心火山岩中都具不同程度的明矾石化。

中生代以来，区内火山活动频繁，火山机构成群出现，火山机构控制了矿床(体)的分布，岩浆热液活动十分强烈，尤其是火山喷发后期，沿火山机构环状断裂活动的中酸性热液，与成矿有较为密切的联系。

区内明矾石矿严格受到火山作用及岩石地层控制，通过踏勘找矿工作和综合研究，认为石锣鼓山北侧的甲子山地区及黄山子地区具有较好的明矾石成矿地质背景及条件，成矿有利地段主要为中生代白垩纪青山群八亩地组地层分布地段，优质矿体多出现在北西向断裂构造附近。低品位的明矾石资源亦可以综合利用[16]，具有较好的找矿远景。