山东省平度—莱西地区透辉石矿矿床地质特征

聂佩孝，宫述林，徐立军，刘继勇

(1.山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021；2.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)

0 引言

20世纪70年代以来,前苏联、美国、德国、意大利等工业发达国家,成功利用钙镁系列矿物透辉石作为新型陶瓷原料,把传统的K2O-Al2O3-SiO2三元体系配方改变为CaO-MgO-Al2O3-SiO2四元体系的配方,取得了较大的经济效益和社会效益。

透辉石(CaMg[Si2O6])作为新兴的陶瓷材料，较之传统的陶瓷材料具有低温速烧、降低能耗、产品性能稳定等特点[1],是目前陶瓷行业深受欢迎的骨架原料。随着科学技术发展，国内外需求量日益剧增。

据中国产业调研网发布的《2020—2026年中国透辉石行业发展研究分析与发展趋势预测报告》显示，国内透辉石类矿石的利用存在很大的不平衡。要进一步推广透辉石类矿石在陶瓷工业、钢铁工业、玻璃等行业的应用。我国透辉石类矿深加工产品所占份额少[2]，今后发展方向是对透辉石类矿进行深加工，提高产品质量，扩大应用领域，如开发超细(1Ω以下)改性的填级产品、造纸用微粉、功能陶瓷级产品等。今后随着深加工技术的提高，超细产品的获得，新用途将陆续被发现，透辉石矿用途将更广。因此，探明更多具有工业价值的透辉石资源十分必要。

1 地质背景特征

1.1 分布特征

山东省优质透辉石矿主要分布在平度—莱西一带，其大地构造位置位于胶辽隆起区(Ⅱ级)之胶北隆起(Ⅲ级)西南部[3]、胶莱凹陷(Ⅲ级)西北部的衔接处,沂沭断裂带之昌邑-大店断裂东侧,栖霞复背斜南翼。西起平度长乐镇东至莱西市南墅镇，全长约50km，宽约5km，总体分布方向近EW向。区内已发现透辉石矿床4处，其中大型矿床2处，分别为长乐、罗头矿床，其中前者位于平度市长乐镇，后着位于平度市旧店镇罗头村；小型矿床2处，分别为萌山、刘建矿床，两者均位于莱西市南墅镇。矿体均赋存于荆山群野头组地层中(图1)。

1—王氏群；2—青山群；3—粉子山群；4—荆山群陡崖组；5—荆山群野头组；6—崂山序列；7—玲珑序列；8—文登序列；9—莱州序列；10—谭格庄序列；11—栖霞序列；12—马连庄序列；13—实测地质界线；14—推测地质界线；15—角度不整合界线；16—实测断层；17—推测断层；18—物探解译断层；19—透辉岩矿点图1 平度—莱西透辉石矿分布图

1.2 含矿岩系特征

区内透辉石矿均赋存于一套硅质富镁碳酸盐岩变质沉积建造中[4]，构成建造的地层为古元古代荆山群野头组定国寺段[5]，其自下而上可分为3个岩段，其中第一岩段岩性为厚层蛇纹大理岩、透辉大理岩，局部夹斜长角闪岩，厚度460m。第二岩段岩性为透辉岩、石英岩、透辉石英岩，局部透辉岩过渡为金云母透辉岩，厚度176m。该段为矿区含矿层位，含透辉石矿体1～4层。第三岩段岩性为厚层蛇纹大理岩、透辉大理岩，局部夹斜长角闪岩，厚度>350m。

2 区内地质概况

2.1 地层

区内地层主要出露古元古代荆山群[6]、粉子山群，中生代青山群、王氏群。荆山群地层主要有野头组、陡崖组，为一套高角闪岩相—麻粒岩相变质岩系地层[7]，主要分布于区内西中部、东中部，其中野头组主要为一套变质的钙镁硅酸盐岩，为区内的赋矿层位；粉子山群为一套高绿片岩相—低角闪岩相变质地层，区内出露小宋组、祝家夼组、张格庄组、巨屯组、岗嵛组，主要分布于区内西北部；中生界青山群为一套火山岩系，区内出露八亩地组、石前庄组，主要分布于西南部、东南部；中生代王氏群为一套碎屑岩系，顶部夹有玄武岩层，林家庄组、辛格庄组、红土崖组，在区内西南部有零星出露。

2.2 构造

区内基底构造总体呈NE向，由于受断裂凹陷盆地影响，构造发育。

2.2.1 褶皱

区内褶皱构造主要有棣家疃倒转背斜、罗头倒转复式背斜。

(1)棣家疃倒转背斜：位于区内西部长乐透辉岩矿区，背斜褶皱轴走向NE—SW，转折端向NE40°倾伏，轴向长2km，横向最宽为1km，两翼均向SE。核部为野头组祥山段，两翼为野头组定国寺段。

(2)罗头倒转复式背斜：位于区内东部罗头透辉岩矿区，背斜褶皱轴走向SE—NE，轴向长3km，横向最宽为1.5km，两翼倾向NE，核部为野头组祥山段，两翼为野头组定国寺段。

2.2.2 断裂

区内断裂构造主要发育有NNE、NE、NW向3组[8]，其中东部NNE向招平断裂最为发育[9]，区内出露长度大于45km，地层水平错距大于800m，形成达100m的破碎带，NE向断裂为NNE向断裂的次级断裂，NW向断裂规模较小，具有晚期活动的特点。区内断裂对地层、矿体均有不同程度的破坏。

2.2.3 岩浆岩

区内岩浆岩发育，岩浆活动从新太古代至中生代都有发现。

新太古代岩浆岩主要为马连庄序列栾家寨单元，栖霞序列回龙夼单元、新庄单元，谭格庄序列牟家单元、枣园单元，主要分布于区内西部、东部；古元古代岩浆岩主要为莱州序列西水夼单元，在区内西中部、东中部有零星出露；中生代侏罗纪岩浆岩主要为文登序列姑娘坟单元，玲珑序列云山单元、九曲单元、崔召单元、郭家店单元[10]，在区内中部有大面积出露；中生代早白垩纪岩浆岩为崂山序列会稽山单元，主要出露在区内西部。

区内零星见有辉绿岩、角闪闪长玢岩、煌斑岩及石英脉等脉岩，基性岩脉均为中生代晚期产物，酸性脉岩为区域混合岩化作用的产物。

3 矿体特征

矿体受地层层位控制明显[11]，透辉石矿与石英岩矿互层,平行排列产出,构成了复合矿层,组成了一个含矿带。含矿带出露长度800～2350m，宽89～100m，最大延伸约200m。矿体呈层状、厚层状、似层状[12]，多呈单斜形态产出,产状与地层一致。总体走向以NW300°～320°为主，受后期断裂构造拖拽牵引影响，局部为NE55°，倾向SE、SW、NW、NE，以SE、SW为主，倾角40°～85°(表1)。

表1 透辉石主要矿床矿体特征一览表

矿体沿走向控制延伸510～1873.5m；沿倾向控制延深36～90m，地表埋深1～3m，真厚度45.72～67.59m，透辉石矿物含量80%～98%，个别达100%，其中长乐矿区透辉石平均含量为91.56%，罗头矿区透辉石平均含量平均品位为86.69%。

矿体与顶底板岩石界线清晰(图2),顶、底板均为蛇纹大理岩、透辉大理岩，局部为辉绿岩脉。沿走向、倾向延伸稳定，矿化连续，不存在无矿间隔，夹有4～8层石英岩共生矿体[13]。

1—蛇纹大理岩；2—透辉大理岩；3—构造碎裂岩；4—断层；5—石英岩矿体；6—透辉石矿体图2 罗头透辉石矿区第3勘探线地质剖面简图

4 矿石特征

4.1 矿物成分

组成矿石的主要矿物为透辉石、极少量的透闪石、微斜长石、钾长石，偶见磁铁矿(褐铁矿)、磷灰石。

透辉石：白色，镜下无色，半自形—他形晶，柱粒状[14]，无规律镶嵌分布，大小一般在0.3～4mm，最大10mm。两组节理发育，有简单的双晶(或聚片双晶)，横截面八边形、四边形等。有时被透闪石代替，或被钾长石交代。

透辉石矿石X光衍射图谱[15](图3)，面间距d(A°)、衍射高峰(相对强度)、峰形与地-526卡片透辉石图谱数据一致(表2)，表明区内矿石中主要成分为透辉石，为主要有益组分。

图3 透辉石X光衍射曲线图

表2 X光衍射数据表

透闪石：白色，镜下无色，细小纤柱状，大小一般在0.1～0.5mm，沿透辉石间隙分布，为透辉石的蚀变产物，含量1%左右。为次要有益成分。

钾长石(微斜长石)：他形粒状，个体大小一般在0.1～0.3mm，有不明显的格子双晶和条纹构造,见于透辉石粒间或透辉石变斑晶裂隙中，为交代透辉石而成，其晶体内常见透闪石包体，含量2%～3%。

磁铁矿：呈微粒状零星出现，具褐铁矿蚀变。含量甚微，为矿石中有害组分。

磷灰石：他形粒状，星散分布于透辉石矿物颗粒间。

4.2 矿石化学组成

据矿石化学全分析资料(表3)，区内矿石化学成分透辉石含量97%～97.46%，矿石中透辉石矿物含量一般为80%～98%，最低者63%，高者可达100%，矿石有益化学组分接近于透辉石单矿物(CaMg[Si2O6])理论值。

表3 矿石化学成分一览表

有害组分Fe2O3含量一般为0.22%～0.31%，最低为0.05%，最高者为1.36%，高者多为地表矿石受污染所致。次要有害组分(MnO+TiO2)含量极低，一般为0.02%～0.07%，矿石中微量元素极低(表4)。

表4 矿石微量元素一览表

4.3 矿石结构、构造

矿石的结构、构造较简单，为中细粒柱状变晶结构及镶嵌变晶结构，块状构造。

4.4 矿石类型

矿石的自然类型简单[16]，且单一，为透辉石型。矿石的工业类型为陶瓷用透辉石。矿石透辉石含量在90%±，Fe2O3+MnO+TiO2一般在0.40%以下，为优质工业品级。

4.5 矿石白度、差热分析曲线特征

矿石自然白度69.2%～87.9%，平均为82.07%，在制陶时可提高胚体烧成白度。

透辉石开始变形温度1170℃，软化温度1280℃，熔融温度1390℃，软化范围110℃，融化范围10℃。其差热分析曲线基本为一直线(图4)，表明无吸热、放热效应[17]，因而在烧陶过程中不会出现裂纹，有利于提高产品质量。

图4 透辉石差热分析曲线图

5 成矿规律

5.1 岩石类型及原岩恢复

矿区内角闪岩类原岩为基性火山岩类；大理岩类原岩为石灰岩、白云岩；透辉岩类原岩为富钙镁的硅质白云岩。

5.2 变质矿物共生组合

按岩石原岩分类，矿区内变质矿物共生组合基本可分为碳酸盐类、基性熔岩类2类。其岩石变质矿物共生组合规律(表5)。

表5 岩石矿物共生组合特征一览表

5.3 变质相

由表5可知，区内透闪石+角闪石+斜长石组合普遍存在[18]。大理岩中出现橄榄石+尖晶石组合，说明该区仍具有硅线石-蓝晶石型中压变质相系的特征。故该区变质相应属中温中压变质相系角闪岩相[19]，据艾斯柯拉的观点，其形成温度在575～875℃，退变温度400℃或更低，压力4～5kPa[20]，地热梯度41～46℃/km。

5.4 矿石形成的沉积环境

根据透辉石矿石化学全分析资料(表3),按尼格里化学成分计算:

al=0.83～1.70;fm=49.73～51.96;C=47.95～46.72;alk=0.61～0.93;Si=97.32～99.39;c/fm=0.80～0.90。

作图投影在V面的角上(图5),成因为火山岩与碳酸盐岩的界线上,说明透辉岩为浅海相沉积环境硅质碳酸盐沉积,而部分硅质集中富集,经变质作用形成了石英岩。此外在石英岩中，发现呈圆粒状的锆石，为搬运沉积特征，亦说明原岩沉积环境为浅海相。

图5 尼格里原岩恢复投影图

综上所述，区内矿石从变质作用看，属中温中压的变质作用[21-22]，其原岩沉积环境为浅海相，故该矿床属沉积变质类型。

6 结论

区内透辉岩矿产于荆山群地层中，产出空间严格受层位控制，属中温中压沉积变质矿床，原始沉积为浅海相富钙镁硅质碳酸盐沉积，沉积环境稳定，后经区域变质作用而形成层控矿床。矿石自然类型为透辉石型，矿石中透辉石矿物含量平均90%±，矿石有益化学组分接近于透辉石单矿物理论值,矿石自然白度平均82.07%，无吸热、放热效应,工业品级为优质。该矿床赋存于荆山群野头组定国寺段第二岩段中，该岩段地层是找矿标志层位；区内透辉石矿体往往与石英岩互层产出，而石英岩较耐风化，形成正地形，是地貌标志；透辉石较纯，白度高，易识别，也是找矿标志之一。山东省古元古代荆山群地层分布广泛，具有较好的透辉石矿成矿前景。