山东邹城朝阳洞地区脉石英地质特征及成因浅析

2022-05-09王言伟赵洪飞孙越琦刘晓克

中国非金属矿工业导刊 2022年2期

王言伟，赵洪飞，时晨，孙越琦，刘晓克

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东济南 250100；2. 济南市土地征收和综合整治服务中心，山东济南 250100)

高纯石英是生产石英玻璃、光纤、太阳能电池及集成电路基板等高性能材料的主要原料，在新能源、新材料等战略性新兴产业中具有重要的地位和作用[1]。随着我国新兴产业规模不断扩大，对加工生产高纯石英的原矿石脉石英的需求量不断增加[2-3]。笔者在山东邹城朝阳洞地区开展了脉石英矿产勘查工作，经勘查发现规模较大的脉石英脉4 处[4]，区内脉石英成矿条件较好。通过对区内脉石英矿资源特征的研究分析，总结了区内脉石英矿的成矿规律。以期对同类型脉石英矿找矿工作有一定的借鉴意义。

1 成矿地质背景

邹城市朝阳洞地区位于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)尼山—平邑断隆(Ⅳ)尼山凸起(Ⅴ)的中北部(图1)[5]。

图1 朝阳洞地区区域地质略图

区内大面积出露岩浆岩，仅有少量寒武系及第四系出露。岩浆岩主要有峄山序列及傲徕山序列，岩性为闪长岩系列及二长花岗岩系列[6]。其中峄山序列规模较大，出露面较广，呈北西向的条带状和不规则形的复式岩基、岩株状产出，为一套中性—中酸性侵入岩，是鲁西地区新太古代的第二套TTG岩系。岩性组合为含黑云角闪闪长岩—黑云石英闪长岩—黑云角闪石英闪长岩—黑云石英二长闪长岩—英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩—斑状花岗闪长岩。傲徕山序列各岩体均由二长花岗岩组成，呈岩株、岩基状产出，平面形态多呈北西向带状。从早到晚结构由巨斑状细粒—斑状中粒—中粒—细粒演化，岩石为块状构造，局部为条带状构造或弱片麻状构造[7]。此二类岩石底部岩浆内Si 元素充足，为石英脉的形成提供了充足的物质来源。

区内岩石的韧性变形作用比较强烈，以北西向为主。韧性变形作用致使区内断裂构造发育，较大主断裂共9 条。其中6 条北西向断裂和3 条近东西向断裂(表1)。北西向断裂为该区主要断裂构造方向，规模相对较大，其两侧发育一些次一级构造，与主断裂走向一致，次一级构造为石英脉的形成提供了有利的运移通道和储矿空间，控制了石英脉及其他脉岩的分布。

表1 区内主要断裂特征一览表

区内岩脉分布于峄山序列及傲徕山序列岩体中，主要为新太古代石英脉、长英质伟晶岩脉及中生代角闪闪长玢岩岩脉。

2 脉石英特征

2.1 脉石英产出特征

区内共发现石英脉20 条，其中峄山序列岩体内14 条，傲徕山序列岩体内6 条(图2、表2)。峄山序列岩体内石英脉沿走向延伸10 ～846m，厚度0.6 ～12.0m。12 条走向北西，倾向均为南西；2条走向北东，倾向均为南东。倾角66°～88°。围岩为花岗闪长岩或英云闪长岩。傲徕山序列岩体内石英脉沿走向延伸15 ～550m，厚度1.6 ～12.0m。走向均为北西，倾向均为南西，倾角68°～85°。围岩主要为二长花岗岩。

表2 区内石英脉体特征一览表

图2 朝阳洞地区石英脉分布图

石英脉规模、产状具有相似性，单脉形态均呈不规则的脉状或透镜状，部分呈囊状或串珠状。多数脉体在走向和倾向上具有收缩、膨胀、分枝、复合等特征。规模较大的主脉体两侧可见近于平行分布的细脉，宽度一般较小。石英脉形态取决于形成时构造裂隙形状。脉体总体走向多为北西向，倾向多为南西，与区域总体北西向构造线方向一致，少数走向北东。

2.2 矿石质量

(1)矿石类型。

矿石自然类型可分为含晶脉石英及乳白色脉石英，矿物组成主要为石英集合体。两种类型矿石脉体各10 条。据化验分析结果，含晶脉石英质量较好，其次为乳白色脉石英[8]。含晶脉石英新鲜面多无色、白色、透明，结晶度普遍较好；乳白色脉石英新鲜面呈乳白色，多半透明，结晶度一般。均为油脂光泽，贝壳状断口，性脆，无解理，粒状变晶结构，致密块状构造，表面风化受铁质渲染，局部沿裂隙染有黄褐色铁质锈斑(图3)。

图3 含晶脉石英矿石

(2)镜下矿物特征。

脉石英矿石主要由石英及极少杂质矿物组成。主要矿物石英含量＞98%，无色透明，石英晶体呈镶嵌状几何体，半自型或他形粒状、柱状(图4)。裂理发育，界线分明，呈交叉状结构。粒径较大者约0.5 ～0.8mm，大颗粒中有裂纹分布，裂纹中存在各类杂质成分(图5)。另有约30%粒径＜0.2mm的小颗粒分布在石英颗粒间，反映了岩石在成岩后受到过应力的作用。在石英颗粒的边缘分布有极少量副矿物，主要为长石、云母、绿帘石、铁质氧化物、粘土等矿物(图6)[9]，含量＜1.5%。多呈尘状、鳞片状、针状、次圆状及不规则状，大小多为1 ～15μm，局部可见粒度较大的铁质团块及针状、片状白云母包裹体，粒径＞20μm。总体在石英颗粒间隙内均匀分布，局部呈串珠状、线状或带状富集。矿石中含云母及金属氧化物杂质，其中干涉色呈淡黄色的为云母包裹体，发亮部分为黄铁矿等包裹体。

图4 脉石英矿石颗粒形态

图5 脉石英矿石大颗粒裂缝

图6 脉石英矿石云母及金属氧化物

(3)化学成分。

4 条主要石英脉的矿石平均化学组分为SiO298.18%、Fe2O30.19%、Al2O30.57%、CaO 0.17%。可看出区内矿石Al、Fe 含量偏高(表3)，这与矿石内长石、云母及磁铁矿类矿物较多有关。通过对区内脉石英矿石开展多元素分析，矿石内Ba、Cu、Be、Pb、Zn、Cr、P、Mn、Ga、W、Ag 等11 种元素杂质含量总和约101.4 ～261.1μg/g，平均165.0μg/g，表明区内脉石英矿石内其他杂质元素含量较低。

表3 主要脉石英矿石化学组分一览表

按矿石类型的不同，含晶脉石英平均化学组分为SiO298.44%、Fe2O30.19%、Al2O30.49%、CaO 0.18%、其他杂质119.8μg/g；乳白色脉石英平均化学组分为SiO297.83%、Fe2O30.20%、Al2O30.70%、CaO 0.20%、其他杂质226.5μg/g。组分结果显示含晶脉石英在SiO2及杂质元素含量上均优于乳白色脉石英。

(4)包裹体特征。

脉石英中的包裹体会形成石英制品中的气泡缺陷、羟基杂质。脉石英中包裹体种类、含量及均一温度是评价脉石英能否作为高纯石英原料的重要指标。按存在状态可将包裹体分为气液包裹体(图7a)和固体包裹体(图7b)[10]。其中气液包裹体数量较多，占总数的70%～80%，固体包裹体数量较少。

图7 脉石英矿石包裹体

气液包裹体或称为流体包裹体是矿物生长时所包裹的部分成矿气体或溶液，存在形式为均匀分布或沿解理、裂隙分布，包裹体普遍呈不规则状、椭球形，少数呈长条形或四边形。气、液体多为同时存在，气液比多为10%～25%，少数为纯液相或富气相。包裹体大小混杂，主要见有5 ～25μm，最大可见30μm，最小可见小于2μm。在视域155μm×155μm 范围内，包裹体总数量约30 ～70 个(粒径1μm 以上)，其中含晶脉石英中气液包裹体数量约30 ～50 个，乳白色脉石英中气液包裹体数量约40 ～70 个。部分乳白色脉石英包裹体含量也较少，但其粒径相对偏大。气液包裹体均一温度最低227℃，最高357℃，以260 ～300℃居多。表明区内脉石英矿石主要为α-石英(低温石英)[11]。包裹体均一温度主要与气液相比例有关，气液相比例越高则均一温度越高。通过对区内脉石英包裹体进行激光拉曼分析测定，本区气液包裹体主要成分为H2O，其次为CO2，未检测出其他气体成分(如甲烷，氮气等)。

固体包裹体为形态不规则脉石矿物，分布于石英颗粒内部，为原生矿物包裹体。大小相差较大，与原生矿物原始状态有关，分布不均匀。主要成分为云母及金属矿物杂质，其中干涉色呈淡黄色的包裹体为云母；发亮部分具有金属光泽，反射率高呈不规则粒状的为黄铁矿等包裹体。

3 控矿条件探讨

(1)含矿地层。

石英脉体贯入于新太古代峄山序列及傲徕山序列侵入岩内。峄山序列主要为宁子洞单元斑状中细粒含黑云花岗闪长岩、马家河单元片麻状粗中粒含角闪黑云花岗闪长岩；傲徕山序列主要为条花峪单元弱片麻状含黑云二长花岗岩、调军顶单元细粒二长花岗岩。此二类岩石底部岩浆内Si 元素充足，为后期脉石英的形成提供了先决条件。

(2)成矿物质来源。

区内岩浆活动具多旋回多期次特点，主要经历了四个发展阶段：太古代早期火山岩浆旋回，新太古代阜平期大陆边缘剪切岩浆活动旋回，新太古代五台期—吕梁期大规模造山岩浆活动旋回，中元古代—中生代陆内局部热事件岩浆旋回。其中新太古代五台期—吕梁期大规模造山岩浆活动旋回中地壳物质熔融，岩浆大面积上侵就位过程中形成的富Si热液是区内脉石英形成的主要物质来源[12]。

(3)控矿构造。

经统计，区内石英脉体呈北西向延伸的18 条，占总数90%，石英脉体整体分布与区内主断裂构造方向大致相同。表明石英脉分布空间与区内构造关系密切[13]，北西向断裂构造为石英脉的形成提供了有利的运移通道和储矿空间。

(4)成矿作用。

脉石英矿床的形成必须满足两个条件：①成矿物质来源，即富硅热液的供应；②富硅热液的运移及成矿空间[14]。经对上述两个条件的分析，确定区内脉石英矿床成因类型为岩浆期后热液型矿床[15-16]。根据区域构造环境，推测成矿时代为新太古代晚期傲徕山序列之后。通过分析区内脉石英矿床形成的成矿地质背景、成矿物质来源、控矿构造、矿床特征等内容，预测了反映成矿过程的理想化成矿模式图(图8)。