广西沙坡饰面花岗岩矿地质特征与成因分析

陆世才，叶 胜，龙 鹏，江 沙，陈俊宏

(1.中国冶金地质总局广西地质勘查院，广西 南宁 530022；2.中国冶金地质总局矿产资源研究院，北京 101300；3.广西水利电力职业技术学院，广西 南宁 530023)

广西沙坡饰面花岗岩石材矿处于云开成矿带，带内产出较多金、银、铅、锌、钨、锡等多金属矿及建筑石料、饰面石材等非金属矿。前人对该成矿带的金属矿研究较多[1-5]，但缺乏对非金属矿的研究。本文总结了沙坡饰面花岗岩石材矿地质特征，分析矿床成因，以期为区内非金属矿勘查提供资料。

1 区域地质背景

矿区处于扬子克拉通西南缘与华夏新元古代—早古生代造山带中部的复合部位(图1)。区内主要出露地层有天堂山岩群变粒岩、片岩与云开群千枚岩、绢云石英千枚岩、石英片岩等；区域内构造发育，主要构造线方向为北东东向，其次为北西向。矿区构造位置处于博白—岑溪断裂带东南。区域上岩浆活动频繁，自元古代至中生代均有岩浆岩产出，岩性以二长花岗岩、正长花岗岩及花岗闪长岩为主。

图1 大地构造简图(据刘飞等，2018)

2 矿区地质

矿区内出露早古生代志留纪岩体(图2)，岩性主要为浅灰色、灰黑色、浅红色中细粒二长花岗岩、黑云二长花岗岩。岩石具中细粒花岗结构，块状构造，主要成分为钾长石、石英、斜长石，少量黑云母、白云母、绢云母等。

图2 区域地质简图(据广西地质调查研究院，2004)

区内无大的断裂构造发育，偶见小断裂，断裂宽约0.1～0.3m，充填少量白色方解石脉及浅灰褐色、灰绿色辉绿岩、辉长岩脉，少见断层泥，断层两侧岩体较为破碎。

矿区节理裂隙较发育，节理面光滑，少见擦痕。节理走向延伸一般数厘米至15m左右。调查表明矿区西部的节理较发育，东部相对较少。节理走向一般为北东向、南北向，倾向南西、北西，倾角普遍较陡。

3 矿体地质

3.1 矿体特征

饰面花岗岩矿体均分布于二长花岗岩岩体中，呈岩基、岩柱产出，岩体分布范围即为矿体范围。按法定的勘查区块的范围进行矿体圈定，矿体形态规整，呈一长方形，矿体东西向延长约1 100m，南北向延长约620m，往四周延伸出矿区外。矿体控制厚度 94.12～ 291.22m，平均厚度 176.76m，厚度变化系数为36.36%，属于厚度稳定型，矿体规模较大。矿石色斑、色线较少发育，色斑常为墨绿色、黑色，多呈椭圆形，直径一般1～5cm，呈无规律零星分布；色线长度一般＜0.5m，宽度＜3cm。

岩体内节理裂隙相对发育，主要是岩浆冷凝形成的原生节理，次为后期的次生节理，对矿石质量和荒料率均有较大的影响。原生节理多平直，延伸较长，形态规则，岩体内各个部位均有发育。节理近地表为泥质充填。

3.2 矿石质量

(1)矿物成分。

饰面花岗岩矿主要矿物为钾长石、斜长石、石英。钾长石含量17%～42%，呈浅肉红色，半自形、他形粒状，粒径0.02～3.88mm；斜长石含量12%～42%，呈浅灰白色，他形粒状、半自形柱粒状，粒径0.04～5.04mm；石英含量20%～39%，呈白色、乳白色，他形粒状，粒径0.01～3.96mm；少量黑云母、白云母、绢云母，含量1%～4%。副矿物为绿泥石、白云石、角闪石、方解石、锆石、黝帘石、磷灰石、黄铁矿、金红石及白钛石等，含量少于1%。

(2)结构构造。

饰面花岗岩矿主要为中细粒花岗结构、二长结构，块状构造。

(3)化学成分。

饰面花岗岩矿石化学含量稳定(表1)，主要以SiO2为主，占整个矿石化学成分的70%以上，平均 76.38%；其次为 Al2O3，平均 12.96%；K2O 及Na2O约占7%以上，Fe2O3为1.14%～2.78%，平均1.65%；其他成分含量较低。

表1 饰面花岗岩样品化学分析结果表 (单位：%)

图3 花岗岩手标本(a)及镜下鉴定照片(b)

(4)放射性。

饰面花岗岩天然放射性核素镭-226的放射性比活度 (CRa)61.4 ～ 106.0Bq/kg，钍 -232 的放射性比活度 (CTh)48.6 ～ 63.6Bq/kg，钾 -40 的放射性比活度 (CK)1 015.3 ～ 1 279.4Bq/kg，内照射指数 (IRa)0.3 ～ 0.5，外照射指数 (Iγ)0.7 ～ 0.8(表2)，达到饰面石材放射性水平A类标准(IRa≤1.0，Iγ≤ 1.3)。

表2 饰面花岗岩放射性分析结果表

(5)物理性能。

饰面花岗岩体积密度2.60～2.71g/cm3，平均2.64g/cm3；吸水率 0.12% ～ 0.40%，平均 0.27%；干燥压缩强度172～203MPa，平均190MPa，水饱和压缩强度161～198MPa，平均181MPa；干燥弯曲强度 10.7 ～ 12.4MPa，平均 11.4MPa，水饱和弯曲强度 10.6 ～ 11.7MPa，平均 11.2MPa；耐磨性 168.2 ～ 198.5 (1/cm3)，平均 181.5 (1/cm3)(表3、表4)。结果表明花岗岩物理性能满足饰面石材使用标准。

表3 饰面花岗岩体积密度及吸水率分析结果表

表4 饰面花岗岩强度及耐磨分析结果表

3.3 荒料率、板材率及装饰性能

相对发育的节理裂隙对饰面石材的荒料率影响较大，荒料率仅为18.84%，而且荒料多以中料、小料为主，大料较少。按照板材厚度20mm加工成一定规格毛坯板材，板材率为28.25m2/m3。

饰面花岗岩矿物颗粒镶嵌紧密，颗粒粒径变化小，多为中细粒结构，颜色以浅灰色、灰黑色、浅红色为主，较为突出的颜色特征为灰黑色与浅灰色、浅红色呈相间条纹分布。新鲜花岗岩样品经打磨抛光后色泽柔和光亮，花纹协调，具有较好的装饰效果，定名为“灰黑红”(图4)。

图4 饰面花岗岩“灰黑红”

4 成因分析

花岗岩按成因通常可分为S型、I型、M型、A型[6-11]。S型花岗岩主要为地壳中沉积岩部分熔融结晶形成，SiO2含量高(＞67%)，Na2O、CaO含量相对较低，铝过饱和。I型花岗岩主要为下地壳的火成岩部分熔融形成，SiO2含量较高(＞53%)，Na2O、CaO含量相对较高，属准过铝质。M型花岗岩主要为地幔基性岩浆分异形成，多为偏铝质。A型花岗岩主要为经混染的碱性玄武岩分离结晶形成，CaO含量相对较低，Na2O含量相对较高，一般为准铝质。

根据分析结果，矿区花岗岩样品SiO2含量均超过67%，Al2O3含量均超过14%，具有高硅、富铝特 征；Na2O+CaO 为 3.55%～5.36%，K2O/Na2O为 0.90 ～ 1.64，里特曼指数 (σ)为 1.62 ～ 1.97，分异指数(DI)为86.80～95.29，表明岩体经历了高程度的结晶分异，成熟度较高；碱度率(AR)为2.38～3.90，铝饱和指数(A/CNK)为1.16～1.51，显示为过铝质。S型花岗岩突出的鉴别特征为较高的SiO2含量及铝饱和指数(A/CNK)＞1.1。在ACF图解上样品均落入S型花岗岩区(图5)。在SiO2-K2O图解中，样品均落入高钾钙碱性系列区(图6)。上述特征均表明区内花岗岩主要为高分异过铝质高钾钙碱性S型花岗岩。

图5 花岗岩ACF图解(据Nakada,1979)

图6 花岗岩SiO2-K2O图解(据Maniar and Piccoli,1989)

一般认为S型花岗岩主要形成于碰撞环境，属于造山期花岗岩[12-14]。研究认为，高钾钙碱性岩石通常形成于碰撞俯冲作用向造山期后过渡阶段[15]。主量元素构造环境判别图R1-R2中(图7)，矿区样品点集中落在同碰撞期附近，向造山期后过渡，符合S型花岗岩形成的构造环境。年代学研究表明区内花岗岩主要形成于加里东期[16]，结合加里东期矿区处于扬子板块与华夏板块碰撞俯冲造山带的特点[17]，认为该区高分异过铝质高钾钙碱性S型花岗岩主要形成于陆内碰撞俯冲作用下地壳沉积岩部分熔融。

图7 花岗岩构造环境R1-R2图解(据Batchelor and Bowden,1985)

5 结论

(1)沙坡饰面花岗岩石材矿赋存于志留纪岩体，矿体规模较大，岩性主要为二长花岗岩，颜色以浅灰色、灰黑色、浅红色为主。

(2)饰面花岗岩放射性、物理性能均满足饰面石材A类使用要求。饰面石材荒料率18.84%，板材率28.25m2/m3。饰面石材色泽柔和光亮，花纹协调，具有较好的装饰效果。

(3)区内志留纪二长花岗岩体属高分异过铝质高钾钙碱性S型花岗岩，形成于陆内碰撞造山环境。