吉林省脉石英矿分布特征及成矿规律研究

2023-01-14左耀东

中国非金属矿工业导刊 2022年6期

左耀东

(中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林长春 130033)

脉石英是制取高纯石英粉的重要原料之一，高纯石英粉是发展新一代信息技术、制造高端装备必需的新材料[1]，也是微电子技术器件、特种电光源、宇航、卫星、光纤通讯等产品的原料[2]。因此，脉石英找矿工作显得尤为重要，本文对吉林省脉石英资源、矿床的地质特征、成矿模式及找矿标志进行归纳和总结，分析了成矿规律。

1 矿床分布特征

吉林省脉石英矿广泛分布于中东部地区，矿产地共43处，其中，小型矿床33个，矿点10个。从地理位置来看，脉石英矿分布较广，主要分布于延边、吉林和通化地区(图1)。

图1 吉林省脉石英矿产分布图

矿床成因类型为岩浆热液型和伟晶岩型[3]，岩浆热液型矿产地40个，均属单一矿产；伟晶岩型矿产地3个，均属伴生矿产。从成矿时代看，脉石英矿床可以形成于各个地质时代，以中生代为主(表1)。

表1 吉林省脉石英矿产地数量统计表

吉林省查明资源储量的脉石英矿床33个，矿床规模均为小型，其中23处为详查程度，10处为普查程度。已查明脉石英资源储量471.85万t，其中冶金用脉石英317.46万t，玻璃用脉石英154.39万t。

2 地质特征

2.1 区域地质构造特征

脉石英矿主要产于板块之间、构造造山带、岩浆活动发育地区、区域变质作用强烈地区[4]。吉林省岩浆型脉石英矿产地中有22处大地构造位置位于Ⅰ-3长白山陆缘火山盆岭叠加构造带，Ⅰ-35太平岭—老岭火山—沉积隆盆带[5]，11处位于Ⅰ-3长白山陆缘火山盆岭叠加构造带、Ⅰ-33张广才—哈达岭火山沉积隆盆带，其余零散分布于Ⅰ-352延吉盆地与Ⅰ-331双阳盆地。岩浆型脉石英矿床控矿因素主要为构造运动。区域深大断裂控制了含矿地层及岩浆侵入活动，为主要的控矿构造，矿体一般产于侵入岩体内或岩体与围岩的内、外接触带部位。吉林省具代表性的岩浆型脉石英床为蛟河市白石砬子脉石英矿床。

伟晶岩型脉石英矿床大地构造位置均位于Ⅰ-3长白山陆缘火山盆岭叠加构造带，Ⅰ-35太平岭—老岭火山—沉积隆盆带，共伴生产出伟晶岩型脉石英，脉石英矿体形态多为似层状、透镜状、墙状和脉状，一般规模较大。且该类型矿床的形成与区域性张性深大断裂有着密切的关系，所以脉石英矿床大多分布在缝合带附近或陆内裂谷带上。吉林省具代表性的伟晶岩型脉石英床为集安市团结长石矿床(表2)。

表2 吉林省脉石英主要矿产地成矿特征一览表

2.2 成矿地质条件

(1)岩浆热液型。

与脉石英成矿作用有关的岩浆活动主要有新太古代—中生代花岗岩浆或混合岩化的富硅热液。富含水和各种Si、K挥发组分的岩浆热液经构造运动等内应力作用，沿早期构造裂隙运移、冷却、结晶形成脉石英矿床，矿体一般形成深度较大，产于母岩侵入体的顶部、边部或外接触带附近，矿体与围岩界线清晰。地质构造对矿床的规模及分布有明显的控制作用，韧—脆性断裂构造是重要容矿构造[6]。

(2)伟晶岩型。

伟晶岩型脉石英矿产地3处，与长石矿伴生产出。矿床主要赋存于花岗质岩体的构造裂隙中，主要控矿条件为断裂构造和伟晶岩浆。在高温高压条件下，花岗质岩浆结晶作用残余岩浆，由于挥发组分大量集中，形成了富含挥发组分的伟晶岩浆，充填于断裂构造空间，形成结晶粗大、分带明显的伟晶岩脉，形成了钾长石矿床，并伴生脉石英矿床。

2.3 矿体特征

脉石英床矿体均呈脉状产出，与多期岩浆活动有关，早期石英脉多充填于张性破碎带中，是主矿脉，晚期石英脉填充于压性裂隙带中，形成网脉带。厚度、品位变化有一定规律，矿石类型简单，埋藏较浅。

2.4 围岩蚀变

在矿体顶、底板附近，巨斑状花岗岩蚀变相对较强，主要蚀变矿物为绿帘石、绿泥石等。绿帘石黄绿色，呈粒状，粒度0.1～0.3mm左右，分布不均，含量约占2%～5%，为长石蚀变而成。绿泥石浅绿色，呈鳞片状集合体、粉末状及薄膜状，多半沿裂隙面分布，含量约占5%，为长石蚀变而成。

2.5 矿石特征

(1)岩浆热液型脉石英矿石特征。

矿石类型：矿石的自然类型脉状石英，工业类型冶金用脉石英和玻璃用脉石英。

矿物组合：脉石英多呈乳白—灰白色，微透明—半透明，少数为不透明—微透明，以组分单一的石英为主，偶见少量白云母。

矿石结构构造：脉石英矿石为他形伟晶质结构，致密块状构造。

矿石化学成分：有益组分为SiO290%～99.90%，平均98.17%，而有害组分Fe2O3在0.03%～0.21%，一般在0.1%左右。

(2)伟晶岩型脉石英矿石特征。

矿石类型：自然类型为脉石英型矿石，工业类型为玻璃用脉石英。矿物组合：脉石英矿石主要矿物成分为石英。矿石结构构造：脉石英矿石为他形伟晶质结构，致密块状构造。

矿石化学成分：有益组分为SiO299.30%～99.96%，平均99.58%；有害组分Fe2O30.01%～0.06%。

3 典型矿床

蛟河市白石砬子脉石英矿床为岩浆热液型脉石英典型矿床，具体特征如下。

3.1 区域地质概况

矿床位于佳木斯—兴凯联合地块南部陆缘新元古代—古生代叠覆造山亚带，吉林市—汪清古生代弧盆系。所属成矿区带为Ⅲ-52小兴安岭—张广才岭(造山带)Fe-Pb-Zn-Cu-Mo-Au-W成矿带，Ⅳ-8福安堡—塔东Mo-Fe-Cr-宝石—萤石—水晶—泥炭—陶粒页岩—硅藻土—饰面花岗岩—煤成矿亚带(图2)。

图2 蛟河市白石砬子脉石英矿床区域地质简图(据吉林省地质局第八地质队，1974，有修改)

3.2 矿区地质特征

矿区在似斑状花岗岩侵入后，经历了不同方式的多次构造活动。成矿前构造已均为各种脉岩、石英脉所充填。其中最早一期为成矿母岩中细粒花岗岩所占据，受后期构造破坏和石英脉切穿，大致呈岩枝状，受张性裂隙控制。成矿后构造十分发育，表现为对先期构造的切割、穿插和改造。

矿区广泛出露早二叠世似斑状花岗岩，局部有中细粒花岗岩(图3、图4)。早二叠世似斑状花岗岩为矿区石英脉的主要围岩。早二叠世似斑状花岗岩岩浆活动与水晶成矿作用有关，而中细粒花岗岩则为成矿母岩，为该岩浆结晶后期残余岩浆侵入形成。

图3 蛟河市白石砬子脉石英矿床矿区地质简图(据吉林省地质局第八地质队，1974，有修改)

图4 蛟河市白石砬子脉石英矿床40勘探线剖面简图(据吉林省地质局第八地质队，1974，有修改)

3.3 矿床地质特征

(1)矿体特征。

早期石英脉充填于张性破碎带中形成复杂的石英脉带，脉长400m，南部大砬子自然剖面沿倾向出露270m，出露厚度70m，规模较大，脉体产状倾向南西，倾角15°，是主矿脉。晚期石英脉填充于压性裂隙带中，脉带长550m，宽2～9m，中部石英脉厚度大且完整，向东西两端具分枝复合现象，脉带产状走向北东80°，倾向北西，倾角80°，与早期石英脉近于直交，晚期低温石英脉不含晶。

整个石英脉带由两条主脉和三条网脉带组成。按其形态、产状、伴生矿物、含晶标志等特征和差异，由上至下划分为五个脉组，即：上网脉组(NQ1)、上主脉组(CM1)、中间网脉组(NQ2)、下主脉组(CM2)、下网脉组(NQ3)。

上主脉组(CM1)：为厚大主脉，厚度0.9～10m，平均3.5m，总体产状倾向南西，倾角15°，石英脉中SiO2含量达98.62%，此脉共有压电晶洞9个，单晶平均品位0.137g/m3。

上主脉组(CM2)：为最大主脉，厚度1.6～5.5m，平均2.47m，总体产状与上主脉一致，石英脉中SiO2含量达97.81%，此脉共有压电晶洞12个，单晶平均品位0.165g/m3。

(2)矿石特征。

矿物组合：早期脉石英呈乳白—灰白色，微透明—半透明，晚期不透明—微透明，见少量白云母。

矿石结构构造：以致密块状为主，局部具柱状、交错柱状以至巨柱状结构。

矿石物质成分：矿区石英脉分为早晚两期，早期石英脉中SiO2、TiO2、Al2O3的含量较晚期石英脉为高，而Fe2O3的含量较晚期石英脉为低(表3)。

表3 两期石英脉主要氧化物含量对比表 (单位：%)

(3)围岩蚀变。

矿区围岩蚀变主要有绢云母化、高岭土化及矽化。蚀变往往迭生分布在石英脉两侧，宽度5～30cm，一般在厚大主脉两侧蚀变不强，而网状脉地段蚀变较强。

(4)成矿期次及矿化阶段。

矿区石英脉成矿期次分为早晚两期。早期石英脉充填于张性破碎带中形成复杂的石英脉带。脉石英呈乳白色—灰白色、微透明—半透明，共生矿物有钾微斜长石、萤石、辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿、蓝铜矿以及孔雀石等次生金属氧化物，属含晶高温长石石英脉。

晚期石英脉充填于压性裂隙带中，脉带与早期石英脉近于直交，早期石英脉中不含Ag，晚期石英脉中含Ag。属晚期低温石英脉。

(5)加工技术。

脉石英经过浮选、酸洗等一系列物理化学方法加工提纯后，可制成高纯石英[7]。

3.4 矿床类型

本矿床成因类型为岩浆热液型。二叠纪中细粒花岗岩浆分异出富含SiO2的热液，呈岩枝状侵入到似斑状花岗岩的张裂带中，形成早期两条石英脉，推测成矿时代为早二叠世。一是矿区显示为北东和东西向构造，东西向张、压两种结构面控制了矿区石英脉的赋存；二是该矿床属热液矿床，由二叠纪中细粒花岗岩浆分异出富含SiO2的热液，呈岩枝状侵入到似斑状花岗岩的张裂带中，形成早期两条石英脉。后期南北挤压作用继续，产生近东西向的挤压面并充填晚期低温石英脉，东西向的张性破碎带是主要控矿构造。

4 成矿规律分析

4.1 成矿地质条件

本次在认真总结前人研究成果的基础上，按照成矿地质作用的类型和成矿机理将吉林省脉石英矿床成因类型划分为岩浆热液型和伟晶岩型[8]。岩浆热液型代表性的矿床有蛟河市白石砬子脉石英、蛟河市寒葱沟脉石英等，其主要与中生代侏罗纪和古生代二叠纪岩浆作用有关。伟晶岩型代表性的矿床集安市荒崴子脉石英和集安市团结脉石英等，其主要与古元古代伟晶岩作用有关。

4.2 控矿因素

花岗岩中韧性剪切带构造较为发育，其次脆性断裂构造和接触带构造也较为发育，裂隙空间往往是矿体富集的有利部位，可以控制矿体的具体形态，也可以控制应力场信息，韧—脆性断裂构造是主要的容矿构造，也是重要的控矿因素[9]。

4.3 成矿物质来源

岩浆热液型石英脉矿体形态比较完整，矿床的形成与岩浆热液作用有关，花岗岩岩浆在侵入演化活动过程中，分异出富含SiO2的热液，顺层理、裂隙贯入围岩变质岩系中，或沿先期岩浆岩的接触破碎带侵入，形成脉石英矿床[10]。

古元古代巨斑状花岗岩为成矿母岩，钾长石(脉石英)矿体出现明显的分带现象，其边缘花岗伟晶岩中广泛存在典型的文象结构，是钾长石和石英在高温高压下，从熔体中共结的产物，它们的出现说明伟晶岩是岩浆岩结晶的产物。伟晶岩粗大的颗粒，是富含水和各种挥发分的残余岩浆，是花岗岩浆演化到后期阶段的产物，其总趋势是愈到晚期愈向富硅、富碱和铁代替镁的方向演化。矿床成因类型为石英—钾长石伟晶岩矿床[11]。