江西蒙山地區(qū)石竹山—樟木橋礦區(qū)硅灰石地質(zhì)特征及成因探討

陳 鋮，陳四寶，成緒光

（江西省煤田地質(zhì)局二二四地質(zhì)隊(duì)，江西·新余 336600）

硅灰石是一種天然產(chǎn)出的鈣的偏硅酸鹽類礦物[CaSiO3]，具有一系列優(yōu)異的物化特征和工藝性能，主要應(yīng)用在陶瓷、塑料、油漆、涂料、冶金、電焊條等方面，在節(jié)約能源、降低成本方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)活力及潛力巨大。

江西省煤田地質(zhì)局二二四隊(duì)地質(zhì)隊(duì)承擔(dān)的江西省地勘基金《江西省新余市渝水區(qū)石竹山—上高縣樟木橋硅灰石礦預(yù)查》與續(xù)作普查項(xiàng)目，已取得重大突破性進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)超大型硅灰石礦床一處。該硅灰石礦床位于蒙山地區(qū)蒙山巖體南部地帶，目前工作程度已達(dá)普查。而蒙山地區(qū)蒙山巖體其它部位賦存的地層、成礦條件與南部地帶相當(dāng)，但勘查工作及研究程度較低。本文以《江西省新余市渝水區(qū)石竹山—上高縣樟木橋硅灰石礦預(yù)查》及續(xù)作普查所獲得地質(zhì)成果，從成礦地質(zhì)背景入手，通過(guò)分析成礦條件，對(duì)比成礦特征，從成礦物質(zhì)來(lái)源、成礦物理化學(xué)環(huán)境等方面探討了礦床成因，并建立成礦模式，為蒙山地區(qū)開(kāi)展硅灰石找礦工作提供參考，并期待在該地區(qū)取得找礦成果更大的突破。

1 地質(zhì)概況

蒙山地區(qū)大地構(gòu)造位置為袁水裂陷槽，欽杭東段成礦帶(II1),萍鄉(xiāng)德興銅金銀多金屬煤巖鹽硅灰石非金屬成礦亞帶(II11)內(nèi)。區(qū)段沉積是我國(guó)南方重要含煤地層，發(fā)育有二疊系中統(tǒng)茅口組含硅質(zhì)灰?guī)r，其上覆蓋二疊系上統(tǒng)樂(lè)平組煤系地層，為陸相至濱海相含硅質(zhì)巖屑建造。

1.1 地層

工作區(qū)出露地層有：二疊系中統(tǒng)茅口組、二疊系上統(tǒng)樂(lè)平組、第四系等,其中二疊系中統(tǒng)茅口組為含硅灰石礦地層，見(jiàn)圖1。

（1）二疊系中統(tǒng)茅口組上段下亞段（P2m2-1）：分布于礦區(qū)北部，厚度＞500m，分上下兩部分。

下部：灰色厚層狀含燧石結(jié)核及燧石條帶大理巖化灰?guī)r或大理巖，夾似層狀、透鏡狀、團(tuán)塊狀硅質(zhì)灰?guī)r及團(tuán)塊狀白云質(zhì)灰?guī)r，大理巖具粒狀變晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。為硅灰石礦體賦礦地層，本次勘查揭露硅灰石礦體4～13個(gè)。

上部：灰黑色—灰色中厚層狀泥灰?guī)r、透閃石化灰?guī)r?；?guī)r因受熱力作用，大部分已大理巖化或形成大理巖。

（2）二疊系上統(tǒng)樂(lè)平組（P3l)：出露于勘查區(qū)中西部，厚度540m左右。巖性主要淺灰-深灰色薄層粉砂巖、細(xì)砂巖，夾薄煤層1～4層。

（3）第四系（Q4）：主要分布于下坑里村和礦區(qū)東面曹坊廟一帶，由肉紅色砂礫層、礫石、亞砂土、亞黏土等組成。厚度3～25m不等。

1.2 構(gòu)造

勘查區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為一走向北東東—南西西的復(fù)向斜（稱亂山復(fù)向斜），走向長(zhǎng)11.70km，最大寬度2.78km，呈東西展布，其中的新房向斜對(duì)硅灰石礦有影響。亂山復(fù)向斜兩翼大部被F2、F31斷層切割，且有往東變窄及抬升的趨勢(shì), 地層走向與亂山復(fù)向斜基本一致，為85～110，傾角20～60不等，地層產(chǎn)狀沿走向及傾向有一些幅度不大的撓曲。對(duì)硅灰石礦有主要影響斷層為F3、F31斷層。

1.3 巖漿巖

勘查區(qū)內(nèi)無(wú)巖漿巖出露，為隱伏巖體，在勘查區(qū)東部北面有蒙山巖體出露，其巖性以黑云母二長(zhǎng)花崗巖為主，次為黑云母花崗巖、花崗斑巖，具似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成份為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英和黑云母。經(jīng)同位素年齡分析，黑云母二長(zhǎng)花崗巖為217±1Ma～236±3Ma（鋯石 U-Pb）[1]，中細(xì)粒斑狀黑云母花崗巖為 201.4±2.0Ma～205.4±1.5Ma（鋯石 U-Pb，2017年在鉆孔取樣，胡正華提供數(shù)據(jù)）[2]，從而證明蒙山巖是印支中晚期多次多階段巖漿活動(dòng)產(chǎn)物，為硅灰石礦形成熱變質(zhì)來(lái)源及成礦巖體。巖體呈巖株產(chǎn)出，巖體與圍巖的接觸界線不規(guī)則，在平面上呈港灣狀。在礦區(qū)縱剖面上，巖體的產(chǎn)狀傾向東，傾角25～30左右，在橫剖面上，巖體頂面傾向南，傾角25～40左右，總的來(lái)說(shuō)，巖體在南北方向上起伏幅度較大，而在東西方向上比較平直。

圖1 渝水區(qū)石竹山—上高縣樟木橋硅灰石礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 The geological map of wollastonite mining area in Shizhushan-Zhangmuqiao

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

（1）礦體形態(tài)與規(guī)模

根據(jù)鄰近礦山開(kāi)采硅灰石礦情況、以往勘查報(bào)告及本次勘查，硅灰石礦體賦存于蒙山花崗巖體外接觸帶茅口組上段下亞段下部層位中。據(jù)已施工完成的32個(gè)鉆孔，距巖體0.5～282m范圍內(nèi)為礦體的賦存部位，發(fā)育礦體13個(gè)，礦體形態(tài)較規(guī)則，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，礦體真厚度1.00～31.16m，礦體走向85～110，與地層走向基本一致，傾向南，傾角20～50。其中Ⅲ、Ⅳ、Ⅷ號(hào)礦體資源量規(guī)模為大型，Ⅵ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ號(hào)礦體資源量規(guī)模為中型，其他為小型。各礦體特征見(jiàn)圖2、圖3及表1。

圖2 石竹山—樟木橋硅灰石礦區(qū)A-A縱剖面圖Fig.2 The sectional drawing of A-A pro file of wollastonite mining area in Shizhushan-Zhangmuqiao

圖3 石竹山—樟木橋硅灰石礦區(qū)8與31勘查線剖面圖Fig.3 The sectional drawings of No.8 and No.31 prospecting line of wollastonite mining area in Shizhushan-Zhangmuqiao

（2）礦體類型及圍巖與夾石

區(qū)內(nèi)礦體類型與距蒙山巖體遠(yuǎn)近有關(guān)，根據(jù)本次勘查所揭露巖體的32個(gè)鉆孔，距巖體0.5～282m為硅灰石儲(chǔ)存部位。一般距巖體大于50m為熱接觸變質(zhì)礦床，圍巖以大理巖及硅灰石化大理巖，且以大理巖為主，硅灰石礦體與圍巖界線清楚，為突變接觸，夾石層巖性多為大理巖或硅灰石化大理巖；小于50m為接觸交代變質(zhì)礦床，蝕變分帶現(xiàn)象明顯，以綠泥簾石化、綠泥石化→云英巖化→矽卡巖化（透閃石、符山石、石榴石、硅灰石）→矽卡巖化大理巖（硅灰石，透輝石、硅灰石）→大理巖→大理巖化灰?guī)r→強(qiáng)螢石礦，各巖化或礦化彼此消長(zhǎng)，硅灰石礦體與圍巖界線清楚，為漸變接觸，夾石層巖性多為大理巖、矽卡巖和呈透鏡體的石英巖，其中局部矽卡巖化地段Sn、W、Cu、Mo達(dá)工業(yè)指標(biāo)。

表1 石竹山—樟木橋硅灰石礦區(qū)礦體特征Table 1 The mineral features of wollastonite mining area in Shizhushan-Zhangmuqiao

2.2 巖石特征

（1）礦石的礦物組分與結(jié)構(gòu)構(gòu)造

根據(jù)預(yù)查、普查階段巖礦鑒定和化學(xué)分析，礦石的礦物成份主要有：硅灰石58.18%、方解石25.19%、透輝石7.68%、石英6.58%、榴石子石2.47%，各礦物含量比例多不固定，相互間呈消長(zhǎng)變化組成了不同的礦石自然類型。硅灰石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造為：大部分為白色，少數(shù)為灰白色，板柱狀變晶結(jié)構(gòu)，放射狀構(gòu)造（見(jiàn)圖4和表2、表3）。

圖4 硅灰石鏡下結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及礦物組合照片F(xiàn)ig.4 The microscopic structure and mineral composite of wollastonite

表2 硅灰石礦石巖礦鑒定綜合結(jié)果Table 2 The comprehensive results of rock-mineral determination of wollastonite ore

表3 硅灰石礦石礦體化學(xué)成分及礦物平均含量統(tǒng)計(jì)Table 3 The statistical average of chemical composition and mineral content of ore body

（2）礦石化學(xué)成份

本次在勘查區(qū)內(nèi)對(duì)Ⅰ～Ⅻ礦體達(dá)工業(yè)指標(biāo)468件原礦樣品采樣分析統(tǒng)計(jì)，硅灰石化學(xué)成份主要由CaO和SiO2組成；其次是CO2、MgO、Fe2O3、Al2O3、TiO2，占化學(xué)平均99.55%，其他成份含量極少，各礦體化學(xué)成份具體見(jiàn)表3。各礦體之和平均含量如下：

CaO：一般含量43.04%～47.08%，平均為44.89%；SiO2：一般含量35.79%～44.7%，平均為41.5%；CO2（灼燒量）一般含量7.59%～14.59%，平均為11.07%；MgO：一般含量1.02%～1.59%，平均為1.42%；Fe2O3：一般含量0.17%～1.1%，平均為0.38%；Al2O3：一般含量0.14%～0.51%，平均為0.28%；TiO2：一般含量0～0.01%，平均為0.01%。

（3）礦石類型

本次礦石類型按礦石的主要礦物組合劃分（見(jiàn)表4），主要為硅灰石—透輝石—方解石型、硅灰石—透輝石型；按成因劃分為接觸變質(zhì)型和交代（矽卡巖）變質(zhì)型，其中接觸變質(zhì)型又以硅灰石—透輝石—方解石型為主，交代變質(zhì)型中又以硅灰石—透輝石型為主，并共（伴）生銅、錫、鎢、鉬、螢石礦。

表4 硅灰石礦石的類型劃分Table 4 Classification of wollastonite ores according to mineral content

2.3 含礦建造及礦化分帶

勘查區(qū)內(nèi)礦體賦存在二疊系中統(tǒng)茅口組含硅質(zhì)灰?guī)r中，為濱海相含硅質(zhì)巖屑建造，之后由于印支中晚期巖漿巖侵入（蒙山巖體）體的烘烤及提供足夠熱量情況下,富含硅質(zhì)灰?guī)r中的石英(游離SiO2)和方解石重新組合而形成硅灰石，具有明顯層控特點(diǎn)。含礦建造為一套淺海-濱海碳酸鹽巖建造，其中又以茅口組上段下亞段下部厚層狀含硅質(zhì)灰?guī)r及燧石條帶灰?guī)r為含礦層位。在礦化分帶上，頂界以茅口組上段下亞段上部泥質(zhì)灰?guī)r或大理巖化灰石，底界為印支中晚期黑云母二長(zhǎng)花崗石，礦化帶厚度220～282m。礦化帶內(nèi)按礦物組合，以距巖體遠(yuǎn)近為標(biāo)準(zhǔn)劃分為二個(gè)礦帶：一是上部接觸變質(zhì)型硅灰石礦帶，帶厚180～232m，礦石類型以硅灰石—透灰石—方解石為主，CO2（灼燒量）相對(duì)含量較高，SiO2、MgO相對(duì)含量偏少，基本不含多金屬礦物；二是下部矽卡巖型（交代變質(zhì)）硅灰石礦帶，厚40～50m，礦石類型以硅灰石—透灰石為主，CO2（灼燒量）相對(duì)含量減少，SiO2、MgO相對(duì)含量增加，局部地段富含達(dá)工業(yè)指的銅、鎢、鉬、錫礦體。具體見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 含礦建造及成礦模式簡(jiǎn)圖Fig.5 The diagram of ore construction and metallogenic model

3 礦床成因探討

3.1 成礦時(shí)代及物質(zhì)來(lái)源

硅灰石礦體賦存在二疊系中統(tǒng)茅口組上段下亞段下部硅質(zhì)灰?guī)r中，與蒙山巖體時(shí)代相對(duì)應(yīng)，成礦時(shí)代應(yīng)晚于三疊系晚期。成礦過(guò)程是由于蒙山巖體侵入體的烘烤，使富含硅質(zhì)的灰?guī)r中的石英(游離SiO2)和方解石重新組合而形成硅灰石,形成過(guò)程按SiO2+CaC03=CaSiO3+CO2（氣體）方式進(jìn)行，其接觸變質(zhì)型硅灰石礦成礦過(guò)程中的石英和方解石均由硅質(zhì)灰?guī)r提供，矽卡巖型硅灰石礦床成礦過(guò)程中的硅, 鉆孔揭露情況（見(jiàn)圖6），具有明顯層控特點(diǎn)，因此認(rèn)為主要為硅質(zhì)灰?guī)r提供，其次是由侵入巖漿提供,并通過(guò)SiO2交代作用參加造礦。

圖6 ZK1601鉆孔揭露礦床類型巖芯照片F(xiàn)ig.6 The photos of deposit type in ZK1601 borehole

3.2 成礦地質(zhì)作用

硅灰石礦床形成的大致條件是：成礦深度范圍在 2～6km， 成 礦 壓 力 為 5×107～1×108Pa[3]， 成 礦 溫 度300～550℃，最高可達(dá)700℃左右，在一個(gè)半開(kāi)放體系中，成礦時(shí)產(chǎn)生的CO2可以逸出。由于造礦物質(zhì)中的硅和鈣均來(lái)茅口組上段下亞段下部硅質(zhì)灰?guī)r，因而礦床和空間分布受原巖沉積和建造的控制，且礦體形態(tài)與灰?guī)r中硅質(zhì)條帶的形態(tài)有密切關(guān)系。本次勘查揭露礦體形態(tài)一般呈似層狀和透鏡狀，成礦區(qū)為侵入體熱力所涉及的范圍，即發(fā)生硅灰石成礦范圍一般為0.5～282m（見(jiàn)圖5）。

硅灰石中標(biāo)準(zhǔn)CaO含量為48.25%，SiO2為51.75%。從本勘查區(qū)化驗(yàn)結(jié)果可知，主礦體（Ⅳ號(hào)）CaO平均位44.87%，SiO2為42.88%，其礦石類型為硅灰石—透輝石—方解石型，說(shuō)明成礦原巖中硅、鈣含量比例不匹配，有方解石或石英的殘余（巖礦鑒定證實(shí)），成礦地層在成礦前含有不同的雜質(zhì), 白云質(zhì)隧石條帶灰?guī)r中有一部分透輝石與硅灰石相伴生，化學(xué)反應(yīng)式如下：

3.3 礦床成因

區(qū)內(nèi)構(gòu)造十分發(fā)育，硅灰石礦體為隱伏狀態(tài)，覆層主要為樂(lè)平組煤系地層，基底為蒙山巖體花崗巖類。在侵入巖熱力作用下，含礦地層中巖溶裂隙和礦區(qū)南部F31、F3斷層是硅灰石礦體形成時(shí)氣熱來(lái)源和CO2排放的主要通道，覆層具有“屏蔽”作用，使硅質(zhì)灰?guī)r長(zhǎng)期保持在較高溫度下并處于一個(gè)半封閉半開(kāi)放體系中，為成礦物質(zhì)的重新組成提供有利內(nèi)外條件，即“淺成巖體+碳酸鹽巖+構(gòu)造裂隙+蓋層”體系模型。

綜上所述，礦區(qū)硅灰石礦床的形成，圍巖中層狀—似層狀、透鏡狀的硅質(zhì)灰石、硅質(zhì)巖是形成硅灰石的基礎(chǔ)，其發(fā)育程度確定了硅灰石礦的規(guī)模；巖漿巖侵入通過(guò)傳導(dǎo)提供的熱源和巖層負(fù)荷壓力以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成裂隙是控制變質(zhì)反映形成硅灰石的重要因素，見(jiàn)圖7。

圖7 勘查區(qū)硅灰石礦床賦存模型Fig.7 The deposit model of wollastonite ore in exploration area

3.4 成礦規(guī)律

（1）硅灰石礦層主要賦存于二疊系中統(tǒng)茅口組上段下亞段下部硅質(zhì)灰?guī)r層中，成礦過(guò)程是由于蒙山巖體侵入體的烘烤，使富含硅質(zhì)的灰?guī)r中的石英(游離SiO2)和方解石重新組合而形成硅灰石, 礦體形態(tài)、規(guī)模受原巖沉積和建造的控制，呈似層狀和透鏡狀產(chǎn)出。

（2）在勘查區(qū)內(nèi)，據(jù)鉆孔揭露硅灰石礦層資料，各礦體厚度有隨埋藏深度增加而變薄，礦石質(zhì)量變差趨勢(shì)，主礦體（Ⅳ礦體）一般在標(biāo)高+50～-350m厚度較穩(wěn)定，質(zhì)量較好，這與形成硅灰石過(guò)程中CO2氣體不能及時(shí)排放有著密切關(guān)聯(lián)。

（3）硅灰石成礦部位一般距巖體0.5～282m，礦床類型以接觸變質(zhì)為主，局部地段出現(xiàn)矽卡巖的迭加，一般距巖體大于50m為熱接觸變質(zhì)礦床，礦石類型以硅灰石—透輝石—方解石型為主；小于50m為接觸交代變質(zhì)礦床，礦石類型以硅灰石—透輝石為主并伴生（共生）達(dá)工業(yè)指標(biāo)銅、鎢、鉬、錫礦床。

4 結(jié)論

（1）二疊系中統(tǒng)茅口組上段下亞段下部硅質(zhì)灰?guī)r是硅灰石成礦的物質(zhì)基礎(chǔ)，且SiO2和CaO含量愈高對(duì)硅灰石形成愈有利，并伴有強(qiáng)烈大理巖化。

（2）熱來(lái)源巖體巖性為中酸性巖漿巖(二長(zhǎng)花崗巖、黑云母花崗花崗斑巖等)，其侵入形態(tài)為巖株、巖瘤、巖墻，侵入體深度以淺成或中淺深為最有利。

（3）巖漿巖與硅灰石礦床賦礦層位呈直接接觸，且距巖體282m范圍內(nèi)最有利于成礦，一般在距巖體0.5～50m中有硅灰石矽卡巖和硅灰石大理巖，局部地段有接觸交代型銅、鎢、鉬、錫礦床。

（4）在構(gòu)造及賦存條件方面，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)處在相對(duì)強(qiáng)烈發(fā)育地段，含礦地帶處于一個(gè)半封閉半開(kāi)放體系，即“淺成巖體+碳酸鹽巖+構(gòu)造裂隙+蓋層”體系模型最為有利。

（5）江西蒙山地區(qū)硅灰石礦石類型按成因劃分為接觸變質(zhì)型和交代（矽卡巖）變質(zhì)型，其中接觸變質(zhì)型又以硅灰石—透輝石—方解石型為主，交代變質(zhì)型中又以硅灰石—透輝石型為主，并共（伴）生銅、錫、鎢、鉬、螢石礦。

（6）根據(jù)本次勘查成果，蒙山巖體以25～30的傾角沿東西方向傾伏，以25～40傾角沿南北方向傾伏，因此圍繞著蒙山巖體且有二疊系中統(tǒng)茅口組上段下亞段下部碳酸鹽建造硅質(zhì)巖層中，都有望尋找硅灰石礦床，特別是蒙山巖體西部尚未進(jìn)行硅灰石勘查的二疊系中統(tǒng)茅口組地層中。