臨沂中北部地區(qū)脈石英礦資源特征及潛力分析

高繼輝，高樹學(xué)，牟路路，冀魯雪，王海成，歐陽友和，劉曉克

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊，山東 濟(jì)南 250100)

高純石英在新材料新能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有重要地位和作用[1]，高端高純石英的國際市場幾乎被美國尤尼明公司所壟斷，目前我國高純石英技術(shù)與國際先進(jìn)水平的差距依然很大，低溫?zé)嵋盒兔}石英是我國加工提純高純石英的主要原料[2]。脈石英的純度高，雜質(zhì)少，是加工高純石英的理想原料，但并非所有脈石英都能提純加工為高純石英，由于不同產(chǎn)地的脈石英其成礦地質(zhì)條件有所不同，導(dǎo)致其化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)有所不同，提純加工的效果也不相同[3]。臨沂中北部地區(qū)是高純石英原料產(chǎn)地之一，通過在臨沂中北部地區(qū)開展礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查、剖面測量、槽探、物探及取樣化驗等工作，在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)百余處脈石英礦(化)體，加強(qiáng)該地區(qū)脈石英礦床的研究，對解決我國高純石英對外依存度高問題意義重大[4]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

臨沂中北部地區(qū)位于山東省中部，東西以鄌郚—葛溝斷裂為界分為魯中隆起和沂沭斷裂帶，區(qū)內(nèi)脈石英礦(化)體均分布于魯中隆起內(nèi)(圖1)。

該地區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，受沂沭斷裂帶的影響區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造線方向由西南→東北呈北西→北北西→北北東的變化趨勢，呂梁期是魯西地區(qū)造陸運(yùn)動的高峰期，該時期發(fā)育有大規(guī)模的韌性變形帶及北西走向的右行平移變形帶，沂沭斷裂帶內(nèi)以北北東走向的左行變形帶為主；強(qiáng)烈的斷裂構(gòu)造形成了北西、北東向脆(韌)性斷裂網(wǎng)，為富硅熱液的運(yùn)移及脈石英的形成提供了空間。

該地區(qū)巖漿活動具多旋回多期次的特點，從老到新可分為阜平期、五臺期、呂梁期、四堡期、加里東期和燕山期[5]。其中新太古代五臺期地殼物質(zhì)熔融形成的巖漿在剪切機(jī)制下上侵就位，形成嶧山序列石英閃長巖—英云閃長巖系列巖體，之后呂梁期地殼物質(zhì)熔融巖漿大面積上侵就位，形成傲徠山序列二長花崗巖鈣堿性系列巖體。至呂梁晚期，由于擠壓隆起，地殼抬升，沿構(gòu)造薄弱帶地殼熔融與陸源熔體組成的混合巖漿就位，形成閃長巖—花崗巖紅門序列鈣堿性系列的巖石組合。晚期的巖漿活動使早期形成的巖體發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用，形成富硅熱液，同時五臺期—至呂梁晚期的巖漿偏酸性，巖漿上侵活動后期亦形成富硅熱液，富硅熱液在構(gòu)造裂隙帶內(nèi)運(yùn)移、沉淀、因壓力、溫度驟降，形成脈石英。

圖1 臨沂中北部地區(qū)地質(zhì)圖

2 脈石英類型及特征

根據(jù)各礦(化)點成礦條件和成因的差別，將臨沂中北部脈石英成因類型分為巖漿熱液型、變質(zhì)熱液型及偉晶巖型脈石英三類，其中以巖漿熱液型脈石英為主，其次為變質(zhì)熱液型脈石英，偉晶巖型脈石英最少。

2.1 巖漿熱液型脈石英

巖漿熱液型脈石英形成于新太古代晚期，傲徠山序列巖漿活動后期形成富硅熱液沿斷裂構(gòu)造上移并在裂隙空間內(nèi)充填形成，圍巖主要為新太古代嶧山序列及傲徠山序列的花崗巖、花崗片麻巖、花崗閃長巖等，圍巖顏色較淺；與圍巖為侵入接觸關(guān)系，圍巖有蝕變現(xiàn)象。礦體多呈復(fù)合透鏡狀、脈狀、帶狀，具帶狀構(gòu)造、晶洞狀構(gòu)造，常成群成組分布，規(guī)模較大的主礦體兩側(cè)可見近于平行分布的脈石英細(xì)脈；單礦體形態(tài)呈不規(guī)則的脈狀或透鏡狀，部分呈囊狀或串珠狀，礦體走向以北西向為主，在靠近沂沭斷裂帶地區(qū)，礦體走向由西南→東北呈北西→北北西→北北東的變化趨勢，整體分布呈北西向條帶展布，與區(qū)域構(gòu)造線一致，說明脈石英的形成，嚴(yán)格受北西向構(gòu)造的控制，傾角多為高角度70 ～90°，部分礦體含水晶晶洞。礦體產(chǎn)狀受控于斷裂構(gòu)造產(chǎn)狀，與斷裂產(chǎn)狀一致，礦脈厚度0.5 ～6.0m，沿走向延伸長度20 ～1 300m，沿傾向延深可達(dá)百米以上。礦石自然類型有乳白色脈石英、含晶脈石英、砂糖狀脈石英、水晶四類。主要分布在青楊行、上車夫峪、桃花峪、蘆山頭、火石山、磊石溝、邵家峪、面梨溝、棉花洼等地區(qū)。

2.2 變質(zhì)熱液型脈石英

變質(zhì)熱液型脈石英為區(qū)內(nèi)老地層及早期侵入巖體在區(qū)域變質(zhì)作用下，形成富硅熱液沿斷裂構(gòu)造運(yùn)移并在裂隙空間內(nèi)充填形成，圍巖主要為新太古代泰山群的斜長角閃巖、黑云斜長角閃巖、黑云片巖等，圍巖顏色較深[6]，與圍巖為侵入接觸關(guān)系，圍巖無明顯蝕變。礦體多呈復(fù)合透鏡狀、脈狀、囊狀或串珠狀，礦體走向以北西向為主，整體分布呈北西向條帶展布，與區(qū)域構(gòu)造線一致，傾角一般較緩為30 ～40°，部分呈高角度70 ～90°。礦體產(chǎn)狀多與圍巖片理產(chǎn)狀一致，礦脈厚度1 ～13m，沿走向延伸10 ～360m，沿傾向延深可達(dá)百米以上。礦石自然類型有乳白色脈石英、含晶脈石英、砂糖狀脈石英三類。主要分布在桃棵子、朱家峪等地區(qū)。

2.3 偉晶巖型脈石英

偉晶巖型脈石英形成于長英質(zhì)偉晶巖中，與長石伴生，礦體規(guī)模一般較小，可作為伴生礦產(chǎn)開采。該類型礦床形成期次較多，多形成于新太古代，傲徠山序列巖漿活動中結(jié)晶分異形成長英質(zhì)熱液，沿構(gòu)造裂隙上移并在裂隙空間內(nèi)充填形成。圍巖主要為傲徠山序列早期的弱片麻狀花崗巖及更早期的泰山序列、嶧山序列閃長巖，與圍巖分界明顯，接觸關(guān)系清晰。主要分布在文家峪、上富昌等地區(qū)。偉晶巖型脈石英礦體形態(tài)多為局部膨脹的囊狀，礦體走向多為北西向及北東向，規(guī)律性較差，產(chǎn)狀多受控于長英質(zhì)偉晶巖脈的產(chǎn)狀。礦石自然類型有乳白色脈石英、含晶脈石英兩類。

3 礦石質(zhì)量

3.1 礦石類型

礦石自然類型主要為乳白色脈石英、含晶脈石英、砂糖狀脈石英、水晶四類。其中砂糖狀脈石英和水晶礦石質(zhì)量最好，其次為含晶脈石英，再為乳白色脈石英。脈石英為致密塊狀，礦物組成主要為石英集合體，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，表面風(fēng)化受鐵質(zhì)渲染，局部沿裂隙有黃褐色鐵質(zhì)銹斑，新鮮面為白色、乳白色，透明半透明，油脂光澤，貝殼狀斷口，性脆，無解理。水晶主要有無色透明、紫色、粉色及煙色，致密塊狀、短柱形晶簇狀，水晶晶體呈六棱短柱狀，玻璃光澤、油脂光澤，貝殼狀斷口，性脆，無解理。礦物組成主要為石英結(jié)晶體。

3.2 礦石鏡下特征

脈石英具不等粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，主要由石英及少量雜質(zhì)組成。石英呈無色，半自形粒狀、柱狀，大小約1.5 ～8mm，局部具有碎裂、碎斑結(jié)構(gòu)、梳狀構(gòu)造，另見后期硅化石英細(xì)脈有穿切前期石英顆?，F(xiàn)象，由細(xì)—微晶石英組成，含量98.5%～99.5%；鐵質(zhì)礦物、白云母、綠簾石、黑云母、斜長石、鉀長石等雜質(zhì)呈塵狀、細(xì)粒狀、針狀、鱗片狀、次圓狀及不規(guī)則狀，大小約1 ～12μm，局部可見粒度較大的鐵質(zhì)團(tuán)塊及針狀、片狀白云母包裹體＞20μm，總體在石英顆粒內(nèi)片狀均勻分布，局部呈帶狀、線狀或串珠狀分布，含量0.5%～1.5%。各組分顯微特征見圖2。含鐵礦物、云母和長石等礦物通過三段反浮選可有效的與石英分離[7]，屬于較易剔除的雜質(zhì)。

圖2 脈石英中雜質(zhì)顯微特征

3.3 礦石元素含量

脈石英礦體的Cu、Al、Mg、Fe、Zn、Ca、Li、Ni、Mn、K、Na、Ti、P、B、Cr 等15 種元素雜質(zhì)含量總和為265.35 ～608.35μg/g，大多數(shù)為300μg/g 左右。其中偉晶巖型脈石英的雜質(zhì)元素含量明顯高于其他類型，主要為Al、K、Na 含量高，其次為Fe，推測為礦石中含有長石顆粒及鐵質(zhì)雜質(zhì)引起。部分脈石英礦石中有綠簾石顆粒嵌布在石英顆粒內(nèi)，造成Ca 元素偏高。

3.4 礦石包裹體特征

脈石英中普遍存在有流體包裹體，按其成因可分為原生包裹體、假次生包裹體、次生包裹體三類[8]。該地區(qū)脈石英包裹體普遍呈孤立狀、條帶狀、面狀分布在不同的平面，形狀呈長條形、柱狀、圓形、橢圓形、不規(guī)則狀等(圖3)；包裹體主要由氣—液二相組成，且屬富液型，氣液比5%～20%；包裹體大小混雜，主要見有5 ～10μm，其中含晶脈石英最大可見17μm，乳白色脈石英最大可見26μm，水晶最大可見10μm，偉晶巖型脈石英最大可見10μm；在視域(視域＝長×寬)155μm×115μm 范圍內(nèi)，包裹體數(shù)量約10 ～30 個，其中水晶最少15 個；其次為含晶脈石英20 ～30 個；再次為乳白色脈石英40 ～60 個，部分乳白色脈石英含包裹體數(shù)量較少，但包裹體直徑較大；偉晶巖型脈石英中包裹體最多，可達(dá)80 個以上。天然水晶中，晶體的核部包裹體數(shù)量較多，晶體透明度很低，隨著晶體生長加大，包裹體減少，晶體的透明度提高[9]。包裹體均一溫度最低85℃，最高312℃，以110 ～150℃居多。包裹體均一溫度主要與氣液相比例有關(guān)，氣液相比例越高則均一溫度越高。通過激光拉曼分析測定包裹體主要成分為H2O，其次為CO2，未檢測出其他氣體成分。

圖3 脈石英中包裹體顯微特征

3.5 礦石結(jié)晶度指數(shù)和晶胞參數(shù)特征

結(jié)晶度是石英礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性的反映，可以指示礦化作用特征，變質(zhì)作用和重結(jié)晶作用能提高石英的結(jié)晶度。通過測試表明，區(qū)內(nèi)脈石英結(jié)晶度指數(shù)一般在9.01 ～10.88，與尤尼明石英砂樣品的10.00 比較接近。其中乳白色脈石英中存在個別樣品結(jié)晶度指數(shù)較低，為7.23 ～8.08。

微量元素雜質(zhì)對石英晶胞參數(shù)偏差存在影響，鋁、鈣等雜質(zhì)元素可能在成礦作用過程中以類質(zhì)同象置換Si4+，導(dǎo)致石英晶胞參數(shù)增大。通過測試表明，區(qū)內(nèi)脈石英晶胞參數(shù)一般在0.85 ～1.10，與尤尼明石英砂樣品的0.95 比較接近。其中乳白色脈石英晶胞參數(shù)為0.77 ～1.83，含晶脈石英晶胞參數(shù)為0.76～1.34，砂糖狀脈石英晶胞參數(shù)為0.57～1.14，水晶晶胞參數(shù)為0.87 ～0.94。

4 找礦標(biāo)志和潛力分析

經(jīng)初步調(diào)查及分析研究區(qū)脈石英主要分布范圍在沂水北部諸葛—沂山一帶、蒙陰東部的垛莊—大張莊一帶、沂南北部岸堤—崔家峪一帶。脈石英發(fā)育地區(qū)地形起伏較大，一般為低山—丘陵微地貌，其石英碎石及殘坡積物中石英的滾石較多，且其來源一般都是近源，是野外找礦最直接的標(biāo)志。脈石英在電阻率中梯法測量中，一般表現(xiàn)為高阻異?；驐l帶狀的次高阻異常[10]。

脈石英主要賦存在新太古代侵入巖體內(nèi)，在區(qū)內(nèi)傲徠山序列二長花崗巖及泰山序列花崗閃長巖是主要圍巖類型，新太古代侵入巖分布范圍為脈石英找礦的大體分布范圍。含礦巖漿巖建造為傲徠山序列的條花峪單元弱片麻狀二長花崗巖、松山單元中粗粒二長花崗巖、邱子峪單元巨斑狀含黑云二長花崗巖及蔣峪單元條帶狀含黑云二長花崗巖；嶧山序列的寧子洞單元花崗閃長巖、龜蒙頂單元花崗閃長巖；泰山序列李家樓單元英云閃長巖、西官莊單元英云閃長巖、望府山單元英云閃長巖。四堡期、五臺期區(qū)內(nèi)發(fā)育的基底構(gòu)造是主要的含礦、控礦構(gòu)造[11]，該時期的斷裂構(gòu)造方向主要為北西向，同時發(fā)育少量北東向次級斷裂。沂沭斷裂帶的沂水—湯頭斷裂所衍生的北東向次級斷裂對含水晶脈石英具有一定的控礦作用。

臨沂中北部地區(qū)區(qū)域地質(zhì)成礦條件顯示出極好的找礦潛力，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育新太古代二長花崗巖和閃長巖，新太古代呂梁期地殼物質(zhì)熔融巖漿大面積上侵就位過程中形成富硅熱液，為脈石英的形成提供了物質(zhì)來源，同時強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動，形成礦液運(yùn)移通道及容礦空間，且根據(jù)礦體特征及礦體分布情況，有發(fā)現(xiàn)隱伏脈石英礦床的可能。

在全面考慮區(qū)域地質(zhì)背景、成礦地質(zhì)條件、物探電法異常情況、礦床埋深情況、資源潛力及自然經(jīng)濟(jì)狀況等條件的基礎(chǔ)上，在臨沂中北部地區(qū)初步劃定上車夫峪預(yù)測區(qū)、火石山預(yù)測區(qū)、翻金峪預(yù)測區(qū)、道士海預(yù)測區(qū)、邵家峪預(yù)測區(qū)、朱家峪預(yù)測區(qū)、常莊預(yù)測區(qū)、跋山預(yù)測區(qū)、桃花峪預(yù)測區(qū)、青楊行預(yù)測區(qū)、磊石溝預(yù)測區(qū)共11 處脈石英遠(yuǎn)景區(qū)，其中B 類2 處，C 類9 處，共預(yù)測資源量920.76 萬t。