湖南城步地區(qū)脈石英成礦規(guī)律及找礦方向

周冬冬，莊石云，汪旭光，胡鐘文，楊 曉

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖南總隊(duì)，湖南，株洲 412011)

高純石英具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、耐腐蝕、抗磨、壓電效應(yīng)、諧振效應(yīng)以及其獨(dú)特的光學(xué)特性，是制造半導(dǎo)體原件、太陽能電池、微電子技術(shù)、光纖通訊電纜等高性能材料的主要原料，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科技和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。高純石英是經(jīng)過對(duì)脈石英進(jìn)行提純加工出來的。隨著相關(guān)高新產(chǎn)業(yè)、企業(yè)的快速發(fā)展，其市場前景十分看好。通過對(duì)城步地區(qū)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)脈石英礦分布較廣泛，礦石質(zhì)量好，具有較好的成礦地質(zhì)條件。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

據(jù)湖南省地質(zhì)志[1]，礦區(qū)先后經(jīng)歷了雪峰、加里東、印支、燕山等四次主要大的地殼運(yùn)動(dòng)(圖1)。地層出露較齊全，自青白口系至奧陶系為一套陸源碎屑復(fù)理石夾硅質(zhì)、炭泥質(zhì)沉積，部分層位夾碳酸鹽巖，均已達(dá)低綠片巖相以上。巖漿巖較為發(fā)育，主要為花崗質(zhì)侵入巖，與成礦密切相關(guān)的巖體主要為志留紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖。區(qū)內(nèi)構(gòu)造普遍發(fā)育，主要褶皺、斷裂基本走向同構(gòu)造帶的延伸方向一致呈北北東—北東向；背向斜呈連續(xù)波狀，同等發(fā)育，遍布全區(qū)；斷層以逆斷層為主，數(shù)量多，規(guī)模大，構(gòu)造形跡非常醒目。

礦區(qū)出露地層主要有青白口系、南華系、寒武系等，脈石英礦的賦礦地層主要為青白口系，巖性為板巖—片巖，屬低綠片巖相。青白口系(Qb)主要由絹云母片巖、絹云母千枚巖、黑云母片巖、絹云母板巖、砂質(zhì)板巖、長石石英雜砂巖，分布范圍廣，占礦區(qū)面積60%以上。南華系(Nh)、寒武系(∈)零星分布于礦區(qū)西側(cè)，巖性主要為粉砂質(zhì)板巖、淺變質(zhì)雜砂巖等。

具代表性的構(gòu)造有蘭榮斷裂(F19)、韭菜坪背斜，均位于礦區(qū)中部，蘭榮斷裂呈北北東向貫穿全區(qū)，為多期活動(dòng)斷裂。韭菜坪背斜軸向北北東向，青白口系地層為其核部，西翼為南華西、寒武系，東翼部分核部被巖體吞噬，其與區(qū)域構(gòu)造形跡一致。

圖1 礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖

礦區(qū)巖漿巖為志留紀(jì)花崗巖，礦區(qū)東部為苗兒山巖體北西端，其它地方零星出露該期次花崗巖巖株，主體為黑云母二長花崗巖，斑狀結(jié)構(gòu)?；◢弾r體占礦區(qū)面積約30%。

區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要有區(qū)域變質(zhì)、熱接觸變質(zhì)、動(dòng)力變質(zhì)作用，區(qū)域變質(zhì)主要體現(xiàn)為較老地層的片巖板巖化，熱接觸變質(zhì)主要有局部大理巖化，動(dòng)力變質(zhì)主要為斷裂附近的糜棱巖化。

2 脈石英產(chǎn)出特征

礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大(脈寬1.0m 以上)脈石英61 條(表1)，礦體走向以北北東向?yàn)橹?；傾角一般大于50°，地表出露長52 ～305m，脈石英寬以1 ～4m 為主，圍巖主要為青白口系片巖少量賦存于花崗巖，產(chǎn)于花崗巖內(nèi)的礦體一般規(guī)模較大，且與斷裂相關(guān)性較強(qiáng)，但礦石質(zhì)量較差，產(chǎn)于青白口系地層內(nèi)礦石質(zhì)量較好，含礦圍巖蝕變主要有硅化、綠泥石化、電氣石化，少量黃銅礦、黃鐵礦化。與成礦密切相關(guān)的構(gòu)造有蘭蓉?cái)嗔?F19)、韭菜坪背斜，礦體集中分布于韭菜坪復(fù)背斜核部附近次級(jí)褶皺以及F19 斷裂附近。韭菜坪復(fù)背斜核部附近次級(jí)褶皺較發(fā)育，F(xiàn)19 為多期次活動(dòng)斷裂，主斷裂旁次級(jí)裂隙發(fā)育，均為脈石英提供有利的賦礦空間。

3 礦石特征

脈石英主要礦物成分為石英，其中SiO2含量在98%以上( 表2)。一般為淺灰白—油脂光澤，半透明—不透明，質(zhì)純，堅(jiān)硬，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。主要有致密塊狀和油脂光澤型脈石英兩類。原礦石經(jīng)過水洗、酸洗，清洗石英中粘土及鐵薄等，可滿足冶金用硅質(zhì)原料的一般工業(yè)要求。經(jīng)過篩分、擦洗脫泥、搖床、脫泥—反浮選等提純工藝可獲得高純石英砂[2-3]。

表1 脈石英產(chǎn)出特征統(tǒng)計(jì)

表2 脈石英礦石化學(xué)成分 (單位：%)

4 成礦規(guī)律研究

4.1 成礦條件

脈石英是熱液(主要為中低溫)地質(zhì)作用的產(chǎn)物，礦床一般形成溫度低于300℃。脈石英礦床的形成必須滿足兩個(gè)條件：①成礦物質(zhì)來源，即富硅熱液的供應(yīng)；巖漿熱液即地幔中富含硅的巖漿在志留紀(jì)巖漿巖活動(dòng)后期沿北北東或北東向斷裂構(gòu)造上移，逐漸冷卻過程中形成富硅熱液；變質(zhì)熱液成因相對(duì)復(fù)雜，區(qū)域內(nèi)老地層受區(qū)域變質(zhì)作用或巖漿活動(dòng)作用，在高溫高壓條件下，經(jīng)過多期次的變質(zhì)、變形作用形成富硅熱液[4]；②富硅熱液的運(yùn)移及成礦空間，富硅熱液主要來自深部的巖漿分異或區(qū)域變質(zhì)熱液演化過程，富硅熱液的運(yùn)移及成礦空間主要是斷裂、層理、節(jié)理等裂隙[5]。

脈石英礦的物質(zhì)來源不同，其圍巖也不同。巖漿熱液型脈石英的圍巖主要為花崗巖，其圍巖顏色較淺；變質(zhì)熱液型的脈石英圍巖主要為青白口系片巖、板巖，其圍巖顏色較深。但二者的成礦空間及礦物結(jié)晶時(shí)所需的溫度條件基本相同[6]。

4.2 成礦模式

礦區(qū)自雪峰期至燕山早期，經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)形式為擠壓和抬升，應(yīng)力方向?yàn)槟蠔|東—北西西向，形成一系列的北北東向褶皺逆斷裂，志留紀(jì)巖體的侵入使原有褶皺傾伏，褶皺傾伏端除受區(qū)域應(yīng)力外還受巖體就位的應(yīng)力，處于傾伏端的脆性巖石節(jié)理裂隙密集發(fā)育。燕山晚期為區(qū)域后造山伸展環(huán)境，張性斷裂有所發(fā)育，局部引起巖石圈拆沉，深部富硅熱液沿張性斷裂運(yùn)移最終充填裂隙形成脈石英礦[7]。

根據(jù)脈石英礦體的分布及特征，部分礦體賦存于青白口系地層的構(gòu)造裂隙或?qū)永碇?，一般與地層層理呈大角度斜切產(chǎn)出，與區(qū)內(nèi)整體北北東向構(gòu)造跡線方向一致。部分礦體賦存于志留紀(jì)花崗巖體斷裂內(nèi)。認(rèn)為從礦區(qū)所處苗兒山巖體北西端，結(jié)合中部蘭蓉巖體、北部葉溪江巖體小范圍的出露來看，青白口系地層下部疑有隱伏巖體，巖體的就位抬升引起韭菜坪背斜的向南向北傾伏。背斜核部地層青白口系為片巖、板巖，為脆性巖石且具板理片理，褶皺傾伏端受擠壓拉伸影響應(yīng)力集中，結(jié)合巖石物理特性，節(jié)理裂隙及層間滑脫面發(fā)育，其為脈石英提供賦礦空間。賦存于巖漿巖的礦體主要由斷裂提供運(yùn)礦空間及賦礦空間。

區(qū)內(nèi)深大斷裂為深部富硅熱液提供運(yùn)移空間，背斜傾伏端受應(yīng)力影響裂隙節(jié)理發(fā)育，為脈石英成礦提供容礦空間[8]。

5 找礦方向

根據(jù)以上成因模型結(jié)合礦區(qū)脈石英分布特征，總結(jié)湘西南區(qū)域脈石英找礦標(biāo)志如下。

(1)地層標(biāo)志：新遠(yuǎn)古代青白口系地層是本區(qū)域脈石英主要賦礦層位。

(2)巖漿巖標(biāo)志：志留紀(jì)巖漿巖體內(nèi)斷裂部位，是找礦有利部位。

(3)構(gòu)造標(biāo)志：褶皺傾伏端部位為脈石英礦體集中發(fā)育地段。

(4)露頭及滾石標(biāo)志：礦體露頭及近源殘坡積中的滾石是最直接的找礦標(biāo)志。

(5)地形標(biāo)志：脈石英礦體多呈正地形出露。

通過本次調(diào)查，城步地區(qū)具有較好的脈石英成礦地質(zhì)背景及條件，已發(fā)現(xiàn)的脈石英礦石質(zhì)量優(yōu)良，具有較好利用價(jià)值，部分礦體為開采狀態(tài)。其它具有較好找礦前景的區(qū)域有南山—五團(tuán)、長安營—黃桑。