內(nèi)蒙古扎魯特旗哈留特高金葉蠟石礦地質(zhì)特征及成因探討

李文臣，胡天琪，張文強

(中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102)

葉蠟石具有絕緣、絕熱性好，耐高溫，抗腐蝕，化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于玻纖、造紙、陶瓷、耐火材料、人造金剛石等領(lǐng)域[1]，在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中主要應(yīng)用于高端裝備制造、新能源、新一代信息技術(shù)、新材料、生物等產(chǎn)業(yè)，是重要的新能源材料和新型功能材料。綜合考慮我國資源現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域、未來需求等，暫定葉蠟石為我國戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)[2]。玻璃纖維用葉蠟石產(chǎn)量由2011年的279萬t增長至2018年的468萬t，年均復(fù)合增長率達到7.7%[3]，逐漸由優(yōu)勢礦產(chǎn)變?yōu)榫o缺礦產(chǎn)，預(yù)計未來葉蠟石需求量仍呈增長趨勢， 至2030年需求增速約為5.0%～7.0%[4]，存在一定的資源供應(yīng)風(fēng)險。哈留特高金葉蠟石礦位于扎魯特旗北部，其東部有烏塔其葉蠟石—高嶺石礦(點)，南部有科金葉蠟石礦(點)，2020～2021年對其進行了初步評價，發(fā)現(xiàn)2個礦體，預(yù)測了資源量，取得了一定的找礦成果，本文研究了該礦床地質(zhì)特征，分析礦床成因，總結(jié)找礦標(biāo)志。

1 成礦地質(zhì)背景

礦區(qū)位于內(nèi)蒙古—興安地槽褶皺區(qū)，內(nèi)蒙古中部地槽褶皺系東部，艾力格廟—錫林浩特中間地塊北緣斷裂及大興安嶺主脊—林西深斷裂北側(cè)(圖1)，區(qū)域上是中國東部環(huán)太平洋帶，中生代以來與火山帶、火山島弧帶火山巖、火山碎屑巖有關(guān)葉蠟石等非金屬礦床成礦帶重要組成部分[5-6]。

圖1 葉蠟石成礦背景圖

區(qū)域內(nèi)出露地層以上侏羅統(tǒng)中酸性—亞堿性火山巖沉積地層為主，其分布受北東向深大斷裂控制，白堊系、二疊系地層零星出露， 第四系發(fā)育廣泛。區(qū)域內(nèi)中生代火山活動強烈頻發(fā)[7]，以侏羅紀(jì)火山巖為主，巖石組合為安山巖—英安巖—流紋巖。

區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，深大斷裂有北東向艾力格廟—錫林浩特中間地塊北緣斷裂及大興安嶺主脊—林西深斷裂，斷裂兩側(cè)有多個葉蠟石礦床(點)，小斷裂較多，多為北西向。

區(qū)內(nèi)較大火山機構(gòu)為那仁寶力皋—沃木倫扎拉格火山噴發(fā)盆地，由額斯木根扎拉格火山噴發(fā)中心、那仁寶力皋火口及沃木倫扎拉格火山噴發(fā)中心組成。沃木倫扎拉格火山噴發(fā)中心主要巖性為流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、凝灰砂巖等，為一隱性火山噴發(fā)中心，有科金等葉蠟石礦點。

區(qū)域上葉蠟石礦床(點)的分布具有一定的規(guī)律性，呈北東—南西向展布，與上侏羅統(tǒng)出露地層一致。基本上所有礦床均分布在林西—霍林郭勒一線(大興安嶺主脊—林西深斷裂兩側(cè))，其次為烏丹—通遼一線[1](索倫敖包—阿魯科爾沁旗深斷裂)，呈帶狀分布。成礦帶的分布均與深大斷裂有關(guān)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露上侏羅統(tǒng)火山碎屑巖地層(圖2)，呈北東向展布，傾向北西，傾角28～42°。按巖性組合分為二組，下部滿克頭鄂博組(J3m)分為兩段，下段(J3m1)主要巖性為褐灰色流紋質(zhì)玻屑巖屑晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，褐黃色流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r夾似層狀凝灰質(zhì)砂巖及黑矅巖；上段(J3m2)巖性以褐黃色流紋質(zhì)含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r為主，夾流紋質(zhì)含角礫熔結(jié)凝灰?guī)r，在流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r中可見明顯葉蠟石化，與上覆瑪尼吐組整合接觸，是葉蠟石礦含礦層位。瑪尼吐組(J3mn)僅出露下段(J3mn1)，巖性以褐灰色、紫灰色英安質(zhì)含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r為主，其次為褐黃色流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、安山巖、淺灰白色球泡流紋巖、褐黃色流紋質(zhì)含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r。底部夾數(shù)層綠灰色凝灰質(zhì)砂礫巖、細砂巖、灰黑色黑矅巖、松脂巖等。

圖2 哈留特高金葉蠟石礦區(qū)地質(zhì)圖

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)晚侏羅世構(gòu)造層由滿克頭鄂博組、瑪尼吐組火山巖地層組成。為一陸相火山—沉積建造，地層呈北東向展布，并形成了較緊密的褶皺構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要有北西向斷層和北東向斷裂的次級構(gòu)造節(jié)理構(gòu)造，生成時代為晚侏羅世。北西向準(zhǔn)布爾嘎斯特郭勒斷層規(guī)模較大，地貌顯示為溝谷展布，切割的地質(zhì)體有滿克頭鄂博組、瑪尼吐組等，斷裂通過處有泉水出露，該斷層為張扭性右行正斷層，形成時代應(yīng)屬燕山晚期，推測區(qū)內(nèi)東部有一隱伏中性巖體沿斷層侵入[7]。北東向斷裂次級構(gòu)造節(jié)理較為發(fā)育，葉蠟石化、絹云母化、高嶺土化、綠泥石化較普遍，與葉蠟石成礦關(guān)系密切，構(gòu)成熱液活動通道。

2.3 巖漿巖

分為火山巖及侵入巖，火山巖巖石類型有火山熔巖類、火山碎屑巖類及次火山巖類。根據(jù)磁異常推斷東北部隱伏中性巖體形態(tài)不規(guī)則帶狀北西向展布，巖體與葉蠟石礦關(guān)系密切，其有可能提供形成礦區(qū)圍巖蝕變和葉蠟石礦化熱液的熱源。脈巖包括長石斑巖(π)、閃長玢巖(δμ)等，北東向展布。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組、瑪尼吐組葉蠟石化、高嶺石化火山碎屑巖中。初步圈出2條葉蠟石—高嶺石礦體，Ⅰ號礦體賦存于滿克頭鄂博組上段(J3m2)褐黃色流紋質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r中，頂板為瑪尼吐組下段(J3mn1)底部凝灰質(zhì)砂巖，底板為滿克頭鄂博組上段(J3m2)褐黃色流紋質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r，形態(tài)較為簡單，似層狀，走向NE70°，傾向北西，傾角32～40°，沿走向出露長度900m，寬18～34m；Ⅱ號礦體賦存于瑪尼吐組下段(J3mn1)中部褐黃色流紋質(zhì)含角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r中，呈透鏡狀，走向NE70°，傾向北西，傾角40°，出露長度280m，寬33m，頂、底板均為瑪尼吐組下段(J3mn1)褐黃色灰白色巖屑晶屑凝灰?guī)r。

3.2 礦石特征

(1)礦石礦物成分主要為葉蠟石，其次為高嶺石、石英、硬水鋁石和云母。葉蠟石含量57%～82%，高嶺石8%～17%，硬水鋁石2%～4%，石英23%～25%，云母8%～10%。

(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)造：隱晶狀、顯微鱗片變晶狀、殘余凝灰狀結(jié)構(gòu)或交代假象結(jié)構(gòu)，塊狀、層狀、角礫狀和殘余礫狀等構(gòu)造。

(3)礦石化學(xué)成分：葉蠟石的化學(xué)成分變化較大，SiO262.74%～82.72%，Al2O312.38%～25.84%，F(xiàn)e2O30.1%～0.77%，TiO20.12%～0.27%，H2O+0.22%～0.45%(表1)。

表1 各工程葉蠟石平均化學(xué)成分質(zhì)量分數(shù) (單位：%)

(4)礦石物理性質(zhì)：礦石硬度1～2，體積質(zhì)量2.33g/cm3，耐火度為1 700℃～1 740℃，白度為79.4、87.3，1 280℃燒成白度為92。

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 礦床成因

區(qū)內(nèi)主要分布上侏羅統(tǒng)中酸性火山碎屑巖，礦體賦存于滿克頭鄂博組上部流紋質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r、瑪尼吐組下部流紋質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r中，似層狀和透鏡狀，與圍巖均呈漸變關(guān)系，圍巖蝕變主要為硅化、葉蠟石化，其次高嶺石化、明礬石化。

晚侏羅世，錫林浩特北緣斷裂帶活化，并產(chǎn)生新的北東向斷裂。沿這些深斷裂，形成多個火山噴發(fā)中心，本區(qū)的沃木倫扎拉格火山噴發(fā)中心多次噴發(fā)，溢出相和沉積相相互伴生。構(gòu)造活動的持續(xù)，又發(fā)育了新的斷層，使?jié)M克頭鄂博組(J3m)和瑪尼吐組(J3mn)火山碎屑巖地層產(chǎn)生斷裂和節(jié)理裂隙。

在火山噴發(fā)活動中，隨著強度變化，斷續(xù)出現(xiàn)噴發(fā)、溢流、間歇沉積—復(fù)活噴溢的火山活動旋迴韻律。在巖漿活動劇烈時期，形成爆發(fā)指數(shù)大的流紋質(zhì)(含角礫)晶屑凝灰?guī)r，這個層位熔巖減少，晶屑增多，主要為凝灰結(jié)構(gòu)，膠結(jié)疏松、孔隙度高、裂隙發(fā)育和滲透性好，有利于成礦溶液的流動和循環(huán)[8-9]，其上部沉積以凝灰質(zhì)細砂巖為主，形成較致密的蓋層。同時巖漿的淺成侵入活動最為強烈，火山氣液沿節(jié)理裂隙、層間破碎帶上升，在多孔隙的火山碎屑巖中形成環(huán)流熱液，進而使火山碎屑物質(zhì)不斷發(fā)生強烈而廣泛的蝕變交代，葉蠟石、高嶺石、水鋁石、次生石英等正是交代作用的產(chǎn)物。蝕變發(fā)生于噴發(fā)旋迴的中后期，呈面狀分布，礦床產(chǎn)在酸性火山巖系的中部靠上層位，且受層位控制明顯[6]，與特定噴發(fā)旋迴有關(guān)。

火山碎屑巖在火山氣水熱液作用下，發(fā)生蝕變，其物質(zhì)組分重新組合。火山熱液交代分解圍巖中的長石類礦物包括火山巖屑晶屑玻屑，淋濾出部分硅質(zhì)和鉀鈉鈣鎂鐵質(zhì)后，在一定的物理化學(xué)條件下使鋁相對富集重新結(jié)晶。Al2O3在酸性的火山熱液作用中是較穩(wěn)定的組分，其次是SiO2，而K2O、Na2O、CaO、MgO等組分在酸性熱水氣液中相對活潑，隨熱水氣液運移或淋失。熱液交代較充分，SiO2、Al2O3改造重組再富集較徹底的，構(gòu)成葉蠟石礦。

滿克頭鄂博組(J3m)凝灰?guī)r化學(xué)成分SiO264.09%，Al2O317.46%，F(xiàn)e2O32.71%，CaO 3.59%，MgO 2.05%，K2O 2.72%，Na2O 2.37%，瑪尼吐組(J3mn)流紋質(zhì)凝灰?guī)r化學(xué)成分SiO275.93%，Al2O312.60%，F(xiàn)e2O31.53%，CaO 1.28%，MgO 0.71%，K2O 1.64%，Na2O 3.61%[7]，與表1中葉蠟石礦體各化學(xué)成分對比發(fā)現(xiàn)，礦體中SiO2、Al2O3成分與原巖差距不大，但Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O有明顯降低，說明熱液交代過程中鉀鈉鈣鎂鐵質(zhì)是明顯逸出元素。

葉蠟石礦石賦存于凝灰?guī)r中，與圍巖接觸界線不明顯，呈漸變關(guān)系，主要有隱晶狀、顯微鱗片變晶狀、殘余凝灰狀結(jié)構(gòu)、變余狀或交代假象等結(jié)構(gòu)和塊狀、殘余礫狀等構(gòu)造。礦石明顯繼承原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造，具典型交代特征。綜上分析，本礦床為火山氣液交代成因[10-11]。

4.2 找礦標(biāo)志

(1)地層巖性標(biāo)志，葉蠟石含礦層位為上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組、瑪尼吐組。巖性主要為熔結(jié)凝灰?guī)r、火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖。

(2)構(gòu)造及巖漿巖標(biāo)志，晚侏羅世北東向火山噴發(fā)帶及北西向斷裂是主要控礦構(gòu)造。礦床主要分布于火山口、火山噴發(fā)中心、火山管道中，構(gòu)造復(fù)合處更有利成礦。

(3)圍巖蝕變標(biāo)志，地表強烈硅化、高嶺土化、水云母化、葉蠟石化等蝕變的層狀凝灰?guī)r，尤其要注意蝕變垂直分帶的硅化—葉蠟石化，明礬石化—黃鐵礦化，是葉蠟石找礦的直接標(biāo)志。

(4)地形、地貌條件顯示礦床發(fā)育程度。形成葉蠟石礦床的有利地段是山坡平緩、植被不發(fā)育、不長樹木之平緩山頭地帶，次生石英巖頂蓋易形成陡崖[9]。