湘西南綏寧地區(qū)脈石英礦床地質(zhì)特征及成因淺析

周冬冬，莊石云，莫 勇

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

湘西南綏寧地區(qū)為湖南省脈石英礦資源的重要礦集區(qū)，大地構(gòu)造位于揚(yáng)子陸塊和華南褶皺帶兩大構(gòu)造單元過渡地帶，地處雪峰山弧形構(gòu)造帶西南端，由老至新主要出露青白口系至奧陶系地層，巖石普遍淺變質(zhì)，以板巖為主，屬低綠片巖相。據(jù)湖南省區(qū)域地質(zhì)志[1]，該區(qū)先后經(jīng)歷了雪峰、加里東、印支、燕山四次大的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，多期褶皺，斷裂構(gòu)造發(fā)育，且相互疊加，構(gòu)造形跡以北東向區(qū)域性褶皺和北西向中型斷裂構(gòu)造為主，褶皺一般呈寬緩型連續(xù)波狀。脈石英礦體主要賦存于褶皺構(gòu)造傾伏端配套的斷裂構(gòu)造體系中。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 地層

脈石英礦的賦礦地層主要為南華系，次為青白口系、震旦系，巖性為板巖系列，屬低綠片巖相。由老至新分述如下(圖1)。

青白口系巖門寨組(Qb2y)巖性主要由深灰色、灰綠色中厚層狀淺變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖、條帶狀粉砂質(zhì)板巖、灰白色薄—中層狀含凝灰質(zhì)板巖及少量中厚層狀淺變質(zhì)細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖組成。

圖1 綏寧地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

南華系地層主要分布于礦區(qū)中部、西部，走向北北東向，占礦區(qū)面積50%以上，位于火茅坪、巖寨背斜核部及兩翼，為一套砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖夾細(xì)中粒長(zhǎng)石石英雜砂巖、炭質(zhì)板巖、硅質(zhì)板巖沉積。南華系有4個(gè)巖性組為脈石英主要賦礦地層：①長(zhǎng)安組(Nh1c)巖性主要由灰黑色厚層—塊狀含礫砂質(zhì)板巖、灰白色中厚層狀淺變質(zhì)含礫長(zhǎng)石砂巖雜砂巖為主夾條帶狀砂狀板巖、淺變質(zhì)中層狀細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖和少量淺變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖組成；②富祿組(Nh1f)巖性主要由淺灰綠色厚層—巨厚層狀淺變質(zhì)細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖與砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖、絹云母板巖組成；③大塘坡組(Nh1d)黑色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)板巖、含炭質(zhì)硅質(zhì)巖、條帶狀含炭質(zhì)硅質(zhì)板巖夾淺變質(zhì)長(zhǎng)石石英雜砂巖，雜砂巖中含透鏡狀—串珠狀大理巖；④洪江組(Nh2h)下部主要以淺灰色、灰綠色塊狀含礫長(zhǎng)石石英雜砂巖、含礫砂質(zhì)板巖為主夾淺變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖和砂質(zhì)板巖；上部以灰白色厚層狀—塊狀硅化石英雜砂巖、砂質(zhì)板巖為主夾少量粉砂質(zhì)板巖。

震旦系留茶坡組(Z2l)為灰白色厚—巨厚層塊狀硅質(zhì)巖，上部夾薄—中層狀硅質(zhì)板巖，下部夾硅化石英巖。

寒武系牛蹄塘組(Z∈n)底部為黑色炭質(zhì)板巖夾薄層狀炭質(zhì)硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖及石煤層；往上為黑色炭質(zhì)板巖、含炭質(zhì)板巖，偶夾粉砂質(zhì)炭質(zhì)板巖與薄層狀石煤層和硅質(zhì)巖。

1.2 構(gòu)造

褶皺較大且具代表性的褶皺為火茅坪背斜，軸向31°。西翼及北段被斷裂錯(cuò)位、破壞，南段被五團(tuán)巖體吞蝕。核部地層為巖門寨組，翼部地層為長(zhǎng)安組，北西翼傾向295°，傾角55°，南東翼傾向95°，傾角45°。軸面近于直立，樞紐分別向兩端傾伏。背斜的傾伏端，應(yīng)力較為集中，巖石受擠壓形變較嚴(yán)重，易形成裂隙為成礦提供空間。

區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，主要屬于區(qū)域性城步—桃江大斷裂的一部分，與成礦密切的斷裂有F28(白水坪斷裂)、F31(洪洞斷裂)、F32(甘甲斷裂)、F33(冷水溪斷裂)。其中具有代表性的為F32(甘甲斷裂)逆斷層，走向25°，北西傾向，傾角50～65°，寬度3～20m，貫穿全區(qū)并延伸至區(qū)外，斷裂破碎帶中巖石破碎強(qiáng)烈，部分糜棱片理化，片理面可見新生礦物絹云母定向分布，少量石英具重結(jié)晶定向特征，斷裂帶中石英脈發(fā)育，呈脈狀、透鏡狀。

1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)僅最南端存在少量巖漿巖，其內(nèi)部及周邊無(wú)脈石英礦體賦存。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)脈石英21條，一般寬1.5～3.8m，地表出露長(zhǎng)75～178m，走向以北北東向?yàn)橹?，傾向以北西西為主，傾角62～75°。礦體多呈大傾角穿層產(chǎn)出，礦體集中分布于F32(甘甲斷裂)、F33(冷水溪斷裂)沿線及兩側(cè)，斷層性質(zhì)均為逆斷層，充填次級(jí)裂隙(表1)。

3 礦石特征

3.1 礦石礦物特征

區(qū)內(nèi)脈石英礦石以致密塊狀(白色—乳白色)為主(圖2a)，砂糖狀(圖2b，裂隙鐵質(zhì)較多)次之。脈石英主要礦物成分為石英，含少量粘土礦物、氧化鐵質(zhì)等。一般為白色，油脂—玻璃光澤，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。

礦石主要由晶粒狀石英相互鑲嵌、堆積，其粒間有少量泥質(zhì)、鐵質(zhì)等，為他形結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。石英含量98%～99%，粒徑0.01～3.0mm，晶體受應(yīng)力多發(fā)育裂紋，波狀消光明顯，少量石英呈他形梳狀、齒狀分布巖石裂隙。泥質(zhì)、鐵質(zhì)互混物微量，呈凝粒狀、彌散狀分布于石英顆粒之間(圖3)。

表1 脈石英礦產(chǎn)出特征

圖2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖

圖3 礦石巖礦鑒定鏡下投射圖

3.2 礦石化學(xué)成分

具有代表性的q2、q9、q17礦體礦石X-射線光譜半定量及電子探針能譜特征結(jié)果見表2、表3，背散射圖像中主要見粒狀、微晶粒狀、集合體狀石英和分布于石英粒間的微晶粒狀的石鹽，可見微晶四面體晶形的石鹽，未見明顯的其他礦物。礦物成分主要為石英，含少量的鹽類、氧化鐵質(zhì)等微小的雜質(zhì)礦物。其中q2礦體中SiO299.136%～99.532%，Al2O30.001%，F(xiàn)e2O30.009%，其他為K2O、CaO、Na2O、SO3、P2O5、Cl等。

表2 X-射線熒光光譜半定量分析 (單位：%)

3.3 礦石包裹體特征

流體包裹體目前是礦床研究常用的方法之一，通過均一溫度的測(cè)試，可大致反映成礦流體的溫度[2]。本次主要測(cè)定對(duì)象為原生包裹體，對(duì)石英流體包裹體在顯微鏡下主要觀察包裹體相態(tài)、溫度特征以及區(qū)分原生、次生、假次生包裹體等。

礦區(qū)脈石英包裹體形態(tài)主要為鹽水溶液氣液兩相，包裹體成分主要為H2O、N2、SO2及少量的CO2、CH4，包裹體均一溫度在255～360℃(表4)，其中q2脈石英包裹體類型簡(jiǎn)單，主要為H2O、SO2，未見明顯的其他類型的包裹體。對(duì)石英流體包裹體做均一溫度測(cè)量，先在偏光顯微鏡下尋找到包裹體，對(duì)包裹體進(jìn)行加熱，直到均一為一相，包裹體均一溫度為286℃。q17脈石英包裹體主要為H2O、N2、SO2，包裹體均一溫度為 290℃。

4 礦床成因

(1)地層條件。

湘西南綏寧地區(qū)脈石英礦床集中分布于火茅坪背斜傾伏端南華系地層，礦體多呈大傾角穿層產(chǎn)出，次要分布于青白口系、震旦系地層，巖性主要為砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖等物理脆性的巖石。

(2)構(gòu)造條件。

區(qū)域應(yīng)力以南東東—北西西向擠壓拉伸為主，形成以北北東向構(gòu)造形跡為主的褶皺斷裂，巖性為板巖系列，屬低綠片巖相，南部五團(tuán)巖體抬升擠壓使原形成的北北東向構(gòu)造向北傾伏，背斜傾伏端次級(jí)裂隙非常發(fā)育，以及板巖的層間滑脫面，為脈石英成礦提供賦礦空間。火茅坪背斜核部位置亦即F31(洪洞斷裂)、F32(甘甲斷裂)逆斷層沿線及兩側(cè)。

表3 電子探針定量分析數(shù)據(jù) (單位：%)

表4 礦體流體包裹體特征

(3)熱液來(lái)源。

青白口系至震旦系地層巖性以板巖為主，屬低綠片巖相。片巖中石英發(fā)生塑性變形的初始條件是低綠片巖相，中綠片巖相條件下以動(dòng)態(tài)重結(jié)晶為主，高綠片巖相以上則會(huì)發(fā)生顯著的靜態(tài)重結(jié)晶，形成多晶條帶。一定溫壓條件下構(gòu)造變形中的石英會(huì)以溶解—重結(jié)晶模式析出形成脈石英[3]。結(jié)合該地區(qū)礦床地質(zhì)、礦石特征及流體包裹測(cè)試分析結(jié)果，認(rèn)為該地區(qū)脈石英礦床成礦物質(zhì)可能部分來(lái)自于高硅質(zhì)地層，部分來(lái)自于深部巖漿熱液，深部中高溫富Si流體沿構(gòu)造移動(dòng)過程中與大氣水匯合，以及構(gòu)造環(huán)境的變化導(dǎo)致成礦流體物理化學(xué)環(huán)境(溫度、壓力等)發(fā)生突變，成礦物質(zhì)發(fā)生沉淀形成脈石英。部分為中高溫變質(zhì)熱液型礦床，部分為中高溫巖漿熱液型礦床。

(4)成礦模式。

自雪峰期至燕山早期，礦區(qū)經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為擠壓及抬升，形成一系列的褶皺與逆斷層，南部印支期巖體就位抬升加劇了火茅坪背斜的向北傾伏，處于背斜核部?jī)A伏端的南華系的砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖等脆性巖石經(jīng)過多期的應(yīng)力影響內(nèi)部裂隙發(fā)育，為成礦提供了容礦空間[4]。燕山晚期為區(qū)域后造山伸展環(huán)境，張性斷層有所發(fā)育，局部引起巖石圈局部拆沉，深部高硅熱液沿張性斷裂運(yùn)移最終充填次級(jí)裂隙形成脈石英礦[5-6](圖4)。

圖4 脈石英礦成礦模式示意圖