大別山西段卡房地區脈石英礦體特征及找礦方向

王紀平，張廣山，郭治鋒，陳傳剛，劉自立，孫春曉，杜安鵬

(中國建筑材料工業地質勘查中心河南總隊，河南 信陽 464000)

高純石英被列為我國在當前和今后一段時期內的戰略性非金屬礦產，是信息技術(光通訊等)、光電源等產業用石英玻璃的原料。高純石英高端產品是芯片產業(半導體)、新能源(光伏等)和硅產業等功能材料和關鍵基礎材料生產的原料，在國家戰新產業、經濟安全和國防安全都具有重要作用[1-2]。隨著水晶資源的逐步枯竭，脈石英替代水晶作為高純石英原料成為一種趨勢[3]。大別山西部北麓卡房地區脈石英礦成分單一，SiO2含量高，原礦質量好，可以替代天然水晶作為高純石英原料。本文對卡房地區脈石英的特征和礦石質量進行了分析，并探討了脈石英礦的成因和分布規律，為下一步在該地區尋找脈石英資源指明了找礦方向。

1 地質概況

研究區位于大別山脈西段，處于秦祁昆造山系東部，北為華北陸塊區，南為揚子陸塊區，該區構造發育，具有多期成礦構造回旋，形成多種成礦建造[4]。區內以下元古界卡房巖組混合質白云二長片麻巖為主，夾白云二長(斜長)片麻巖、淺粒巖、白云石英片、榴閃巖和斜長角閃巖組成，即為白云母—鈉長石—石英及微斜長石—鈉長石—石英一系列礦物組合，主要為富硅的變質巖建造。

研究區位于天臺山背斜(A1)中段卡房穹窿構造中部偏南西部分。穹窿長軸走向324°，長20km，短軸方向40°，長約12km。受古構造體系影響，區內構造復雜，下元古界的片巖、片麻巖系均發生了褶皺，斷裂發育。

區內發育著一系列北西向、北東向斷裂，這些斷裂多呈現為張扭性或壓扭性。其中北西向斷層以東河—卡房斷層(F83)為主：走向335～340°，傾向北東，傾角70～51°，斷層延伸長度約18km。沿斷層巖層破碎，有大型的石英脈侵入。斷層作順時針扭動，最大斷距為3km。該斷層走向近平行于卡房穹窿長軸方向，位于卡房穹窿中偏南西部。北東向斷層主要為新華夏系構造，屬于較年輕的構造體系，以灄水斷層(F29)為代表：斷層走向15～30°，向西南斜切卡房背斜(穹窿)。在南部斷層切割了北西向的東河—卡房斷層，使得卡房地區主石英脈位移錯動(圖1)。區內巖漿巖不發育，主要為一些小規模的石英脈。

圖1 卡房地區地質簡圖及脈石英礦分布

研究區內穿插有一條大型石英脈(受斷層F83 影 響)，長 約6km，寬40～70m，總 體 走向335～340°，傾向北東，傾角陡立80°，埋深大于100m。石英脈呈山脊地貌出露，巖石由石英—玉髓組成，鐵質礦物少量。石英隱微晶狀，不透明，油脂光澤，結晶程度稍差，SiO2含量為94%～97.95%，質量稍差。其中混合少量鐵泥質礦物，巖石受應力作用破碎，碎塊間為次生石英充填膠結。巖石表面受鐵質浸染，呈黃褐色。該石英脈屬斷層破碎帶熱液填充，早于研究區內高純石英脈形成時間，為后期脈石英的形成提供了物質來源。

2 脈石英礦體特征及礦石質量

2.1 礦體特征

區內共發現石英脈33 條，主要分布在下元古界卡房組下段構造裂隙中，石英脈產狀受褶皺和斷層構造影響，主要呈北北西和北東東向斷續延伸，總體上與卡房穹窿的構造線方向一致。其中1～3m的石英脈16 條(表1)；1m 以下的石英脈17 條，大脈占48.5%。石英脈的形狀取決于形成時構造裂隙的形狀，多呈脈狀、透鏡狀，少數呈不規則脈狀。石英脈的走向主要北北西向及北東東向，經統計繪制了脈石英走向玫瑰花圖(圖2)。脈石英雜質充填較少，對脈石英的質量影響較小。

表1 脈石英主要礦體一覽表

圖2 脈石英走向玫瑰花圖

石英脈的圍巖主要為片麻巖，兩側圍巖具強烈的硅化、絹云母化、綠泥石化。部分石英脈邊部蝕變形成薄層的暗色邊，在接觸帶上云母片有集中變大的現象。

2.2 礦石類型

研究區內脈石英主要有砂糖狀和塊狀兩種類型。砂糖狀脈石英乳白色、白色，半透明(圖3a、b)，主要有石英組成。表面風化受鐵質浸染，局部沿裂隙染有紅色或黃褐色水銹斑或鐵質浮膜，呈現斑雜狀褐黃色外貌。致密塊狀脈石英主要為石英集合體(圖3c、d )，呈乳白—灰白色，致密塊狀，不透明—半透明，細晶—微晶結構不含晶，斷面具油脂光澤。

脈石英主要受次級斷裂控制，填充在構造裂隙空間中，質地較為純凈，僅在礦石表面有鐵銹，脈石英邊緣接觸帶局部有云母集合體，雜質充填較少。鏡下脈石英為自形至半自形粒狀、微晶粒狀、粒狀集合體，晶粒大小不一，相互堆積、鑲嵌；粒徑0.5～2.0mm，多數為1～2mm，均具波狀消光，長軸大致定向排列，定向分布。顯微鏡下，晶粒較為完整且結晶度較好，顆粒較大。

圖3 脈石英礦石照片及鏡下特征

2.3 礦石包裹體

脈石英中普遍存在包裹體，而對于高純石英應用來說，包裹體是脈石英的有害成分之一，研究并去除其包裹體對制備高純石英具有較大意義[5]。本工作區脈石英主要為氣液兩相流體包裹體，在顯微鏡視域范圍內包裹體數量較少，面積占比8%左右，包裹體體積較小，一般為7～20μm，形狀為不規則狀，且多為原生包裹體。氣泡的充填度約為8%。包裹體均一溫度在161～254℃，冰點為-6.8～0.3℃。通過拉曼光譜測試，脈石英樣品流體包裹體主要成分為H2O、CO2、N2(圖4)。以氣液兩相包裹體為主，有利于在深加工中包裹體的去除[6]。

2.4 礦石元素含量

通過對區內16 條脈石英樣品進行了常規化學成分測試(表2)，脈石英礦雜質較少，礦石質量較好，滿足近年來脈石英附加值最高的應用領域要求。對彌補天然水晶資源的不足，滿足高科技用硅原料需求具有重要的現實意義[7-8]。

采用了3 件具有代表性且質量較好的脈石英樣品進行電子探針測試(表3)。脈石英主要的雜質元素是鋁，Al2O3的含量在0～0.07%，其次是鎳和鐵。經分析認為，影響礦石質量的主要雜質元素為鋁、鐵、鎳和磷。

圖4 激光拉曼光譜圖

表2 脈石英化學成分分析結果 (單位：% )

3 礦床成因

區內脈石英主要賦存在下元古界卡房組下段地層中，根據野外工作情況及巖礦鑒定，組成該組地層的巖石主要為混合質白云二長片麻巖為主，夾白云二長(斜長)片麻巖、淺粒巖、白云石英片、榴閃巖和斜長角閃巖，底部為含稀疏眼球的條痕狀混合巖。主要礦物組合為：白云母—鈉長石—石英及微斜長石—鈉長石—石英。含硅地質體(地層)為巖漿熱液提供了SiO2物質來源。國外的眾多研究表明［9］，大部分高純石英原料產在變質巖地區，因為變質作用可以使石英產生重結晶，也可以使石英晶體中的某些雜質元素含量降低，從而形成純度較高的石英。據國內學者認為，變質巖地區的石英是用來替代水晶作為高品質的原料[10]。

表3 電子探針定量分析數據 (單位：% )

從區內脈石英產出狀態看，巖漿演化過程中分異出的富SiO2的熱液向上運動，在構造空間中分異結晶形成脈石英。在穩定的構造中形成的脈石英形態簡單，以簡單型脈為主，分異程度高，礦石相對富集；在不穩定環境下形成的脈石英礦體多呈不規則脈狀，不含或少含圍巖捕虜體[11-12]。

研究區內經歷了多期次構造運動，斷裂構造發育。卡房穹窿的形成，產生一系列的成礦構造和成礦結構面，構造和廣泛發育的張性裂隙為富含SiO2的流體提供了運移通道。為脈石英的充填就位提供了良好的賦礦場所。良好的圍巖地層條件為高純脈石英提供了優良的生、儲環境；卡房穹窿構造，為脈石英形成提供了賦礦場所。本礦床成因類型屬低溫熱液充填型礦床(表4)。

表4 卡房地區脈石英礦區域成礦要素及成礦作用特征一覽表

4 找礦方向及潛力分析

(1)地層標志：石英脈主要賦存于下元古界卡房組下段地層中，該層片麻巖、片巖為脈石英提供了物質來源。

(2)構造標志：石英脈嚴格受斷裂構造控制，多期次構造形成的卡房穹窿和與之平行產出的次級張性斷裂為脈石英容礦場所，為脈石英找礦指明方向。

(3)圍巖蝕變標志：石英脈兩側圍巖具強烈的硅化、絹云母化、綠泥石化，這種蝕變類型可作為尋找中—低溫熱液礦床的標志。

(4)地形地貌標志：脈石英抗風化能力強，易形成山脊、陡坎等地貌。

(5)滾石標志：溝谷中的殘坡積中的滾石為最明顯的找礦標志。

(6)地名標志：以白石坑、白石山命名的地方。

研究區主要地層大面積出露為下元古界的一套經淺—中等區域變質作用形成的片麻巖夾片巖系。區內構造發育，北東向的構造、北西向構造疊加，形成了一個規模較大的卡房穹窿，穹窿長軸長約20km，短軸長約12km，面積約240km2。相應產生一系列的成礦構造和成礦結構面，為脈石英的形成提供了良好的運移通道和成礦空間。有利的構造環境、地層物質來源和巖漿侵位的熱源條件，提供了脈石英得天獨厚的成礦條件。在卡房穹窿范圍內地質成礦條件顯示出高純脈石英具有極好的找礦潛力。