湖北黃柿坪脈石英礦床地質特征及成因淺析

王書春

(中國建筑材料工業地質勘查中心湖北總隊，湖北 武漢 430034)

高純石英是高檔石英制品的原料，因其具有耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹性、高度絕緣性和透光性等優異的物理化學性質，廣泛應用于半導體、電子信息、光伏和電光源等高新技術產業，在戰略性新興產業中具有重要地位和作用[1]。脈石英由于SiO2含量高、Fe2O3含量低，是加工高純石英理想的礦物原料之一。湖北省鄖陽區黃柿坪脈石英礦床以礦石質量好，銷往江蘇省東海縣用于生產高純石英制品而聞名，本文對該脈石英礦床成礦地質特征進行了分析，初步總結了礦床成因及找礦方向，對鄖陽及周邊地區脈石英找礦具有一定的指導意義。

1 區域地質背景

礦區大地構造位置處于秦嶺褶皺系(Ⅱ)南秦嶺—淮陽褶皺帶(Ⅱ2)武當復背斜(Ⅱ23-1)北部[2]，同時也位于我國東秦嶺—大別山脈石英成礦區帶上[3]。區域內地層屬秦嶺地層區南秦嶺—淮陽分區兩鄖小區，出露中—晚元古代至新生代不同時代的地層。主要為中元古代武當山巖群，震旦系耀嶺河組、陡山沱組、燈影組，寒武系及第四系(圖1)。

圖1 黃柿坪礦區區域地質簡圖

區域內巖漿巖較發育，以武當山巖群和耀嶺河組火山巖為主，普遍遭受區域變質作用，為變火山巖；其次為印支—海西期巖漿侵入活動，多為花崗閃長斑巖、石英正長斑巖、輝綠巖及輝長巖體，一般沿斷裂帶侵入或順地層層間、滑脫面貫入，呈巖床、巖墻、巖株狀產于武當山巖群、耀嶺河組和燈影組中，該時期的中酸性巖漿巖可為區域上脈石英成礦提供物質來源。

區域內的變質作用以區域變質作用為主，形成一套低綠片巖相—藍閃綠片巖相淺變質巖系[4]；動力變質作用較普遍，形成一套動力變質巖，多呈線狀產于剪切帶和斷裂帶內。

區域上褶皺、斷裂均較發育，褶皺自北向南，自東向西均有分布，有時相互疊加，形成了較復雜的構造輪廓；層間次級褶皺亦較發育，一般規模較小[5]；斷裂構造主要有近東西向、北東—南西向兩組，規模大小不等。區域大斷裂為脈石英成礦流體提供了較好的運移通道和賦存空間，脈石英主要分布于區域大斷裂及次級斷裂中。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區出露地層為上震旦統陡山沱組(Z2d)、燈影組第二段(Z2dn2)及第四系(Q)(圖2)。

圖 2 黃柿坪礦區地質簡圖

上震旦統陡山沱組(Z2d)：分布于礦區南部，主要巖性為灰綠色綠泥千枚巖，其原巖為泥巖、泥質砂巖，地層傾向北北西—北北東，傾角45～50°，出露寬度約150～260m，與上覆地層燈影組第二段(Z2dn2)呈斷層接觸，其頂部千枚巖與斷層(F1)接觸處偶見有變晶糜棱巖，拉伸線理較發育。

上震旦統燈影組第二段(Z2dn2)：燈影組區域上可劃分七段，礦區內僅出露第二段(Z2dn2)地層，分布于礦區北部，為一套白色厚層、中厚層白云石大理巖，大理巖中含少量泥質、石英條帶，其原巖為一套碳酸巖鹽沉積巖，受滑脫斷層(F1)影響，燈影組第一段缺失，與下伏陡山沱組呈斷層接觸，且燈影組地層發生了倒轉，地層傾向向南，傾角48～62°，出露寬度約280～410m；其底部大理巖中的泥質、石英條帶在近斷層(F1)處常被拉斷呈香腸狀或形成緊閉順層褶皺。

2.2 構造

礦區F1斷層為陡山沱組與燈影組之間滑脫斷裂構造，自東向西橫切礦區，出露長度大于1km，產狀與南部陡山沱組千枚巖一致，傾向北北西—北北東，傾角35～65°。斷層破碎帶1～5m不等，破碎帶內主要為石英脈，偶見斷層角礫或變晶糜棱巖，多數地段破碎帶不甚明顯。F1斷層上盤下降，下盤上升，為正斷層。

2.3 巖脈

礦區巖漿巖不發育，僅在F1斷層破碎帶及陡山沱組頂部見石英脈。F1斷層破碎帶中順斷層出露一層石英脈，產狀與斷層一致，呈透鏡狀分布，自西向東延伸，厚度0.5～5m之間，沿走向上呈尖滅再現特征，脈體常見小的水晶晶洞，為本礦區的脈石英工業礦體；陡山沱組頂部在近F1斷層處見少量細小石英脈，多無規律穿插于陡山沱組頂部千枚巖中。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于陡山沱組與燈影組層間F1斷層破碎帶中，分布有Ⅰ-1、Ⅰ-2兩個脈石英礦體。Ⅰ-1號礦體分布于礦區中西部，呈似層狀產出，走向近東西向，傾向北北東，傾角43～65°，礦體走向長度550.54m，斜深25～67m，礦體厚度1.15～3.00m，平均厚度1.90m，厚度變化系數33.33%，厚度穩定。Ⅰ-2礦體分布于礦區東部，呈透鏡狀產出，走向北東東至南西西向，傾向北北西，傾角28～43°，礦體走向長度170m，斜深0～55m，礦體厚度0.59～4.19m，平均厚度1.73m，厚度變化系數95.7%，厚度不穩定。

礦體圍巖主要為燈影組第二段(Z2dn2)白云石大理巖及陡山沱組(Z2d)千枚巖，其中燈影組第二段(Z2dn2)白云石大理巖為礦體頂板，呈黃—褐黃或白色，中厚層狀，局部呈角礫狀，其產狀與礦體產狀反向斜交，局部受斷層影響形成牽引構造。陡山沱組(Z2d)千枚巖為礦體底板，呈灰綠色，鱗片變晶結構、千枚狀構造，地表風化面局部松散狀，礦體與千枚巖產狀大體一致，順層發育于千枚巖之上。

3.2 礦石礦物特征

礦石主要類型為脈石英，呈半透明—白色，粗粒粒柱狀變晶結構，塊狀構造，油脂光澤顯著，貝殼狀斷口，礦石質純性脆，無解理，局部可見少量水晶晶簇。主要礦物成分為石英，含少量的泥質、鐵質礦物，礦石鏡下特征(圖3)：石英(Qtz)含量近99%，半自形—他形粒柱狀變晶結構，粗粒—偉晶結構，部分可見柱狀晶體截面特征，表面光滑，波狀消光，一級灰白干涉色，粒徑0.01～25.0mm不等；泥質微量，粉塵狀，淺黃褐色，零星分布于石英顆粒裂隙中；鐵質少量，不規則粒狀，微細粒，零散分布，粒徑0.002～0.02mm之間。此外，靠近大理巖圍巖處礦石局部含少量方解石、白云石，其含量一般＜2%。

圖3 脈石英礦石鏡下特征

3.3 礦石質量

Ⅰ-1礦體平均化學成分SiO298.05%、Al2O30.14%、Fe2O30.09%，SiO2中部含量最高99.49%，沿走向呈中部高，向東、西兩側略變低趨勢，變化幅度2%～4%，沿深部方向無明顯規律，總體質量穩定，有害成分Al2O3、Fe2O3沿走向和傾向無明顯變化規律，較穩定[6]。Ⅰ-2礦體平均化學成分SiO298.09%、Al2O30.16%、Fe2O30.13%，SiO2最高99.16%，SiO2、Al2O3及Fe2O3含量沿走向和傾向變化不大，質量穩定(表1)。

表1 脈石英礦體化學成分一覽表

3.4 包裹體特征

在Ⅰ-1礦體取樣進行了包裹體測試，主要為富液相的氣液兩相原生包裹體[6]，偶見含子晶(S)的鹽水溶液包裹體，包裹體中氣包(L)與液相(V)界線明顯，氣液比大部分在10%～15%，包裹體體積小，變化不大，一般3～7μm，形態各異，以橢圓狀、圓形為主，多成孤立狀賦存與礦物中(圖4)，少部分呈帶狀分布于礦物生長環帶內。

圖4 脈石英樣品流體包裹體顯微特征

根據均一溫度分布特征(圖5a)，樣品測得的包裹體均一溫度為154.85～275.35℃，平均值為227.63℃，峰值位于210～270℃之間，表明主要在該溫度區間發生成礦作用[7]；冰點為-12.7～-3.4℃，按溫度對成礦流體的鹽度進行換算，其鹽度含量主要集中在6%NaCl～14%NaCl(圖5b)，均一狀態主要為均一到液相，同時通過拉曼光譜測試，包裹體中的液相成分主要為H2O，氣相成分為CO2，偶見含子礦物三相包裹體。包裹體成分主要為H2O和CO2，流體表現為中低溫、低鹽度特征。綜合地質特征及流體特征，推斷成礦流體為巖漿流體[8]。

圖5 流體包裹體均一溫度(a)及鹽度(b)分布圖

4 礦床成因

成礦物質來源：脈石英圍巖為燈影組第二段(Z2dn2)白云石大理巖、陡山沱組(Z2d)千枚巖，其圍巖中均不富含SiO2，結合流體包裹體特征，初步認為脈石英成礦物質來源為深部巖漿熱液，該區域巖漿活動較頻繁[9]，印支—海西期中酸性巖體、巖脈較發育，可為其提供酸性巖漿熱液[10]，在某些特殊的環境下，產生富SiO2的流體。

控礦構造：礦體賦存于燈影組第二段(Z2dn2)白云石大理巖與陡山沱組(Z2d)千枚巖之間的F1滑脫斷層中，該斷層近東西向，為區域大斷層的次級斷層，可為富硅巖漿熱液提供通道和賦存空間[11]。

成礦作用：印支—海西期酸性巖漿熱液在特定的條件下形成的富SiO2的流體，并伴有大氣降水和地殼中的物質，沿區域大斷裂的次級斷裂向上運移，在斷裂上部物理化學條件發生變化的地段沉淀冷卻結晶形成脈石英[12]。

5 結論

(1)礦石質量好，礦體SiO2平均含量＞98.05%，Al2O3平均含量＜0.16%，Fe2O3平均含量＜0.13%，可用于高純石英原料。

(2)流體包裹體以氣液兩相為主、偶見含子晶的低鹽度鹽水溶液原生包裹體，氣液成分主要為H2O，其次為CO2，流體溫度154.85～275.35℃，平均值為227.63℃，峰值位于210～270℃。

(3)印支—海西期酸性巖漿巖產生富SiO2的流體沿深大斷裂的次級斷裂運移沉淀冷卻結晶形成脈石英礦，為一中低溫巖漿熱液型脈石英礦床。

(4)斷裂帶、中酸性巖漿巖或巖脈較發育處為成礦有利地區，為該類礦床的找礦方向。