中國(guó)石英巖礦床成礦系列與成礦譜系初探

程紹恒，李忠水，于雷

中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130000

0 引言

中國(guó)是世界上石英礦產(chǎn)資源豐富的國(guó)家之一。隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)石英巖礦的需求量與日俱增，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于平板玻璃、日用玻璃、石英玻璃、微電子塑封料填料、機(jī)械鑄造、冶金和化工等領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展中占有十分重要的地位[1-4]。全面了解我國(guó)石英巖礦的資源狀況，加強(qiáng)石英巖礦的基礎(chǔ)研究，對(duì)推進(jìn)新時(shí)期找礦、礦業(yè)發(fā)展和石英礦產(chǎn)地質(zhì)科學(xué)創(chuàng)新有著十分迫切的重要意義[5]。本文研究對(duì)象為石英巖，不包括脈石英、石英砂巖、石英砂和粉石英。

1 中國(guó)石英巖礦概況

1.1 資源特征

中國(guó)石英巖礦產(chǎn)資源的礦區(qū)有399個(gè)。其中玻璃用石英巖礦床242個(gè)，主要分布于遼寧、安徽、江西、山東和福建等地區(qū)，青海地區(qū)也有一些規(guī)模較大的礦區(qū)分布，但數(shù)量不多。中國(guó)冶金用石英巖礦床155個(gè)，主要分布在北京、寧夏、青海、甘肅、陜西、內(nèi)蒙和遼寧等地區(qū)。其它用途石英巖礦較少，福建見1處化肥用石英巖，西藏見1處飾面用石英巖[6]。

從中國(guó)石英巖資源分布特征分析，資源分布不均衡，集中度較高，礦產(chǎn)地規(guī)模結(jié)構(gòu)以小型礦床為主，次為中型礦床。

1.2 礦床類型

石英巖形成的整個(gè)過程，是一個(gè)伴隨著巖石風(fēng)化、搬運(yùn)而后沉積的歷史，礦床的形成與地質(zhì)歷史的穩(wěn)定區(qū)域、古地理環(huán)境穩(wěn)定地段的機(jī)械成礦作用密切相關(guān)。本文參照全國(guó)《重要礦產(chǎn)和區(qū)域成礦規(guī)律研究技術(shù)要求》[7]《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》[8]《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范 硅質(zhì)原料類》[9]及《礦床學(xué)》[10]提出的礦床類型劃分原則和方案。綜合考慮中國(guó)石英巖礦床的成礦作用和成礦物質(zhì)來源，以礦床的成礦作用為主導(dǎo)，突出成礦主巖，將中國(guó)石英巖礦床成因類型劃分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)，并附礦床實(shí)例。礦床成因類型見表1。

表1 中國(guó)石英巖礦床成因類型劃分表

礦床成因類型的劃分不僅能加深對(duì)礦床的形成機(jī)理、時(shí)空分布、成礦條件的理解，也能指導(dǎo)找礦勘查。

1.3 中國(guó)石英巖礦的成礦時(shí)代

中國(guó)石英巖礦產(chǎn)地成礦時(shí)間分布局限，形成時(shí)代主要集中于古元古代至中元古代(圖1)，其中以前寒武紀(jì)為主導(dǎo)，是中國(guó)石英巖礦的主要成礦時(shí)代，礦石質(zhì)量較好。

1.4 中國(guó)石英巖礦的賦礦層位

中國(guó)石英巖礦的賦礦層位主要為元古宇，還有少量的新太古界和古生界。

圖1 中國(guó)石英巖礦產(chǎn)地?cái)?shù)量時(shí)代分布圖(據(jù)自然資源部，2020)Fig.1 Distribution map of quantity and age of quartzite deposits in China

表2 中國(guó)石英巖礦床主要賦存層位

2 中國(guó)石英巖礦床的成礦系列

關(guān)于成礦系列的概念問題，程裕淇等[11]、陳毓川等[12-15]、王登紅等[16]、翟裕生等[17]和馮學(xué)仕等[18]有過專門論述。程裕淇等是以研究金屬礦床為主而提出的成礦系列的概念。成礦系列理論是程裕淇等于1975—1976年提出的，研究成礦系列對(duì)指導(dǎo)找礦有實(shí)際意義。根據(jù)已知的成礦系列理論，針對(duì)工作地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境和巖石建造特征，可以預(yù)測(cè)該區(qū)可能存在的某一(些)成礦系列。

陳毓川院士在之后提出了礦床成礦系列理論[19-20]，其核心內(nèi)容：“在一定的地質(zhì)歷史時(shí)期或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)階段，在一定的地質(zhì)構(gòu)造單元及構(gòu)造部位，與一定的地質(zhì)成礦作用有關(guān)，形成一組具有成因聯(lián)系的礦床的自然組合”該成礦系列理論強(qiáng)調(diào)了“四個(gè)一定”，即一定的歷史時(shí)期，一定的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境所構(gòu)成的地質(zhì)構(gòu)造單元，一定的地質(zhì)成礦作用和一組具有一定成因聯(lián)系的礦床。以該成礦系列理論為依據(jù)，進(jìn)行石英巖礦種的成礦系列研究及劃分。

陶維屏等將中國(guó)石英巖礦劃分為綠片巖相千枚巖片巖石英巖建造區(qū)域變質(zhì)成礦系列[21-22]，綠片巖相千枚巖片巖石英巖建造由各類云母石英片巖、千枚巖、石英巖組成，以含石英巖為特征。其中的非金屬礦床較少，僅偶有千枚巖(水泥配料礦床)、鈉長(zhǎng)陽(yáng)起片巖(巖棉原料)、石英巖、(玻璃原料)和磷礦。

中國(guó)石英巖礦資源豐富，礦床的區(qū)域分布受著沉積古地理環(huán)境及大地構(gòu)造的影響，常呈現(xiàn)出帶狀或片狀分布特征，規(guī)律性明顯。

另?yè)?jù)石英巖的成礦特征和石英巖的空間分布規(guī)律、時(shí)間分布規(guī)律，據(jù)《中國(guó)成礦體系與區(qū)域成礦評(píng)價(jià)》[23]對(duì)全國(guó)成礦系列的厘定，本文將全國(guó)石英巖礦床分為51個(gè)成礦系列(組)，58個(gè)成礦亞系列(表3、4、5、6和7)。

表3 中國(guó)太古宙與石英巖礦有關(guān)的礦床成礦系列的初步厘定

表4 中國(guó)元古宙與石英巖礦有關(guān)的礦床成礦系列的初步厘定

續(xù)表4 中國(guó)元古宙與石英巖礦有關(guān)的礦床成礦系列的初步厘定

表5 中國(guó)早古生代與石英巖礦有關(guān)的礦床成礦系列的初步厘定

表6 中國(guó)晚古生代與石英巖礦有關(guān)的礦床成礦系列的初步厘定

表7 印支—燕山期與石英巖礦有關(guān)的礦床成礦系列的初步厘定(古亞洲成礦域)

3 中國(guó)石英巖礦的成礦譜系

成礦譜系的概念是王登紅等對(duì)阿爾泰成礦省的礦床成礦系列與成礦規(guī)律研究中提出來的，指一定區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造演化過程中成礦作用的演化及時(shí)空結(jié)構(gòu)[23]。成礦譜系有兩個(gè)重點(diǎn)關(guān)注的方面。一是“礦床成礦(亞)系列隨地質(zhì)歷史時(shí)期而發(fā)生規(guī)律性變化”，二是“成礦元素在同一地區(qū)長(zhǎng)期聚集”[24]。成礦譜系一般指特定區(qū)域內(nèi)成礦作用的演化歷史和分布規(guī)律。它指示區(qū)域內(nèi)成礦物質(zhì)在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造不斷演化過程中的行為，成礦物質(zhì)的組合變化、分散或富集的規(guī)律以及區(qū)域成礦的繼承性或突變性[24]。

本文在全面總結(jié)中國(guó)石英巖礦勘查成果及前人已有研究成果[25-26]的基礎(chǔ)上編制了中國(guó)石英巖礦床成礦譜系(圖2)。橫軸為我國(guó)三大地區(qū)：中國(guó)北方地區(qū)、中國(guó)中部地區(qū)和中國(guó)南方地區(qū)。空間位置變化為自西向東。縱軸為地質(zhì)時(shí)代、造山運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)旋回。地質(zhì)時(shí)代的絕對(duì)年齡依據(jù)全國(guó)地層委員會(huì)[27]；造山運(yùn)動(dòng)與旋回依據(jù)任紀(jì)舜等的劃分[28]；主要構(gòu)造事件依據(jù)潘桂棠等的研究成果[29]；箭頭表示的是物質(zhì)、構(gòu)造和盆地等的繼承關(guān)系[30]。石英巖成礦譜系圖可以更加直觀反映出石英巖成礦作用的時(shí)空結(jié)構(gòu)、分布和演化規(guī)律。

圖2 中國(guó)石英巖礦床成礦譜系Fig.2 Metallogenic pedigree of quartzite deposits in China

中國(guó)的石英巖礦主要形成于前寒武紀(jì)，無(wú)論是在礦床數(shù)量、規(guī)模還是礦石質(zhì)量上均具優(yōu)勢(shì)[6](圖2)，這是中國(guó)石英巖礦的最大特點(diǎn)之一。在找礦實(shí)踐中，通過石英巖成礦譜系研究做到優(yōu)勢(shì)的時(shí)代、地區(qū)、類型不放，劣勢(shì)的時(shí)代、地區(qū)、類型不忘。中國(guó)石英巖礦成礦譜系的建立對(duì)研究石英巖成礦規(guī)律的研究及今后石英巖的找礦實(shí)踐具有重要意義。

4 結(jié)論

(1)在全面收集整理勘查、研究成果的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了石英巖的資源特征、礦床類型、成礦時(shí)代和賦礦層位。

(2)根據(jù)最新的成礦理論，厘定出了中國(guó)石英巖礦床51個(gè)成礦系列(組)包含58個(gè)成礦亞系列。通過“已知的”成礦系列來預(yù)測(cè)“未知的”礦床的基本思路，進(jìn)而指導(dǎo)找礦實(shí)踐。

(3)建立起了中國(guó)石英巖礦床成礦系列隨著地質(zhì)演化而形成的時(shí)空結(jié)構(gòu)，即石英巖成礦譜系。前寒武紀(jì)是中國(guó)石英巖成礦譜系的重要地質(zhì)時(shí)期。