內鄉縣李溝矽線石礦床地質特征及礦床成因

喬海霞，楊水旺，陳春景，王巧玲，贠鵬超，周亞麗

(1.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心， 河南 鄭州 450016； 2.河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊， 河南 鄭州 450016)

0 引言

矽線石是一種重要的非金屬礦產資源，矽線石與紅柱石、藍晶石統稱為高鋁三石，其化學成分相同，其化學式為Al2SiO5或Al2O3·SiO2，物理性質相近，在高溫下(1100～1650 ℃)轉變為莫來石。矽線石又稱硅線石，可作為陶瓷、耐火材料、合成莫來石、焊接材料、摩擦材料等的原料，因具有抗急冷急熱性、耐火度高、機械強度大、熱穩定性好、抗渣性強等優點，被廣泛應用于冶金、化工、陶瓷、玻璃等領域(曹玉聘等，1999①；周世全等，1995；戴耕，2000；賴群生，2004；張巍，2015；許春雪等，2017；張燕群等，2018)。隨著國家經濟建設的發展，矽線石、藍晶石、紅柱石這類耐火原料礦產的需求與日俱增(王西榮，2021)，因此應加強對矽線石的地質找礦勘查力度。

內鄉縣李溝矽線石礦床地處秦嶺造山帶東段南支，豫西南高鋁三石成礦帶中(曹玉聘等，1999①；張恒獻等，2018②)。“高鋁三石”成礦帶除該礦床外，另外兩個礦床分別為隱山藍晶石礦床和楊乃溝紅柱石礦床。在長約200 km，寬約1～2 km的該成礦帶內，除此三個大礦床之外，還有10余個矽線石中小型礦床(點)。李溝矽線石礦床位于河南省內鄉縣七里坪鄉李溝一帶，地理坐標范圍為東經11l°48′23″～111°51′16″，北緯33°17′12″～33°18′47″。該礦床受區域地層、構造及巖漿活動影響顯著，受褶皺構造控制呈層狀賦存于古元古界雁嶺溝組片巖內，斷層影響較小，區內巖漿活動利于矽線石礦的形成。筆者對該地區近年來的生產勘查報告開展了系統研究，總結該礦床的成礦地質條件、礦體地質特征、礦石質量特征等，對該地區矽線石礦的礦床成因、找礦標志進行一定的探討。對在南陽地區開展矽線石找礦有進一步的參考作用。

1 區域地質概況

李溝矽線石礦床位于秦嶺復雜造山帶東段南支，朱(陽關)—夏(館)斷裂帶南側，商(南)—丹(水)斷裂帶以北。該礦床處于西峽北部—鎮平“北秦嶺構造帶Au、Cu、Sb、Hg、As、稀有、非金屬成礦區(Ⅳ級)”的亞系列，即其紅柱石、藍晶石、矽線石、石墨礦床成礦系列中的三石成礦帶(即“豫西南高鋁三石成礦帶”)。其中，朱—夏斷裂是二郎坪群與秦嶺群的界限，斷裂以南為秦嶺群，北側主要為二郎坪群(秦明等，2018；王瑞廷等，2020；張彥鋒等，2021)；商—丹斷裂是劃分南、北秦嶺的邊界斷裂帶(于在平等，1996；楊志華和鄧亞婷，1999；周鼎武等，2002；宋傳中等，2009)，在西峽—內鄉以北地區為秦嶺群，以南地區為峽河巖群(李紅梅等，2009；方冬林，2018；易志強等，2018；金偉衎，2021；薛艷等，2021)(圖1)。

圖1 區域構造單元劃分圖(據金偉衎，2021修改)1—三門峽—魯山斷裂；2—欒川—明港斷裂帶(欒川斷裂)；3—瓦穴子—小羅溝—小董莊斷裂帶(瓦穴子斷裂)；4—朱陽關—夏館—大河斷裂帶(朱夏斷裂)；5—西官莊—鎮平—松扒斷裂(商丹斷裂)；6—金礦床；7—銀礦床；8—銅礦床；9—斷裂；10—研究區位置

區內地層以變質地層為主，主要出露有古元古界秦嶺群(Pt1q)、中新元古界峽河巖群、下古生界二郎坪群(Pt2el)、上古生界泥盆系南灣組(Dn)、中生界白堊系(K)和第四系(Q)(王亨治等，1989)。秦嶺群在區內廣泛分布，矽線石、石墨礦層多產于其中，為區內主要的含礦地層，主要分布于區內中—北部，主要有郭莊巖組(Pt1g)和雁嶺溝組(Pt1y)。峽河巖群分布面積較小，主要有大廟組(Pz1d)、火神廟組(Pz1h)、小寨組(Pz1x)。第四系(Q)主要分布在河流兩側，為砂礫石、碎石、亞砂土(杜鳳軍等，2015)。

圖2 區域構造略圖(據張恒獻等，2018②修改)1—第四系；2—上白堊統；3—峽河巖群一段；4—秦嶺群雁嶺溝組；5—秦嶺群郭莊巖組；6—糜棱巖化鈣絹云石英片巖；7—矽線石片巖；8—石墨大理巖；9—大理巖；10—黑云斜長片麻巖；11—斷層；12—產狀；13—剖面及編號；14—礦區位置及范圍

區內斷裂發育，以北西向斷裂最為發育，次為北東向，其中北西向韌性斷裂規模大，為區域性斷裂構造的一部分，是區域內主干斷裂構造；北東向斷裂主要為脆性斷裂，規模較小。

區內巖漿活動活躍，主要為巖枝和巖脈侵入，從酸性到基性均有出露，主要巖性有花崗巖、閃長巖等。

區內除金、銀、銅金屬礦產外，非金屬礦產也較為發育，其中李溝矽線石礦床為豫西南高鋁三石成礦帶中的三大礦床之一。

2 礦區地質

2.1 地層

礦區地層總體為北西走向，與區域構造線方向一致，出露地層主要為古元古界秦嶺群雁嶺溝組(Pt1y)及第四系等，矽線石礦層即賦存于雁嶺溝組內。雁嶺溝組(Pt1y)為區內主要出露地層，大面積分布，主要巖性組合為大理巖(mb)、含石墨大理巖(Gmb)、片巖(sch)及黑云斜長角閃片巖(BPsch)等。其中片巖(sch)為本區雁嶺溝組標志巖層，為一套富鋁、高硅的泥質巖變質形成，在區內呈條帶狀分布，北西走向，形狀不規則，受褶皺控制，中部片巖傾向10°～70°、傾角15°～45°，西南部和東北部片巖傾向205°～220°，傾角40°～45°。該層片褶厚度約為20～80 m。矽線石礦賦存在雁嶺溝組的片巖中。主要巖性組合為含石榴黑云矽線石英片巖、(含石榴)含矽線黑云石英片巖和少量含石墨黑云鈣質片巖。第四系(Q)主要分布在河流兩側及溝谷中，為現代河流沖積物、洪積物及殘坡積物，主要由亞黏土、亞砂土、砂土、砂、礫石等組成。

2.2 構造

區內褶皺形態整體上表現為平臥—向形褶皺，后被多期褶皺疊加和斷層錯動，部分地段地層倒轉，褶曲形態復雜，主要有“柏凹—李家莊”背斜和“任家莊—時家”向斜。其中柏凹—李家莊背斜為一復式傾伏褶皺，走向315°～320°，傾伏向135°。任家莊—時家向斜為一斜歪褶皺，走向290°～305°，北翼局部倒轉。二者均為北西走向，北西端翹起。區內斷裂構造發育，主要有北西向、北東向、北北西向三組斷裂。北西向主要斷裂有兩條，為壓性斷裂；北東向主要斷裂有5條，為先壓后張性斷裂；北北西向斷裂不發育，以壓性為主。斷裂帶寬度一般2～20 m，帶內巖石具碎裂結構，角礫狀構造，角礫和膠結物成分一致，多為大理巖，帶內具硅化、弱褐鐵礦化和碳酸鹽化等蝕變，受后期熱液交代蝕變影響，構造帶裂隙內充填石棉細脈或石棉薄膜，強烈風化蝕變為白色土狀巖粉。

礦區地層受褶皺控制顯著，矽線石含礦層也嚴格受褶皺控制，褶皺構造是本區重要控礦構造，斷層對含礦層的破壞作用較小。

2.3 巖漿活動

區內巖漿活動主要表現為加里東期花崗巖脈，脈體產狀普遍較陡，呈北西及北東東向脈狀展布，出露寬度1～60 m，出露長度200～1000 m，個別長度大于1000 m，脈體多順層侵入，少數斜切地層。花崗巖脈巖局部呈弱定向構造。巖漿活動對礦體無顯著破壞，促進了矽線石晶體的進一步生成和富集。

3 礦床地質特征

3.1 礦層地質特征

區內共圈出4個矽線石含礦層，由南至北依次為K1、K2、K3、K4。K2、K3為區內主要含礦層，均受地層控制，呈帶狀展布，其地質特征如下：

K2含礦層分布于“任家莊—時家”向斜兩翼組成，其中北翼近東西走向，出露長度約900 m，出露寬度50～110 m，產狀10°～25°∠15°～35°，圈出礦體K2-1；南翼北西—近南北向走向，區內長度約1800 m，兩端延伸出礦區，地表出露寬度30～90 m，含礦層傾向變化較大，產狀10°～70°∠15°～45°，共圈出了K2-2～K2-9共8個礦體(圖3)。該含礦層巖性組合主要為黑云矽線石英片巖、含石榴矽線黑云石英片巖、黑云石英片巖等，矽線石含量一般0.5%～21%，最高含量25.67%，共圈出9個礦體。

圖3 內鄉縣李溝K2南翼矽線石礦地質略圖(據張恒獻等，2018②修改)1—第四系；2—古元古界秦嶺群雁嶺溝組；3—大理巖；4—含石墨大理巖；5—含石榴黑云矽線石英片巖；6—黑云斜長片(麻)巖；7—花崗巖脈；8—矽線石礦體及編號；9—矽線石含礦層及編號；10—地質界線；11—性質不明斷層及編號；12—推測斷層及編號；13—勘探線及編號；14—礦區邊界線

K3為帶狀、北西走向，區內長度約1000 m，出露寬度60～80 m，產狀210°～220°∠45°～65°。該含礦層巖性組合主要為矽線黑云石英片巖、含石榴矽線黑云石英片巖、黑云石英片巖等，矽線石含量一般0.26%～15%，最高含量17.56%，共圈出了K3-1、K3-2、K3-3三個低品位矽線石礦體(圖4)。

圖4 內鄉縣李溝K3矽線石礦地質略圖(據張恒獻等，2018②修改)1—第四系；2—古元古界秦嶺群雁嶺溝組；3—大理巖；4—含石墨大理巖；5—含石榴黑云矽線石英片巖；6—花崗巖脈；7—矽線石礦體及編號；8—矽線石含礦層及編號；9—地質界線；10—性質不明斷層及編號；11—推測斷層及編號；12—勘探線及編號

3.2 礦體地質特征

區內共圈定出12個矽線石礦體，其中K2含礦層9個礦體(K2-1～K2-9)，K3含礦層3個礦體(K3-1～K3-3)。其中主要礦體3個，分別為K2-3、K2-4、K3-2；次要礦體3個，分別為K2-1、K2-2、K3-3，其他K2-5、K2-6、K2-7、K2-8、K2-9、K3-1為單工程控制的小(或薄)礦體。區內礦體主要特征見表1。

K2-4礦體分布于K2含礦層南翼，與K2-2、K2-3大致平行，出露于地表，地表傾角較陡，深部傾角較緩，形態簡單，呈層狀，礦體內無夾石，邊界規則，向北東側伏；賦存標高365～550 m，埋深0～172 m，區內走向長度785 m，控制最大斜深320 m，厚度中等穩定。礦體連續性較好，主要由含石榴矽線黑云石英片巖型礦石及含石榴黑云矽線石英片巖型礦石組成。該礦體工業礦平均品位16.80%，低品位礦平均品位11.83%。(圖5)。

圖5 K2含礦層第0號(a)、K3含礦層第16號(b)勘探線剖面圖(據張恒獻等，2018②修改)1—古元古界秦嶺群雁嶺溝組；2—礦體位置及編號(工業礦/低品位礦)；3—鉆孔編號及位置；4—產狀

表1 內鄉縣李溝礦區矽線石礦體特征一覽表

K3-2分布于K3含礦層，出露于地表，賦存標高152～530 m，埋深0～208 m，區內走向長度900 m，控制最大斜深188 m，礦體產狀205°～215°∠45°～53°，礦體厚度2.04～6.21 m，平均厚度3.55 m，厚度變化系數65.09%，厚度中等穩定。矽線石品位10.59%～14.02%，平均品位11.52%，品位變化系數12.13%，品位均勻。礦體主要由含石榴矽線黑云石英片巖型礦石組成，礦體形態簡單，呈層狀，礦體淺部有一層楔形薄夾石，夾石巖性為含石榴矽線黑云石英片巖，礦體向南西側伏；沿傾向由地表向深部逐漸變小，向深部未封閉；礦體品位深部略低于地表，沿走向和傾向礦體品位總體上變化不大，品位均勻，該礦體為低品位礦體(圖5)。

3.3 礦石質量特征

(1)礦石礦物成分：礦石礦物成分多達25種(表2)。其中，主要礦物為石英、矽線石、黑云母、鉀長石、石榴石、高嶺石，次要礦物為藍晶石、黃鐵礦、磁鐵礦、石墨、綠泥石、綠簾石、斜長石等，其它為少量及微量礦物。其中主要有用礦物主要為矽線石，次為石榴石，其他為脈石礦物。主要脈石礦物有石英、黑云母、高嶺石、長石，次要脈石礦物有黃鐵礦、磁鐵礦、綠泥石等。

表2 內鄉縣李溝矽線石主要礦石礦物成分統計簡表

(2)礦石巖性及結構構造特征：礦石巖性主要為含石榴黑云矽線石英片巖，礦石顏色以灰至灰黑色為主，次為灰褐色(風化鐵染所致)及灰白雜色。

礦石結構主要有針柱狀、毛發狀、纖維狀、鱗片狀、斑狀、粒狀變晶結構，分別由針柱狀矽線石、毛發狀矽線石、纖維狀矽線石、鱗片狀黑云母、粗粒石榴石和石英等組成；交代殘余結構，主要為高嶺石、絹云母等交代矽線石所致，有時也可在鏡下見到黑云母被矽線石所交代。

礦石構造主要有片狀構造，主要由片狀礦物黑云母構成；平行及斜交構造，由矽線石與片理平行或斜交分布而成，反映了矽線石生成的不同期次；束狀、氈狀構造，由矽線石集合體構成；斑點構造，主要由粗粒石榴石變斑晶和石英變斑晶構成；條帶構造，由矽線石和黑云母等淺色和暗色礦物分別集中分布而成的條帶，反映了原巖的沉積韻律。

(3)礦石化學成分：礦石化學成分以硅、鋁、鐵的氧化物為主，其中硅鋁氧化物占80%以上，全鐵占12%左右，反映了原礦富鋁高鐵特點。礦石中有益組分為SAl2O3，有害組分主要是Fe、S、P，其中S、P含量低，對礦石質量基本無影響，Fe對矽線石產品質量影響較大，除Fe是選礦的重點和難點。

(4)礦石類型：礦石自然類型簡單，分為含石榴黑云矽線石英片巖型礦石、含石榴矽線黑云石英片巖型礦石。

(5)共(伴)生礦產：礦床內伴生有益礦物為石榴石，石榴石含量一般0%～10%，局部可達30%以上，平均5%左右。石榴石粒度多在0.2～3.5 mm，集合體可達1～3 cm，部分地段石榴石富集成條帶狀。

(6)礦體圍巖和夾石：矽線石礦層頂、底板圍巖主要為大理巖、含石墨大理巖等，近礦圍巖主要為含矽線石榴黑云石英片巖、黑云石英片巖等，夾石較少，局部見有少量花崗巖脈。

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因

豫西南“高鋁三石”成礦帶整體處于同一個復雜而統一的成礦環境，變質富鋁地層分布廣泛，如古元古界秦嶺群雁嶺溝組等；區域斷裂構造發育，如朱—夏斷裂帶等；巖漿活動活躍，如加里東期花崗巖等，構成了本區地層、構造和巖漿巖的“三位一體”的控礦機制。

(1)地層因素：雁嶺溝組(含本礦)和小寨組等富鋁地層分布廣泛。該地層是形成該成礦帶“高鋁三石”礦床的物質基礎，本礦原巖Al2O3達到36.97%，屬富鋁地層(曹玉聘等，1999①；張恒獻等，2018②)。

(2)構造因素：該成礦帶中多個“高鋁三石”礦床緊鄰朱—夏斷裂帶產出。該斷裂帶及次一級斷裂既控制了部分侵入巖的產出，同時通過多次活動也控制了區域礦(床)點的分布。朱—夏斷裂帶及次一級斷裂多期活動的動力和熱液作用也促進了矽線石晶體的進一步生成和富集(王清廉，1992)。

(3)巖漿活動因素：該成礦帶巖漿活動活躍，如加里東期侵入形成了分布較廣泛的花崗巖等。巖漿侵入作用及巖漿期后熱液對礦源層中礦物質的活化、遷移和富集提供了熱動力條件，同時也為成礦作用提供了物質來源，矽線石礦物呈針柱狀、毛發狀晶體，一般認為該毛發狀矽線石的存在與區域變質作用后期的巖漿作用、熱液作用有關，矽線石外圍侵入巖體的存在和巖脈附近的矽線石品位較富說明了熱力疊加對礦化有利(胡恭任，2005；王西榮，2021)。整個成礦帶自西向東“高鋁三石”礦化基本連續，因溫度和壓力的不同自西向東形成了紅柱石矽線石(含本礦)—藍晶石—矽線石的分段富集。

綜上分析認為，李溝矽線石礦床地處秦嶺變質地層分布廣泛的復雜造山帶東段南支，區域變質作用是“高鋁三石”礦物生成的主導作用，次為后期的動力變質作用。區域變質作用長期而復雜，早期區內石灰巖和富硅、富鋁的泥質碎屑巖發生區域變質作用變質成大理巖和含矽線石黑云石英片巖，其他的基性巖逐漸變質形成斜長角閃片巖。此后，伴隨造山運動，在不斷的巖漿侵入過程中，在巖漿熱液和一定的壓力作用下，在長期持續的區域變質作用中矽線石礦物晶體不斷生成、富集，形成矽線石礦床(曹玉聘等，1999①；張恒獻，2018②；周世全等，1995；喻廣軍等，2020)。“高鋁三石”礦物的粒度、形態、分布等差別懸殊卻又在同一礦床共存，亦說明其成礦的多期性。礦區處于復雜的構造帶內，受構造作用的影響，區內巖石中礦物普遍發生動力變質和交代變質作用：地表矽線石晶體多發生次生交代，交代形成高嶺石、絹云母等；斷裂帶內白云石大理巖受低溫熱液交代形成蛇紋石和海泡石。李溝矽線石礦床與所在的豫西南“高鋁三石”成礦帶處于同一成礦系統，其成因類型屬多因素、多期次成礦的沉積變質礦床。

4.2 找礦標志

(1)地層標志：較老的富鋁地層為該礦的物質基礎，本礦床為秦嶺群雁嶺溝組地層，此外，在成礦帶東部的二郎坪群小寨組地層中亦有矽線石礦床產出。

(2)巖性標志：區內多處矽線石礦產均產于含石榴石的黑云矽線石英片巖中。

(3)礦化標志：矽線石礦物呈針柱狀、毛發狀晶體，易于辨認，可作為一種直接的找礦標志。

5 結論

李溝矽線石礦床地處秦嶺復雜造山帶東段南支，豫西南“高鋁三石”成礦帶中。礦床內矽線石礦體外圍多分布有加里東期花崗巖等巖脈，礦床受區域地層、構造及巖漿活動影響顯著，屬多成因、多期次成礦的沉積變質礦床。

該礦床賦存于富鋁地層古元古界秦嶺群雁嶺溝組片巖內，礦床受地層和褶皺構造控制，礦體呈層狀產出，產狀與地層產狀一致，礦體形態較規則，連續性好，礦體厚度和品位變化穩定，埋藏較淺，易于開采；礦床規模為中大型，經濟價值較大。

李溝矽線石礦床及外圍地區有較好的矽線石成礦地質條件，該礦床周邊地區內矽線石礦床(點)分布較多，該礦床內發現矽線石礦體數量多、規模大，其中K2-5礦體長度和厚度較小，不具有獨立的工業利用價值，K3-1和K3-3兩個礦體沿傾向向深部有尖滅趨勢，其他9個礦體沿傾向延伸較穩定，向下均未封閉，目前僅在礦區內成礦較好礦段進行了鉆探，工作程度低、深邊部未進行控制，其深部及外圍地區具有進一步的開發及尋找矽線石礦的較好找礦前景。

注 釋

① 曹玉聘,封國義,鄭祥瑞,李春陽,王義綿. 1999. 河南省內鄉縣七里坪矽線石礦詳查地質報告[R]. 鄭州：河南省地質礦產廳第一地質勘查院.

② 張恒獻,楊士輝,胡殿波,鄧志會,王常君. 2018. 河南省內鄉縣七里坪李溝矽線石普查報告[R]. 鄭州：河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院.