李趙陽，周文文，苗智聰，李偉文

(中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心湖北總隊，湖北 武漢 430034)

高純石英是世界稀缺和我國短缺的高技術戰(zhàn)略資源，是制造高技術石英玻璃不可替代的礦物原料和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)需求的稀缺類高增值礦物資源。高純石英原料短缺、核心技術受制于人，是我國集成電路的最大隱患[1-6]。

此次工作主要調查并分析了區(qū)內脈石英的分布特征及規(guī)律，總結了脈體與圍巖及構造的相對關系，對比現(xiàn)有脈石英礦山，總結了該地區(qū)脈石英成礦特征，并對其成因進行了簡要分析。相比以往脈石英成礦特征[3]，該地區(qū)脈石英礦石質量受圍巖巖性及構造控制明顯，背斜核部及中厚層白云巖成為該種類型脈石英的典型找礦標志。

1 成礦地質背景

區(qū)內大地構造位置一級構造單元屬秦嶺褶皺系Ⅰ，二級構造單元屬南秦嶺冒地槽褶皺帶Ⅰ1，三級構造單元屬金雞嶺復向斜Ⅰ11，四級構造單元為廟川褶皺束Ⅰ11-1。區(qū)域構造上以褶皺構造為主，斷層及斷裂帶多集中于巖體發(fā)育地區(qū)。地層劃分方案沿用1996年西安地質學院區(qū)域地質調查隊四分隊1/50000趙川幅劃分方案[7-8]。

1.1 地層

石甕子組(∈3-O1s)大面積出露在扁擔山向斜兩翼，是區(qū)內出露范圍和厚度最大的組級單元，基本巖性為厚層白云巖，上部含燧石團塊，因此根據(jù)燧石團塊將石甕子組分為兩個巖段[7]。

石甕子組一段(∈3-O1s1)：為灰色、淺灰色、灰白色中—厚層砂屑白云巖、泥—粉晶白云巖，偶夾礫屑白云巖，巖石重結晶普遍較強，沿走向巖石組合類型無明顯變化[3]。石甕子組二段(∈3-O1s2)：主要為深灰、灰、淺灰色白色厚層白云巖、中—薄層白云巖，白云巖組合與一段基本相同，區(qū)別主要為本巖段含燧石團塊，團塊呈餅狀、豆莢狀或不規(guī)則狀，長軸平行巖層面，偶見穿層。燧石團塊一般為黑色，偶見淡粉色，大小為1～15cm2，該段頂部可見硅結殼，厚約十幾米，燧石含量高。

白龍洞組(O2b)：出露在扁擔山向斜核部及三官洞—小白巖河一帶，以灰?guī)r為主，可劃分為2個巖性段和一個特殊巖性層。與下伏石甕子組為不整合接觸，前人在該組中發(fā)現(xiàn)大量珊瑚及腕足類化石，因此將其歸為中奧陶統(tǒng)。

白龍洞組一段(O2b1)：底部為灰色厚層生物碎屑灰?guī)r，生物碎屑含量最高可達60%以上，主要為腕足類和海百合莖化石碎片，偶見珊瑚碎屑。上部為灰色含泥質條紋粉晶灰?guī)r與灰色厚層粉晶白云巖互層，白云巖中有時含形態(tài)不規(guī)則的灰?guī)r塊，可能為白云巖化過程中的交代殘留體。白龍洞組二段(O2b2)：為灰色厚層豹皮狀灰?guī)r與灰色中—薄層泥質條紋灰?guī)r互層，常含黑色燧石團塊，但相比石甕子組二段中燧石團塊小而少。頂部可見硅結殼，厚約20m，結殼內燧石呈似層狀或網(wǎng)脈狀產(chǎn)出，燧石條帶密集，最高含量可達30%以上。硅結殼之上為鈣結殼，厚度在5～10m，由土黃色薄層瘤狀灰?guī)r和蜂窩狀灰?guī)r組成，硅結殼和鈣結殼為不整合面標志。

馬家坪千枚巖(Mph)：主要為灰色—土黃色千枚巖，鈣質千枚巖夾灰色—土黃色薄層泥晶灰?guī)r、薄層泥質灰?guī)r。底部為灰?guī)r與千枚巖互層，向上灰?guī)r減少，千枚巖增多。馬家坪千枚巖與白龍洞組二段為漸變過渡關系，屬沉積相變產(chǎn)物。

兩岔口組(Ol)：與下伏白龍洞組呈不整合接觸，可劃分為兩個巖性段。兩岔口組一段(Ol1)：下部為土黃色鈣質千枚巖夾土黃色泥質灰?guī)r，上部為灰色千枚巖夾灰色薄層灰?guī)r。該段內地層變形強烈，層間褶皺及膝折構造發(fā)育，巖石淺變質。兩岔口組二段(Ol2)：為深灰色泥質條紋泥—粉晶灰?guī)r，豹皮灰?guī)r，內可見自形黃鐵礦礦物，該巖段變形強烈，普遍糜棱巖化及劈理化，劈理中發(fā)育微晶絹云母線理。

1.2 構造

區(qū)內主要控礦構造主要為廟川褶皺束中的閻家溝—陶家院背斜(圖1)，該背斜為直立背斜，緊閉程度中等，軸面近乎直立，樞紐走向北西—南東[3]。核部出露最老地層為石甕子組一段(∈3-O1s1)，向兩翼依次出現(xiàn)是石甕子組二段(∈3-O1s2)、白龍洞組(O2b)和兩岔口組(Ol)(圖2)，其北翼受大西溝—關帝廟—小白沿河斷裂破壞和影響，缺失部分地層，在斷層附近北翼中的次級褶皺帶發(fā)育，表現(xiàn)為在主背斜之上疊加一期左行剪切褶皺，軸面走向北北西，形態(tài)較為復雜[9-11]。區(qū)內主要構造變形除與區(qū)域及局部的應力場有關外，還與巖層能干性呈正相干，區(qū)內主要為上震旦統(tǒng)—古生界主要為碳酸鹽地層，白云巖，特別是厚層白云巖，能干性比較大，層間褶皺不發(fā)育。

圖1 鄂西地區(qū)構造及地質簡圖

圖2 區(qū)內地質剖面圖

1.3 巖漿巖

區(qū)內巖漿巖主要表現(xiàn)為侵入型脈巖，其侵入期次均屬燕山期，燕山期巖漿活動為脈石英礦形成提供了豐富的物質來源[6-10]。石英脈侵入主要集中在石甕子組(∈3-O1s)白云巖中，脈寬幾公分至上十米，脈體純凈。脈體沿節(jié)理或斷層帶侵入，構造控礦方向性明顯，碎裂巖化普遍，未見褶皺變形。

區(qū)內西北側出露一條煌斑巖，屬閃斜煌斑巖，侵入在石甕子組白云巖中，主要礦物為角閃石、斜長石、黑云母，其次有鈦鐵礦、金紅石、榍石、磷灰石等。巖石為煌斑結構、片狀構造。

2 成礦特征

鄂西龍家溝地區(qū)高純石英成礦區(qū)帶劃分，屬Ⅲ-66東秦嶺Au-Ag-Mo-Cu-Pb-Zn-Sb-非金屬成礦帶[4]，南秦嶺Au-Pb-Zn-Fe-Hg-Sb-RM-REE-V-藍石棉-重晶石成礦亞帶，該區(qū)內礦床成因屬低溫熱液充填型。

2.1 地質特征

區(qū)內發(fā)育7處脈石英，分別為q1～q7，脈石英圍巖均為石甕子組中—厚層白云巖，脈體與圍巖接觸處可見大塊方解石，圍巖具硅化特征，物質交換現(xiàn)象明顯；推測為燕山期富硅熱液沿背斜張性裂隙充填，同時富硅熱液與中—厚層白云巖中鈣質成分發(fā)生交代，物質交換后的鈣質重新結晶富集生成方解石，同時圍巖測試顯示硅質含量比一般白云巖偏高。

2.2 脈體形態(tài)及分布特征

脈石英脈體呈透鏡狀、脈狀、板狀構造，規(guī)模較大的主礦體之間可見呈網(wǎng)狀分布的細脈。礦體產(chǎn)狀受閻家溝—陶家院背斜張性裂隙控制明顯，走向北東東或近東西，傾向南南西、正南或近直立產(chǎn)出，傾角在71～83°，礦脈厚度0.2～8.5m。沿走向延伸210～860m，沿傾向方向延伸可達百米，各礦體特征見表1。

2.3 礦石分析測試

經(jīng)過對區(qū)內石英脈進行撿塊取樣測試發(fā)現(xiàn)，區(qū)內脈石英的SiO2平均含量在99.51%～99.92%，有害組分Fe2O3平均含量在0.002%～0.01%，Al2O3含量在0.031%～0.087%。

表1 龍家溝地區(qū)高純石英脈體特征統(tǒng)計

2.4 礦石礦物特征

礦石主要類型為脈石英，礦物組成主要為石英集合體，粒狀變晶結構，新鮮面呈白色、乳白色、煙色至無色，透明至半透明，油脂光澤顯著，具貝殼狀斷口，性脆，無解理。僅在局部可見少量水晶晶簇，多為無色透明狀，占比較少。

同時對部分樣品進行了鏡下觀察(圖3)，觀察顯示，石英(Qtz)多呈半自形—他形粒柱狀變晶結構，部分可見柱狀晶體截面，表面光滑，波狀消光，一級灰白干涉色，可見石英重結晶作用形成的生長環(huán)帶結構，局部受構造應力作用較為破碎，粒徑為0.01～6.0mm。少量方解石(Cal)呈不規(guī)則粒狀，部分可見解理，高級白干涉色，零星分布于石英等粒間或裂隙中，粒徑為0.01～0.2mm。

圖3 單偏光鏡及正交鏡下礦物特征

2.5 包裹體特征

本次采集的樣品中主要觀察到的為富液相兩相包裹體。該類包裹體主要包含鹽水及其蒸汽。包裹體中汽包與溶液界線明顯，粒度變化較大，一般集中在5～25μm，多孤立狀隨機保存于礦物中(圖4a、b)，少部分或次生包裹體呈群狀、帶狀分布在礦物生長環(huán)帶內(圖4c、d)。以圖4a為例，視域內僅見一處粒度15μm左右的包裹體，為原生包裹體。

圖4 脈石英樣品流體包裹體鏡下特征

根據(jù)均一溫度分布特征可以看出，所有樣品所測得的包裹體均一溫度為167～265℃，少數(shù)樣品溫度范圍＜200℃，可以判斷脈石英的成礦過程具有多期次脈動的成礦特點。均一溫度平均值204～219℃，表明在該溫度范圍內發(fā)生了大規(guī)模的成礦作用(表2)。該地區(qū)的脈石英成礦溫度＜300℃，屬于低溫熱液型。

表2 礦床不同脈體包裹體均一溫度

2.6 加工技術性能

我單位委托蘇州中材非金屬礦工業(yè)設計研究院有限公司，對礦區(qū)內的脈石英樣品進行了磨礦、磁選、浮選、酸處理、洗滌、干燥等工藝試驗，確定了利用脈石英制備高純石英砂及高純硅微粉的加工工藝方案，并對產(chǎn)品指標進行了檢測，通過試驗得出如下結論。

(1)原礦SiO2含量為99.8%，主要雜質元素Al含量為 250.7μm/g、K 為50.8μm/g、Na為39.4μm/g，鏡下觀察未發(fā)現(xiàn)雜質礦物，但有部分流體包裹體，屬于較優(yōu)質的脈石英。

(2)針對石英玻璃用高純石英砂產(chǎn)品，將原礦經(jīng)過磨礦、篩分、磁選、酸處理、洗滌、干燥可得到SiO2含量為99.97%的高純石英砂產(chǎn)品。此類產(chǎn)品還可用作超白玻璃的原料，市場需求量較大。

(3)針對電子工業(yè)用高純硅微粉產(chǎn)品，經(jīng)過加工處理后，將原礦經(jīng)過磨礦、篩分、磁選、浮選、酸處理、洗滌、干燥可得到SiO2含量為99.99%的高純石英砂產(chǎn)品。

3 礦床成因分析

根據(jù)包裹體測溫可知鄂西龍家溝地區(qū)脈石英屬于低溫熱液充填型，該種類型脈體受構造及時代控礦，同時經(jīng)與其他地區(qū)脈石英礦石質量相比，該區(qū)內脈石英雜質含量明顯偏低，推斷主要與脈石英圍巖有關，脈石英主要出露于寒武—奧陶統(tǒng)石甕子組(∈3-O1s)的中—厚層白云巖中，巖漿中的富硅熱液沿背斜軸部張性裂隙向上侵入過程中，受水平方向中厚層白云巖阻攔，使得富硅熱液沿裂隙向上侵入，較少發(fā)生橫向分支，同時由于圍巖為中厚層白云巖，交代作用微弱，熱液中物質僅少部分與白云巖中的鈣質成分交代，使得脈體中雜質成分極少，富硅熱液沿裂隙向上侵入過程中在較短時間內迅速冷卻，減少了后期熱液流動分支的可能，這與野外觀察該地區(qū)脈體呈板狀侵入一致，由于熱液迅速冷卻的原因使得石英結晶程度較差，這也是較少看到石英晶簇的原因。因此，在南秦嶺地區(qū)，西起山陽五條溝，東至丹鳳、商南一線東西向的褶皺帶中背斜核部，是找尋同類型礦床的目標區(qū)域，寒武—奧陶統(tǒng)白云巖組是尋找高純石英的目標層位。

4 結論

(1)調查區(qū)內脈石英屬燕山期低溫熱液礦床，脈石英受褶皺構造中的背斜軸部控礦作用明顯。

(2)脈石英圍巖為中厚層白云巖，很大程度上減少熱液期富硅熱液在圍巖中的分支現(xiàn)象，同時能迅速將熱液冷卻，交代作用弱，減小后期雜質混入可能。

(3)經(jīng)與陜西商南下小川地區(qū)脈石英礦成礦特征對比，發(fā)現(xiàn)其成礦特征與本地區(qū)具備高度相似性，因此可推測在本地區(qū)找礦方向總結為：在背斜軸部，圍巖為中厚層白云巖的地區(qū)，同時在該地區(qū)燕山期有巖漿活動跡象，則該地區(qū)可成為高純石英的成礦靶區(qū)，后期經(jīng)深部工程驗證，有望總結出脈石英礦新的成礦模式，為后期同類型礦床找礦提供指導及理論支持。