大別山東段脈石英礦地質特征及找礦潛力分析

李光惠，張 徐

(中國建筑材料工業地質勘查中心安徽總隊，安徽 合肥 230031)

隨著我國戰略性新興產業的不斷發展，對高純石英的需求也越來越大。我國石英資源豐富，但質量參差不齊，到目前為止我國尚未發現能夠穩定滿足工業生產需要的高純石英原料優質礦產資源[1]。高純石英原料評價與選擇技術是解決我國高純石英困境的基礎和前提：一方面，原料選擇是決定高純石英產品質量的關鍵因素[2]，在缺少原料選擇技術情況下難以獲得高品質原料；另一方面，規模大、質量穩定的高品質原料也為高純石英產品工業化生產提供了可能。因此，尋找規模大、質量穩定的石英礦資源進行評價和選擇，對解決我國高純石英原料困境具有重要的現實意義。

已有研究表明，脈石英礦是生產高純石英的重要原料之一，但并不是所有的脈石英礦都能作為高純石英原料[3]。受成礦物質來源及成礦地質條件的影響，不同成礦地質環境下形成的脈石英礦的化學純度以及包裹體、晶格雜質的賦存狀態存在較大差別。國內有學者認為，變質巖地區的石英是用來替代水晶用于生產透明石英玻璃的理想原料[4]。國外的眾多研究也表明[5-7]，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元素含量降低，從而形成純度較高的石英。由此可見，變質巖地區的脈石英可能是高純石英原料的重要類型。

本文以大別山東段地區脈石英礦為研究對象，在全面調查研究區內已有石英脈的基礎上，對脈石英的類型、分布及質量進行分析，并對研究區內典型脈石英礦床特征進行總結，通過上述工作對該地區脈石英礦的找礦潛力進行了研究。希望通過本研究能為該地區尋找高純石英原料用脈石英資源提供找礦方向。

1 區域地質背景

研究區位于安徽省西部大別山造山帶東段(圖1)，處在華北板塊與揚子板塊之間的碰撞造山帶中[8-9]。大別山東段經歷了多期次造山作用[10-11]，印支期是大別山的主要變形期和高壓動力變質時期，燕山期是主要的造山期，基底剪切引起地殼重熔[12]，導致大范圍的熱流變質作用。按造山帶巖石學特征，可將大別山東段由南往北劃分為宿松變質雜巖帶、南大別超高壓變質帶、北大別變質雜巖帶及北淮陽變質巖帶四個巖石構造單元[13]。強烈的造山運動、多期次的變質作用、構造運動和巖漿活動為研究區內石英脈的形成提供了豐富的物質來源和運移淀積通道。本次研究區主要位于南大別超高壓變質帶和北大別變質雜巖帶中。

圖1 大別山東段區域地質簡圖(據文獻[14]修編)

2 礦床地質及分布特征

2.1 脈石英的類型

脈石英是地殼中SiO2滲透在裂隙中的熱液沉淀產物，其形成主要受成礦物質來源、構造裂隙以及溫壓條件控制。不同的結構構造、顏色及透明程度可以反映脈石英不同的生成環境以及雜質含量的多寡。為了方便野外識別以及對脈石英質量有初步的判斷，本次按結構將研究區的脈石英劃分為六類：砂糖狀脈石英、瓷白色致密塊狀脈石英、乳白色致密塊狀脈石英、含晶致密塊狀脈石英、其它顏色致密塊狀脈石英及梳狀脈石英。研究區內脈石英礦體中大部分由致密塊狀脈石英組成，其次為砂糖狀脈石英，梳狀脈石英較為少見。

2.2 石英脈分布特征

受造山帶隆升及剝蝕的影響，研究區內石英脈具有明顯的空間分布規律。根據已發現的石英脈的分布情況，可劃分為太湖黃鎮—潛山水吼嶺及金寨前畈—霍山大化坪兩個石英脈發育帶。

(1)太湖黃鎮—潛山水吼嶺石英脈發育帶。

近北東走向，位于太湖黃鎮到潛山水吼嶺一帶，長約40km，寬約20km。該帶所處的位置為南大別超高壓變質帶，雖然經歷了隆升和剝蝕，但仍保留了大部分表殼巖石。在該帶內已發現兩處小型以上的脈石英礦床，大于0.5m 的石英脈340 余條。石英脈走向80%以上為北東，傾向北西，傾角較陡或直立。石英脈大部分呈團囊狀、脈狀產出。長1.5 ～100m不等，寬約0.2 ～70m，延深5 ～80m。在該帶內，脈石英礦體的分布亦具有一定的空間分布特征。從已有的數據來看，太湖白石山、太湖寺前—橋沖、潛山五廟—團石灣三個地區石英脈最為發育，且具有一定的規模。

(2)金寨前畈—霍山大化坪石英脈發育帶。

近東西走向，位于金寨前畈到霍山大化坪一帶，長約50km，寬約20km。該帶所處的大地構造位置為北大別變質雜巖帶，曾經歷過強烈的隆升和剝蝕，有學者認為該地區被剝蝕的深度至少達4km[11，13，15]，大部分表殼巖已被剝蝕殆盡，出露的巖石大部分為結晶基底的巖石及燕山期的巖漿巖。該帶內目前已發現大于0.5m 的石英脈有37 條。石英脈呈脈狀產出，已發現的石英脈中延長最長達700 余米。這個帶內石英脈主要圍繞燕山期巖漿巖分布，規模較大的石英脈大部分發育在燕山期巖漿巖內。

2.3 脈石英質量特征

不同類型的脈石英，其質量存在差別。對研究區內277 件脈石英樣品進行基本分析測試(表1)發現，如果不考慮其它的因素僅從化學純度進行比較的話，研究區內瓷白色致密塊狀脈石英SiO2含量最高，其次為砂糖狀脈石英及含晶致密塊狀脈石英，其它顏色致密塊狀脈石英SiO2含量最低。不同類型脈石英之間Al2O3含量差別較大，最低為0.033%，最高為3.836%，瓷白色致密塊狀脈石英Al2O3含量最低，其次為含晶致密塊狀脈石英。研究區脈石英Fe2O3含量在0.035%～0.694%，瓷白色致密塊狀脈石英、砂糖狀脈石英、含晶致密塊狀脈石英Fe2O3含量遠小于0.15%。

表1 不同類型脈石英的質量特征

研究區內脈石英質量具有南高北低趨勢(表2)，發育在不同巖石構造單元的脈石英質量有差別，北大別變質雜巖帶中的脈石英總體Al2O3、Fe2O3含量較高。這表明脈石英的質量與所處的大地構造環境密切相關。

對研究區內不同地質體的脈石英的質量進行統計( 表3) 可以看出，不同地質體之間脈石英的質量也存在差別。榴輝巖中發育的脈石英質量最好，其次是變質表殼巖，燕山期巖漿巖中發育的脈石英質量最差。同種類型脈石英在不同的地質體中也存在質量差異，比如含晶致密塊狀脈石英，在榴輝巖中SiO2含量為99.89%，Al2O3含量為0.032%，Fe2O3含量為0.058%，在燕山期巖漿巖中SiO2含量為98.71%，Al2O3含量為0.343%，Fe2O3含量為0.066%，質量差別較大。比較特殊的是乳白色致密塊狀脈石英，在除燕山期巖漿巖外的地質體中質量變化不大。這表明發育在變質程度高的含礦地質體中的脈石英質量要優于變質程度低的含礦地質體中的脈石英。這可能也暗示了含礦地質體的變質程度是影響脈石英質量的重要因素之一。

表2 不同巖石構造單元脈石英質量特征

3 典型礦床特征

研究區內已發現多處脈石英礦床(點)，太湖白石山脈石英礦是其中最具有代表性的礦床。太湖白石山脈石英礦部分礦石經加工提純后13 種雜質元素含量＜50μg/g，是生產高純石英的原料礦床[16]。

該礦床位于南大別超高壓變質帶與宿松變質雜巖分界的太湖—馬廟韌性剪切帶內，處在區域左型平移斷層—郯廬斷裂帶的次級構造與早期韌性剪切帶疊加部位。礦體主要賦存在由黑云斜長片麻巖等巖性組成的變質表殼巖中。節理在礦體內較發育，東部以走向315°和250°兩組較發育，西部以250 ～260°和330 ～340°兩組發育，在礦體中部發育的一組283 ∠74°節理對礦體產生了破壞。圍巖蝕變現象在該礦床較為明顯，主要表現為靠近脈石英礦體巖性蝕變為白云石英片巖、白云母片巖、白云斜長片麻巖等。在接觸面下部多可見到一層厚約幾厘米至十幾厘米的黑云母層，局部由于水化而變為蛭石。另外，在主礦體的外圍200m 的范圍內發育較多寬約數厘米至數十厘米的石英脈群，研究區內其他規模大的脈石英礦體也有這樣的現象，這可以作為尋找這一類礦床的間接找礦標志。

脈石英礦體基本上沿東西向延長分布。礦體長140 ～165m，最寬處70 ～72m，最窄處10 ～23m，構成兩端大中間細長的不規則“啞鈴狀”。其產狀變化多端，頂板產狀208～335°∠75～90°；底 板 產 狀183 ～185 ° ∠45 ～60 °，143 ～169°∠54 ～69°。經鉆孔控制礦體最大延深為101.1m，延伸較為穩定。

礦石主要為乳白色致密塊狀脈石英，含量多數在98%～99%以上，少數在95%～97%，部分礦石含有少量白云母、鉀長石，含量在1%～3%。礦石樣品經成都理工大學汪靈等用實驗室5#工藝[17]提純后，樣品中Al、Na、K、Ca、Mg、Fe、Li、Mo、Cu、Ni、Cr、B、Mn 等13 種雜質元素含量為32.4μg/g，基本達到IOTA-STD 產品質量要求。

表3 不同地質體內脈石英質量特征

4 找礦潛力分析

4.1 南大別超高壓變質帶

南大別超高壓變質帶廣泛分布變質表殼巖、變形變質侵入體以及榴輝巖體，這些地質體在經受同碰撞折返的過程中經歷了多次變質作用產生了大量的含SiO2流體。多期次的構造活動為脈石英成礦物質的運移以及淀積就位提供了有利的空間。

目前，在該帶內已發現兩處脈石英礦床，同時發現石英大脈(≥1m)186 條。這些石英脈在太湖黃鎮—潛山水吼嶺一帶形成了近北東向分布，長約40km，寬約20km 的脈石英帶。太湖白石山、太湖寺前—橋沖、潛山五廟—團石灣三個地區石英脈分布較為集中，是該地區脈石英成礦比較有利的地段。該構造帶內的石英脈SiO2含量平均99.64%，Al2O3含量平均0.078%，Fe2O3含量平均0.460%，均優于其他構造單元。已知的白石山脈石英礦床部分礦石經加工提純后能達到電光源用石英砂及半導體工業用透明石英坩堝用石英砂的質量要求。

綜上所述，南大別超高壓變質帶變形變質侵入體、變質表殼巖、榴輝巖等含礦地質體發育，已發現兩處脈石英礦床以及眾多的石英大脈，脈石英礦質量好，因此是研究區內優質脈石英找礦潛力最大的地區。

4.2 北大別變質雜巖帶

北大別變質雜巖帶經受了隆升剝蝕，在白堊系巖漿巖大規模侵位之前形成的蓋層已被剝蝕，在早期形成的石英脈也被剝蝕殆盡。僅在局部殘留的表殼巖及變形變質侵入體內發現殘留的石英脈，這些脈體一般規模較小。該構造單元內主要發育變形變質侵入體及燕山期巖漿巖，榴輝巖和變質表殼巖不甚發育。已知的脈石英主要賦存于燕山期巖漿巖中。

目前，該構造單元內尚未有經儲量登記的脈石英礦床，已發現石英大脈(≥1m)17 條。這些石英脈在空間上形成了近東西走向長約50km，寬約20km 的金寨前畈—霍山大化坪石英脈發育帶。研究區內已發現的延伸最長(約600m)的石英脈就發育在該構造單元內。該構造單元石英脈的SiO2含量平均96.10%，Al2O3含量平均1.467%，Fe2O3含量平均0.332%。

由此來看，北大別變質雜巖帶內石英脈發育一般，但所發現的石英脈延長較長且具有一定規模，雖說脈石英的質量一般，但仍具有一定的脈石英找礦潛力。

4.3 宿松變質雜巖帶及北淮陽變質巖帶

由于本次研究的工作主要集中在南大別超高壓變質帶和北大別變質雜巖帶中，對宿松變質雜巖帶及北淮陽變質巖帶的石英脈的發育情況尚無具體的數據。從脈石英成礦地質背景和含礦地質體的發育程度來看，前文所敘述的幾類地質體在這兩個地區均有分布，但分布的范圍不廣。從所收集到的數據來看，在北淮陽變質巖帶中有一處脈石英礦床，SiO2含量平均96.10%，Al2O3含量平均0.199%，Fe2O3含量平均0.129%，質量一般?？傮w來看，這兩個地區也具備一定的脈石英找礦潛力，需開展進一步的研究工作后才能較全面地評價其潛力。

5 結論

(1)研究區內脈石英的發育程度與地質體的性質密切相關，南大別超高壓變質帶是研究區內脈石英最為發育的構造單元。

(2)研究區內脈石英的質量與所處的大地構造環境有關，含礦地質體的變質程度是影響脈石英質量的關鍵因素之一。

(3)研究區找礦潛力最好的地區為南大別超高壓變質帶。該帶內石英脈發育，脈石英質量好，已發現了白石山等兩處脈石英礦床，是尋找高純石英原料用脈石英礦的有利地區，建議在該地區加強調查和勘查工作。