江西蒙山地区石竹山—樟木桥矿区硅灰石地质特征及成因探讨

陈 铖，陈四宝，成绪光

（江西省煤田地质局二二四地质队，江西·新余 336600）

硅灰石是一种天然产出的钙的偏硅酸盐类矿物[CaSiO3]，具有一系列优异的物化特征和工艺性能，主要应用在陶瓷、塑料、油漆、涂料、冶金、电焊条等方面，在节约能源、降低成本方面具有独特优势，市场活力及潜力巨大。

江西省煤田地质局二二四队地质队承担的江西省地勘基金《江西省新余市渝水区石竹山—上高县樟木桥硅灰石矿预查》与续作普查项目，已取得重大突破性进展，发现超大型硅灰石矿床一处。该硅灰石矿床位于蒙山地区蒙山岩体南部地带，目前工作程度已达普查。而蒙山地区蒙山岩体其它部位赋存的地层、成矿条件与南部地带相当，但勘查工作及研究程度较低。本文以《江西省新余市渝水区石竹山—上高县樟木桥硅灰石矿预查》及续作普查所获得地质成果，从成矿地质背景入手，通过分析成矿条件，对比成矿特征，从成矿物质来源、成矿物理化学环境等方面探讨了矿床成因，并建立成矿模式，为蒙山地区开展硅灰石找矿工作提供参考，并期待在该地区取得找矿成果更大的突破。

1 地质概况

蒙山地区大地构造位置为袁水裂陷槽，钦杭东段成矿带(II1),萍乡德兴铜金银多金属煤岩盐硅灰石非金属成矿亚带(II11)内。区段沉积是我国南方重要含煤地层，发育有二叠系中统茅口组含硅质灰岩，其上覆盖二叠系上统乐平组煤系地层，为陆相至滨海相含硅质岩屑建造。

1.1 地层

工作区出露地层有：二叠系中统茅口组、二叠系上统乐平组、第四系等,其中二叠系中统茅口组为含硅灰石矿地层，见图1。

（1）二叠系中统茅口组上段下亚段（P2m2-1）：分布于矿区北部，厚度＞500m，分上下两部分。

下部：灰色厚层状含燧石结核及燧石条带大理岩化灰岩或大理岩，夹似层状、透镜状、团块状硅质灰岩及团块状白云质灰岩，大理岩具粒状变晶结构、块状构造。为硅灰石矿体赋矿地层，本次勘查揭露硅灰石矿体4～13个。

上部：灰黑色—灰色中厚层状泥灰岩、透闪石化灰岩。灰岩因受热力作用，大部分已大理岩化或形成大理岩。

（2）二叠系上统乐平组（P3l)：出露于勘查区中西部，厚度540m左右。岩性主要浅灰-深灰色薄层粉砂岩、细砂岩，夹薄煤层1～4层。

（3）第四系（Q4）：主要分布于下坑里村和矿区东面曹坊庙一带，由肉红色砂砾层、砾石、亚砂土、亚黏土等组成。厚度3～25m不等。

1.2 构造

勘查区总体构造形态为一走向北东东—南西西的复向斜（称乱山复向斜），走向长11.70km，最大宽度2.78km，呈东西展布，其中的新房向斜对硅灰石矿有影响。乱山复向斜两翼大部被F2、F31断层切割，且有往东变窄及抬升的趋势, 地层走向与乱山复向斜基本一致，为85～110，倾角20～60不等，地层产状沿走向及倾向有一些幅度不大的挠曲。对硅灰石矿有主要影响断层为F3、F31断层。

1.3 岩浆岩

勘查区内无岩浆岩出露，为隐伏岩体，在勘查区东部北面有蒙山岩体出露，其岩性以黑云母二长花岗岩为主，次为黑云母花岗岩、花岗斑岩，具似斑状结构，块状构造，主要矿物成份为斜长石、钾长石、石英和黑云母。经同位素年龄分析，黑云母二长花岗岩为217±1Ma～236±3Ma（锆石 U-Pb）[1]，中细粒斑状黑云母花岗岩为 201.4±2.0Ma～205.4±1.5Ma（锆石 U-Pb，2017年在钻孔取样，胡正华提供数据）[2]，从而证明蒙山岩是印支中晚期多次多阶段岩浆活动产物，为硅灰石矿形成热变质来源及成矿岩体。岩体呈岩株产出，岩体与围岩的接触界线不规则，在平面上呈港湾状。在矿区纵剖面上，岩体的产状倾向东，倾角25～30左右，在横剖面上，岩体顶面倾向南，倾角25～40左右，总的来说，岩体在南北方向上起伏幅度较大，而在东西方向上比较平直。

图1 渝水区石竹山—上高县樟木桥硅灰石矿区地质图Fig.1 The geological map of wollastonite mining area in Shizhushan-Zhangmuqiao

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

（1）矿体形态与规模

根据邻近矿山开采硅灰石矿情况、以往勘查报告及本次勘查，硅灰石矿体赋存于蒙山花岗岩体外接触带茅口组上段下亚段下部层位中。据已施工完成的32个钻孔，距岩体0.5～282m范围内为矿体的赋存部位，发育矿体13个，矿体形态较规则，呈似层状、透镜状产出，矿体真厚度1.00～31.16m，矿体走向85～110，与地层走向基本一致，倾向南，倾角20～50。其中Ⅲ、Ⅳ、Ⅷ号矿体资源量规模为大型，Ⅵ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ号矿体资源量规模为中型，其他为小型。各矿体特征见图2、图3及表1。

图2 石竹山—樟木桥硅灰石矿区A-A纵剖面图Fig.2 The sectional drawing of A-A pro file of wollastonite mining area in Shizhushan-Zhangmuqiao

图3 石竹山—樟木桥硅灰石矿区8与31勘查线剖面图Fig.3 The sectional drawings of No.8 and No.31 prospecting line of wollastonite mining area in Shizhushan-Zhangmuqiao

（2）矿体类型及围岩与夹石

区内矿体类型与距蒙山岩体远近有关，根据本次勘查所揭露岩体的32个钻孔，距岩体0.5～282m为硅灰石储存部位。一般距岩体大于50m为热接触变质矿床，围岩以大理岩及硅灰石化大理岩，且以大理岩为主，硅灰石矿体与围岩界线清楚，为突变接触，夹石层岩性多为大理岩或硅灰石化大理岩；小于50m为接触交代变质矿床，蚀变分带现象明显，以绿泥帘石化、绿泥石化→云英岩化→矽卡岩化（透闪石、符山石、石榴石、硅灰石）→矽卡岩化大理岩（硅灰石，透辉石、硅灰石）→大理岩→大理岩化灰岩→强萤石矿，各岩化或矿化彼此消长，硅灰石矿体与围岩界线清楚，为渐变接触，夹石层岩性多为大理岩、矽卡岩和呈透镜体的石英岩，其中局部矽卡岩化地段Sn、W、Cu、Mo达工业指标。

表1 石竹山—樟木桥硅灰石矿区矿体特征Table 1 The mineral features of wollastonite mining area in Shizhushan-Zhangmuqiao

2.2 岩石特征

（1）矿石的矿物组分与结构构造

根据预查、普查阶段岩矿鉴定和化学分析，矿石的矿物成份主要有：硅灰石58.18%、方解石25.19%、透辉石7.68%、石英6.58%、榴石子石2.47%，各矿物含量比例多不固定，相互间呈消长变化组成了不同的矿石自然类型。硅灰石结构与构造为：大部分为白色，少数为灰白色，板柱状变晶结构，放射状构造（见图4和表2、表3）。

图4 硅灰石镜下结构、构造及矿物组合照片Fig.4 The microscopic structure and mineral composite of wollastonite

表2 硅灰石矿石岩矿鉴定综合结果Table 2 The comprehensive results of rock-mineral determination of wollastonite ore

表3 硅灰石矿石矿体化学成分及矿物平均含量统计Table 3 The statistical average of chemical composition and mineral content of ore body

（2）矿石化学成份

本次在勘查区内对Ⅰ～Ⅻ矿体达工业指标468件原矿样品采样分析统计，硅灰石化学成份主要由CaO和SiO2组成；其次是CO2、MgO、Fe2O3、Al2O3、TiO2，占化学平均99.55%，其他成份含量极少，各矿体化学成份具体见表3。各矿体之和平均含量如下：

CaO：一般含量43.04%～47.08%，平均为44.89%；SiO2：一般含量35.79%～44.7%，平均为41.5%；CO2（灼烧量）一般含量7.59%～14.59%，平均为11.07%；MgO：一般含量1.02%～1.59%，平均为1.42%；Fe2O3：一般含量0.17%～1.1%，平均为0.38%；Al2O3：一般含量0.14%～0.51%，平均为0.28%；TiO2：一般含量0～0.01%，平均为0.01%。

（3）矿石类型

本次矿石类型按矿石的主要矿物组合划分（见表4），主要为硅灰石—透辉石—方解石型、硅灰石—透辉石型；按成因划分为接触变质型和交代（矽卡岩）变质型，其中接触变质型又以硅灰石—透辉石—方解石型为主，交代变质型中又以硅灰石—透辉石型为主，并共（伴）生铜、锡、钨、钼、萤石矿。

表4 硅灰石矿石的类型划分Table 4 Classification of wollastonite ores according to mineral content

2.3 含矿建造及矿化分带

勘查区内矿体赋存在二叠系中统茅口组含硅质灰岩中，为滨海相含硅质岩屑建造，之后由于印支中晚期岩浆岩侵入（蒙山岩体）体的烘烤及提供足够热量情况下,富含硅质灰岩中的石英(游离SiO2)和方解石重新组合而形成硅灰石，具有明显层控特点。含矿建造为一套浅海-滨海碳酸盐岩建造，其中又以茅口组上段下亚段下部厚层状含硅质灰岩及燧石条带灰岩为含矿层位。在矿化分带上，顶界以茅口组上段下亚段上部泥质灰岩或大理岩化灰石，底界为印支中晚期黑云母二长花岗石，矿化带厚度220～282m。矿化带内按矿物组合，以距岩体远近为标准划分为二个矿带：一是上部接触变质型硅灰石矿带，带厚180～232m，矿石类型以硅灰石—透灰石—方解石为主，CO2（灼烧量）相对含量较高，SiO2、MgO相对含量偏少，基本不含多金属矿物；二是下部矽卡岩型（交代变质）硅灰石矿带，厚40～50m，矿石类型以硅灰石—透灰石为主，CO2（灼烧量）相对含量减少，SiO2、MgO相对含量增加，局部地段富含达工业指的铜、钨、钼、锡矿体。具体见图5、图6。

图5 含矿建造及成矿模式简图Fig.5 The diagram of ore construction and metallogenic model

3 矿床成因探讨

3.1 成矿时代及物质来源

硅灰石矿体赋存在二叠系中统茅口组上段下亚段下部硅质灰岩中，与蒙山岩体时代相对应，成矿时代应晚于三叠系晚期。成矿过程是由于蒙山岩体侵入体的烘烤，使富含硅质的灰岩中的石英(游离SiO2)和方解石重新组合而形成硅灰石,形成过程按SiO2+CaC03=CaSiO3+CO2（气体）方式进行，其接触变质型硅灰石矿成矿过程中的石英和方解石均由硅质灰岩提供，矽卡岩型硅灰石矿床成矿过程中的硅, 钻孔揭露情况（见图6），具有明显层控特点，因此认为主要为硅质灰岩提供，其次是由侵入岩浆提供,并通过SiO2交代作用参加造矿。

图6 ZK1601钻孔揭露矿床类型岩芯照片Fig.6 The photos of deposit type in ZK1601 borehole

3.2 成矿地质作用

硅灰石矿床形成的大致条件是：成矿深度范围在 2～6km， 成 矿 压 力 为 5×107～1×108Pa[3]， 成 矿 温 度300～550℃，最高可达700℃左右，在一个半开放体系中，成矿时产生的CO2可以逸出。由于造矿物质中的硅和钙均来茅口组上段下亚段下部硅质灰岩，因而矿床和空间分布受原岩沉积和建造的控制，且矿体形态与灰岩中硅质条带的形态有密切关系。本次勘查揭露矿体形态一般呈似层状和透镜状，成矿区为侵入体热力所涉及的范围，即发生硅灰石成矿范围一般为0.5～282m（见图5）。

硅灰石中标准CaO含量为48.25%，SiO2为51.75%。从本勘查区化验结果可知，主矿体（Ⅳ号）CaO平均位44.87%，SiO2为42.88%，其矿石类型为硅灰石—透辉石—方解石型，说明成矿原岩中硅、钙含量比例不匹配，有方解石或石英的残余（岩矿鉴定证实），成矿地层在成矿前含有不同的杂质, 白云质隧石条带灰岩中有一部分透辉石与硅灰石相伴生，化学反应式如下：

3.3 矿床成因

区内构造十分发育，硅灰石矿体为隐伏状态，覆层主要为乐平组煤系地层，基底为蒙山岩体花岗岩类。在侵入岩热力作用下，含矿地层中岩溶裂隙和矿区南部F31、F3断层是硅灰石矿体形成时气热来源和CO2排放的主要通道，覆层具有“屏蔽”作用，使硅质灰岩长期保持在较高温度下并处于一个半封闭半开放体系中，为成矿物质的重新组成提供有利内外条件，即“浅成岩体+碳酸盐岩+构造裂隙+盖层”体系模型。

综上所述，矿区硅灰石矿床的形成，围岩中层状—似层状、透镜状的硅质灰石、硅质岩是形成硅灰石的基础，其发育程度确定了硅灰石矿的规模；岩浆岩侵入通过传导提供的热源和岩层负荷压力以及构造运动形成裂隙是控制变质反映形成硅灰石的重要因素，见图7。

图7 勘查区硅灰石矿床赋存模型Fig.7 The deposit model of wollastonite ore in exploration area

3.4 成矿规律

（1）硅灰石矿层主要赋存于二叠系中统茅口组上段下亚段下部硅质灰岩层中，成矿过程是由于蒙山岩体侵入体的烘烤，使富含硅质的灰岩中的石英(游离SiO2)和方解石重新组合而形成硅灰石, 矿体形态、规模受原岩沉积和建造的控制，呈似层状和透镜状产出。

（2）在勘查区内，据钻孔揭露硅灰石矿层资料，各矿体厚度有随埋藏深度增加而变薄，矿石质量变差趋势，主矿体（Ⅳ矿体）一般在标高+50～-350m厚度较稳定，质量较好，这与形成硅灰石过程中CO2气体不能及时排放有着密切关联。

（3）硅灰石成矿部位一般距岩体0.5～282m，矿床类型以接触变质为主，局部地段出现矽卡岩的迭加，一般距岩体大于50m为热接触变质矿床，矿石类型以硅灰石—透辉石—方解石型为主；小于50m为接触交代变质矿床，矿石类型以硅灰石—透辉石为主并伴生（共生）达工业指标铜、钨、钼、锡矿床。

4 结论

（1）二叠系中统茅口组上段下亚段下部硅质灰岩是硅灰石成矿的物质基础，且SiO2和CaO含量愈高对硅灰石形成愈有利，并伴有强烈大理岩化。

（2）热来源岩体岩性为中酸性岩浆岩(二长花岗岩、黑云母花岗花岗斑岩等)，其侵入形态为岩株、岩瘤、岩墙，侵入体深度以浅成或中浅深为最有利。

（3）岩浆岩与硅灰石矿床赋矿层位呈直接接触，且距岩体282m范围内最有利于成矿，一般在距岩体0.5～50m中有硅灰石矽卡岩和硅灰石大理岩，局部地段有接触交代型铜、钨、钼、锡矿床。

（4）在构造及赋存条件方面，区域构造应处在相对强烈发育地段，含矿地带处于一个半封闭半开放体系，即“浅成岩体+碳酸盐岩+构造裂隙+盖层”体系模型最为有利。

（5）江西蒙山地区硅灰石矿石类型按成因划分为接触变质型和交代（矽卡岩）变质型，其中接触变质型又以硅灰石—透辉石—方解石型为主，交代变质型中又以硅灰石—透辉石型为主，并共（伴）生铜、锡、钨、钼、萤石矿。

（6）根据本次勘查成果，蒙山岩体以25～30的倾角沿东西方向倾伏，以25～40倾角沿南北方向倾伏，因此围绕着蒙山岩体且有二叠系中统茅口组上段下亚段下部碳酸盐建造硅质岩层中，都有望寻找硅灰石矿床，特别是蒙山岩体西部尚未进行硅灰石勘查的二叠系中统茅口组地层中。