吉林通化光华石榴子石矿地质特征及成因分析

高 峰

（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033)

1 区域地质背景

通化县光华石榴子石矿大地构造位置位于华北陆块，龙岗(吉南)复合地块，白山地块与光华裂陷槽接触带以西[1-2]。区内出露岩石主要为太古宙表壳岩及TTG岩套，区域上呈带状分布，总体延展方向为北东向，出露的主要岩石类型有斜长角闪岩—角闪岩类，片岩类，变粒岩—浅粒岩类，石英岩类及花岗质片麻岩类等[3-5]。另外，区域上见少量中生代花岗斑岩及辉绿玢岩和闪长玢岩脉等[6-7]。区内矿产主要有磁铁矿、石榴子石矿、硅石矿、云母矿等。区域上，石榴子石赋矿带分布稳定，西起柳河县柞木台子，经本矿区向东延续到胜利屯一带，出露长约20km，光华石榴子石矿区仅是该成矿带的一段。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区地层为晚太古代表壳岩(Ar3B)及第四纪全新统(Qh)(图1)。

晚太古代表壳岩(Ar3B)：主要分布于矿区的中、南部，由于遭受到多次变质变形作用及古老花岗岩侵入作用的改造和破坏，其原生层理已被后期形成的面理完全置换，原始沉积构造已不能识别，岩层序列关系不明，为层状元序的构造堆积体，因此，现岩性层在空间的上下排序及厚度大小，均不反映沉积期的先后和厚薄。

晚太古代表壳岩(Ar3B)主要由角闪岩相及高绿片岩相的斜长角闪岩、角闪岩夹石榴子石二云片岩、变粒岩—浅粒岩等组成。该套地层虽然原始沉积层状特征及原生层理全都被后期形成的片麻理、片理置换，又经区域中—高级变质作用，但通过石榴子石二云片岩特征性岩层的存在以及利用岩石化学计算借助图解判别的方法推测，其原岩以基性火山岩为主，夹有火山喷发间歇期沉积的高铝粘土岩和粘土质粉砂岩，其沉积变质形成的石榴子石二云片岩可作为标志层，也是区内的含矿层。

图1 光华石榴子石矿床矿区地质简图(据[8]编制)

第四纪全新统(Qh)：主要分布在哈泥河及其次一级水系两侧，由现代河流冲积物堆积而成，厚度2～3m，其出露标高一般在460m以上。

2.2 构造

矿区褶皱构造主要为地壳中深部构造层次的韧性—弹塑性变形作用，是在地壳下降较快，地质体埋藏较深的条件下形成的，构造形迹以地质体在塑性重流及固态流变作用下形成的片理、片麻理暗色矿物及浅色矿物变质条带以及由这些新生面理形成的厚顶重流褶皱等构成的面状、条带状强弱不均匀的韧性变形带为主，据自然露头调查分析，已发现有不同样式的褶皱和不同方向的枢纽、线理，表明区内至少经历了三期以上构造变形：①第一期变形基本是以水平层系地层为变形面，受东西侧向挤压，形成轴向近南北，枢纽近水平，轴面向西倾斜的平卧褶皱。该褶皱导致含矿层和围岩发生重褶开使部分岩层在空间上顶底位置新老颠倒，翼都变薄，转折端增厚；②第二期变形是以片理为变形面，受近南北向应力挤压，形成轴向近东西向，轴面向南缓倾(30°左右)的紧闭同斜背形，它导致含矿层和围岩再次重褶，形成现今多层矿体分布的格局，代表性褶皱为海南坡—箭头同斜背形；③第三期变形表现为褶劈的出现，它是在准塑性条件下产生的，探槽及露头点测得线理方向为330°，反映有一组轴向北西褶皱存在。

据此，矿区内的多层含矿体实际上为同一层位，是由于它们处于不同的褶皱构造部位造成的。

区内断裂构造共见有东西向，北西向和北东向等6条断层。海南坡—双庙逆冲断层(F6)，是区内规模最大的断裂构造，为区域上海南坡—会家沟断裂的一部分，图幅内出露约4km，东西走向、倾向南或南东，倾角47°；F2断层，位于6号勘探钱，走向北西，平移断层，见约1m宽的破碎蚀变岩，错断矿体，矿体平面位移约160m；F3断层，位于7号勘探线以西，为平移断层，走向北东，错断矿体，平面位移约100m；F4断层，位于高丽城子以上，为平移断层，走向北东，错断矿体，平面位移约130m。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆发育，分布较为广泛，约占区内面积的2/5，主要为太古宙变质深成侵入岩，另外见零星的燕山期辉绿玢岩脉分布。

晚太古代变质深成侵入岩主要分布在F6断层以北，箭头—双庙以东及0号勘探线—王八脖子以南一带，可分为英云闪长质片麻岩及二长花岗质片麻岩。

英云闪长质片麻岩(Ar3To)：主要出露在箭头—双庙以东及0号勘探线—王八脖子以南一带，岩石灰白—暗灰色，中细位鳞片粒状变晶结构，片麻状构造，暗色矿物分布不均匀，黑云母呈团块状集中定向分布，岩体内部钾长石化明显，石英脉发育。

二长花岗质片麻岩(Ar3Tro)：主要出露于矿区F6断层以北一带，岩石呈肉红色，中粒花岗变晶结构、片麻理较发育，沿片麻理有伟晶岩脉、石英脉贯入。

燕山晚期辉绿玢岩脉(βμ)：侵入规模小，呈脉状零星见于王八脖子0号勘探线以北一带，分别侵入于晚太古代表壳岩及英云闪长质片麻岩中，东西向或近东西向延伸约1km，倾向335～360°，倾角60～75°。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿体赋存在晚太古代表壳岩的石榴子石二云片岩层位，东西向延长大于4km。矿体呈单斜层状展布，为一层矿体，倾向190～228°，总体倾向190°，倾角19～35°，由7线至6线控制水平长1 020m，控制最大斜深95m，矿体厚度3.21～12.01m，平均厚度7.41m，其中地表控制厚度3.21～12.01m，平均厚度6.49m，钻探控制厚度9.40～15.46m，最薄处为3.21m，由西向东地表矿体厚度有增大趋势。西段由7线以西至0线以东的工程控制，矿体厚度变化在3.21～5.10m；东段由4线至6线的工程控制，矿体厚度为9.05～12.01m，矿体由地表向深都有增厚趋势。矿石品位单样变化在10.00%～51.28%，一般变化在20%左右，单工程平均品位为14.57%～25.05%，呈波动式变化。光华石榴子石矿床工业指标见表1[8]。

表1 光华石榴子石矿床工业指标

受断层F2和F3的影响，本矿体局部错断，划分为1-1号、1-2号、1-3号3个矿体，现分别叙述如下。

(1) 1-1号矿体：位于F3断层以西，即7号勘探线的西部。矿体呈层状，倾向190°，倾角24°，矿体控制厚度5.10m，控制标高572～575m，矿石品位单样为14.29%～31.37%，平均品位23.39%，顶板围岩为辉绿玢岩、斜长角闪岩、石榴子石二云片岩，底板围岩为斜长角闪岩、石榴子石二云片岩。据路线地质调查分析，该矿体有分枝复合现象，中间有一层角闪岩夹石存在。本矿体因地表单工程控制未计算储量。

(2) 1-2号矿体：位于7线至6线之间，西与1-1号矿体被F3断层所分割，东与1-3号矿体由F2断层所分割，由7线、3线、0线、4线和6线等5条勘探线之间的工程所控制。矿体呈稳定层状，倾向南西为193～228°，倾角19～35°，一般在25°左右，属缓倾斜矿体。矿体控制长度东西水平长约800m，分布标高地表为582～596m，深部为540～564m，控制最大斜深95m，矿体控制厚度3.21～15.46m，平均厚度9.1m，矿体厚度以4线为界，地表由西向东有增厚趋势，西段地表控制厚度3.21～5.09m，东段地表控制厚度9.05～11.51m，由地表向深部矿体亦有变厚趋势。矿体品位呈波动式变化，平均品位为19.32%。由地表向深部，矿体品位有降低趋势，地表平均品位为21.71%，深部平均品位为16.17%。矿体顶底板围岩为斜长角闪岩、石榴子石二云片岩，局部为浅粒岩和英云闪长质片麻岩，夹石仅见到一层厚2.33m的角闪岩。

(2) 1-3号矿体：位于6号勘探线以东，即F2断层东侧地段由地表TC1探槽单工程控制，另有TC3探槽及g3点等未完全控制矿体自TC1探槽向东延伸约200m后被断层F1错断，但断距较小，约30m，因此没有再进一步划分。矿体呈层状，倾向220°，倾角31°，矿体控制厚度12.01m，出露标高570～573m，矿体品位单样为10.00%～51.28%，平均品位14.62%，顶板围岩为浅粒岩，底板围岩为斜长角闪岩，见一层厚3.34m的夹石，岩性为角闪岩和石榴子石二云片岩。该矿体因地表单工程控制未计算储量。

3.2 矿石特征

矿石自然类型单一，为石榴子石二云片岩，斑状变晶结构、细粒鳞片变晶结构，片状构造(图2)。矿石呈灰绿、银灰色，石榴子石矿物含量一般为15%～20%，最高可达51.28%。矿石工业类型可分为氧化矿和原生矿两种，氧化矿分布在地表浅部和构造淋滤带内，一般氧化带5～10m，氧化矿石为褐色，疏松状，石榴子石已从矿石中分离，风化严重者可呈砂砾及粘土，原生矿石为灰绿色或银灰色，矿石坚硬。根据石榴子石矿物的工业用途，本矿区矿石以研磨用矿石为主，未发现宝石级矿石。

矿石化学成分详见表2，由表可以看出，原生矿与氧化矿最大的区别是，氧化矿中的Fe2O3成分含量增加，FeO成分降低。

图2 光华石榴子石矿矿石显微照片

表2 光华石榴子石矿矿石化学分析结果

3.3 矿物特征

矿石矿物成分以石榴子石、黑云母、白云母、石英、斜长石等为主，有时见十字石、绿帘石、绿泥石等(图2b)，金属矿物磁铁矿、黄铁矿含量2%～5%。

石榴子石是矿石中的有用组分，一般以单晶产出，偶见连晶，风化面为褐色、棕色，新鲜面紫色、粉红色，以红色为主，深褐色、暗黑色较少，单晶粒度一般0.5～1.5cm，最大可达3cm左右，为等轴晶系，菱形十二面体和四角三八面体，晶体断面为半贝壳状，性脆，硬度为7.5。裂纹发育，多含包体，主要为石英、绿泥石及金属矿物等，一般粒径小于1cm晶体者质地纯好，内部包体较少。石榴子石单矿物化学成分分析结果见表3。

脉石矿物为：①黑云母：片状，深褐色，定向分布，片度约0.5mm；②白云母：片状，无色，片度0.1～0.15mm；③石英：粒状，表面干净，粒度0.1～0.3mm；④长石：他形，表面常见绢云母化，粒度0.1～0.3mm。

4 矿床成因

通化县光华石榴子石矿床赋存的石榴子石二云片岩，矿石化学分析结果显示，岩石中的A12O3、Fe2O3、FeO含量较高，MgO、al、fm值较高，C值较低，在尼格里四面体图解中(图略)，投影点落人粘土质沉积岩区，在(al-alk)-C图解中(图略)大部分投入粘土岩区，表明其原岩应为泥质碎屑沉积岩。

表3 石榴子石单矿物化学成分分析结果

本矿床产于太古宙表壳岩中，受区域变质成因的石榴子石二云片岩控制，为受变质型矿床，变质程度相当于高绿片岩相—角闪岩相，属低—中压变质相，变质的温压条件为：P=0.2～0.8GPa，T=500～700℃[9-11]。当变质程度达到高绿片岩相，即可产生石榴子石+黑云母+白云母+绿帘石+斜长石+石英，或铝榴石+十字石+黑云母+白云母+石英等矿物组合。