湘西南绥宁地区脉石英矿床地质特征及成因浅析

周冬冬，庄石云，莫 勇

(中国建筑材料工业地质勘查中心湖南总队，湖南 株洲 412011)

湘西南绥宁地区为湖南省脉石英矿资源的重要矿集区，大地构造位于扬子陆块和华南褶皱带两大构造单元过渡地带，地处雪峰山弧形构造带西南端，由老至新主要出露青白口系至奥陶系地层，岩石普遍浅变质，以板岩为主，属低绿片岩相。据湖南省区域地质志[1]，该区先后经历了雪峰、加里东、印支、燕山四次大的地质运动，多期褶皱，断裂构造发育，且相互叠加，构造形迹以北东向区域性褶皱和北西向中型断裂构造为主，褶皱一般呈宽缓型连续波状。脉石英矿体主要赋存于褶皱构造倾伏端配套的断裂构造体系中。

1 矿区地质特征

1.1 地层

脉石英矿的赋矿地层主要为南华系，次为青白口系、震旦系，岩性为板岩系列，属低绿片岩相。由老至新分述如下(图1)。

青白口系岩门寨组(Qb2y)岩性主要由深灰色、灰绿色中厚层状浅变质泥质粉砂岩、条带状粉砂质板岩、灰白色薄—中层状含凝灰质板岩及少量中厚层状浅变质细粒长石石英杂砂岩组成。

图1 绥宁地区区域地质简图

南华系地层主要分布于矿区中部、西部，走向北北东向，占矿区面积50%以上，位于火茅坪、岩寨背斜核部及两翼，为一套砂质板岩、粉砂质板岩夹细中粒长石石英杂砂岩、炭质板岩、硅质板岩沉积。南华系有4个岩性组为脉石英主要赋矿地层：①长安组(Nh1c)岩性主要由灰黑色厚层—块状含砾砂质板岩、灰白色中厚层状浅变质含砾长石砂岩杂砂岩为主夹条带状砂状板岩、浅变质中层状细粒长石石英杂砂岩和少量浅变质泥质粉砂岩组成；②富禄组(Nh1f)岩性主要由浅灰绿色厚层—巨厚层状浅变质细粒长石石英杂砂岩与砂质板岩、粉砂质板岩、绢云母板岩组成；③大塘坡组(Nh1d)黑色含炭质粉砂质板岩、含炭质硅质岩、条带状含炭质硅质板岩夹浅变质长石石英杂砂岩，杂砂岩中含透镜状—串珠状大理岩；④洪江组(Nh2h)下部主要以浅灰色、灰绿色块状含砾长石石英杂砂岩、含砾砂质板岩为主夹浅变质泥质粉砂岩和砂质板岩；上部以灰白色厚层状—块状硅化石英杂砂岩、砂质板岩为主夹少量粉砂质板岩。

震旦系留茶坡组(Z2l)为灰白色厚—巨厚层块状硅质岩，上部夹薄—中层状硅质板岩，下部夹硅化石英岩。

寒武系牛蹄塘组(Z∈n)底部为黑色炭质板岩夹薄层状炭质硅质岩、硅质板岩及石煤层；往上为黑色炭质板岩、含炭质板岩，偶夹粉砂质炭质板岩与薄层状石煤层和硅质岩。

1.2 构造

褶皱较大且具代表性的褶皱为火茅坪背斜，轴向31°。西翼及北段被断裂错位、破坏，南段被五团岩体吞蚀。核部地层为岩门寨组，翼部地层为长安组，北西翼倾向295°，倾角55°，南东翼倾向95°，倾角45°。轴面近于直立，枢纽分别向两端倾伏。背斜的倾伏端，应力较为集中，岩石受挤压形变较严重，易形成裂隙为成矿提供空间。

区内断裂发育，主要属于区域性城步—桃江大断裂的一部分，与成矿密切的断裂有F28(白水坪断裂)、F31(洪洞断裂)、F32(甘甲断裂)、F33(冷水溪断裂)。其中具有代表性的为F32(甘甲断裂)逆断层，走向25°，北西倾向，倾角50～65°，宽度3～20m，贯穿全区并延伸至区外，断裂破碎带中岩石破碎强烈，部分糜棱片理化，片理面可见新生矿物绢云母定向分布，少量石英具重结晶定向特征，断裂带中石英脉发育，呈脉状、透镜状。

1.3 岩浆岩

区内仅最南端存在少量岩浆岩，其内部及周边无脉石英矿体赋存。

2 矿床地质特征

矿区内发现脉石英21条，一般宽1.5～3.8m，地表出露长75～178m，走向以北北东向为主，倾向以北西西为主，倾角62～75°。矿体多呈大倾角穿层产出，矿体集中分布于F32(甘甲断裂)、F33(冷水溪断裂)沿线及两侧，断层性质均为逆断层，充填次级裂隙(表1)。

3 矿石特征

3.1 矿石矿物特征

区内脉石英矿石以致密块状(白色—乳白色)为主(图2a)，砂糖状(图2b，裂隙铁质较多)次之。脉石英主要矿物成分为石英，含少量粘土矿物、氧化铁质等。一般为白色，油脂—玻璃光泽，半透明—不透明，质纯，坚硬，隐晶质结构，致密块状构造。

矿石主要由晶粒状石英相互镶嵌、堆积，其粒间有少量泥质、铁质等，为他形结构、块状构造。石英含量98%～99%，粒径0.01～3.0mm，晶体受应力多发育裂纹，波状消光明显，少量石英呈他形梳状、齿状分布岩石裂隙。泥质、铁质互混物微量，呈凝粒状、弥散状分布于石英颗粒之间(图3)。

表1 脉石英矿产出特征

图2 矿石结构构造图

图3 矿石岩矿鉴定镜下投射图

3.2 矿石化学成分

具有代表性的q2、q9、q17矿体矿石X-射线光谱半定量及电子探针能谱特征结果见表2、表3，背散射图像中主要见粒状、微晶粒状、集合体状石英和分布于石英粒间的微晶粒状的石盐，可见微晶四面体晶形的石盐，未见明显的其他矿物。矿物成分主要为石英，含少量的盐类、氧化铁质等微小的杂质矿物。其中q2矿体中SiO299.136%～99.532%，Al2O30.001%，Fe2O30.009%，其他为K2O、CaO、Na2O、SO3、P2O5、Cl等。

表2 X-射线荧光光谱半定量分析 (单位：%)

3.3 矿石包裹体特征

流体包裹体目前是矿床研究常用的方法之一，通过均一温度的测试，可大致反映成矿流体的温度[2]。本次主要测定对象为原生包裹体，对石英流体包裹体在显微镜下主要观察包裹体相态、温度特征以及区分原生、次生、假次生包裹体等。

矿区脉石英包裹体形态主要为盐水溶液气液两相，包裹体成分主要为H2O、N2、SO2及少量的CO2、CH4，包裹体均一温度在255～360℃(表4)，其中q2脉石英包裹体类型简单，主要为H2O、SO2，未见明显的其他类型的包裹体。对石英流体包裹体做均一温度测量，先在偏光显微镜下寻找到包裹体，对包裹体进行加热，直到均一为一相，包裹体均一温度为286℃。q17脉石英包裹体主要为H2O、N2、SO2，包裹体均一温度为 290℃。

4 矿床成因

(1)地层条件。

湘西南绥宁地区脉石英矿床集中分布于火茅坪背斜倾伏端南华系地层，矿体多呈大倾角穿层产出，次要分布于青白口系、震旦系地层，岩性主要为砂质板岩、粉砂质板岩等物理脆性的岩石。

(2)构造条件。

区域应力以南东东—北西西向挤压拉伸为主，形成以北北东向构造形迹为主的褶皱断裂，岩性为板岩系列，属低绿片岩相，南部五团岩体抬升挤压使原形成的北北东向构造向北倾伏，背斜倾伏端次级裂隙非常发育，以及板岩的层间滑脱面，为脉石英成矿提供赋矿空间。火茅坪背斜核部位置亦即F31(洪洞断裂)、F32(甘甲断裂)逆断层沿线及两侧。

表3 电子探针定量分析数据 (单位：%)

表4 矿体流体包裹体特征

(3)热液来源。

青白口系至震旦系地层岩性以板岩为主，属低绿片岩相。片岩中石英发生塑性变形的初始条件是低绿片岩相，中绿片岩相条件下以动态重结晶为主，高绿片岩相以上则会发生显著的静态重结晶，形成多晶条带。一定温压条件下构造变形中的石英会以溶解—重结晶模式析出形成脉石英[3]。结合该地区矿床地质、矿石特征及流体包裹测试分析结果，认为该地区脉石英矿床成矿物质可能部分来自于高硅质地层，部分来自于深部岩浆热液，深部中高温富Si流体沿构造移动过程中与大气水汇合，以及构造环境的变化导致成矿流体物理化学环境(温度、压力等)发生突变，成矿物质发生沉淀形成脉石英。部分为中高温变质热液型矿床，部分为中高温岩浆热液型矿床。

(4)成矿模式。

自雪峰期至燕山早期，矿区经历的构造运动主要表现为挤压及抬升，形成一系列的褶皱与逆断层，南部印支期岩体就位抬升加剧了火茅坪背斜的向北倾伏，处于背斜核部倾伏端的南华系的砂质板岩、粉砂质板岩等脆性岩石经过多期的应力影响内部裂隙发育，为成矿提供了容矿空间[4]。燕山晚期为区域后造山伸展环境，张性断层有所发育，局部引起岩石圈局部拆沉，深部高硅热液沿张性断裂运移最终充填次级裂隙形成脉石英矿[5-6](图4)。

图4 脉石英矿成矿模式示意图