临沂中北部地区脉石英矿资源特征及潜力分析

高继辉，高树学，牟路路，冀鲁雪，王海成，欧阳友和，刘晓克

(中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100)

高纯石英在新材料新能源战略性新兴产业中具有重要地位和作用[1]，高端高纯石英的国际市场几乎被美国尤尼明公司所垄断，目前我国高纯石英技术与国际先进水平的差距依然很大，低温热液型脉石英是我国加工提纯高纯石英的主要原料[2]。脉石英的纯度高，杂质少，是加工高纯石英的理想原料，但并非所有脉石英都能提纯加工为高纯石英，由于不同产地的脉石英其成矿地质条件有所不同，导致其化学成分和晶体结构有所不同，提纯加工的效果也不相同[3]。临沂中北部地区是高纯石英原料产地之一，通过在临沂中北部地区开展矿产地质调查、剖面测量、槽探、物探及取样化验等工作，在该地区发现百余处脉石英矿(化)体，加强该地区脉石英矿床的研究，对解决我国高纯石英对外依存度高问题意义重大[4]。

1 区域地质背景

临沂中北部地区位于山东省中部，东西以鄌郚—葛沟断裂为界分为鲁中隆起和沂沭断裂带，区内脉石英矿(化)体均分布于鲁中隆起内(图1)。

该地区断裂构造发育，受沂沭断裂带的影响区内总体构造线方向由西南→东北呈北西→北北西→北北东的变化趋势，吕梁期是鲁西地区造陆运动的高峰期，该时期发育有大规模的韧性变形带及北西走向的右行平移变形带，沂沭断裂带内以北北东走向的左行变形带为主；强烈的断裂构造形成了北西、北东向脆(韧)性断裂网，为富硅热液的运移及脉石英的形成提供了空间。

该地区岩浆活动具多旋回多期次的特点，从老到新可分为阜平期、五台期、吕梁期、四堡期、加里东期和燕山期[5]。其中新太古代五台期地壳物质熔融形成的岩浆在剪切机制下上侵就位，形成峄山序列石英闪长岩—英云闪长岩系列岩体，之后吕梁期地壳物质熔融岩浆大面积上侵就位，形成傲徕山序列二长花岗岩钙碱性系列岩体。至吕梁晚期，由于挤压隆起，地壳抬升，沿构造薄弱带地壳熔融与陆源熔体组成的混合岩浆就位，形成闪长岩—花岗岩红门序列钙碱性系列的岩石组合。晚期的岩浆活动使早期形成的岩体发生区域变质作用，形成富硅热液，同时五台期—至吕梁晚期的岩浆偏酸性，岩浆上侵活动后期亦形成富硅热液，富硅热液在构造裂隙带内运移、沉淀、因压力、温度骤降，形成脉石英。

图1 临沂中北部地区地质图

2 脉石英类型及特征

根据各矿(化)点成矿条件和成因的差别，将临沂中北部脉石英成因类型分为岩浆热液型、变质热液型及伟晶岩型脉石英三类，其中以岩浆热液型脉石英为主，其次为变质热液型脉石英，伟晶岩型脉石英最少。

2.1 岩浆热液型脉石英

岩浆热液型脉石英形成于新太古代晚期，傲徕山序列岩浆活动后期形成富硅热液沿断裂构造上移并在裂隙空间内充填形成，围岩主要为新太古代峄山序列及傲徕山序列的花岗岩、花岗片麻岩、花岗闪长岩等，围岩颜色较浅；与围岩为侵入接触关系，围岩有蚀变现象。矿体多呈复合透镜状、脉状、带状，具带状构造、晶洞状构造，常成群成组分布，规模较大的主矿体两侧可见近于平行分布的脉石英细脉；单矿体形态呈不规则的脉状或透镜状，部分呈囊状或串珠状，矿体走向以北西向为主，在靠近沂沭断裂带地区，矿体走向由西南→东北呈北西→北北西→北北东的变化趋势，整体分布呈北西向条带展布，与区域构造线一致，说明脉石英的形成，严格受北西向构造的控制，倾角多为高角度70 ～90°，部分矿体含水晶晶洞。矿体产状受控于断裂构造产状，与断裂产状一致，矿脉厚度0.5 ～6.0m，沿走向延伸长度20 ～1 300m，沿倾向延深可达百米以上。矿石自然类型有乳白色脉石英、含晶脉石英、砂糖状脉石英、水晶四类。主要分布在青杨行、上车夫峪、桃花峪、芦山头、火石山、磊石沟、邵家峪、面梨沟、棉花洼等地区。

2.2 变质热液型脉石英

变质热液型脉石英为区内老地层及早期侵入岩体在区域变质作用下，形成富硅热液沿断裂构造运移并在裂隙空间内充填形成，围岩主要为新太古代泰山群的斜长角闪岩、黑云斜长角闪岩、黑云片岩等，围岩颜色较深[6]，与围岩为侵入接触关系，围岩无明显蚀变。矿体多呈复合透镜状、脉状、囊状或串珠状，矿体走向以北西向为主，整体分布呈北西向条带展布，与区域构造线一致，倾角一般较缓为30 ～40°，部分呈高角度70 ～90°。矿体产状多与围岩片理产状一致，矿脉厚度1 ～13m，沿走向延伸10 ～360m，沿倾向延深可达百米以上。矿石自然类型有乳白色脉石英、含晶脉石英、砂糖状脉石英三类。主要分布在桃棵子、朱家峪等地区。

2.3 伟晶岩型脉石英

伟晶岩型脉石英形成于长英质伟晶岩中，与长石伴生，矿体规模一般较小，可作为伴生矿产开采。该类型矿床形成期次较多，多形成于新太古代，傲徕山序列岩浆活动中结晶分异形成长英质热液，沿构造裂隙上移并在裂隙空间内充填形成。围岩主要为傲徕山序列早期的弱片麻状花岗岩及更早期的泰山序列、峄山序列闪长岩，与围岩分界明显，接触关系清晰。主要分布在文家峪、上富昌等地区。伟晶岩型脉石英矿体形态多为局部膨胀的囊状，矿体走向多为北西向及北东向，规律性较差，产状多受控于长英质伟晶岩脉的产状。矿石自然类型有乳白色脉石英、含晶脉石英两类。

3 矿石质量

3.1 矿石类型

矿石自然类型主要为乳白色脉石英、含晶脉石英、砂糖状脉石英、水晶四类。其中砂糖状脉石英和水晶矿石质量最好，其次为含晶脉石英，再为乳白色脉石英。脉石英为致密块状，矿物组成主要为石英集合体，粒状变晶结构，表面风化受铁质渲染，局部沿裂隙有黄褐色铁质锈斑，新鲜面为白色、乳白色，透明半透明，油脂光泽，贝壳状断口，性脆，无解理。水晶主要有无色透明、紫色、粉色及烟色，致密块状、短柱形晶簇状，水晶晶体呈六棱短柱状，玻璃光泽、油脂光泽，贝壳状断口，性脆，无解理。矿物组成主要为石英结晶体。

3.2 矿石镜下特征

脉石英具不等粒半自形粒状结构，主要由石英及少量杂质组成。石英呈无色，半自形粒状、柱状，大小约1.5 ～8mm，局部具有碎裂、碎斑结构、梳状构造，另见后期硅化石英细脉有穿切前期石英颗粒现象，由细—微晶石英组成，含量98.5%～99.5%；铁质矿物、白云母、绿帘石、黑云母、斜长石、钾长石等杂质呈尘状、细粒状、针状、鳞片状、次圆状及不规则状，大小约1 ～12μm，局部可见粒度较大的铁质团块及针状、片状白云母包裹体＞20μm，总体在石英颗粒内片状均匀分布，局部呈带状、线状或串珠状分布，含量0.5%～1.5%。各组分显微特征见图2。含铁矿物、云母和长石等矿物通过三段反浮选可有效的与石英分离[7]，属于较易剔除的杂质。

图2 脉石英中杂质显微特征

3.3 矿石元素含量

脉石英矿体的Cu、Al、Mg、Fe、Zn、Ca、Li、Ni、Mn、K、Na、Ti、P、B、Cr 等15 种元素杂质含量总和为265.35 ～608.35μg/g，大多数为300μg/g 左右。其中伟晶岩型脉石英的杂质元素含量明显高于其他类型，主要为Al、K、Na 含量高，其次为Fe，推测为矿石中含有长石颗粒及铁质杂质引起。部分脉石英矿石中有绿帘石颗粒嵌布在石英颗粒内，造成Ca 元素偏高。

3.4 矿石包裹体特征

脉石英中普遍存在有流体包裹体，按其成因可分为原生包裹体、假次生包裹体、次生包裹体三类[8]。该地区脉石英包裹体普遍呈孤立状、条带状、面状分布在不同的平面，形状呈长条形、柱状、圆形、椭圆形、不规则状等(图3)；包裹体主要由气—液二相组成，且属富液型，气液比5%～20%；包裹体大小混杂，主要见有5 ～10μm，其中含晶脉石英最大可见17μm，乳白色脉石英最大可见26μm，水晶最大可见10μm，伟晶岩型脉石英最大可见10μm；在视域(视域＝长×宽)155μm×115μm 范围内，包裹体数量约10 ～30 个，其中水晶最少15 个；其次为含晶脉石英20 ～30 个；再次为乳白色脉石英40 ～60 个，部分乳白色脉石英含包裹体数量较少，但包裹体直径较大；伟晶岩型脉石英中包裹体最多，可达80 个以上。天然水晶中，晶体的核部包裹体数量较多，晶体透明度很低，随着晶体生长加大，包裹体减少，晶体的透明度提高[9]。包裹体均一温度最低85℃，最高312℃，以110 ～150℃居多。包裹体均一温度主要与气液相比例有关，气液相比例越高则均一温度越高。通过激光拉曼分析测定包裹体主要成分为H2O，其次为CO2，未检测出其他气体成分。

图3 脉石英中包裹体显微特征

3.5 矿石结晶度指数和晶胞参数特征

结晶度是石英矿物的内部结构完整性的反映，可以指示矿化作用特征，变质作用和重结晶作用能提高石英的结晶度。通过测试表明，区内脉石英结晶度指数一般在9.01 ～10.88，与尤尼明石英砂样品的10.00 比较接近。其中乳白色脉石英中存在个别样品结晶度指数较低，为7.23 ～8.08。

微量元素杂质对石英晶胞参数偏差存在影响，铝、钙等杂质元素可能在成矿作用过程中以类质同象置换Si4+，导致石英晶胞参数增大。通过测试表明，区内脉石英晶胞参数一般在0.85 ～1.10，与尤尼明石英砂样品的0.95 比较接近。其中乳白色脉石英晶胞参数为0.77 ～1.83，含晶脉石英晶胞参数为0.76～1.34，砂糖状脉石英晶胞参数为0.57～1.14，水晶晶胞参数为0.87 ～0.94。

4 找矿标志和潜力分析

经初步调查及分析研究区脉石英主要分布范围在沂水北部诸葛—沂山一带、蒙阴东部的垛庄—大张庄一带、沂南北部岸堤—崔家峪一带。脉石英发育地区地形起伏较大，一般为低山—丘陵微地貌，其石英碎石及残坡积物中石英的滚石较多，且其来源一般都是近源，是野外找矿最直接的标志。脉石英在电阻率中梯法测量中，一般表现为高阻异常或条带状的次高阻异常[10]。

脉石英主要赋存在新太古代侵入岩体内，在区内傲徕山序列二长花岗岩及泰山序列花岗闪长岩是主要围岩类型，新太古代侵入岩分布范围为脉石英找矿的大体分布范围。含矿岩浆岩建造为傲徕山序列的条花峪单元弱片麻状二长花岗岩、松山单元中粗粒二长花岗岩、邱子峪单元巨斑状含黑云二长花岗岩及蒋峪单元条带状含黑云二长花岗岩；峄山序列的宁子洞单元花岗闪长岩、龟蒙顶单元花岗闪长岩；泰山序列李家楼单元英云闪长岩、西官庄单元英云闪长岩、望府山单元英云闪长岩。四堡期、五台期区内发育的基底构造是主要的含矿、控矿构造[11]，该时期的断裂构造方向主要为北西向，同时发育少量北东向次级断裂。沂沭断裂带的沂水—汤头断裂所衍生的北东向次级断裂对含水晶脉石英具有一定的控矿作用。

临沂中北部地区区域地质成矿条件显示出极好的找矿潜力，区内广泛发育新太古代二长花岗岩和闪长岩，新太古代吕梁期地壳物质熔融岩浆大面积上侵就位过程中形成富硅热液，为脉石英的形成提供了物质来源，同时强烈的构造运动，形成矿液运移通道及容矿空间，且根据矿体特征及矿体分布情况，有发现隐伏脉石英矿床的可能。

在全面考虑区域地质背景、成矿地质条件、物探电法异常情况、矿床埋深情况、资源潜力及自然经济状况等条件的基础上，在临沂中北部地区初步划定上车夫峪预测区、火石山预测区、翻金峪预测区、道士海预测区、邵家峪预测区、朱家峪预测区、常庄预测区、跋山预测区、桃花峪预测区、青杨行预测区、磊石沟预测区共11 处脉石英远景区，其中B 类2 处，C 类9 处，共预测资源量920.76 万t。