四川省道孚县容须卡地区红柱石矿地质特征及综合利用

秦宇龙，赵 春，詹涵钰，熊昌利，徐云峰，武文辉，李 峥，李名则

(四川省地质调查院稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室,成都 610081)

0 引言

红柱石属硅酸盐矿物，其中Al2O3占60%以上，是一种煅烧时体积稳定、耐高温、抗腐蚀的耐火材料[1]。它不仅可为冶炼时的高级耐火材料和技术陶瓷工业的原料所用，还可用作冶炼高强度轻质硅铝合金、制作金属纤维以及超音速飞机和宇宙飞船的导向型材[2]，国外还利用铝红柱石进行煤的气化和制作雷达天线罩[3]。从20世纪70年代开始，我国工业生产领域已对红柱石引起重视，其应用范围也在迅速扩大，发达国家对红柱石矿的需求量也在不断增长[4]。红柱石精矿在国内亦属紧缺产品，每年用量以10%～13%的速度递增，国内年需求含红柱石系列耐火产品近180万t，需高品级红柱石精矿约13万t，国内市场每年进口红柱石精矿超过5万t，随着社会科技发展，需求量将日益增长[5]。本文通过地质矿产调查工作，对容须卡地区红柱石矿开展了预查工作，再结合已有资料，评价四川道孚县容须卡红柱石矿资源量属大型矿床，具有极大的资源潜力和开发价值。

1 地质概况

1.1 区域地质概况

研究区位于松潘—甘孜造山带东部，大地构造位置属巴颜喀拉地块，区域内广泛出露三叠系西康群为主的被动陆缘复理石地层(图1)[6]，遭受了长时间的剥蚀[7-10]。早期受NNE向逆冲挤压推覆构造影响，形成了NNW向平卧褶皱、倒转紧闭褶皱及NW向逆断层；印支晚期—燕山早期受近EW向挤压应力作用形成了近SN向的褶皱构造，同时期的岩浆活动强烈，岩浆岩的侵入在局部影响了构造线方向，在西部应力交接的构造复合部位，形成了甲基卡、容须卡、木绒、长征和瓦多5个构造岩浆热穹隆；发育有低绿片岩相变质岩系上叠加黑云母带至低角闪岩相的递进变质带[11-13]。容须卡红柱石矿即位于岩体热接触变质带内。印支晚期—燕山早期酸性岩浆侵入活动及构造格架是形成各类矿产的主要成矿、控矿地质条件[6,14]，已发现的锂铍铌钽、红柱石、熔炼石英等矿(点)均与其有关[15-17]，其中红柱石矿带规模大，具有良好的开发前景。

1.逆冲推覆带；2.滑脱带；3.构造穹隆；4.平移断层；5.前震旦纪变质杂岩；6.变质核杂岩；7.岩浆核杂岩；8.中—新生代花岗岩；9.第四系；10.侏倭组；11.新都桥组一段；12.新都桥组二段；13.石英闪长岩；14.花岗闪长岩；15.花岗伟晶岩脉；16.石英脉；17.十字石带；18.红柱石带；19.石榴石带；20.黑云母带；21.堇青石带；22.矿段及采样位置；23.地名；24.锂矿；25.剖面位置；26.工作区位置；27.变质岩带分界线

1.2 容须卡地区地质特征

容须卡地区出露上三叠统侏倭组和新都桥组(图1)，产状为一背斜穹隆，地层倾角30°～60°，核部平缓，向边部逐渐变陡。区内发育中酸性岩脉，主要有花岗伟晶岩脉、闪长岩脉、花岗细晶岩脉和石英脉。印支晚期—燕山期石英闪长岩呈独立岩株(枝)状侵入于侏倭组地层中，出露面积7.85 km2。发育NW—SE向平行展布断裂和构造岩浆热穹隆，在断裂附近由于构造挤压及左型平移剪切作用，形成一系列规模较大的NW向或近SN向延伸的强劈理化带[6,11-13]。构造岩浆热穹隆呈浑圆状，南北长1 km，东西宽约10 km；核部出露上三叠统侏倭组灰色—深灰色十字石片岩、深灰色千枚岩，四周出露新都桥组一段灰色堇青石二云母片岩、堇青石-十字石二云母片岩、堇青石-十字石-红柱石二云母片岩、红柱石二云母片岩以及新都桥组二段角岩化粉沙质条带状红柱石、石榴石片岩。变质带呈环带分布，其渐进变质带由核部向四周依次为十字石带→红柱石带→石榴子石带→黑云母带→绢云母-绿泥石带，在十字石带、十字石-红柱石带发现与花岗岩伟晶岩脉有关的锂、铍、铌钽等稀有金属矿，红柱石位于热变质作用形成的变质带(十字石-红柱石带、红柱石带)内。十字石、红柱石等变斑晶在岩石中杂乱分布，多顺面理分布，具明显的热接触变质岩特点[6，14]。

2 矿床特征

2.1 含矿层及矿体特征

容须卡红柱石矿床属于受岩浆岩及构造控制的热液接触变质型红柱石矿床。印支晚期—燕山早期中酸性侵入岩的侵入，使上三叠统普遍发生热接触变质作用。红柱石是强烈变质的产物，矿体主要赋存于上三叠统新都桥组十字石-红柱石二云母片岩、红柱石二云母片岩和角岩化粉沙质条带状红柱石片岩中。含矿层顶板岩层为上三叠统新都桥组石榴石片岩，底板岩层为上三叠统新都桥组灰色堇青石二云母片岩，含矿层在地层特征及空间特征上均较稳定。

矿体一般位于含矿层中部，由中—粗粒、柱状红柱石片岩组成。由矿体向矿层顶、底部过渡，岩性由中—粗粒、柱状红柱石片岩依次向中—细粒状、细斑—细粒状红柱石片岩和石榴石片岩、黑云母板岩变化[11]。各类片岩在化学成分、矿物成分上与矿石基本一致，它们与矿石的区别主要体现在红柱石斑晶大小、含量及岩石结构不同，中—粗粒、柱状红柱石片岩中的红柱石易于选矿(图2)。

1.上三叠统新都桥组；2.变质砂岩；3.堇青石片岩；4.中细粒红柱石片岩；5.中粗粒柱状红柱石片岩；6.十字石片岩；7.石榴石片岩；8.角岩；9.石榴石带；10.红柱石带；11.十字石红柱石带；12.堇青石带；13.花岗岩；14.花岗闪长岩；15.片理及产状；16.矿段

矿体呈层状展布，沿走向局部地段有膨大或缩小和尖灭现象，但沿倾向方向，矿体厚度基本稳定。根据矿体空间位置及其与围岩的接触关系，全矿区可划分为格拉基矿段和容须卡矿段：格拉基矿段为主矿体，呈似层状，目前控制走向长度2 000 m，厚度200 m；容须卡矿段，呈似层状，其走向长度大于2 000 m，厚度大于100 m。矿体产状与围岩一致，倾向为230°～280°，倾角为40°～65°(表1)。

表1 容须卡红柱石矿矿体特征

2.2 矿石特征

2.2.1 矿物成分和结构构造

矿石基本矿物成分为红柱石和少量铁铝榴石、十字石，脉石矿物主要为石英、黑云母、白云母。红柱石主要产于红柱石二云母片岩及十字石-红柱石二云母片岩中，主要变质矿物共生组合类型位于红柱石角岩带中，代表性矿物组合有：石英+黑云母+白云母+铁铝榴石+红柱石+斜长石、石英+黑云母+铁铝榴石+红柱石+斜长石、石英+铁铝榴石+红柱石、石英+黑云母+白云母+斜长石+红柱石和石英+黑云母+白云母+斜长石[7](图3)。根据变质矿物十字石、红柱石形成的矿物共生组合特征，推测其热变质的温度约为550 ℃，压力为0.2～0.4 GPa[11-12]。矿石结构主要为显微鳞片变晶结构、斑状变晶结构及交代残余结构。矿石构造主要为定向、片状构造及变余纹层状构造。

图3 红柱石带ACF和A′KF图[8]

红柱石晶体呈近四方形长柱状的变斑晶，晶体中常有碳质包体构成十字形花纹的空晶石，形成“肋骨状”残缕结构。晶体多平行片理，少数切穿片理生长，晶体互相交错，分布无明显定向性(图4)。后期交代作用不强烈，局部发生了绢云母化蚀变。2V(-)，负延性，具弱多色性(淡红和浅绿色)，油浸中呈无色，干涉色多为一级灰白色，硬度6.5～7.5。对容须卡、格拉基矿段3个点中的红柱石碎块各随机拣块100粒进行了观察统计。红柱石总体颜色为褐红色、肉红色，个别蓝灰色、灰白色；含量一般8%～15%，高者达20%～25%；长度一般在2.5～15 cm(含量>65%)，长者达数厘米至70 cm；横截面以正方形缺棱为主(图5)，一般横截面直径0.5～1.5 cm(含量>70%)，个别大于3 cm。

1.红柱石；2.十字石；3.石英；4.石榴石

1.正方形横截面；2.正方形缺棱横截面；3.棱形横截面

2.2.2 矿石化学成分

矿石中主要化学成分见表2。SiO2、Al2O3含量高，且K2O、Na2O、CaO、MgO具典型的泥质岩石特征，由于富含Al2O3，对形成红柱石等高铝矿物非常有利。容须卡红柱石的主要成分Al2O3平均为61.44%，SiO2平均为37.11%，与标准值有所差异，所含杂质离子主要为Fe、Mg、Na、K、Ca等，应是由绢云母化蚀变造成的。

表2 矿石全岩多元素化学成分

2.2.3 矿石类型及选矿性能

根据红柱石矿石结构和构造特征，可分为细粒状、中斑状、粗中斑状等类型。参考其他矿区[20-21]红柱石矿选矿试验结果，细粒状红柱石矿颗粒细小，选矿回收率较低，选矿成本高，不具工业价值。因此，容须卡红柱石矿床的粗中斑状—中斑状红柱石片岩具有一定的工业价值，其中，中斑状红柱石含量40%，粗中斑状红柱石含量45%，粗中斑状红柱石片岩型矿石品位较高。

本区红柱石矿属片岩型矿床，片岩片理发育，具脆性，红柱石晶体粗大，硬度也大，片岩与红柱石的自然解离性好，能够获得尽可能粗大的晶粒，对后续选矿工艺十分有利[6，14，18]。

3 矿床成因、找矿标志与找矿前景

3.1 矿床成因

容须卡红柱石为岩浆、构造控制的热液接触变质型红柱石矿。

晚三叠世早中期，容须卡地区处于半深海—深海环境，沉积了一套以砂、粉砂、泥为主的陆源碎屑物。其后发生强烈的构造活动，印支期末雅江复理石沉积盆地褶皱隆起，结束了该区的海侵历史，并使已沉积地层普遍经受了一次区域低温动力变质作用而形成一套由板岩、变质砂岩和千枚岩等组成的浅变质岩系，构成了区域性的呈面状展布的绢云母-绿泥石带。在此基础上，随着造山运动的进一步发展，原来单一的SN向应力作用转变为SN向和EW向双向应力的联合作用，形成雅江构造穹隆，穹隆构造的虚脱部位被深熔岩浆侵位，形成巨大的隐伏花岗岩基。在隐伏花岗岩基上部，岩层形成较为宽广的变质带，由于隐伏岩基顶面形态的起伏变化而导致变质强度的变化，并在平面上形成递增变质带。紧接着是岩浆分异后期，积聚在隐伏花岗岩基上部含挥发组分的残余岩浆沿着次级构造面而上侵，形成现今暴露地表的花岗闪长岩岩枝，并产生相应的、特有的十字石变质带、红柱石变质带等接触变质带，它们叠加在早期由隐伏花岗岩基所形成的变质带之上。所产生的接触变质矿物有堇青石、十字石、红柱石等，红柱石变斑晶体互相交错，分布无明显定向性。

3.2 找矿标志与找矿前景

3.2.1 红柱石矿找矿标志

(1)地层岩石标志为松潘—甘孜造山带上三叠统侏倭组、新都桥组地层，原岩为富含铝质泥质岩类；

(2)岩浆岩标志为侵入晚三叠世泥质岩地层中的印支晚期—燕山早期中酸性侵入岩岩体；

(3)构造标志为构造岩浆热穹隆，穹隆核部四周地层为主要含矿体；

(4)变质岩标志为构造岩浆热穹隆四周热液接触变质带内红柱石二云母片岩、红柱石-十字石二云母片岩；

(5)矿物标志为红柱石，具特有的长柱状，晶形较难风化，往往呈蠕虫状凸出岩石表面。

3.2.2 找矿前景

容须卡地区有格拉基、容须卡村、惹一卡3个由红柱石二云母片岩、红柱石-十字石二云母片岩组成的富含红柱石地质体，面积2 km2至5 km2不等，经1∶1万地质测量证实这些矿段红柱石矿化好，品位富，层位稳定。按照埋深50 m、密度2.2 t/m3、红柱石带含矿率15%、红柱石-十字石带含矿率10%，预测红柱石矿物资源量2.3亿t[14]。同时在容须卡周边甲基卡、木绒、长征、瓦多均出露与容须卡红柱石矿成矿背景一致的地质体，预测红柱石矿物资源量近10亿t[18]。因此，该区具有很好的找矿前景。

目前估算的资源量范围仅占整个接触变质带很小一部分，随着地质勘查工作的不断深入和选矿技术的不断改进，接触变质带内红柱石片岩矿体规模将会不断扩大，红柱石矿物资源量将成倍增加。加之容须卡红柱石矿石结构单一，易采易选，矿床开发经济效益显著。

4 资源综合利用探讨

(1)容须卡红柱石储量十分巨大，目前初步控制资源量已达大(中)型，预测远景资源量可达超大型，同时甲基卡、容须卡、长征、木绒地区红柱石蕴藏资源量巨大(图6)。红柱石可满足高级耐火材料、技术陶瓷、硅铝合金原料的工业要求。同时，容须卡地区富含花岗伟晶岩型锂、铍、铌、钽等稀有金属矿，红柱石二云母片岩作为稀有金属矿围岩，在开采稀有金属矿石时综合利用红柱石矿将会进一步降低开采成本。

图6 红柱石带区域分布

(2)容须卡红柱石可以作为珍藏和欣赏宝石。部分红柱石晶形美观、绺裂少、颜色艳丽、较透明，宝石专家栾秉璈[18]曾在1984年对容须卡红柱石晶体观察后认为：“在全国地质博物馆也无此大个红柱石，颜色和透明度尚未完全达到佩饰宝石要求, 但可做珍藏和欣赏宝石。”若在全区内进一步寻找，发现高档宝石是有可能的。部分红柱石集合体形态丰富，色泽均匀，花色优雅庄重，可加工形成观赏“菊花石”。红柱石晶体中由碳质包体构成十字形花纹的空晶石亦可制成佩带的小饰物[20-21]。

(3)废石及浮选尾矿可以综合利用。随着川藏铁路战略工程的实施，沿线基础建设将会掀起高潮，红柱石矿生产过程中产生的废石，无需进一步加工，即可作为建筑用碎石料使用，也可用于公路建设用石料，可大大减少废渣排放。根据矿物组成，其中含有的低铝矿物(黑云母、白云母、红柱石)、基质矿物(主要为石英、绿泥石等)及少量铁矿物，随着矿区的进一步开采，可考虑做进一步的开发研究和回收利用工作，特别是黑云母、白云母含量大且易于选取，可作为化妆品制作材料使用[22-24]。

5 结论

远景资源量估算表明，容须卡红柱石资源量可达大型规模以上，红柱石可满足高级耐火材料、技术陶瓷、硅铝合金原料的工业要求，资源综合利用优势明显。

(1)位于康定—雅江—道孚地区甲基卡、容须卡、长征、木绒构造热穹隆四周热接触变质带内的三叠系西康群红柱石片岩、红柱石-十字石片岩是寻找红柱石矿的主要有利部位。

(2)随着国家建设重点向西部地区转移，通过科学设计，该区可形成独具特色的产业链，在矿产品开发、环境保护、资源循环利用等方面有望成为我国最大的红柱石矿床或世界级大矿区。

(3)本次仅对容须卡地区格拉基矿段、容须卡矿段进行了评价和调查工作，在区域上甲基卡、长征、木绒与容须卡地区地质成矿背景相似，富含红柱石地层面积可达300 km2以上，层位稳定，相信经过进一步评价工作，可获得资源量巨大的红柱石，可缓解国内对红柱石需求依赖进口的局势。

受本次工作限制，没有对红柱石矿开采做系统选矿试验，有些参与资源量估计的矿物选择、矿体深部变化等参数选择还需做进一步研究。