大别山西段卡房地区脉石英矿体特征及找矿方向

王纪平，张广山，郭治锋，陈传刚，刘自立，孙春晓，杜安鹏

(中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队，河南 信阳 464000)

高纯石英被列为我国在当前和今后一段时期内的战略性非金属矿产，是信息技术(光通讯等)、光电源等产业用石英玻璃的原料。高纯石英高端产品是芯片产业(半导体)、新能源(光伏等)和硅产业等功能材料和关键基础材料生产的原料，在国家战新产业、经济安全和国防安全都具有重要作用[1-2]。随着水晶资源的逐步枯竭，脉石英替代水晶作为高纯石英原料成为一种趋势[3]。大别山西部北麓卡房地区脉石英矿成分单一，SiO2含量高，原矿质量好，可以替代天然水晶作为高纯石英原料。本文对卡房地区脉石英的特征和矿石质量进行了分析，并探讨了脉石英矿的成因和分布规律，为下一步在该地区寻找脉石英资源指明了找矿方向。

1 地质概况

研究区位于大别山脉西段，处于秦祁昆造山系东部，北为华北陆块区，南为扬子陆块区，该区构造发育，具有多期成矿构造回旋，形成多种成矿建造[4]。区内以下元古界卡房岩组混合质白云二长片麻岩为主，夹白云二长(斜长)片麻岩、浅粒岩、白云石英片、榴闪岩和斜长角闪岩组成，即为白云母—钠长石—石英及微斜长石—钠长石—石英一系列矿物组合，主要为富硅的变质岩建造。

研究区位于天台山背斜(A1)中段卡房穹窿构造中部偏南西部分。穹窿长轴走向324°，长20km，短轴方向40°，长约12km。受古构造体系影响，区内构造复杂，下元古界的片岩、片麻岩系均发生了褶皱，断裂发育。

区内发育着一系列北西向、北东向断裂，这些断裂多呈现为张扭性或压扭性。其中北西向断层以东河—卡房断层(F83)为主：走向335～340°，倾向北东，倾角70～51°，断层延伸长度约18km。沿断层岩层破碎，有大型的石英脉侵入。断层作顺时针扭动，最大断距为3km。该断层走向近平行于卡房穹窿长轴方向，位于卡房穹窿中偏南西部。北东向断层主要为新华夏系构造，属于较年轻的构造体系，以滠水断层(F29)为代表：断层走向15～30°，向西南斜切卡房背斜(穹窿)。在南部断层切割了北西向的东河—卡房断层，使得卡房地区主石英脉位移错动(图1)。区内岩浆岩不发育，主要为一些小规模的石英脉。

图1 卡房地区地质简图及脉石英矿分布

研究区内穿插有一条大型石英脉(受断层F83 影 响)，长 约6km，宽40～70m，总 体 走向335～340°，倾向北东，倾角陡立80°，埋深大于100m。石英脉呈山脊地貌出露，岩石由石英—玉髓组成，铁质矿物少量。石英隐微晶状，不透明，油脂光泽，结晶程度稍差，SiO2含量为94%～97.95%，质量稍差。其中混合少量铁泥质矿物，岩石受应力作用破碎，碎块间为次生石英充填胶结。岩石表面受铁质浸染，呈黄褐色。该石英脉属断层破碎带热液填充，早于研究区内高纯石英脉形成时间，为后期脉石英的形成提供了物质来源。

2 脉石英矿体特征及矿石质量

2.1 矿体特征

区内共发现石英脉33 条，主要分布在下元古界卡房组下段构造裂隙中，石英脉产状受褶皱和断层构造影响，主要呈北北西和北东东向断续延伸，总体上与卡房穹窿的构造线方向一致。其中1～3m的石英脉16 条(表1)；1m 以下的石英脉17 条，大脉占48.5%。石英脉的形状取决于形成时构造裂隙的形状，多呈脉状、透镜状，少数呈不规则脉状。石英脉的走向主要北北西向及北东东向，经统计绘制了脉石英走向玫瑰花图(图2)。脉石英杂质充填较少，对脉石英的质量影响较小。

表1 脉石英主要矿体一览表

图2 脉石英走向玫瑰花图

石英脉的围岩主要为片麻岩，两侧围岩具强烈的硅化、绢云母化、绿泥石化。部分石英脉边部蚀变形成薄层的暗色边，在接触带上云母片有集中变大的现象。

2.2 矿石类型

研究区内脉石英主要有砂糖状和块状两种类型。砂糖状脉石英乳白色、白色，半透明(图3a、b)，主要有石英组成。表面风化受铁质浸染，局部沿裂隙染有红色或黄褐色水锈斑或铁质浮膜，呈现斑杂状褐黄色外貌。致密块状脉石英主要为石英集合体(图3c、d )，呈乳白—灰白色，致密块状，不透明—半透明，细晶—微晶结构不含晶，断面具油脂光泽。

脉石英主要受次级断裂控制，填充在构造裂隙空间中，质地较为纯净，仅在矿石表面有铁锈，脉石英边缘接触带局部有云母集合体，杂质充填较少。镜下脉石英为自形至半自形粒状、微晶粒状、粒状集合体，晶粒大小不一，相互堆积、镶嵌；粒径0.5～2.0mm，多数为1～2mm，均具波状消光，长轴大致定向排列，定向分布。显微镜下，晶粒较为完整且结晶度较好，颗粒较大。

图3 脉石英矿石照片及镜下特征

2.3 矿石包裹体

脉石英中普遍存在包裹体，而对于高纯石英应用来说，包裹体是脉石英的有害成分之一，研究并去除其包裹体对制备高纯石英具有较大意义[5]。本工作区脉石英主要为气液两相流体包裹体，在显微镜视域范围内包裹体数量较少，面积占比8%左右，包裹体体积较小，一般为7～20μm，形状为不规则状，且多为原生包裹体。气泡的充填度约为8%。包裹体均一温度在161～254℃，冰点为-6.8～0.3℃。通过拉曼光谱测试，脉石英样品流体包裹体主要成分为H2O、CO2、N2(图4)。以气液两相包裹体为主，有利于在深加工中包裹体的去除[6]。

2.4 矿石元素含量

通过对区内16 条脉石英样品进行了常规化学成分测试(表2)，脉石英矿杂质较少，矿石质量较好，满足近年来脉石英附加值最高的应用领域要求。对弥补天然水晶资源的不足，满足高科技用硅原料需求具有重要的现实意义[7-8]。

采用了3 件具有代表性且质量较好的脉石英样品进行电子探针测试(表3)。脉石英主要的杂质元素是铝，Al2O3的含量在0～0.07%，其次是镍和铁。经分析认为，影响矿石质量的主要杂质元素为铝、铁、镍和磷。

图4 激光拉曼光谱图

表2 脉石英化学成分分析结果 (单位：% )

3 矿床成因

区内脉石英主要赋存在下元古界卡房组下段地层中，根据野外工作情况及岩矿鉴定，组成该组地层的岩石主要为混合质白云二长片麻岩为主，夹白云二长(斜长)片麻岩、浅粒岩、白云石英片、榴闪岩和斜长角闪岩，底部为含稀疏眼球的条痕状混合岩。主要矿物组合为：白云母—钠长石—石英及微斜长石—钠长石—石英。含硅地质体(地层)为岩浆热液提供了SiO2物质来源。国外的众多研究表明［9］，大部分高纯石英原料产在变质岩地区，因为变质作用可以使石英产生重结晶，也可以使石英晶体中的某些杂质元素含量降低，从而形成纯度较高的石英。据国内学者认为，变质岩地区的石英是用来替代水晶作为高品质的原料[10]。

表3 电子探针定量分析数据 (单位：% )

从区内脉石英产出状态看，岩浆演化过程中分异出的富SiO2的热液向上运动，在构造空间中分异结晶形成脉石英。在稳定的构造中形成的脉石英形态简单，以简单型脉为主，分异程度高，矿石相对富集；在不稳定环境下形成的脉石英矿体多呈不规则脉状，不含或少含围岩捕虏体[11-12]。

研究区内经历了多期次构造运动，断裂构造发育。卡房穹窿的形成，产生一系列的成矿构造和成矿结构面，构造和广泛发育的张性裂隙为富含SiO2的流体提供了运移通道。为脉石英的充填就位提供了良好的赋矿场所。良好的围岩地层条件为高纯脉石英提供了优良的生、储环境；卡房穹窿构造，为脉石英形成提供了赋矿场所。本矿床成因类型属低温热液充填型矿床(表4)。

表4 卡房地区脉石英矿区域成矿要素及成矿作用特征一览表

4 找矿方向及潜力分析

(1)地层标志：石英脉主要赋存于下元古界卡房组下段地层中，该层片麻岩、片岩为脉石英提供了物质来源。

(2)构造标志：石英脉严格受断裂构造控制，多期次构造形成的卡房穹窿和与之平行产出的次级张性断裂为脉石英容矿场所，为脉石英找矿指明方向。

(3)围岩蚀变标志：石英脉两侧围岩具强烈的硅化、绢云母化、绿泥石化，这种蚀变类型可作为寻找中—低温热液矿床的标志。

(4)地形地貌标志：脉石英抗风化能力强，易形成山脊、陡坎等地貌。

(5)滚石标志：沟谷中的残坡积中的滚石为最明显的找矿标志。

(6)地名标志：以白石坑、白石山命名的地方。

研究区主要地层大面积出露为下元古界的一套经浅—中等区域变质作用形成的片麻岩夹片岩系。区内构造发育，北东向的构造、北西向构造叠加，形成了一个规模较大的卡房穹窿，穹窿长轴长约20km，短轴长约12km，面积约240km2。相应产生一系列的成矿构造和成矿结构面，为脉石英的形成提供了良好的运移通道和成矿空间。有利的构造环境、地层物质来源和岩浆侵位的热源条件，提供了脉石英得天独厚的成矿条件。在卡房穹窿范围内地质成矿条件显示出高纯脉石英具有极好的找矿潜力。