我国硅灰石矿成矿区带划分及成矿规律

颜玲亚，焦丽香，刘海泉，高树学，周 雯，欧阳友和，韩兰臻

(中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100)

硅灰石具有独特的物理化学性质，是重要的节能陶瓷原料，广泛应用于汽车、冶金、陶瓷、塑料等工业领域，在战略新兴产业中具有重要作用。我国是世界上硅灰石资源丰富的国家之一，自1975年首次发现硅灰石矿以来，经过40多年的找矿勘查工作，已取得重大进展，在吉林、辽宁、江西、湖北等17个省区发现了硅灰石矿。曲元贵等[1]总结了我国硅灰石矿床成因类型及地质特征，提出我国硅灰石成因类型为层控接触变质型矿床、接触交代型(矽卡岩型)和区域变质型。根据国外已发现的硅灰石矿，唐连江等[2]提出在川滇一带的会里群或昆阳群内或辽—吉地区的辽河群等地可能存在区域变质型硅灰石矿，另外硅灰石赋存于碱性超基性岩和碳酸岩内，成矿碱性杂岩体内特有矿物之一。其他学者如刘小楼[3]、马忠林[4]、陈四宝[5]等分别对吉林西错草、辽宁调兵山、江西蒙山地区石竹山矿区硅灰石地质特征进行了研究分析，基本认为硅灰石成矿物质来源于含硅质的碳酸盐岩建造。上述研究成果主要集中在对硅灰石典型矿床的研究，对全国硅灰石的地质特征、分布规律、成矿系列研究较少，本文通过对全国硅灰石典型矿床的系统梳理，总结了硅灰石矿床地质特征、分布规律，划分了成矿区带，以期对硅灰石找矿方向、勘查部署提供依据。

1 我国硅灰石资源特征

全球有20多个国家和地区分布有硅灰石资源，估计全球储量超过9 000万t[6]，大型硅灰石矿床主要分布在中国、美国、印度、墨西哥、芬兰。我国是世界上硅灰石资源较丰富的国家之一，资源储量和产量均为世界第一位。截至2018年，在17个省(区)探明矿产地79处，查明硅灰石矿石资源储量2.49亿t(图1)，集中分布在江西、吉林、辽宁、云南、青海等5省，占全国查明资源储量的84.78%，其中江西位居第一，占全国查明资源储量的29.48%，吉林位居第二，占21.54%，辽宁占14.86%[7]。主要分布在我国的东北、华东、中南、西南、西北等地区(图2)，东北地区硅灰石查明资源储量位居全国第一，占比35.86%，其次是华东地区占34.4%，中南地区占11.68%，西南地区占9.92%，西北地区占8.14%。在79个矿产地中，大型以上矿床21处，资源储量占比88.1%；中型矿床25处，资源量占比10.01%，小型矿床33处，资源储量占比1.92%(图3、表1)。

表1 我国硅灰石矿床规模、资源储量情况一览表

图1 全国各省硅灰石资源储量柱状图

图2 我国硅灰石矿床查明资源储量地区分布图

图3 我国硅灰石矿床规模、资源储量占比

世界上具有工业意义的硅灰石矿床可概括为三种成因类型：接触热变质型、接触交代(矽卡岩型)型、区域变质型。我国硅灰石矿的成因类型主要为接触热变质型和接触交代型(矽卡岩型)[8]，区域变质型仅发现一些矿点。截至2018年，以矿产地数量统计，接触热变质型54个，接触交代型25个，以查明矿石量统计，接触热变质型占68.35%，接触交代(矽卡岩型)型占31.65%(表2)。

表2 我国硅灰石矿床类型一览表

2 矿床成因类型及地质特征

硅灰石成因类型划分依据矿床主要矿体的成因，或主要成矿阶段的地质作用。在一些硅灰石矿床中，常有接触变质型和接触交代型(矽卡岩型)两种成因类型叠加成矿。如吉林梨树大顶山硅灰石矿以接触变质作用为主，出现一些局部矽卡岩的叠加，即接触交代作用的叠加。广西南源洞硅灰石矿以接触热变质作用为主，并伴有接触交代作用的叠加[9]，形成了矽卡岩硅灰石矿、大理岩型硅灰石矿、矽卡岩化角岩型硅灰石矿；湖南宜章县东风硅灰石矿床矿石类型为大理岩型硅灰石矿和矽卡岩型硅灰石矿，说明该地区是多期次成矿作用的产物[10]。

(1)接触热变质型硅灰石矿床常位于侵入岩与含硅质的碳酸盐岩建造外接触带角岩化—大理岩化蚀变带中，一般距侵入岩体几十米至千余米，矿床形成是由于富含硅质的石灰岩经侵入体热力烘烤发生接触变质而成。成矿过程是硅质灰岩中的SiO2和CaCO3经侵入体的热变质作用，重结晶形成大理岩的同时，硅质和钙质的成分重新组合，形成硅灰石矿，成矿模式见图4。如：李家巷硅灰石矿由石炭纪黄龙组的燧石条带灰岩与黄芝山—龟山花岗闪长岩接触形成。江西省新余市—上高县月光山硅灰石矿床由二叠纪中统茅口组下段含硅质结核及燧石条带灰岩受燕山早期蒙山黑云母花岗岩之接触变质作用而成矿。矿体形态主要取决于原岩产状和侵入体的形态，一般呈层状、似层状、透镜状。矿石主要由硅灰石组成，有时含有一定量的石英、方解石。矿石中硅灰石矿物含量20%～70%，一般多在50%以上，富矿可达95%以上，矿石质量较好。硅灰石的形成与岩体有一定距离，即形成于中等深度的半封闭、半开放的系统。若离岩体过近，由于岩浆结晶分异作用，晚期伴有大量的挥发物质聚集，挥发物质与围岩相互作用，除形成硅灰石外，尚出现较多的矽卡岩矿物，从而使硅灰石矿物成分变的复杂，而失去工业意义。云南白石岩硅灰石矿体均赋存于下二叠纪大铜厂组底部硅质碳酸盐建造中，并不与侵入体直接接触，相反，与侵入体直接接触的纯灰岩、大理岩内却未发现硅灰石，只是局部见有石榴透辉矽卡岩产出[11]。

硅灰石的形成是石英和方解石在一定温度、压力条件下反应的产物。成矿深度范围在2～6km，成矿压力在50～100MPa，成矿温度300～680℃，最高可达700℃。成矿环境是在半开放的环境，成矿时产生的CO2可以逸出，有利于硅灰石矿的形成。硅灰石矿是在浅成、低温、高压的条件下，由含硅质的碳酸盐岩接触变质作用形成[1]。如：浙江省长兴县李家巷硅灰石单矿物包体测温及压力分析，得出了硅灰石的形成温度为350～400℃，与上述成矿温度相吻合[14]。

(2)接触交代型(矽卡岩型)矿床多数产于中酸性侵入体与含燧石团块、硅质条带石灰岩的接触带中，有的产于捕虏体中。在成矿作用中，有明显的接触交代变质作用。硅灰石矿体构成矽卡岩的组成部分。常可划分出石榴子石硅灰石矽卡岩带、透辉石硅灰石矽卡岩带和硅灰石矽卡岩带。在矽卡岩化过程中硅灰石的品位富集到一定程度则形成矽卡岩型硅灰石矿床。捕虏体由于交代完全常形成高品位硅灰石矿。矿石的矿物组分由典型的矽卡岩矿物组成，除硅灰石外，有透辉石、石榴子石、符山石以及交代残余的石英、方解石。常与矽卡岩型铜、金、银、钼矿床伴生。湖北大冶小箕铺(下马林)、广西平乐县南源洞、江苏溧阳、辽宁建平县富山、青海都兰等地的硅灰石矿床均属于此类型。

(3)区域变质型矿床主要赋存于古老的区域变质岩系中。硅灰石矿是由原岩为硅镁质的白云岩、石灰岩，富含利于成矿的石英和方解石成分，在区域变质作用过程中，遇到由于某种压力相对较低的条件下，产生岩石再造作用而形成。此类型矿床在美国、芬兰、印度等国家是重要的开采利用对象。而在我国目前只在吉林南部集安、浑江一带的中元古界老岭群珍珠门组含硅质较高的结晶白云岩、富硅镁质大量岩中发现形成硅灰石矿化，但不具备工业意义[12]。值得注意的是，在华北陆块北部的中元古界高于庄组白云质灰岩中发现的辽宁省富山大型硅灰石矿，由燕山晚期石英黑云母闪长岩侵入高于庄组含燧石结核白云质灰岩、硅质白云质灰岩，引起接触交代作用，形成硅灰石矿[16]。在华北陆块南缘的中元古界上熊耳群凝灰岩、硅质条带灰岩与燕山期花岗石接触形成接触交代型(矽卡岩型)硅灰石矿。说明古老变质岩中可能存在区域变质型硅灰石矿。

3 硅灰石成矿区带划分

根据徐志刚等[13]中国Ⅲ级成矿区带划分方案，结合硅灰石矿床分布、赋矿地层特征，将我国硅灰石矿床自西向东划分甘—蒙北山北部等8个硅灰石成矿区带(表3、图5)。各成矿区带地质特征如下：

图5 我国硅灰石成矿区带划分图

表3 我国硅灰石矿成矿区带划分

甘—蒙北山北部硅灰石成矿带(Wo1)属于古亚洲成矿域(Ⅰ-1)准噶尔成矿省(Ⅱ-1)，成矿区带内共发现硅灰石矿床4处(中型1处，小型3处)，主要分布在新疆哈密一带。赋矿层位为中元古界、古元古界、震旦系，成因类型为接触交代型，查明资源量为89.34万t。

东昆仑北部(断隆/岩浆弧)硅灰石成矿区带(Wo2)属于秦祁昆成矿域(Ⅰ-2)阿尔金-祁连(造山带)成矿省(Ⅱ-5)。海西期至印支期中酸性—酸性侵入岩广泛发育。已发现超大型硅灰石矿1处，分布在青海省都兰县。成因类型为接触交代型，赋矿层位为石炭系，成矿时代为印支期，查明硅灰石资源储量(矿石量)1 349.6万t。

华北(断坳/盆地)硅灰石成矿带(Wo3)属于滨太平洋成矿域(Ⅰ-4)华北成矿省(Ⅱ-14)，共产出硅灰石矿床5处(超大型1处、大型2处、小型2处)，查明硅灰石资源储量(矿石量)2 848.67万t，主要分布在辽宁省铁岭市、法库县，其中辽宁省铁岭市调兵山超大型硅灰石矿位于该成矿带中。硅灰石矿赋存层位为下古生界，成因类型为接触热变质型，成矿时代主要为印支期。

吉中硅灰石成矿带(Wo4)属于滨太平洋成矿域(Ⅰ-4)吉黑成矿省(Ⅱ-13)，共产出硅灰石矿床22处，查明硅灰石资源储量(矿石量)5 258.75万t。主要分布在吉林省磐石市、四平市，是我国硅灰石重要成矿带，其中吉林省磐石市长崴子硅灰石矿(超大型)、吉林省梨树县大顶山硅灰石矿区铁汞山矿段(超大型)硅灰石矿位于该成矿带中。成因类型接触热变质型。赋矿层位为古生界二叠系、石炭系，成矿时代主要为燕山早期、印支期和海西期。

宁芜—溧水—幕阜山—九华山硅灰石成矿带(Wo5)属于滨太平洋成矿域(Ⅰ-4)扬子成矿省(Ⅱ-15)，已发现硅灰石矿床15处(超大型1处、大型1处、中型7处、小型6处)，查明硅灰石资源储量(矿石量)2261万t，主要分布在湖北大冶、江苏溧阳市、浙江(长兴县、湖州市)、安徽(怀宁县、广德县)等地，该成矿带硅灰石成因类型以接触交代型(矽卡岩型)为主，其次为接触热变质型，赋矿层位为二叠系、石炭系，成矿时代为燕山期。其中浙江省长兴县李家巷超大型硅灰石矿位于该成矿带中。

武功山—杭州湾硅灰石成矿带(Wo6)属于滨太平洋成矿域(Ⅰ-4)扬子成矿省(Ⅱ-15)，共产出硅灰石矿床6处(超大型2处、大型1处，中型3)，查明硅灰石资源储量7 198.75万t，分布在江西省新余市(月光山、鸭婆坑、樟木桥、曹坊庙、观音脑、上高县里村)，是我国硅灰石重要成矿带。成因类型为接触热变质型，赋矿层位为二叠系，成矿时代为燕山早期。

湘南—粤北坳陷硅灰石成矿带(Wo7)属于滨太平洋成矿域(Ⅰ-4)华南成矿省(Ⅱ-16)，已发现硅灰石矿床7处(大型2处、中型5处)，查明硅灰石资源储量(矿石量)1 091.1万t。硅灰石矿位于湖南(常宁县、宜章县、郴州市)、广东连州市和广西(贺州市、平乐县)等地，该成矿带硅灰石成因类型以接触热变质型为主，其次为接触交代型(矽卡岩型)，赋矿层位为二叠系、泥盆系、石炭系，成矿时代为燕山期、印支期。

浙闽粤沿海—惠阳坳陷硅灰石成矿带属于滨太平洋成矿域(Ⅰ-4)华南成矿省(Ⅱ-16)，已发现矿床7处(中型2处，小型5处)，查明硅灰石资源储量(矿石量)1 091.1万t，主要分布在福建省安溪县、福鼎县、尤溪县、永安市，成因类型以接触变质型为主，赋矿层位二叠系、三叠系、石炭系，成矿时代为燕山早期。

另外，在燕辽(坳陷、拉张)、浙中—武夷山(隆起)、永安—梅州—惠阳(坳陷)、中祁连、小秦岭—豫西等Ⅲ级矿带中零星分布有中、小型硅灰石矿，也是硅灰石重要的找矿方向。

4 硅灰石成矿规律

4.1 空间分布规律

我国硅灰石矿床主要分布在扬子陆块、额尔齐斯-西拉木伦对接带、华北陆块、冈底斯—喜马拉雅造山系4个一级构造单元，少量分布在Ⅷ秦—祁—昆造山系、ⅩⅣ武夷—云开造山系、I阿尔泰—兴蒙造山系，在Ⅲ天山—准噶尔—北山造山系有零星分布[14]。硅灰石矿成矿有利构造有：吉黑褶皱系、华南褶皱系、三江褶皱系、华北北缘隆起带等，岩浆活动频繁，侵入岩分布广泛。区域成矿常与深断裂带有关，受一定的构造—岩浆活动带的影响。

我国硅灰石矿床大部分分布在Ⅰ-4滨太平洋成矿域的东北及东南一带，占查明硅灰石资源储量的81.94%，有少量零星分布在Ⅰ-1古亚洲成矿域、Ⅰ-2秦祁昆成矿域、Ⅰ-3特提斯成矿域。我国滨太平洋成矿域，在古生代有多次构造变动，特别是北北东向构造运动控制了成矿的次一级断陷盆地的形成和展布，为硅灰石原岩的沉积创造了条件。东部地区岩浆侵入活动强烈，在长3 000km宽近100km的范围内，岩浆岩大规模侵入，为硅灰石的成矿作用提供了足够的热源。

我国硅灰石矿床在Ⅱ级成矿区带(成矿省)的分布规律明显，在16个成矿省中有11个成矿省产出硅灰石矿床，其中吉黑成矿省(Ⅱ-13)、扬子成矿省(Ⅱ-15)、华南成矿省(Ⅱ-16)、华北成矿省(Ⅱ-14)和准噶尔成矿省(Ⅱ-2)这5个成矿省的硅灰石矿床数量较多，查明资源储量(矿石量)占全国的82.31%；冈底斯—腾冲成矿省(Ⅱ-10)和昆仑成矿省(Ⅱ-6)2个成矿省虽然矿床数量较少，但矿床规模比较大，达超大型硅灰石矿床，查明资源储量(矿石量)分别占全国的9.92%和5.42%；伊犁成矿省(Ⅱ-3)、阿尔金—祁连成矿省、秦岭—大别—苏鲁成矿省(Ⅱ-7)和大兴安岭成矿省(Ⅱ-12)有硅灰石矿床零星分布。

我国硅灰石矿床Ⅲ级成矿带主要分别为甘—蒙北山北部硅灰石成矿区带、东昆仑北部(断隆/岩浆弧)硅灰石成矿区带、华北(断坳/盆地)硅灰石成矿区带、吉中硅灰石成矿区带、宁芜—溧水—幕阜山—九华山硅灰石成矿区带、武功山—杭州湾硅灰石成矿区带、湘南—粤北坳陷硅灰石成矿区带、浙闽粤沿海—惠阳坳陷硅灰石成矿区带。

4.2 含矿地层特征

我国硅灰石矿床大多赋存在寒武纪以来的盖层建造中，赋矿层位从元古界至三叠系均有分布，主要赋存于晚古生界，占查明资源储量的76.58%，其次是早古生界，占查明资源储量的14.38%。主要赋矿层位有早古生界富拉堡子岩组，石炭纪大塘阶、怀头他拉组、黄龙组、磨盘山组、石嘴子组，二叠纪茅口组、栖霞组、大东厂组、龙潭组等。各时代赋矿层位查明资源储量(矿石量)中，二叠系为11665.81万t，资源储量(矿石量)占比46.92%，石炭系为6183.12万t，资源储量占比24.81%(图6)。可见，二叠系和石炭系是我国硅灰石主要赋矿层位。

图6 我国硅灰石矿赋矿地层资源储量分布图

硅灰石含矿岩系为富硅碳酸盐岩、含硅、镁质碳酸盐岩为主，夹粘土岩、细碎屑岩建造，是一套典型的浅海相沉积。尽管他们的地层时代空间不同，但其含矿岩系的岩性组合却有明显的一致性，均为大理岩、燧石结核、角岩、石英岩、硅质岩建造，接触热变质型矿床矿体主要分布在岩浆岩与控矿地层之外接触带一定的范围内，约0.5～300m，侵入岩以中酸性者居多。接触交代型(矽卡岩型)硅灰石矿是钙质碳酸盐岩、镁质碳酸盐岩与岩浆期后热液的交代作用形成，产于中酸性侵入体与碳酸盐类岩石的接触带中，少数产于侵入体或围岩中。

4.3 成矿时代

与成矿关系密切的岩浆岩侵入时代主要为燕山期、印支期和海西期。其中，以燕山期为主，形成的硅灰石矿占查明硅灰石矿资源储量(矿石量)的65.05%，印支期占25.64%，海西期占8.79%，其他占0.52%，成矿数量中，燕山期39个，印支期14个，海西期18个，其他8个(图7)。与成矿有关的中、酸性侵入岩主要有：花岗斑岩、斑状花岗岩、花岗闪长斑岩、正长闪长斑岩、石英斑岩等，如：江西省新余市渝水区石竹山—上高县樟木桥矿区硅灰石矿床，硅灰石矿为隐伏矿体，赋存于蒙山花岗岩体外接触带茅口组下部层位中，侵入岩岩性为中酸性二长花岗岩、黑云母花岗斑岩等。成矿围岩一般为含硅质团块、条带灰岩；大理岩，多具硅灰石化；含燧石结核，燧石条带等具硅质成分的海相碳酸盐岩沉积建造。

图7 我国不同时期硅灰石矿形成数量与资源储量(矿石量)占比

4.4 成矿系列特征

硅灰石主要成矿系列属于燕山旋回矿床成矿系列、印支—燕山期矿床成矿系列、晚古生代成矿系列，常与Cu、Mo、Pb、Zn、W、Ag、Au等金属矿产组成成矿系列，与透辉石、石榴子石、方解石、石英等组成非金属矿成矿系列。如：河南大型南泥钼矿中共生的矿产有硅灰石、透辉石、透闪石等，其中硅灰石含量在40%～60%之间，经济意义巨大。辽宁建平县富山硅灰石矿石中的透辉石含量达24%。矽卡岩型铜、金、银、钼矿床与矽卡岩型硅灰石矿床在空间上常常是一致的，这样就形成了硅灰石矿物是铜、钼矿床的脉石矿物或铜、钼矿体的近矿围岩。如：湖北阳新李家湾铜矿伴生硅灰石矿，硅灰石是含铜矽卡岩的组成矿物，硅灰石占80%～85%。而湖北大冶冯家山铜矿，硅灰石是铜矿的底板。广西大厂地区拉么锡-锌-铜矿床内，广泛发育硅灰石矿化[19]，江西省新余市渝水区石竹山—上高县樟木桥硅灰石矿中伴生铜、锡、钨矿等金属矿床[20]。

5 结论

(1)我国硅灰石矿床成因类型主要为接触热变质型和接触交代型(矽卡岩型)，以接触热变质为主，多数硅灰石矿床具有两种成矿类型叠加作用。

(2)古生界是硅灰石主要赋存层位，在二叠纪和石炭纪达到成矿高峰。硅灰石成矿期主要为燕山期、印支期、海西期。以燕山期为主，占查明硅灰石矿资源储量(矿石量)的65.05%。

(3)硅灰石主要分布于滨太平洋成矿域的东北和东南，在Ⅱ级成矿区带(成矿省)的分布规律明显，主要分布在吉黑成矿省(Ⅱ-13)、扬子成矿省(Ⅱ-15)、华南成矿省(Ⅱ-16)、华北成矿省(Ⅱ-14)和准噶尔成矿省(Ⅱ-2)。

(4)划分了8处硅灰石Ⅲ级成矿带，其中吉中成矿区带、武功山—杭州湾成矿区带最为重要。

(5)硅灰石尽管赋存于不同时代，但无一例外的分布在硅质碳酸盐岩建造中(即富含SiO2、CaO、MgO)，与中酸性侵入岩关系密切，形成于侵入岩的外接触带，15～120m以内成矿作用最佳。区域上断裂的交汇处，岩浆活动强烈，断裂为岩浆的侵入提供了通道及热源，有利于硅灰石矿的形成。

(6)硅灰石常与Cu、Mo、Pb、Zn、W、Ag、Au等金属矿产组成成矿系列；与透辉石、石榴子石、大理岩等组成非金属矿成矿系列。在找矿勘查中应注意综合评价，提高经济效益。

(7)虽然在我国还没有发现具有工业价值的区域变质型硅灰石矿床，但这类型矿床在美国、俄罗斯、乌克兰等地具有重要意义。如：美国纽约州格林维尔组花岗片麻岩与大理岩接触带附近的硅灰石矿床等。因此，我国在前寒武纪古老地层中含硅质较高白云岩、大理岩含矿建造经区域变质作用后，同样具有形成硅灰石矿床的潜力，也是硅灰石的一个重要找矿方向。