内乡县李沟矽线石矿床地质特征及矿床成因

乔海霞，杨水旺，陈春景，王巧玲，贠鹏超，周亚丽

(1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心， 河南 郑州 450016； 2.河南省有色金属地质矿产局第七地质大队， 河南 郑州 450016)

0 引言

矽线石是一种重要的非金属矿产资源，矽线石与红柱石、蓝晶石统称为高铝三石，其化学成分相同，其化学式为Al2SiO5或Al2O3·SiO2，物理性质相近，在高温下(1100～1650 ℃)转变为莫来石。矽线石又称硅线石，可作为陶瓷、耐火材料、合成莫来石、焊接材料、摩擦材料等的原料，因具有抗急冷急热性、耐火度高、机械强度大、热稳定性好、抗渣性强等优点，被广泛应用于冶金、化工、陶瓷、玻璃等领域(曹玉聘等，1999①；周世全等，1995；戴耕，2000；赖群生，2004；张巍，2015；许春雪等，2017；张燕群等，2018)。随着国家经济建设的发展，矽线石、蓝晶石、红柱石这类耐火原料矿产的需求与日俱增(王西荣，2021)，因此应加强对矽线石的地质找矿勘查力度。

内乡县李沟矽线石矿床地处秦岭造山带东段南支，豫西南高铝三石成矿带中(曹玉聘等，1999①；张恒献等，2018②)。“高铝三石”成矿带除该矿床外，另外两个矿床分别为隐山蓝晶石矿床和杨乃沟红柱石矿床。在长约200 km，宽约1～2 km的该成矿带内，除此三个大矿床之外，还有10余个矽线石中小型矿床(点)。李沟矽线石矿床位于河南省内乡县七里坪乡李沟一带，地理坐标范围为东经11l°48′23″～111°51′16″，北纬33°17′12″～33°18′47″。该矿床受区域地层、构造及岩浆活动影响显著，受褶皱构造控制呈层状赋存于古元古界雁岭沟组片岩内，断层影响较小，区内岩浆活动利于矽线石矿的形成。笔者对该地区近年来的生产勘查报告开展了系统研究，总结该矿床的成矿地质条件、矿体地质特征、矿石质量特征等，对该地区矽线石矿的矿床成因、找矿标志进行一定的探讨。对在南阳地区开展矽线石找矿有进一步的参考作用。

1 区域地质概况

李沟矽线石矿床位于秦岭复杂造山带东段南支，朱(阳关)—夏(馆)断裂带南侧，商(南)—丹(水)断裂带以北。该矿床处于西峡北部—镇平“北秦岭构造带Au、Cu、Sb、Hg、As、稀有、非金属成矿区(Ⅳ级)”的亚系列，即其红柱石、蓝晶石、矽线石、石墨矿床成矿系列中的三石成矿带(即“豫西南高铝三石成矿带”)。其中，朱—夏断裂是二郎坪群与秦岭群的界限，断裂以南为秦岭群，北侧主要为二郎坪群(秦明等，2018；王瑞廷等，2020；张彦锋等，2021)；商—丹断裂是划分南、北秦岭的边界断裂带(于在平等，1996；杨志华和邓亚婷，1999；周鼎武等，2002；宋传中等，2009)，在西峡—内乡以北地区为秦岭群，以南地区为峡河岩群(李红梅等，2009；方冬林，2018；易志强等，2018；金伟衎，2021；薛艳等，2021)(图1)。

图1 区域构造单元划分图(据金伟衎，2021修改)1—三门峡—鲁山断裂；2—栾川—明港断裂带(栾川断裂)；3—瓦穴子—小罗沟—小董庄断裂带(瓦穴子断裂)；4—朱阳关—夏馆—大河断裂带(朱夏断裂)；5—西官庄—镇平—松扒断裂(商丹断裂)；6—金矿床；7—银矿床；8—铜矿床；9—断裂；10—研究区位置

区内地层以变质地层为主，主要出露有古元古界秦岭群(Pt1q)、中新元古界峡河岩群、下古生界二郎坪群(Pt2el)、上古生界泥盆系南湾组(Dn)、中生界白垩系(K)和第四系(Q)(王亨治等，1989)。秦岭群在区内广泛分布，矽线石、石墨矿层多产于其中，为区内主要的含矿地层，主要分布于区内中—北部，主要有郭庄岩组(Pt1g)和雁岭沟组(Pt1y)。峡河岩群分布面积较小，主要有大庙组(Pz1d)、火神庙组(Pz1h)、小寨组(Pz1x)。第四系(Q)主要分布在河流两侧，为砂砾石、碎石、亚砂土(杜凤军等，2015)。

图2 区域构造略图(据张恒献等，2018②修改)1—第四系；2—上白垩统；3—峡河岩群一段；4—秦岭群雁岭沟组；5—秦岭群郭庄岩组；6—糜棱岩化钙绢云石英片岩；7—矽线石片岩；8—石墨大理岩；9—大理岩；10—黑云斜长片麻岩；11—断层；12—产状；13—剖面及编号；14—矿区位置及范围

区内断裂发育，以北西向断裂最为发育，次为北东向，其中北西向韧性断裂规模大，为区域性断裂构造的一部分，是区域内主干断裂构造；北东向断裂主要为脆性断裂，规模较小。

区内岩浆活动活跃，主要为岩枝和岩脉侵入，从酸性到基性均有出露，主要岩性有花岗岩、闪长岩等。

区内除金、银、铜金属矿产外，非金属矿产也较为发育，其中李沟矽线石矿床为豫西南高铝三石成矿带中的三大矿床之一。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区地层总体为北西走向，与区域构造线方向一致，出露地层主要为古元古界秦岭群雁岭沟组(Pt1y)及第四系等，矽线石矿层即赋存于雁岭沟组内。雁岭沟组(Pt1y)为区内主要出露地层，大面积分布，主要岩性组合为大理岩(mb)、含石墨大理岩(Gmb)、片岩(sch)及黑云斜长角闪片岩(BPsch)等。其中片岩(sch)为本区雁岭沟组标志岩层，为一套富铝、高硅的泥质岩变质形成，在区内呈条带状分布，北西走向，形状不规则，受褶皱控制，中部片岩倾向10°～70°、倾角15°～45°，西南部和东北部片岩倾向205°～220°，倾角40°～45°。该层片褶厚度约为20～80 m。矽线石矿赋存在雁岭沟组的片岩中。主要岩性组合为含石榴黑云矽线石英片岩、(含石榴)含矽线黑云石英片岩和少量含石墨黑云钙质片岩。第四系(Q)主要分布在河流两侧及沟谷中，为现代河流冲积物、洪积物及残坡积物，主要由亚黏土、亚砂土、砂土、砂、砾石等组成。

2.2 构造

区内褶皱形态整体上表现为平卧—向形褶皱，后被多期褶皱叠加和断层错动，部分地段地层倒转，褶曲形态复杂，主要有“柏凹—李家庄”背斜和“任家庄—时家”向斜。其中柏凹—李家庄背斜为一复式倾伏褶皱，走向315°～320°，倾伏向135°。任家庄—时家向斜为一斜歪褶皱，走向290°～305°，北翼局部倒转。二者均为北西走向，北西端翘起。区内断裂构造发育，主要有北西向、北东向、北北西向三组断裂。北西向主要断裂有两条，为压性断裂；北东向主要断裂有5条，为先压后张性断裂；北北西向断裂不发育，以压性为主。断裂带宽度一般2～20 m，带内岩石具碎裂结构，角砾状构造，角砾和胶结物成分一致，多为大理岩，带内具硅化、弱褐铁矿化和碳酸盐化等蚀变，受后期热液交代蚀变影响，构造带裂隙内充填石棉细脉或石棉薄膜，强烈风化蚀变为白色土状岩粉。

矿区地层受褶皱控制显著，矽线石含矿层也严格受褶皱控制，褶皱构造是本区重要控矿构造，断层对含矿层的破坏作用较小。

2.3 岩浆活动

区内岩浆活动主要表现为加里东期花岗岩脉，脉体产状普遍较陡，呈北西及北东东向脉状展布，出露宽度1～60 m，出露长度200～1000 m，个别长度大于1000 m，脉体多顺层侵入，少数斜切地层。花岗岩脉岩局部呈弱定向构造。岩浆活动对矿体无显著破坏，促进了矽线石晶体的进一步生成和富集。

3 矿床地质特征

3.1 矿层地质特征

区内共圈出4个矽线石含矿层，由南至北依次为K1、K2、K3、K4。K2、K3为区内主要含矿层，均受地层控制，呈带状展布，其地质特征如下：

K2含矿层分布于“任家庄—时家”向斜两翼组成，其中北翼近东西走向，出露长度约900 m，出露宽度50～110 m，产状10°～25°∠15°～35°，圈出矿体K2-1；南翼北西—近南北向走向，区内长度约1800 m，两端延伸出矿区，地表出露宽度30～90 m，含矿层倾向变化较大，产状10°～70°∠15°～45°，共圈出了K2-2～K2-9共8个矿体(图3)。该含矿层岩性组合主要为黑云矽线石英片岩、含石榴矽线黑云石英片岩、黑云石英片岩等，矽线石含量一般0.5%～21%，最高含量25.67%，共圈出9个矿体。

图3 内乡县李沟K2南翼矽线石矿地质略图(据张恒献等，2018②修改)1—第四系；2—古元古界秦岭群雁岭沟组；3—大理岩；4—含石墨大理岩；5—含石榴黑云矽线石英片岩；6—黑云斜长片(麻)岩；7—花岗岩脉；8—矽线石矿体及编号；9—矽线石含矿层及编号；10—地质界线；11—性质不明断层及编号；12—推测断层及编号；13—勘探线及编号；14—矿区边界线

K3为带状、北西走向，区内长度约1000 m，出露宽度60～80 m，产状210°～220°∠45°～65°。该含矿层岩性组合主要为矽线黑云石英片岩、含石榴矽线黑云石英片岩、黑云石英片岩等，矽线石含量一般0.26%～15%，最高含量17.56%，共圈出了K3-1、K3-2、K3-3三个低品位矽线石矿体(图4)。

图4 内乡县李沟K3矽线石矿地质略图(据张恒献等，2018②修改)1—第四系；2—古元古界秦岭群雁岭沟组；3—大理岩；4—含石墨大理岩；5—含石榴黑云矽线石英片岩；6—花岗岩脉；7—矽线石矿体及编号；8—矽线石含矿层及编号；9—地质界线；10—性质不明断层及编号；11—推测断层及编号；12—勘探线及编号

3.2 矿体地质特征

区内共圈定出12个矽线石矿体，其中K2含矿层9个矿体(K2-1～K2-9)，K3含矿层3个矿体(K3-1～K3-3)。其中主要矿体3个，分别为K2-3、K2-4、K3-2；次要矿体3个，分别为K2-1、K2-2、K3-3，其他K2-5、K2-6、K2-7、K2-8、K2-9、K3-1为单工程控制的小(或薄)矿体。区内矿体主要特征见表1。

K2-4矿体分布于K2含矿层南翼，与K2-2、K2-3大致平行，出露于地表，地表倾角较陡，深部倾角较缓，形态简单，呈层状，矿体内无夹石，边界规则，向北东侧伏；赋存标高365～550 m，埋深0～172 m，区内走向长度785 m，控制最大斜深320 m，厚度中等稳定。矿体连续性较好，主要由含石榴矽线黑云石英片岩型矿石及含石榴黑云矽线石英片岩型矿石组成。该矿体工业矿平均品位16.80%，低品位矿平均品位11.83%。(图5)。

图5 K2含矿层第0号(a)、K3含矿层第16号(b)勘探线剖面图(据张恒献等，2018②修改)1—古元古界秦岭群雁岭沟组；2—矿体位置及编号(工业矿/低品位矿)；3—钻孔编号及位置；4—产状

表1 内乡县李沟矿区矽线石矿体特征一览表

K3-2分布于K3含矿层，出露于地表，赋存标高152～530 m，埋深0～208 m，区内走向长度900 m，控制最大斜深188 m，矿体产状205°～215°∠45°～53°，矿体厚度2.04～6.21 m，平均厚度3.55 m，厚度变化系数65.09%，厚度中等稳定。矽线石品位10.59%～14.02%，平均品位11.52%，品位变化系数12.13%，品位均匀。矿体主要由含石榴矽线黑云石英片岩型矿石组成，矿体形态简单，呈层状，矿体浅部有一层楔形薄夹石，夹石岩性为含石榴矽线黑云石英片岩，矿体向南西侧伏；沿倾向由地表向深部逐渐变小，向深部未封闭；矿体品位深部略低于地表，沿走向和倾向矿体品位总体上变化不大，品位均匀，该矿体为低品位矿体(图5)。

3.3 矿石质量特征

(1)矿石矿物成分：矿石矿物成分多达25种(表2)。其中，主要矿物为石英、矽线石、黑云母、钾长石、石榴石、高岭石，次要矿物为蓝晶石、黄铁矿、磁铁矿、石墨、绿泥石、绿帘石、斜长石等，其它为少量及微量矿物。其中主要有用矿物主要为矽线石，次为石榴石，其他为脉石矿物。主要脉石矿物有石英、黑云母、高岭石、长石，次要脉石矿物有黄铁矿、磁铁矿、绿泥石等。

表2 内乡县李沟矽线石主要矿石矿物成分统计简表

(2)矿石岩性及结构构造特征：矿石岩性主要为含石榴黑云矽线石英片岩，矿石颜色以灰至灰黑色为主，次为灰褐色(风化铁染所致)及灰白杂色。

矿石结构主要有针柱状、毛发状、纤维状、鳞片状、斑状、粒状变晶结构，分别由针柱状矽线石、毛发状矽线石、纤维状矽线石、鳞片状黑云母、粗粒石榴石和石英等组成；交代残余结构，主要为高岭石、绢云母等交代矽线石所致，有时也可在镜下见到黑云母被矽线石所交代。

矿石构造主要有片状构造，主要由片状矿物黑云母构成；平行及斜交构造，由矽线石与片理平行或斜交分布而成，反映了矽线石生成的不同期次；束状、毡状构造，由矽线石集合体构成；斑点构造，主要由粗粒石榴石变斑晶和石英变斑晶构成；条带构造，由矽线石和黑云母等浅色和暗色矿物分别集中分布而成的条带，反映了原岩的沉积韵律。

(3)矿石化学成分：矿石化学成分以硅、铝、铁的氧化物为主，其中硅铝氧化物占80%以上，全铁占12%左右，反映了原矿富铝高铁特点。矿石中有益组分为SAl2O3，有害组分主要是Fe、S、P，其中S、P含量低，对矿石质量基本无影响，Fe对矽线石产品质量影响较大，除Fe是选矿的重点和难点。

(4)矿石类型：矿石自然类型简单，分为含石榴黑云矽线石英片岩型矿石、含石榴矽线黑云石英片岩型矿石。

(5)共(伴)生矿产：矿床内伴生有益矿物为石榴石，石榴石含量一般0%～10%，局部可达30%以上，平均5%左右。石榴石粒度多在0.2～3.5 mm，集合体可达1～3 cm，部分地段石榴石富集成条带状。

(6)矿体围岩和夹石：矽线石矿层顶、底板围岩主要为大理岩、含石墨大理岩等，近矿围岩主要为含矽线石榴黑云石英片岩、黑云石英片岩等，夹石较少，局部见有少量花岗岩脉。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

豫西南“高铝三石”成矿带整体处于同一个复杂而统一的成矿环境，变质富铝地层分布广泛，如古元古界秦岭群雁岭沟组等；区域断裂构造发育，如朱—夏断裂带等；岩浆活动活跃，如加里东期花岗岩等，构成了本区地层、构造和岩浆岩的“三位一体”的控矿机制。

(1)地层因素：雁岭沟组(含本矿)和小寨组等富铝地层分布广泛。该地层是形成该成矿带“高铝三石”矿床的物质基础，本矿原岩Al2O3达到36.97%，属富铝地层(曹玉聘等，1999①；张恒献等，2018②)。

(2)构造因素：该成矿带中多个“高铝三石”矿床紧邻朱—夏断裂带产出。该断裂带及次一级断裂既控制了部分侵入岩的产出，同时通过多次活动也控制了区域矿(床)点的分布。朱—夏断裂带及次一级断裂多期活动的动力和热液作用也促进了矽线石晶体的进一步生成和富集(王清廉，1992)。

(3)岩浆活动因素：该成矿带岩浆活动活跃，如加里东期侵入形成了分布较广泛的花岗岩等。岩浆侵入作用及岩浆期后热液对矿源层中矿物质的活化、迁移和富集提供了热动力条件，同时也为成矿作用提供了物质来源，矽线石矿物呈针柱状、毛发状晶体，一般认为该毛发状矽线石的存在与区域变质作用后期的岩浆作用、热液作用有关，矽线石外围侵入岩体的存在和岩脉附近的矽线石品位较富说明了热力叠加对矿化有利(胡恭任，2005；王西荣，2021)。整个成矿带自西向东“高铝三石”矿化基本连续，因温度和压力的不同自西向东形成了红柱石矽线石(含本矿)—蓝晶石—矽线石的分段富集。

综上分析认为，李沟矽线石矿床地处秦岭变质地层分布广泛的复杂造山带东段南支，区域变质作用是“高铝三石”矿物生成的主导作用，次为后期的动力变质作用。区域变质作用长期而复杂，早期区内石灰岩和富硅、富铝的泥质碎屑岩发生区域变质作用变质成大理岩和含矽线石黑云石英片岩，其他的基性岩逐渐变质形成斜长角闪片岩。此后，伴随造山运动，在不断的岩浆侵入过程中，在岩浆热液和一定的压力作用下，在长期持续的区域变质作用中矽线石矿物晶体不断生成、富集，形成矽线石矿床(曹玉聘等，1999①；张恒献，2018②；周世全等，1995；喻广军等，2020)。“高铝三石”矿物的粒度、形态、分布等差别悬殊却又在同一矿床共存，亦说明其成矿的多期性。矿区处于复杂的构造带内，受构造作用的影响，区内岩石中矿物普遍发生动力变质和交代变质作用：地表矽线石晶体多发生次生交代，交代形成高岭石、绢云母等；断裂带内白云石大理岩受低温热液交代形成蛇纹石和海泡石。李沟矽线石矿床与所在的豫西南“高铝三石”成矿带处于同一成矿系统，其成因类型属多因素、多期次成矿的沉积变质矿床。

4.2 找矿标志

(1)地层标志：较老的富铝地层为该矿的物质基础，本矿床为秦岭群雁岭沟组地层，此外，在成矿带东部的二郎坪群小寨组地层中亦有矽线石矿床产出。

(2)岩性标志：区内多处矽线石矿产均产于含石榴石的黑云矽线石英片岩中。

(3)矿化标志：矽线石矿物呈针柱状、毛发状晶体，易于辨认，可作为一种直接的找矿标志。

5 结论

李沟矽线石矿床地处秦岭复杂造山带东段南支，豫西南“高铝三石”成矿带中。矿床内矽线石矿体外围多分布有加里东期花岗岩等岩脉，矿床受区域地层、构造及岩浆活动影响显著，属多成因、多期次成矿的沉积变质矿床。

该矿床赋存于富铝地层古元古界秦岭群雁岭沟组片岩内，矿床受地层和褶皱构造控制，矿体呈层状产出，产状与地层产状一致，矿体形态较规则，连续性好，矿体厚度和品位变化稳定，埋藏较浅，易于开采；矿床规模为中大型，经济价值较大。

李沟矽线石矿床及外围地区有较好的矽线石成矿地质条件，该矿床周边地区内矽线石矿床(点)分布较多，该矿床内发现矽线石矿体数量多、规模大，其中K2-5矿体长度和厚度较小，不具有独立的工业利用价值，K3-1和K3-3两个矿体沿倾向向深部有尖灭趋势，其他9个矿体沿倾向延伸较稳定，向下均未封闭，目前仅在矿区内成矿较好矿段进行了钻探，工作程度低、深边部未进行控制，其深部及外围地区具有进一步的开发及寻找矽线石矿的较好找矿前景。

注 释

① 曹玉聘,封国义,郑祥瑞,李春阳,王义绵. 1999. 河南省内乡县七里坪矽线石矿详查地质报告[R]. 郑州：河南省地质矿产厅第一地质勘查院.

② 张恒献,杨士辉,胡殿波,邓志会,王常君. 2018. 河南省内乡县七里坪李沟矽线石普查报告[R]. 郑州：河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院.