黑龙江省矽线石资源调查与应用前景分析

蒋世军

（黑龙江省地质科学研究所，哈尔滨 150036）

黑龙江省矽线石资源丰富，现已发现矿产地10余处，矿物资源储量达765万t。矽线石矿主要分布在鸡西市、牡丹江市、双鸭山市和佳木斯市一带，集中于佳木斯地块[1]。截至2015年底，黑龙江省四大重点矿区累计查明矽线石矿石量17 146.6万t、矿物量764.55万t，如表1所示。研究区矽线石资源地质储量可以分为经济基础储量和内蕴经济资源量，前者分为探明的（可研）经济基础储量（111b）和控制的经济基础储量（122b），后者分为控制的内蕴经济资源量（332）和推断的内蕴经济资源量（333）。矽线石矿床皆由区域变质作用形成。矿体赋存于中-新元古代麻山岩群和兴东岩群，其中麻山岩群为重要的含矿岩系。

表1 矽线石资源地质储量

1 矿床地质

矽线石矿床含矿层有一定层位，产状变化不大，矿体规模大小不等，一般长数十米至百余米，最长可达千余米，稳定地分布于中新元古代岩层中。矿体以层状、似层状、透镜状产于石榴矽线片岩、黑云片岩等中深变质岩石中。常见石榴石、堇青石、钾长石等中高级变质矿物与矽线石共生。矿石结构以中细粒纤维鳞片花岗变晶结构为主，主要为片状。矿石品位低，但比较均匀，矽线石含量为10%～30%，局部达55%。其与矿体围岩产状一致，呈整合接触，以矽线石含量低于10%（边界品位）划分界限，在岩性上呈渐变过渡关系。因此，矽线石矿床为区域变质型矿床，成矿时代与区域变质作用发生时间相同，为中新元古代[2]。

1.1 成矿地质条件

区域变质作用过程中，在适当的温度和压力条件下，含铝岩层经变质作用形成矽线石，较富地段构成矽线石矿体。

1.1.1 含矿建造及其围岩

含矿岩石在不同地层中各不相同。在西麻山岩组中，含矿岩石为石榴矽线黑云片岩、矽线黑云片岩、均质混合岩夹透辉斜长麻粒岩、石榴斑状混合岩及石榴蓳青片麻岩（含矽线石）。在余庆岩组中，含矿岩石为混合岩化黑云矽线片岩、石榴团斑黑云矽线片岩夹少量黑云矽线片岩。在大盘道岩组中，含矿岩石为矽线片岩、矽线片麻岩。总体来看，含矿岩石属于滨海沉积建造。

1.1.2 成矿作用

佳木斯地块隆起前的雏形地槽时期接受了一套富铝富碳黏土岩、半黏土岩-富镁富碳质碳酸盐岩和超基性-基性火山岩沉积[3]。新太古代末，由于地下热流上涌，地热梯度较高，岩石遭受中压、高温区域动力热流变质作用，热流从中心部位高温变质带开始向四周及顶部的浅变质带扩散，构成了低角闪岩相至高角闪岩相的递增变质带，以高角闪岩相为主[4]。在区域变质作用后期，热流值不断升高，形成强烈的混合岩化作用，大面积的混合岩破坏了早期变形结晶期生成的矽线石矿，但它对原变质岩系中硅酸盐矿物的交代重结晶及自身强大的热量使变质程度加深，生成了又一期的矽线石[5]。中新元古代，变质岩的重结晶作用和变形作用同时发生，矽线石和其他片状矿物沿一定方向重结晶形成片状、片麻状构造，由于变形作用，矿体沿走向和倾向具有明显的膨缩现象，膨大部位品位略高，缩小部位品位略低。概括来说，成矿地质条件为：有富铝的黏土岩、泥灰质岩石、碳酸盐岩等原岩沉积成为矿源层；经历了温压条件相当于高角闪岩相-低角闪岩相的变质作用。

1.2 矿床成因

1.2.1 由同质异形矿物红柱石转变而来

兴东岩群大盘道岩组以镁质大理岩夹红柱石二云石英片岩、绢云石英片岩或变粒岩为主，在高变质带中，石榴矽线黑云石英片岩、含矽线石榴条痕状混合岩取代上述岩石，存在红柱石转变成矽线石的反应。

1.2.2 由区域变质作用影响而变质生成

各含矿岩石组合中，矿石类型多为石榴矽线片岩、黑云矽线片岩、矽线钾长片麻岩，从岩石中出现的矿物共生组合及特征矿物推测，这些岩石在区域变质作用下通过变质反应生成矽线石。

1.2.3 由后期退变质作用、混合岩化作用生成

麻粒岩相矿物在区域变质作用基础上常常发生退变质作用，使一些矿物退变质生成矽线石[6]。区域变质后期混合岩化作用强烈，混合岩对原变质岩系中硅酸盐矿物交代重结晶，形成毛发状、斜交片理方向生长的晩期矽线石。这类矽线石个体极细小，占矽线石总量的1%～3%，为不能解离的矽线石，无工业意义。

1.3 成矿规律及找矿方向

黑龙江省矽线石矿集中于佳木斯地块，矿体产于西麻山岩组中上部、余庆岩组上部、大盘道岩组中下部层位。含矿建造由石榴矽线黑云片岩、矽线黑云片岩、矽线片岩、矽线片麻岩及混合岩、大理岩、片岩、片麻岩组成[7]。经岩石化学分析，含矿原岩为富铝黏土岩建造，富铝黏土岩即为矿源层。中新元古代区域变质作用使富铝黏土岩变质形成矽线石矿。矿层大多分布在西麻山岩组中，主要分布于中上部，上部铝、硅含量较高。中部矽线石产于薄层状片麻岩、片岩中，至上部，矽线片岩、片麻岩大段出现[8]。鸡西市西麻山岩组出露地区是寻找矽线石矿的有利地段。余庆岩组上段的中、上部矽线石较富集，注意寻找矽线石矿。在鸡西市，矽线石矿常出现于麻山岩群西麻山岩组和余庆岩组的上部。矿床呈带状分布，多存在于混合岩化发育地段的变质地层残留体中。兴东岩群大盘道岩组的矽线石含量较高，但地层分布较局限，常呈孤岛状分布于混合岩中，在出露区注意寻找矽线石。在中新元古界，大盘道岩组岩石变质程度普遍较浅，矿点出露岩性为矽线片岩、矽线片麻岩、石英片岩，相当于低角闪岩相-高角闪岩相变质。

2 矽线石的研究方法和应用前景

2.1 矽线石的研究方法

以查明黑龙江省东部地区矽线石矿物特征为基础，从矿物学特征与矿石组成出发，开展以矽线石为原料合成莫来石的工艺学研究，为矽线石的开发提供理论依据。根据黑龙江省矽线石矿床特征，选择典型矿床进行取样分析。矿石样品通过薄片制样，采用偏光显微镜进行岩矿鉴定分析，研究矿石的显微结构特征、矿物组成及分布特征等。通过X射线衍射（XRD）分析确定矿石的物相组成，通过扫描电子显微镜（SEM）分析研究矿石的形貌特征，为矽线石的开发利用提供理论支持。

矽线石加工利用研究主要从高温固相合成莫来石着手。莫来石为高铝硅酸盐矿物，属斜方晶系，其晶体多呈长柱状，人工合成的莫来石还有板状、粒状。莫来石具有耐火度高、抗热震性好、抗蠕变、体积稳定性好、荷重软化温度高、耐化学腐蚀、电绝缘等性能，是理想的耐火材料，被广泛用于冶金、化工、电力、建材等工业。采用湿化学法合成莫来石，虽然合成温度较低，但其操作复杂且影响合成的因素繁多，不适用于工业化大规模生产。常用且适用于大规模生产的莫来石人工合成方法有两种，即烧结法和电熔法。电熔法是液态相变反应，晶体为针柱状，非晶相少，但能耗高，成本大。

2.2 矽线石的应用前景

黑龙江省矽线石矿产资源规模大，储量丰富，矿床分布相对集中，开采条件较好。其与云母、石英、石墨等矿物共存，共生矿物种类丰富。矽线石化学成分中，Al2O3含量为36%～54%，主要杂质Fe2O3含量为1%～10%，Ti含量较低。目前，矽线石在陶瓷、定形耐火材料以及其他领域均有应用。

2.2.1 陶瓷

在陶瓷领域，矽线石主要可用作蜂窝陶瓷、莫来石瓷、陶瓷棚板的原料。以矽线石为原料合成的蓄热式换热器用蜂窝陶瓷，采用六边形结构，与传统的三角形和四边形结构相比，应力分布均匀，结构稳定。莫来石陶瓷具有熔点高、热膨胀系数低、抗蠕变性好、抗热震性好、抗腐蚀性好等特点，已在工业中广泛应用。

2.2.2 定形耐火材料

目前，主流的窑具材料有莫来石-刚玉制品、碳化硅-矽线石制品、矽线石-堇青石制品。莫来石-刚玉制品具有化学稳定性好、高温强度大、与承烧制品的化学相容性好等特点，被广泛用作窑具材料，特别适用于承烧软磁体（铁氧体）材料和电绝缘陶瓷。

2.2.3 其他领域

矽线石不仅可以应用于陶瓷和耐火材料领域，还可作为合成莫来石、焊接材料、摩擦材料等的原料。自然界中，天然的莫来石比较罕见，因此常常采用人工合成的方法制备莫来石。

3 结语

黑龙江省矽线石资源储量丰富，矿床分布相对集中，开采条件较好。研究矽线石资源分布特征及矽线石矿的地质特征，可以解决矽线石深加工利用的关键技术问题，突破矽线石高效加工的技术瓶颈，发展具有自主知识产权的矽线石深加工及相关材料制备技术，以提高黑龙江省矽线石资源的开发利用效率，实现资源优势向产业产品优势转化，为国家及地方经济建设提供技术支撑。