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中国硅灰石矿资源地质特征

 
一、 矿床时空分布及成矿规律
    硅灰石是一种典型的变质矿物,为构成夕卡岩的主要矿物成分,也见于某些深变质岩中。能够富集成具一定规模的硅灰石工业矿床(体),主要赋存于中酸性、酸性侵入岩体与不纯石灰岩或钙质砂岩和硅质钙质页岩的接触带,或见于深成变质岩的钙质结晶片岩中。矿床受不同时代、不同类型的隆起构造控制,产于中浅—中深较高温接触变质或区域变质构造环境中,断裂构造发育,厚度中等的岩层封闭系统是其最优的储矿场所。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,矿体往往表现出成群集中和成带分布的特征。与大部分夕卡岩体一样,硅灰石矿床通常分布于紧靠侵入岩体接触带一侧的碳酸盐围岩中,属外接触带矿床。矿体距侵入体一般为十几米至几十米,有些可达几百米,少数达1~2km。以接触交代变质成因为主的矿床,矿体距侵入岩体较近;以接触热变质成因为主的矿床,矿体距侵入岩体要远些。也有一些矿床分布在呈半岛状伸入侵入岩体内的碳酸盐岩楔状体中,或产于被包裹在侵入岩体内的碳酸盐岩捕虏体中,形成复杂的接触带。
    硅灰石矿床的形成取决于地壳发展演化一定旋回中各类岩浆建造发育的程度和各时期碳酸盐岩的分布及构造条件等,其形成限于一定的时期。中国硅灰石矿床大多赋存在寒武纪以来的盖层建造中,主要产于石炭系和二叠系,其次为寒武系、泥盆系及志留系。与成矿作用有关的侵入岩主要是燕山期、印支期、海西期的中、酸性岩浆岩。
    中国已知硅灰石矿床主要分布于3个地槽褶皱系:吉黑褶皱系是最重要的成矿构造单元,分布矿床多,规模大;其次为华南褶皱系和三江褶皱系;在扬子地台和华北地台边缘也有小规模分布。在这些构造单元内,岩浆活动频繁,侵入岩分布广泛,与成矿有关的中、酸性侵入岩主要有:浅至中成花岗斑岩、斑状花岗岩、花岗闪长斑岩、正长闪长斑岩、石英斑岩等。成矿围岩一般为含燧石结核,燧石条带等硅质成分的海相碳酸盐岩沉积建造。
 
二、 矿 床 类 型
    中国已知具有工业价值的硅灰石矿床,按其成因分为接触热变质型、夕卡岩型(接触交代变质型)和区域变质型三种,以接触热变质型矿床为主,夕卡岩型矿床次之,区域变质型矿床较少。
 
(一) 接触热变质型矿床
    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,重新组合而形成硅灰石,一般没有外来物质带入。因此,矿体的形态、产状和物质在很大程度上受硅质灰岩地层控制,也与侵入接触界面产状有密切关系。矿床多具明显的层控特点,矿体形态一般呈层状、似层状、透镜状,产状多与围岩一致,只有在构造复杂时才呈不规则状。
    此类型矿床矿石矿物组分通常比较简单,如成矿前原岩中SiO2和CaO的比例近似硅灰石矿物理论值,成矿过程中的温度与压力适宜,成矿反应充分时,可由硅灰石单矿物组成;如成矿前原岩中造矿物质(石英和方解石)含量不匹配,或由于成矿反应不充分,则在矿石中残留有石英、方解石,其他伴生矿物有少量透辉石、石榴子石等。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。矿石中SiO2和CaO含量高且稳定,Fe2O3等有害杂量含量较少,矿石质量较好。
    此类型矿床的规模一般较大,矿体长度一般为数百米,部分可达1000m以上,宽几米至几十米,部分可达100m以上,矿床储量达到大型甚至特大型矿的很多,也有中、小型矿,由于形成环境和后期风化剥蚀,矿体埋深一般较浅,多适于露天开采。此类型矿床在中国分布较多,是目前主要的开采利用对象,共计保有的硅灰石矿石储量约占中国硅灰石矿总保有矿石储量的74%。吉林磐石市长崴子和梨树县大顶山、浙江长兴县李家巷、江西新余—上高以及辽宁、广东等地的硅灰石矿床均属此类型。
 
(二) 夕卡岩型矿床
    绝大多数分布在中、酸性侵入岩体与含硅质石灰岩外接触带上,少数产于侵入体内和围岩中。夕卡岩体常具带状结构,尤其是垂直于接触带方向更为明显,硅灰石通常富集在主要夕卡岩矿物带的外侧,与大理岩带相过渡。其分带顺序一般从侵入体向外依次为:夕卡岩化侵入岩带—石榴石夕卡岩带—透辉石夕卡岩带—硅灰石夕卡岩带—大理岩带。矿体的规模、形态及产状与接触界面的形状、产状和碳酸盐地层的产状有关。矿床规模以中、小型矿床多,成矿条件好的矿床也可达大型甚至特大型矿。矿体形态多种多样,可呈似层状、层状、透镜状以及各种不规则状,常由多个矿体断续出现组成矿带。矿体长度一般由几米至几百米,厚度由几米至四五十米,个别达七八十米;埋深一般较浅,多不超过地表以下200m。
    由于此类型矿床成矿与接触热变质型矿床的主要区别是参与形成硅灰石的SiO2主要由侵入岩体或其深部上升的硅质流体提供,CaCO3则来自接触带的石灰岩,在早期夕卡岩阶段,经交代作用形成硅灰石交代岩-硅灰石夕卡岩,构成夕卡岩型硅灰石矿床。因此,矿石物质组成一般比较复杂,除主要为硅灰石外,还有石榴子石、透辉石、绿帘石等夕卡岩矿物,以及交代残余的石英与方解石,有时有少量透闪石、绿泥石等,往往还有磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿以及铅、锌等金属矿物伴生。矿石品位一般属中等,含矿系数或硅灰石矿物含量按矿床平均多为40%~60%,个别可达68.68%。部分矿床矿石中由于共生、伴生矿物复杂,因此致使Fe2O3等有害杂质含量较高,有的矿床硅灰石矿与金属矿共生,采选较困难。
    此类型矿床在中国的分布较广泛,从前寒武系至白垩系的碳酸盐岩地层的侵入接触带上均有发现,是中国目前又一较重要的开采利用对象,共计保有的硅灰石矿石储量约占中国硅灰石矿总保有矿石储量的26%。湖北大冶小箕铺(下马林)、江苏溧阳、湖南常宁、青海都兰等地的硅灰石矿床均属于此类型。
 
(三) 区域变质型矿床
    主要赋存于古老的区域变质岩系中。硅灰石矿是由于原岩为硅镁质的白云岩、石灰岩中,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,遇到由于某种原因压力相对降低的条件下,产生岩石再造作用而形成。矿体为同生变质作用所形成,具有明显的层控特点,呈层状、似层状、透镜状整合产于硅质大理岩和斑状大理岩中,有时也产于大理岩和石英岩界面上。矿层稳定,矿床规模一般较大。矿石矿物组分较简单,大部分为硅灰石-石英-方解石型矿物组合,当原岩成分较复杂时,可伴生少量石榴子石、透辉石和透闪石,铁、锰等有害杂质含量低。此类型矿床在美国、芬兰、肯尼亚、纳米比亚、印度等国,是重要的开采利用对象,而在中国目前只在吉林南部浑江一带发现矿点。
 
三、 典 型 矿 床
 
(一) 吉林磐石市长崴子硅灰石矿床
    属接触变质型矿床,位于吉黑地槽褶皱系吉林复向斜的西南缘。出露地层主要为石炭系中统磨盘山组和上统石嘴子组,以海相碳酸盐沉积岩为主。岩性为页岩、粉砂岩、硅质灰岩、燧石条带灰岩及白云质灰岩等,常呈互层产出,总厚度达1000m以上。地层呈北西310°方向延伸,单斜产出,倾向北东,不同部位产状有变化。矿区内断裂构造十分发育,燕山中期岩浆活动强烈,较早的一期以辉长岩-闪长岩侵入为主,其后是以大规模正长岩-花岗岩的侵入为主,两期岩浆活动的侵入体,穿切和分隔了中、上石炭统地层,部分呈捕虏体状产出,改变了原来地层的面貌。由于碳酸盐岩地层中发育硅质条带与结构,因此为成矿提供了物质来源。中、酸性岩体的侵入,在捕虏体中和侵入体的外接触带,由于接触变质作用而形成硅灰石矿床。
    矿体多呈不规则带状分布,在2km2矿区范围内,共有6条矿带,24个矿体。主矿体埋深不足100m,向深部矿化变弱,逐渐过渡为大理岩。区内夕卡岩化较弱,有透辉石、石榴子石、硅灰石等矿物单独或组合成不规则细脉,切割了早期由接触热变质作用形成的块状硅灰石矿体和矿体中残留的硅质团块。
    6条矿带中,以Ⅱ号矿带的规模最大,矿石质量最好。矿带由5个矿体组成,总体产状为走向北西,倾向北东40°,倾角40°~60°,长度700~800m,宽度350~400m,厚度40~50m;单矿体平均厚度3~19m,上部矿体埋深85m,倾角较陡,下部矿体倾角较缓,埋深在250m以上。矿石为致密块状构造的品位一般较富,也见有团块状,条带状构造;矿石结构有粒状变晶、花岗变晶、纤维柱状变晶、放射状变晶及斑状变晶等。矿石矿物成分主要为硅灰石、脉石矿物以方解石、石英、透辉石为主,含少量片沸石、石榴子石、磁铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿及黄铜矿。硅灰石多为三斜低温硅灰石,极少数为假硅灰石,呈白、灰白或淡粉色;晶体为他形—半自形,多呈纤维状、针状、柱状产出,除少数在矿石中显定向排列外,大部分排列无序;晶体粒度细小,一般长度为0.1~0.5mm,部分可达十几至几十毫米,长宽比约5∶1~10∶1。
    本矿床矿石质量优良。矿石品位高,平均含矿率78.10%,硅灰石矿物平均含量61.06%~73.66%;矿石化学成分比较稳定。硅灰石的形成主要是硅质灰岩受侵入体热力作用重结晶的结果,没有大量新物质的带入,有害杂质含量低,其中:SiO2 47%~58%,CaO 38%~47%,Al2O3 0.2%~1.07%,MgO 0.63%~1.55%,Fe2O3 0.06%~0.24%。矿区内矿石风化深度一般为2~3m,原生矿在长期酸性雨水的淋滤下,可分解为CaCO3和SiO2,使矿石品位降到18%~30%。该矿床规模为特大型,已开采利用10余年,是中国硅灰石主要产地之一,产品以原矿石为主,远销德国、日本等地。
 
(二) 吉林省梨树县大顶山硅灰石矿床
    该矿床属接触热变质型矿床,位于吉黑地槽褶皱系的西部。矿区内在海西运动晚期,有大规模的花岗岩侵入,使原本分布广泛的石炭系地层,被穿插、吞蚀而呈长1000m宽500m的捕虏体。石炭系上统石嘴子组地层的主要岩性为结晶灰岩、大理岩、燧石条带大理岩或燧石结核大理岩,呈北西-南东分布,倾向南西。矿体分布于距侵入岩体约20~1000m的范围内,侵入接触带的外带燧石条带大理岩,原岩为富硅质的碳酸盐岩,受侵入岩体热力作用,在成矿构造有利部位形成接触热变质硅灰石矿床。

    矿体形态为层状、似层状。矿石具致密块状构造、纤维状、放射状变晶结构。矿石矿物组分主要为硅灰石、属三斜低温硅灰石,脉石矿物主要是石英、方解石、少量透辉石。矿石品位中等,含矿率平均61.4%。矿石质地优良,矿物结晶好,杂质含量低,Fe2O3含量0.1%。矿山已开采利用10几年,是中国硅灰石的主要产地之一。
 
(三) 湖北大冶市小箕铺(下马林)硅灰石矿床
    该矿床属夕卡岩型矿床。湖北大冶—阳新一带的阳新岩体及东部的丰山洞小岩株侵入石炭系、二叠系、三叠系碳酸盐岩层中,在有利的构造部位,因为接触交代变质作用,形成了一系列夕卡岩型硅灰石矿床,常与成因不同的夕卡岩型铜矿在空间上伴生,小箕铺矿床就是其中之一。矿床位于龙角山倒转向斜东南倒转翼,阳新闪长岩体的西南缘。出露地层由二叠系下统栖霞组中、上部含燧石结核和条带灰岩与厚层灰岩组成,走向北东东至近于东西向分布,倾向南东,倾角72°。燕山期阳新花岗闪长岩的侵入,破坏了原来的地层面貌,使其变得支离破碎,有的形成捕虏体。由于侵入岩体的强烈影响,因此使呈捕虏体产出的石灰岩普遍发生夕卡岩化,位于岩体边缘的捕虏体经充分交代形成接触交代型硅灰石矿体。

    矿区从东至西依次分布大小不等的5个透镜状矿体,产于接触带夕卡岩中,呈北东60°至南西240°方向断续分布,总体倾向南东,倾角60°~70°。矿区内夕卡岩化有明显分带现象,矿体通常位于夕卡岩体中心,向外为石榴石夕卡岩、透辉石夕卡岩,呈环状包围硅灰石夕卡岩,5个矿体地表出露长度22~190m,宽度6~75m,斜深6~45m,其中以Ⅲ号矿体的规模较大。
    矿石矿物组成主要为硅灰石(含量50%~75%),脉石矿物主要有石榴子石(含量10%~20%)、透辉石(含量5%~10%),含少量方解石、蛋白石、石英、绿帘石、符山石等,并含有斑铜矿、黄铜矿、黄铁矿等金属矿物。硅灰石呈白色,部分为灰、棕色,晶体多为长柱状、放射状、纤维状及束状集合体,长一般为1~10cm,有的可达80cm,个别达150cm,短的仅1mm,属三斜低温硅灰石。矿石结构一般为粗粒纤维状变晶结构,块状构造或部分为斑杂状或团块状构造。矿石化学成分中SiO2平均为50.23%、CaO平均为44.9%,除部分矿石Fe2O3含量大于2%外,其他杂质含量较低。矿石含矿系数一般在64%~89%。矿床规模为小型矿,矿石质量较好,是中国发现和利用最早的硅灰石矿床,已开采近20年。


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