譚 均，王立考，孫寶臣，王 政，焦曉東

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北 保定 071051)

高純石英是一種重要的綠色戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，天然的已基本枯竭，我國高純石英供不應(yīng)求，絕大部分依賴于進(jìn)口[1-4]。脈石英由于其礦物成分單一,加工提純效果較好,已經(jīng)有多個(gè)國家用來加工高純石英[5-7]。河北省北辛莊脈石英礦位于太行山區(qū)阜平西北部，此區(qū)域龍王莊一帶開采過一個(gè)小型水晶礦，脈石英與水晶共生，但之前未作過脈石英找礦及勘查工作。

20世紀(jì)90年代初，曾在河北贊皇縣上麻和東大峪等地發(fā)現(xiàn)脈石英產(chǎn)于太古代王家崇片麻巖斷裂構(gòu)造帶內(nèi)，多條脈斷續(xù)相連延伸可達(dá)2km，沿走向具膨脹窄縮現(xiàn)象，平面上呈雁行狀斜列，單脈規(guī)模大小不一，長幾十至上百米。2014年在灤平縣石門溝至黑石頭溝一帶，太古界單塔子巖群白廟巖組斷裂破碎帶內(nèi)找到一處脈石英礦床[8]，主要并行分布有兩條礦脈，產(chǎn)狀傾向197°傾角80°。礦脈1，沿走向長500m，厚2.1～2.5m，礦石品位：SiO296%～96.2%，F(xiàn)e2O30.14%～0.18%, Al2O30.19%～0.24%；礦脈2：沿走向長1 300m，厚1.47～1.92m，礦石品位：SiO296%～98.2%，F(xiàn)e2O30.11%～0.15%。脈石英成因類型為充填在斷裂帶的巖漿熱液型。2006年12月地質(zhì)出版社出版的《河北省非金屬礦產(chǎn)資源》一書中粗略統(tǒng)計(jì)了河北省內(nèi)的脈石英分布情況，但對(duì)脈石英礦特征未做過系統(tǒng)研究工作。本次北辛莊脈石英與以往找到的脈石英不同，屬于變質(zhì)熱液型，其形成與變質(zhì)巖建造、混合巖化變質(zhì)作用及韌性剪切構(gòu)造關(guān)系密切。

1 成礦地質(zhì)背景

脈石英找礦靶區(qū)內(nèi)主要有新太古代阜平巖群、五臺(tái)巖群變質(zhì)巖、變質(zhì)深成巖、變質(zhì)侵入巖、變質(zhì)基性、超基性巖，經(jīng)歷了高角閃巖相至角閃巖相區(qū)域變質(zhì)混合巖化，早期以區(qū)域鈉質(zhì)混合巖化為主，晚期廣泛疊加鉀質(zhì)混合巖化。受構(gòu)造帶控制，晚期沿阜平、五臺(tái)兩群接觸帶附近及五臺(tái)群內(nèi)巖石局部花崗偉晶質(zhì)混合巖化。主體巖性下部(包括元坊巖組和黃州巖組)為淺灰白、淡肉紅色中—厚層狀石英淺粒巖夾石英巖、綠簾斜長角閃巖、透輝淺粒巖、變粒巖；上部(包括板峪口巖組和金剛庫巖組)為黑云斜長變粒巖(局部含藍(lán)晶石)，黑云片巖(局部含矽線石、石榴子)，角閃片巖夾金云母大理巖、條帶狀磁鐵石英巖。巖漿巖主要包括新太古代五臺(tái)期青羊口基性—超基性巖和古元古代呂梁期扣子頭輝綠巖墻，后期巖漿巖不發(fā)育(圖1)。

圖1 河北省阜平縣北辛莊脈石英礦礦化點(diǎn)地質(zhì)簡圖

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以北西向占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，為規(guī)模較大的高角度張性斷裂，傾角65°～85°，延伸長達(dá)十幾到幾十千米。呂梁運(yùn)動(dòng)后期，這些斷裂多為輝綠巖脈所充填，形成規(guī)模宏大的輝綠巖墻群。有少量北東向正斷層，規(guī)模較小。

巖層變形十分強(qiáng)烈，同時(shí)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造置換，靶區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖層片麻理等面狀構(gòu)造主要傾向西南，位于羊馬樓向形構(gòu)造南西翼，巖層內(nèi)見有小尺度的無根褶皺、片內(nèi)褶皺。

區(qū)內(nèi)韌性剪切構(gòu)造發(fā)育，規(guī)模大，宏觀上表現(xiàn)為巖石的高塑性流變，形成于較深層次，與深部熱流上升有關(guān)，分為阜平、五臺(tái)兩期：阜平期，呈小型露頭尺度，長一般不超過4km，寬300～500m；五臺(tái)期，規(guī)模大,一般長＜20km，寬200～500m。呈北東向或北北西向的平行帶狀展布，傾向北西或南西，傾角 25°～40°，由于構(gòu)造剪切，不同層位不同巖性直接接觸。剪切帶內(nèi)不對(duì)稱性平臥褶皺、剪切鞘褶皺、S-C組構(gòu)、巖石殘塊、交代斑晶和變斑晶旋轉(zhuǎn)組構(gòu)、小型剪切帶以及拉伸線理等構(gòu)造普遍可見。卷入韌性剪切帶的巖石單位都被構(gòu)造平行化。而且自剪切帶邊部至中心變形程度趨于增強(qiáng)，從片麻巖構(gòu)造透鏡體化帶→重結(jié)晶的糜棱化片麻巖帶→眼球狀重結(jié)晶的糜棱片麻巖＋角閃片巖帶。構(gòu)造剪切作用使背景巖石強(qiáng)烈變形改造的同時(shí)，發(fā)生了明顯的退變質(zhì)。

2 脈石英地質(zhì)特征

2.1 脈石英產(chǎn)出特征

靶區(qū)范圍內(nèi)見脈石英20條，主要分布在韌性剪切帶附近的片麻理滑動(dòng)面或裂隙面間，多數(shù)走向?yàn)楸蔽鳌蠔|向，傾向南西或北西，部分走向?yàn)楸睎|向—南西向，傾向南西，傾角38°～70°。露頭呈正凸起，發(fā)育縱橫交錯(cuò)的裂紋，附近有崩塌的石英巖碎石塊，圍巖無明顯蝕變。根據(jù)脈石英與其圍巖的接觸關(guān)系，有兩種產(chǎn)出形態(tài)：①脈狀(圖2a)：與圍巖產(chǎn)狀不協(xié)調(diào)，呈交叉狀，此種規(guī)模相對(duì)較大，脈長57～212m, 脈厚0.77～13.41m；②似層狀、透鏡狀(圖2c)：與圍巖片麻理產(chǎn)狀協(xié)調(diào)一致，此種脈規(guī)模小，脈長15～91m, 脈厚0.45～1.21m。一般脈長與脈寬成正比，前者脈傾角相對(duì)較陡，后者傾角相對(duì)較緩。規(guī)模相對(duì)較大的脈16條，其中“脈狀”8條，“透鏡狀”12條(表1)。

表1 北辛莊脈石英特征一覽表

圖2 脈石英標(biāo)本和露頭形態(tài)野外照片

2.2 礦石類型及質(zhì)量

在“脈狀”和“透鏡狀”兩種形態(tài)脈上分別取了化學(xué)分析樣、巖礦鑒定、包裹體測(cè)試樣(編號(hào)b2、b5)，由華北有色地質(zhì)勘查局燕郊中心實(shí)驗(yàn)室做了分析測(cè)試。

2.2.1 礦物成分

樣品b2呈乳白色或淺粉色、淺黃色，中粗變晶結(jié)構(gòu)，粒徑1～18mm，致密塊狀構(gòu)造。主要礦物石英含量一般95%～99%，石英呈半自形粒狀—自形六方柱狀，含少量(1%～2%)粘土礦物、絹云母和鐵質(zhì)礦物，多數(shù)充填于石英脈節(jié)理裂隙中，或附著在裂隙面上，少數(shù)呈塵點(diǎn)狀，被石英晶體包裹(圖2b)。

樣品b5呈白色，半自形—他形粒狀不等粒變晶結(jié)構(gòu)，粒徑0.1～＜1mm，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英，含量97%～100%，雜亂分布，顆粒接觸邊緣不規(guī)則，粒徑小者集合體呈填隙狀分布在較大粒徑石英間，石英表面干凈，粒內(nèi)可見波狀消光、斑塊狀消光、帶狀消光現(xiàn)象，可見膨凸重結(jié)晶亞晶粒、顆粒邊界遷移及殘留顆粒等現(xiàn)象。巖石中可見穿晶裂隙和碳酸鹽充填的微細(xì)裂隙(圖2c)。

2.2.2 基本化學(xué)成分

SiO298.15%～99.86%、Al2O30.011%～0.014%、Fe2O30.01%～ 0.04%、TiO20.012%～ 0.138%、CaO 0.01%～0.4%。

2.2.3 包裹體特征

石英顆粒中包裹體普遍較發(fā)育，包裹體與主礦物的界限明顯，透明度較好。次生包裹體為主，原生包裹體少，以液相為主，氣液兩相居次，三相極少。原生包裹體主要包括三類。

(1)液體包裹體。普遍發(fā)育，大小一般為4～18μm，氣液比一般2%～15%。形態(tài)以不規(guī)則狀為主，多數(shù)單獨(dú)成行產(chǎn)出，少數(shù)呈孤立狀分布。均一方式為L+V→L,說明包裹體內(nèi)原先捕獲的是較高密度的流體相。

(2)含子礦物包裹體。大小一般為10～12μm，發(fā)育較差。形態(tài)為橢圓形、不規(guī)則狀，多與液體包裹體共存，單獨(dú)成行產(chǎn)出。子晶多呈立方體狀，透明度較好，推測(cè)為NaCl晶體。

(3)含CO2包裹體。發(fā)育極差，見于樣品b2中。大小為10μm，相比為5%。形態(tài)呈不規(guī)則狀，與液體包裹體一起，單獨(dú)成行產(chǎn)出。

由脈石英礦物成分、化學(xué)成分看，可以歸為較純石英原料，僅個(gè)別樣SiO2含量略低于98.8%[9]。由包裹體特征看符合熱水溶液階段脈石英的特點(diǎn)。不利因素是規(guī)模較小、且非常分散，包裹體發(fā)育。

3 成因淺析及找礦方向

3.1 成因淺析

根據(jù)包裹體測(cè)試，液體包裹體顯微測(cè)溫：b2均一溫度范圍146.4～289.7℃，均值207.6℃，峰值溫度150～180℃，鹽度范圍3.12%～12.17%，均值為8.2%，均一壓力范圍0.5～7.0MPa，平均2.3MPa。對(duì)均一溫度須通過壓力校正，使之更趨于接近被捕獲時(shí)形成包裹體的溫度[10-11]，校正后溫度168.5～200℃(由于鹽度均值介于5%～10%之間，校正值取鹽度5%和10%兩圖解△T的平均值)，見圖3、圖4。特點(diǎn)是低溫、低鹽、低密度，含CO2包裹體。綜合其產(chǎn)出形態(tài)，與湖北麻城陳家洼脈石英類似[12]，具有變質(zhì)熱液成因的特點(diǎn),混合巖化作用為Si元素的聚集創(chuàng)造了條件[13]。b5均一溫度范圍185.5～276.9℃，均值248℃，峰值溫度240～260℃，鹽度范圍3.28%～8.1%，均值為7.1%，均一壓力范圍0.9～5.7MPa，平均3.65MPa。校正溫度219.7～313.4℃。特點(diǎn)是發(fā)育水溶液包裹體，缺乏H2O-CO2包裹體，鹽度低于10%，溫度大部分在100～280℃范圍內(nèi)，符合淺層低溫?zé)嵋旱V脈特征，但含子晶，部分溫度高于280℃，又符合漿控型高溫?zé)嵋旱V床特點(diǎn)。綜合其產(chǎn)狀和賦存圍巖有的為基性巖，且產(chǎn)狀與圍巖片麻理不協(xié)調(diào)，應(yīng)當(dāng)屬于中低溫變質(zhì)巖漿熱液成因。

圖3 流體包裹體均一溫度(a)及鹽度(b)分布直方圖

圖4 壓力對(duì)均一溫度(TH)校正值(△T)圖解

綜上認(rèn)為：在韌性剪切帶分布區(qū)，強(qiáng)烈的變形改造的同時(shí)，富硅質(zhì)成分的片麻巖建造巖石局部重熔[14]，發(fā)生了明顯的角閃巖相退變質(zhì)，產(chǎn)生了富硅質(zhì)成分的熱液，由韌性剪切帶高壓區(qū)向邊部松弛帶、裂隙、滑動(dòng)面等低壓區(qū)遷移，在近地表快速冷凝結(jié)晶形成脈石英。部分富Si的巖漿熱液來自深部熱流，因有脈石英賦存在基性巖中，顯然非同建造層產(chǎn)物。似層狀、透鏡狀脈石英，其硅質(zhì)來自原地或半原地，一般規(guī)模小，部分難以利用，而與圍巖產(chǎn)狀不十分協(xié)調(diào)的脈石英規(guī)模相對(duì)較大，硅質(zhì)來源于異地或深部，其地質(zhì)條件與水晶形成地質(zhì)條件類似，至少有溝通富硅熱液的通道和賦存空間，有富硅物源(如分布較多的淺粒巖、花崗巖等)，有驅(qū)動(dòng)硅質(zhì)活化遷移的熱事件(如構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、韌性剪切、混合巖化變質(zhì)作用和巖漿侵入等)。脈石英常與水晶共生，只是水晶形成條件更加苛刻，還需要SiO2能結(jié)晶生長的寬松而封閉空間。由本區(qū)域阜平巖群中的龍王莊水晶礦的形成過程看[15]，脈石英的形成是其先期階段，因此水晶礦會(huì)有脈石英伴隨，脈石英中常見水晶蹤跡。

3.2 找礦方向探討

工藝礦物學(xué)所決定的雜質(zhì)可選性是高純石英原料的至關(guān)因素[16]，由于晶格缺陷形成的晶格雜質(zhì)極難除去，后期的動(dòng)力擾動(dòng)和熱擾動(dòng)會(huì)使石英晶格恢復(fù)，驅(qū)除石英中的某些雜質(zhì)[17-18]。太行山區(qū)巖石遭受過擠壓造山的洗禮[19]，太古代等老變質(zhì)巖經(jīng)歷過區(qū)域變質(zhì)混合巖化等構(gòu)造變形和熱事件，有利于石英巖雜質(zhì)的去除。結(jié)合北辛莊脈石英包裹體特征，以氣、液相為主，認(rèn)為石英顆粒中雜質(zhì)易于去除[20]。北辛莊脈石英規(guī)模小、分散，部分達(dá)不到露天開采規(guī)定指標(biāo)要求[9]，但圍巖堅(jiān)硬穩(wěn)固，大部分脈傾角較大，采取硐采、分散開采集中加工提純，可使有限資源得以充分利用。

河北省石英成因類型較全，但高純石英原料有限，由可提純性看，一般脈石英明顯優(yōu)于石英巖和石英砂巖，國內(nèi)曾有人研究利用石英砂巖提純高純石英，難度極大，成本高，還有污染[21]。

4 結(jié)論

(1)阜平北辛莊脈石英礦成礦流體主要來源于片麻巖建造，混合巖化變質(zhì)作用、韌性剪切構(gòu)造、深部熱流上升為脈石英形成創(chuàng)造了條件。

(2)除變質(zhì)熱液型脈石英外，本區(qū)還有巖漿熱液型脈石英，脈石英是高純石英原料的主要找礦方向。

(3)燕山臺(tái)褶帶上灤平一帶、太行山南段贊皇隆起石家莊至邢臺(tái)西部山區(qū)具有脈石英的形成地質(zhì)環(huán)境；太行山北段阜平隆起淶源、易縣一帶，分布有系列富硅酸性巖脈、巖珠和巖體(窯溝、王安鎮(zhèn)和紫荊關(guān)超單元)，斷裂、裂隙構(gòu)造發(fā)育，有與龍王莊水晶礦、北辛莊脈石英類似的地質(zhì)環(huán)境，是尋找脈石英等較純凈石英原料礦的有利地帶。