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中國硅灰石礦資源地質特征

 
一、 礦床時空分布及成礦規律
    硅灰石是一種典型的變質礦物,為構成夕卡巖的主要礦物成分,也見于某些深變質巖中。能夠富集成具一定規模的硅灰石工業礦床(體),主要賦存于中酸性、酸性侵入巖體與不純石灰巖或鈣質砂巖和硅質鈣質頁巖的接觸帶,或見于深成變質巖的鈣質結晶片巖中。礦床受不同時代、不同類型的隆起構造控制,產于中淺—中深較高溫接觸變質或區域變質構造環境中,斷裂構造發育,厚度中等的巖層封閉系統是其最優的儲礦場所。區域成礦常與深斷裂帶有關,受一定的構造-巖漿活動帶的影響,礦體往往表現出成群集中和成帶分布的特征。與大部分夕卡巖體一樣,硅灰石礦床通常分布于緊靠侵入巖體接觸帶一側的碳酸鹽圍巖中,屬外接觸帶礦床。礦體距侵入體一般為十幾米至幾十米,有些可達幾百米,少數達1~2km。以接觸交代變質成因為主的礦床,礦體距侵入巖體較近;以接觸熱變質成因為主的礦床,礦體距侵入巖體要遠些。也有一些礦床分布在呈半島狀伸入侵入巖體內的碳酸鹽巖楔狀體中,或產于被包裹在侵入巖體內的碳酸鹽巖捕虜體中,形成復雜的接觸帶。
    硅灰石礦床的形成取決于地殼發展演化一定旋回中各類巖漿建造發育的程度和各時期碳酸鹽巖的分布及構造條件等,其形成限于一定的時期。中國硅灰石礦床大多賦存在寒武紀以來的蓋層建造中,主要產于石炭系和二疊系,其次為寒武系、泥盆系及志留系。與成礦作用有關的侵入巖主要是燕山期、印支期、海西期的中、酸性巖漿巖。
    中國已知硅灰石礦床主要分布于3個地槽褶皺系:吉黑褶皺系是最重要的成礦構造單元,分布礦床多,規模大;其次為華南褶皺系和三江褶皺系;在揚子地臺和華北地臺邊緣也有小規模分布。在這些構造單元內,巖漿活動頻繁,侵入巖分布廣泛,與成礦有關的中、酸性侵入巖主要有:淺至中成花崗斑巖、斑狀花崗巖、花崗閃長斑巖、正長閃長斑巖、石英斑巖等。成礦圍巖一般為含燧石結核,燧石條帶等硅質成分的海相碳酸鹽巖沉積建造。
 
二、 礦 床 類 型
    中國已知具有工業價值的硅灰石礦床,按其成因分為接觸熱變質型、夕卡巖型(接觸交代變質型)和區域變質型三種,以接觸熱變質型礦床為主,夕卡巖型礦床次之,區域變質型礦床較少。
 
(一) 接觸熱變質型礦床
    常位于侵入巖與含硅質的碳酸鹽巖建造外接觸帶角巖化—大理巖化蝕變帶中,一般距侵入巖體幾十米至千余米。礦床形成是由于富含硅質的石灰巖經侵入體熱力烘烤發生接觸變質而成。成礦過程是硅質灰巖中的SiO2和CaCO3經侵入體的熱變質作用,重新組合而形成硅灰石,一般沒有外來物質帶入。因此,礦體的形態、產狀和物質在很大程度上受硅質灰巖地層控制,也與侵入接觸界面產狀有密切關系。礦床多具明顯的層控特點,礦體形態一般呈層狀、似層狀、透鏡狀,產狀多與圍巖一致,只有在構造復雜時才呈不規則狀。
    此類型礦床礦石礦物組分通常比較簡單,如成礦前原巖中SiO2和CaO的比例近似硅灰石礦物理論值,成礦過程中的溫度與壓力適宜,成礦反應充分時,可由硅灰石單礦物組成;如成礦前原巖中造礦物質(石英和方解石)含量不匹配,或由于成礦反應不充分,則在礦石中殘留有石英、方解石,其他伴生礦物有少量透輝石、石榴子石等。礦石中硅灰石礦物含量20%~70%,一般多在50%以上,富礦可達95%以上。礦石中SiO2和CaO含量高且穩定,Fe2O3等有害雜量含量較少,礦石質量較好。
    此類型礦床的規模一般較大,礦體長度一般為數百米,部分可達1000m以上,寬幾米至幾十米,部分可達100m以上,礦床儲量達到大型甚至特大型礦的很多,也有中、小型礦,由于形成環境和后期風化剝蝕,礦體埋深一般較淺,多適于露天開采。此類型礦床在中國分布較多,是目前主要的開采利用對象,共計保有的硅灰石礦石儲量約占中國硅灰石礦總保有礦石儲量的74%。吉林磐石市長崴子和梨樹縣大頂山、浙江長興縣李家巷、江西新余—上高以及遼寧、廣東等地的硅灰石礦床均屬此類型。
 
(二) 夕卡巖型礦床
    絕大多數分布在中、酸性侵入巖體與含硅質石灰巖外接觸帶上,少數產于侵入體內和圍巖中。夕卡巖體常具帶狀結構,尤其是垂直于接觸帶方向更為明顯,硅灰石通常富集在主要夕卡巖礦物帶的外側,與大理巖帶相過渡。其分帶順序一般從侵入體向外依次為:夕卡巖化侵入巖帶—石榴石夕卡巖帶—透輝石夕卡巖帶—硅灰石夕卡巖帶—大理巖帶。礦體的規模、形態及產狀與接觸界面的形狀、產狀和碳酸鹽地層的產狀有關。礦床規模以中、小型礦床多,成礦條件好的礦床也可達大型甚至特大型礦。礦體形態多種多樣,可呈似層狀、層狀、透鏡狀以及各種不規則狀,常由多個礦體斷續出現組成礦帶。礦體長度一般由幾米至幾百米,厚度由幾米至四五十米,個別達七八十米;埋深一般較淺,多不超過地表以下200m。
    由于此類型礦床成礦與接觸熱變質型礦床的主要區別是參與形成硅灰石的SiO2主要由侵入巖體或其深部上升的硅質流體提供,CaCO3則來自接觸帶的石灰巖,在早期夕卡巖階段,經交代作用形成硅灰石交代巖-硅灰石夕卡巖,構成夕卡巖型硅灰石礦床。因此,礦石物質組成一般比較復雜,除主要為硅灰石外,還有石榴子石、透輝石、綠簾石等夕卡巖礦物,以及交代殘余的石英與方解石,有時有少量透閃石、綠泥石等,往往還有磁鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦以及鉛、鋅等金屬礦物伴生。礦石品位一般屬中等,含礦系數或硅灰石礦物含量按礦床平均多為40%~60%,個別可達68.68%。部分礦床礦石中由于共生、伴生礦物復雜,因此致使Fe2O3等有害雜質含量較高,有的礦床硅灰石礦與金屬礦共生,采選較困難。
    此類型礦床在中國的分布較廣泛,從前寒武系至白堊系的碳酸鹽巖地層的侵入接觸帶上均有發現,是中國目前又一較重要的開采利用對象,共計保有的硅灰石礦石儲量約占中國硅灰石礦總保有礦石儲量的26%。湖北大冶小箕鋪(下馬林)、江蘇溧陽、湖南常寧、青海都蘭等地的硅灰石礦床均屬于此類型。
 
(三) 區域變質型礦床
    主要賦存于古老的區域變質巖系中。硅灰石礦是由于原巖為硅鎂質的白云巖、石灰巖中,富含利于成礦的石英和方解石成分,在區域變質作用過程中,遇到由于某種原因壓力相對降低的條件下,產生巖石再造作用而形成。礦體為同生變質作用所形成,具有明顯的層控特點,呈層狀、似層狀、透鏡狀整合產于硅質大理巖和斑狀大理巖中,有時也產于大理巖和石英巖界面上。礦層穩定,礦床規模一般較大。礦石礦物組分較簡單,大部分為硅灰石-石英-方解石型礦物組合,當原巖成分較復雜時,可伴生少量石榴子石、透輝石和透閃石,鐵、錳等有害雜質含量低。此類型礦床在美國、芬蘭、肯尼亞、納米比亞、印度等國,是重要的開采利用對象,而在中國目前只在吉林南部渾江一帶發現礦點。
 
三、 典 型 礦 床
 
(一) 吉林磐石市長崴子硅灰石礦床
    屬接觸變質型礦床,位于吉黑地槽褶皺系吉林復向斜的西南緣。出露地層主要為石炭系中統磨盤山組和上統石嘴子組,以海相碳酸鹽沉積巖為主。巖性為頁巖、粉砂巖、硅質灰巖、燧石條帶灰巖及白云質灰巖等,常呈互層產出,總厚度達1000m以上。地層呈北西310°方向延伸,單斜產出,傾向北東,不同部位產狀有變化。礦區內斷裂構造十分發育,燕山中期巖漿活動強烈,較早的一期以輝長巖-閃長巖侵入為主,其后是以大規模正長巖-花崗巖的侵入為主,兩期巖漿活動的侵入體,穿切和分隔了中、上石炭統地層,部分呈捕虜體狀產出,改變了原來地層的面貌。由于碳酸鹽巖地層中發育硅質條帶與結構,因此為成礦提供了物質來源。中、酸性巖體的侵入,在捕虜體中和侵入體的外接觸帶,由于接觸變質作用而形成硅灰石礦床。
    礦體多呈不規則帶狀分布,在2km2礦區范圍內,共有6條礦帶,24個礦體。主礦體埋深不足100m,向深部礦化變弱,逐漸過渡為大理巖。區內夕卡巖化較弱,有透輝石、石榴子石、硅灰石等礦物單獨或組合成不規則細脈,切割了早期由接觸熱變質作用形成的塊狀硅灰石礦體和礦體中殘留的硅質團塊。
    6條礦帶中,以Ⅱ號礦帶的規模最大,礦石質量最好。礦帶由5個礦體組成,總體產狀為走向北西,傾向北東40°,傾角40°~60°,長度700~800m,寬度350~400m,厚度40~50m;單礦體平均厚度3~19m,上部礦體埋深85m,傾角較陡,下部礦體傾角較緩,埋深在250m以上。礦石為致密塊狀構造的品位一般較富,也見有團塊狀,條帶狀構造;礦石結構有粒狀變晶、花崗變晶、纖維柱狀變晶、放射狀變晶及斑狀變晶等。礦石礦物成分主要為硅灰石、脈石礦物以方解石、石英、透輝石為主,含少量片沸石、石榴子石、磁鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦及黃銅礦。硅灰石多為三斜低溫硅灰石,極少數為假硅灰石,呈白、灰白或淡粉色;晶體為他形—半自形,多呈纖維狀、針狀、柱狀產出,除少數在礦石中顯定向排列外,大部分排列無序;晶體粒度細小,一般長度為0.1~0.5mm,部分可達十幾至幾十毫米,長寬比約5∶1~10∶1。
    本礦床礦石質量優良。礦石品位高,平均含礦率78.10%,硅灰石礦物平均含量61.06%~73.66%;礦石化學成分比較穩定。硅灰石的形成主要是硅質灰巖受侵入體熱力作用重結晶的結果,沒有大量新物質的帶入,有害雜質含量低,其中:SiO2 47%~58%,CaO 38%~47%,Al2O3 0.2%~1.07%,MgO 0.63%~1.55%,Fe2O3 0.06%~0.24%。礦區內礦石風化深度一般為2~3m,原生礦在長期酸性雨水的淋濾下,可分解為CaCO3和SiO2,使礦石品位降到18%~30%。該礦床規模為特大型,已開采利用10余年,是中國硅灰石主要產地之一,產品以原礦石為主,遠銷德國、日本等地。
 
(二) 吉林省梨樹縣大頂山硅灰石礦床
    該礦床屬接觸熱變質型礦床,位于吉黑地槽褶皺系的西部。礦區內在海西運動晚期,有大規模的花崗巖侵入,使原本分布廣泛的石炭系地層,被穿插、吞蝕而呈長1000m寬500m的捕虜體。石炭系上統石嘴子組地層的主要巖性為結晶灰巖、大理巖、燧石條帶大理巖或燧石結核大理巖,呈北西-南東分布,傾向南西。礦體分布于距侵入巖體約20~1000m的范圍內,侵入接觸帶的外帶燧石條帶大理巖,原巖為富硅質的碳酸鹽巖,受侵入巖體熱力作用,在成礦構造有利部位形成接觸熱變質硅灰石礦床。

    礦體形態為層狀、似層狀。礦石具致密塊狀構造、纖維狀、放射狀變晶結構。礦石礦物組分主要為硅灰石、屬三斜低溫硅灰石,脈石礦物主要是石英、方解石、少量透輝石。礦石品位中等,含礦率平均61.4%。礦石質地優良,礦物結晶好,雜質含量低,Fe2O3含量0.1%。礦山已開采利用10幾年,是中國硅灰石的主要產地之一。
 
(三) 湖北大冶市小箕鋪(下馬林)硅灰石礦床
    該礦床屬夕卡巖型礦床。湖北大冶—陽新一帶的陽新巖體及東部的豐山洞小巖株侵入石炭系、二疊系、三疊系碳酸鹽巖層中,在有利的構造部位,因為接觸交代變質作用,形成了一系列夕卡巖型硅灰石礦床,常與成因不同的夕卡巖型銅礦在空間上伴生,小箕鋪礦床就是其中之一。礦床位于龍角山倒轉向斜東南倒轉翼,陽新閃長巖體的西南緣。出露地層由二疊系下統棲霞組中、上部含燧石結核和條帶灰巖與厚層灰巖組成,走向北東東至近于東西向分布,傾向南東,傾角72°。燕山期陽新花崗閃長巖的侵入,破壞了原來的地層面貌,使其變得支離破碎,有的形成捕虜體。由于侵入巖體的強烈影響,因此使呈捕虜體產出的石灰巖普遍發生夕卡巖化,位于巖體邊緣的捕虜體經充分交代形成接觸交代型硅灰石礦體。

    礦區從東至西依次分布大小不等的5個透鏡狀礦體,產于接觸帶夕卡巖中,呈北東60°至南西240°方向斷續分布,總體傾向南東,傾角60°~70°。礦區內夕卡巖化有明顯分帶現象,礦體通常位于夕卡巖體中心,向外為石榴石夕卡巖、透輝石夕卡巖,呈環狀包圍硅灰石夕卡巖,5個礦體地表出露長度22~190m,寬度6~75m,斜深6~45m,其中以Ⅲ號礦體的規模較大。
    礦石礦物組成主要為硅灰石(含量50%~75%),脈石礦物主要有石榴子石(含量10%~20%)、透輝石(含量5%~10%),含少量方解石、蛋白石、石英、綠簾石、符山石等,并含有斑銅礦、黃銅礦、黃鐵礦等金屬礦物。硅灰石呈白色,部分為灰、棕色,晶體多為長柱狀、放射狀、纖維狀及束狀集合體,長一般為1~10cm,有的可達80cm,個別達150cm,短的僅1mm,屬三斜低溫硅灰石。礦石結構一般為粗粒纖維狀變晶結構,塊狀構造或部分為斑雜狀或團塊狀構造。礦石化學成分中SiO2平均為50.23%、CaO平均為44.9%,除部分礦石Fe2O3含量大于2%外,其他雜質含量較低。礦石含礦系數一般在64%~89%。礦床規模為小型礦,礦石質量較好,是中國發現和利用最早的硅灰石礦床,已開采近20年。


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