山西静乐一带伟晶岩地质特征及找矿意义

刘燕海，薛曙斌，陈 勇，王 涛，刘杨飞，褚永辉

(中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，山西 太原 030031)

石英—长石伟晶岩矿是重要非金属矿产，近几年，我国科技及基础生产材料的发展，对高纯硅质以及陶瓷、玻璃及化肥工业等原料需求不断增大，而天然的水晶资源以及优质长石矿资源日益匮乏，开发长石—石英型伟晶岩矿产已势在必行[1-3]。由于石英—长石伟晶岩相对于其他陶瓷、玻璃用原料矿(变质石英岩或石英砂岩)具有矿物成分单一，SiO2或者Al2O3及K2O含量高，块度较大选矿较易等方面优势[4-5]，可以作为天然水晶和高岭土等原料的优良替代品[6-7]。伟晶岩型矿床一般产于造山晚期、造山期后的大陆演化稳定阶段[8]，研究区伟晶岩为古元古代末期产物(吕梁运动)，因此，本文对山西省静乐一带展开了详细的野外调查，总结伟晶岩的分布特征、矿石质量，对矿石部分主量元素特征进行探讨，进而总结该区石英—长石伟晶岩地质特征以及找矿意义，并对找矿方向提出预测。

1 地质背景

研究区位于静乐县，西起静乐县娑婆乡，东至忻州市马圈庄，北起静乐县堂尔上乡，南至静乐县康家会镇。大地构造处于华北地块中部，地层由新太古代、古元古代及中元古代岩结晶基底和古生界寒武系和奥陶系及第四系等沉积盖层构成(图1a)。

研究区经历了新太古代洋盆扩张与碰撞造山过程，形成五台岛弧，发育尧宽、磨盘山英云闪长—奥长花岗岩以及新太古代末期峪口片麻岩等岩浆事件，主要岩性为斜长角闪岩、黑云(角闪)二长片麻岩、条纹条带状黑云斜长片麻岩；古元古代则经历了陆内裂陷槽沉积与陆内造山阶段，早期有以辉长辉绿岩为主的岩浆侵入事件，晚期以西社变质二长花岗岩、后河堡变质似斑状二长花岗岩及花岗伟晶岩侵入为特征。伟晶岩为岩浆演化末期产物，主要岩性为肉红色、灰白色变质花岗伟晶岩、肉红色、灰白色黑云母花岗岩、伟晶岩，伟晶岩主要以脉体形式穿插于太古代的变质岩中，为本次研究的主体。中元古代经历了拗拉槽沉积形成与发展阶段，岩浆岩主要为水峪正长花岗岩以及北西向发育的辉绿岩脉[9]。

通过对研究区伟晶岩调查取样分析，伟晶岩类型主要分为三类：石英伟晶岩、长石伟晶岩、花岗伟晶岩。本文对石英及长石伟晶通过野外调查结果及化学分析评价其矿产类型和地质意义。

2 伟晶岩特征及矿石质量

2.1 伟晶岩特征

研究区主要为古元古代末期伟晶岩脉，圈定两个伟晶岩矿点，为帅家岩矿体(帅1)和会子湾矿体(会2，会3)。帅家岩石英伟晶岩位于帅家岩村东南方向(帅1)，呈近东西向岩脉或近巢状产出于山沟内(图1a、b)，倾向182°，倾角一般为76°，厚约3m，出露东西长25m，南北长约20m。

会子湾伟晶岩矿体(会2、会3)，整体沿北西西—南东东向出露，延伸方向大致为98°，出露于会子湾村东北角方向。围岩片麻理产状为164°∠64°，石英及花岗伟晶岩基本沿围岩(新太古代地层)片麻理方向侵位产出(图1a)。会2矿体圈定两层矿体(图1c)，均呈脉状分布于勘查区山顶，长石伟晶岩(会2-1)厚度2.6m，石英伟晶岩矿体(会2-2)厚度1.5m，会3石英伟晶岩位于会2矿体北侧，控制厚度7m，出露东西长9～20m，南北长约8～16m。

图1 区域地质图剖面图

表1 帅家岩及会子湾石英—长石矿体特征

2.2 矿石质量

石英伟晶岩矿石致密块状，矿物组成主要为石英，一般＞6mm，石英矿物含量达90%以上，伟晶结构，常见表面轻微风化受铁质渲染(图2a、d～f)，新鲜面为乳白—白色，矿石半透明—透明状，油脂光泽，具贝壳状断口，性脆，无解理。

花岗岩伟晶岩新鲜面灰白色—浅肉红色，花岗结构，文象结构，块状构造(图2c、g～i)。主要矿物为长石(50%)和石英(45%)，粒度＞6mm，另可见少量暗色矿物。长石为浅肉红色或灰白色，呈脉状发育，玻璃光泽，硬度大于小刀；石英为无色透明状，油脂光泽。云母，钢灰色，片状，玻璃光泽，解理面珍珠光泽，极完全解理，含量＜5%。

图2 石英—长石伟晶岩岩性特征

长石伟晶岩新鲜面为棕红色，伟晶结构块状构造(图2b)，主要矿物为钾长石(90%)，石英(5%)，长石粒度基本＞6.5mm，偶见少量黑云母副矿物(5%)。钾长石呈红色，片状，极少受风化作用，完全解理。云母呈棕黑色或钢灰色极完全解理。

对研究区石英及长石伟晶岩进行了化学测试(表2)。石英伟晶岩：SiO296.39%～98.86%，Fe2O30.06%～ 0.19%，Al2O30.27%～ 1.39%，K2O 0.14%～1.5%，Na2O 0.008%～0.28%，其中Al2O3和K2O含量较高，可能是由于伟晶岩中有长石成分伴生其中；长石伟晶岩：SiO265%～71.66%，Fe2O30.08%～0.32%，Al2O315.29%～19.13%，K2O 7.44%～13.35%，Na2O 2.13%～3.83%，其中主要评价矿产的K2O和Na2O含量均满足，且有害物质Fe2O3较低，故研究区石英及长石伟晶岩均具有较好的矿产潜力。

2.3 矿产评价

石英伟晶岩：参照DZ/T 0207-2020《矿产地质勘查规范硅质原料类》[10]中脉石英矿工业指标，帅1石英伟晶岩SiO296.39%～97.88%，未达到要求的98.8%，其K2O含量较高，为0.65%～1.5%，可能由于伟晶岩中含有相当部分长石矿物，若通过选矿实验将长石部分剔除可能达到脉石英质量要求。会2-2石英伟晶岩矿体根据规范要求基本达到脉石英矿工业指标一般要求。

长石伟晶岩：根据DZ/T0323-2018《硅灰石、透辉石、透闪石、长石类矿产地质勘查规范》[11]，会2-1和会3长石伟晶岩K2O+Na2O含量为10.58%～15.82%，平均13.84%，满足规范要求矿石质量的K2O+Na2O≥10%；K2O/Na2O为2.20%～17.5%，平均6.3%，高于规范要求矿石质量的K2O/Na2O≥2%；Fe2O3含量为0.08%～0.32%，平均0.137%，低于规范要求Fe2O3≤0.5%，研究区均达到钾长石矿一般工业指标。

3 矿床成因

伟晶岩在早前寒武纪变质岩区中均有分布，岁兴水库东伟晶岩脉侵入与新太古代盘道底中细粒条带状黑云角闪斜长片麻岩(～2429±14Ma)中，代表了古元古代花岗岩浆活动的最终端元产物[9]。

表2 帅家岩及会子湾石英—长石矿分析结果

伟晶岩的形成必须具备两个条件：一是物质基础，另一个是容矿空间。伟晶岩岩浆来源于深部的热液，容矿空间是裂隙。古元古代研究区经历了陆内裂陷槽沉积与陆内造山阶段，区域内整体呈拉伸环境，形成众多容矿构造。

在造山作用影响下，伟晶岩矿床由大量高挥发分花岗质岩浆在有利条件下经过缓慢、充分的结晶分异作用形成的[2，5]。挥发组分在成岩成矿过程中起到了至关重要的作用：高挥发组分降低了岩浆的粘度和结晶温度，有利于岩浆的运移和结晶分异；挥发组分热容量大，有利于高挥发分岩浆缓慢冷凝结晶形成伟晶结构。熔融体沿早期内构造裂隙侵位，由于地壳深部外压大于残余熔融体内压，形成相对封闭及较高温的物理化学条件，挥发分不易逸出。同时，挥发分的存在降低矿物结晶温度，结晶时间得到缓冲，随着温度逐渐下降，长石和石英等矿物逐渐分异结晶，最终成矿。

4 找矿标志

根据伟晶岩成因模式结合研究区伟晶岩的分布及产出特征，找矿标志总结如下。

(1)构造标志：各种松散片麻理带是矿产分布的有利位置，特别是近东西向和北东东—南西西向为石英—长石伟晶岩容矿场所。

(2)露头和滚石标志：伟晶岩矿体露头、近源残坡积以及附近河流中见各类伟晶岩滚石是最直接的找矿标志。

(3)遥感标志：在大比例尺、高分辨率遥感图像上，石英—长石伟晶岩散布在图像上形成灰白色调异常，为找矿指明方向。

5 找矿远景

本次研究仅在静乐一带进行踏勘，根据12个矿化点及2处矿体圈定结果，地表出露情况显示已初具规模，但是沿矿体延伸方向因残坡积松散层掩盖，尚需工程揭露控制，深部延深需进一步利用物探方法探测。

在本次研究区外围区域具相似成矿地质条件，至忻州南部豆罗乡一带尚有同类型伟晶岩未进行进一步工作，在静乐一带有较好的找矿远景。