我国脉石英矿床类型及成矿规律
颜玲亚1，高树学1，陈正国2，焦丽香1，詹建华3，周雯1，陈军元2，欧阳友和1，刘艳飞1
2 中国建筑材料工业地质勘查中心
3 中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队
脉石英是高纯石英理想的矿物原料之一。高纯石英是重要战略性原材料，广泛应用于信息技术、新能源、新材料、高端制造等战略性新兴产业领域，部分欧洲国家已将高石英原料列为限制出口他国的重要战略资源。我国是高纯石英消费大国，年均增速高达10%以上，90%高纯石英依赖进口。
脉石英在我国分布广泛，主要分布于东秦岭—大别、安徽旌德—青阳—浙江安吉、武功山—武夷山—赣南隆起、上扬子东部—龙门山—大巴山(陆缘坳陷)、东海—赣榆、鲁西隆起等16个脉石英成矿区带，参见下图和下表。
1成矿区带编号,2成矿区带界线,3行政区界线,4水晶矿产地,5大型脉石英 矿,6中型脉石英矿,7小型脉石英矿,8断裂及编号,9脉石英成矿区带及编号
我国脉石英成矿区带划分表（高树学等，2020）
我国脉石英矿床规模以中、小型为主，且贫矿多，富矿少，矿石平均品位仅为97.46%，可以满足制作高纯石英的矿产地仅占脉石英资源储量的7.81%，亟需勘查发现规模更大品质更优的脉石英矿床，为战略性新兴产业发展提供高纯石英原料保障。
颜玲亚等在中国地质调查局等项目资助下，分析研究了中国脉石英矿床的类型，系统总结了脉石英成矿规律，提出了脉石英“三位一体”找矿预测地质模型。研究成果具有找矿指导意义，为脉石英矿床找矿勘查和成矿理论研究提供了重要参考。
0 引言
高纯石英是SiO2含量＞99.9%的石英砂，广泛应用于新一代信息技术产业、高端装备制造产业、新材料产业、生物产业、新能源汽车产业、新能源产业、节能环保产业、数字创意产业、相关服务业等领域。高纯石英产业发展对高纯石英原料资源保障提出了迫切需求。脉石英由于SiO2含量高，Fe2O3含量较低，不易作为一般硅质原料利用，是加工高纯石英理想的矿物原料之一。我国脉石英矿床贫矿多，富矿少，矿床规模以中、小型为主。矿石平均品位仅为97.46%，可以满足高纯石英及以上的矿产地约占脉石英资源储量的7.81%。汪灵对石英的矿床工业类型与应用特点进行了研究，提出脉石英主要用于硅微粉（SiO299%〜99.9%）、高纯石英（SiO2>99.99%）等产品，以及石英板材、金属硅等，位于应用领域的最高端。过去关于脉石英成矿规律研究文献寥寥无几，王登红等对苏北榴辉岩水晶的形成时代进行了研究，得出东海水晶形成于印支期；詹建华等开展了全国高纯石英资源潜力评价，划分了10个高纯石英（含脉石英）成矿远景区；高继辉、周冬冬、程奋维等分别对山东临沂地区、湘西南遂宁地区、新疆白尖山地区脉石英特征进行了总结分析。总体看，我国脉石英成矿理论研究较薄弱，前人研究成果多局限于某一地区的规律研究，全国性脉石英成矿规律、成因类型研究不系统、不全面，本文重点分析了脉石英矿床类型，总结了脉石英成矿规律，为脉石英成矿理论研究及找矿勘查提供参考。
1 脉石英矿床类型及典型矿床
脉石英常与水晶伴生，其形成与热液密切相关。根据已有的研究成果，脉石英是由岩浆作用或变质作用（或混合岩化）产生的富硅的热液充填于裂隙，冷却形成。此外在伟晶岩脉中含有脉石英，并与钾长石、云母伴生。脉石英矿床类型可划分为岩浆热液型、变质热液型和伟晶岩型三种成因类型，以岩浆热液型、变质热液型为主。脉石英矿主要见于变质岩区或花岗岩发育地区，同一地区脉石英常是几种成因共同作用，既有变质热液型，也有岩浆热液型和伟晶岩型。
（1）岩浆热液型：以花岗岩浆为主，主要为岩浆热液活动晚期的产物，由岩浆频发活动，在某些特殊的环境下，产生富SiO2流体，并伴有大气降水和地壳中的物质，沿构造裂隙运移，最终沉淀结晶，形成脉石英矿。主要发育富H2O的气液两相包裹体和纯液相包裹体，偶尔可见含子晶的水溶液包裹体，而缺乏富CO2的包裹体。围岩一般为岩浆岩或产于岩浆岩与围岩接触带，围岩常发生泥石化、绢云母化、硅化、黄铁矿化、辉钼矿化，蚀变宽度约0.5〜lm。如：湖北蕲春灵虬脉石英矿属岩浆热液矿床。由吕梁期花岗岩浆分异出富含SiO2的热液，顺层理贯入于中元古代红安群黑云母斜长片麻岩、花岗片麻岩和角闪岩中，形成脉状石英矿体。矿石中SiO2含量99.35%左右、Al2O3含量＜0.5%，Fe2O3含量0.02%，矿石化学成分稳定，质量优良。
（2）变质热液型：以区域变质或混合岩化作用产生的热液为主。强烈的岩浆活动及构造运动为变质作用提供热源，含水的火成岩和基底原岩受变质作用时，释放出大量的水而形成变质热液，这些含矿溶液受构造应力作用沿韧性剪切带运移，由于温压条件的变化，SiO2过饱和形成沉积，形成脉石英矿。成矿流体一般为低盐度、富CO2的流体包裹体。赋矿围岩一般位于前寒武纪变质作用强烈地区。围岩一般为片麻岩、榴辉岩等，脉石英与围岩之间常夹有云母片岩。如：东海脉石英产于榴辉岩和片麻岩之间及其二者之间构造裂隙中，总体上脉石英受构造控制。其形成与板块折返有关的重结晶和退变质有关。脉体较大时，蚀变有分带现象，从里向外为蛭石化、绿帘石化、绢云母化、白云母化、高岭土化、硅化等。一般脉石英厚度小于0.5m时基本无蚀变边，与围岩界线清楚。
（3）伟晶岩型：伟晶岩型脉石英形成于花岗岩顶部稳定构造环境中，由周围花岗岩再结晶和组成花岗岩的矿物组分的分解作用而成。伟晶岩型脉石英矿常与钾长石和云母伴生。代表性矿床为山西省闻喜县文家坡长石矿（伴生脉石英）、江西省万田钾长石矿（伴生脉石英）、湖北省大悟县刘家冲云母矿（伴生脉石英）。矿床规模多为小型，经济意义较小。
该矿床属变质热液型脉石英矿床，位于南大别高压—超高压变质带与宿松变质杂岩分界的太湖—马庙韧性剪切带内，其成矿受韧性剪切带及脆性断裂共同控制。赋矿围岩为古元古代大别山岩群桥岭组黑云斜长片麻岩。分东西两个矿段，其中东矿段矿体长165m，宽70-23m；西矿段矿体长140m，宽72m，矿石的矿物组成主要为石英，含量多数在98%〜99%以上，平均98.76%。部分矿石含有少量白云母、钾长石，含量在1%-3%。该矿床脉石英矿石经浮选后SiO299.92%，Al2O30.0074%、Fe2O30.0017%，达到高纯石英的质量要求。根据石英流体包裹体分析发现，白石山脉石英矿石中流体包裹体成分主要为H2O和CO2，均一温度为170〜200℃，盐度（NaCl）为2%〜16%，具有明显的变质热液特征。
成矿模式：早期形成韧性剪切带，然后经历榴辉岩相、角闪岩相退变质作用，产生大量的SiO2溶液，经历北东向左型韧性剪切变形，这些含矿溶液受构造应力作用沿韧性剪切带运移，在脆韧性转换的部位岩性界面附近由于温压条件的变化，SiO2过饱和形成沉积，最终形成了白石山脉石英矿，在矿体形成后受到了北西向断裂构造的破坏。
该矿床属岩浆热液型脉石英矿床，位于鲁西隆起脉石英成矿带，呈脉状赋存于傲徕山超单元松山单元弱片麻状二长花岗岩中。发现脉石英矿体4余处，矿体多呈复合透镜状、脉状，常成群成组分布，规模较大的主矿体两侧可见近于平行分布的脉石英细脉；单矿体形态呈不规则的脉状或透镜状，部分呈囊状或串珠状，走向多为北西向或北东向，与区域构造线方向一致，倾角多为高角度70°〜90°，脉宽为1〜6m，长度一般50〜1300m。矿石自然类型为含晶脉石英、乳白色脉石英。SiO2含量99.09%〜99.63%、平均99.28%，Al2O3含量0.31%，Fe2O3含量0.112%。包裹体均一温度最低85℃，最高312℃，以110〜150℃居多，表明区内脉石英成因为低温岩浆热液型。
成矿模式：新太古代吕梁期地壳物质熔融岩浆大面积上侵，形成富硅热液，为脉石英的形成提供了物质来源；同时伴有强烈的构造运动，形成北西走向的右行平移变形及北北东走向的左行构造裂隙，为区内富硅热液运移及脉石英的形成提供了运移通道及容矿空间，富硅热液在构造裂隙中运移、沉淀，在岩浆期后，因压力、温度骤降形成脉石英（图1）。
图1岩浆热液型脉石英成矿模式图
1花岗岩，2花岗闪长岩，3脉石英矿体，4岩浆期后热液，5断层，6韧性剪切带，7地质界线
2 脉石英成矿规律
由于石英中各种微量元素的含量很低，其同位素的测定工作很难开展，同位素年龄的测定数据文献较少。江苏东海一带水晶矿形成于印支晚期。河南栾川脉石英为燕山期岩浆热液活动的产物。大别山东段地区脉石英矿形成于燕山期。山东鲁西、湖北蕲春灵虬地区脉石英矿形成于太古代—元古代吕梁期。根据典型矿床研究，我国脉石英矿主要形成于太古代、元古代、印支期和燕山期。
脉石英主要产于板块之间、构造造山带、岩浆活动发育地区、区域变质作用强烈地区。矿床呈脉状产于富硅的变质岩、花岗岩和沉积岩建造中，或产于岩浆岩与围岩接触带。在相对稳定的构造中形成石英脉体，形态简单，分异程度高，矿石富集；在各类花岗岩类岩石中，岩体愈大，石英脉多，分布范围也广。地质年代古老的矿床规模大，矿石质量好。
赋矿围岩时代为太古代、元古代至早古生代，主要集中在太古代和中新元古代（表1）。赋矿围岩主要为富硅的变质岩建造、中酸性侵入岩建造和沉积岩建造。主要变质岩建造为片麻岩、榴辉岩、斜长角闪岩、黑云片岩等，围岩颜色较深；各类花岗岩建造为花岗岩、花岗闪长岩，围岩颜色较浅。沉积岩建造为各类砂质板岩、变长石石英岩、砂岩建造。尽管脉石英赋存于含硅的各类围岩中，但脉石英形成主要受构造控制和热液控制。在区域上，脉石英往往成群出现，一般矿体规模较小，矿脉围岩常见有黑云母化、绢云母化等蚀变现象。
表1 我国脉石英主要赋矿围岩特征
脉石英成矿物质来源主要为富硅的岩浆热液及变质（混合岩化）产生的热液。变质热液型脉石英主要成矿物质来源为富含硅质成分的片麻岩建造在经历榴辉岩相退变质及角闪岩相退变质过程中形成的大量富硅热液。岩浆热液型脉石英主要成矿物质来源为中酸性岩浆侵入时所形成的岩浆期后热液，同时在流体运移过程中，混入了大气降水和少量地壳中的物质，并在合适的容矿空间沉淀下来形成脉石英矿。如河南栾川脉石英为岩浆热液活动的晚期产物，脉石英矿硅同位素研究，δ30Si为0.1‰〜0.5‰，与附近泥湖、骆驼山金属矿区石英脉和南泥湖岩体的一致，而且符合热液成因中石英的硅同位素组成-1.5‰〜0. ‰，表明成矿物质主要来源于岩浆热液。
热液矿床分为高温热液矿床、中温热液矿床、低温热液矿床。高温热液矿床，形成温度600〜300℃，压力（2〜10）x107Pa，形成深度4.5〜1km，但浅成高温热液矿床形成深度＜1km，压力＜2x107Pa；中温热液矿床，形成温度300-200℃，压力（1-5）x107Pa，深度2-0.5km；低温热液矿床，形成温度200〜50℃，压力＜107Pa，形成深度大多在几百米至地表范围内。脉石英主要为中—低温热液成因。对流体包裹体均一温度的测试，可大致反映成矿流体的温度。鲁西隆起带沂水关顶地区脉石英流体包裹体（主要成分H2O、CO2）温度为160〜266℃；湖南遂宁脉石英15件样品流体包裹体（主要成分H2O、SO2、N2、CO2、CH4）温度为255〜360℃；河南栾川脉石英6件样品流体包裹体（主要成分H2O）均一温度为100〜160℃；安徽白石山脉石英矿石中流体包裹体（主要成分H2O，CO2）均一温度为170〜200℃。脉石英成矿温度一般低于400℃。但东海地区脉石英形成温度为400〜500℃，气液包裹体少，质量好。
以东海石英为例，深层石英矿要好于浅成石英。东海地区石英矿在成矿过程中受到了比其他地区更高的温度和压力所致。深层石英表现为气液包裹体较少，石英透明—半透明状，晶粒结构完整且致密，裂隙少，质量好；东海及周边地区的浅层石英从外观具有多裂隙、多条带状色差等多种石英缺陷。因此脉石英形成温度、压力、深度是评价脉石英质量的重要因素。
3 脉石英找矿地质模型
成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征为基础的找矿预测地质模型，简称为“三位一体”找矿预测地质模型。根据脉石英成矿体、成矿构造、矿床特征，总结了脉石英“三位一体”找矿预测地质模型（表2）。
表2 脉石英“三位一体”预测地质模型
4 结论
(1)我国脉石英矿床分布广泛，以中小型矿床为主，主要分布在江西、四川、安徽、黑龙江、新疆、陕西、浙江7个省份，约占总资源储量的84.74%，其他地区仅占15.26%。
(2)脉石英成因类型分为岩浆热液型、变质热液型、伟晶岩型三类，以岩浆热液和变质热液型为主。主要产于板块之间、构造造山带、岩浆活动发育地区、区域变质作用强烈地区，其中秦岭—大别造山带、苏鲁造山带是脉石英矿主要的成矿构造单元。
(3)总结了脉石英成矿规律，是由岩浆作用或变质作用(或混合岩化)产生的富硅的热液充填于裂隙，冷却形成。成矿温度一般为中—低温。发生于岩浆期后热液及退变质作用阶段。
(4)背斜核部张性构造破碎带、节理、裂隙等是脉石英主要控矿构造。石英不易风化，石英脉呈正地形，常形成岭地、高地、突然隆起部位，这些特征是脉石英主要找矿标志。
(5)脉石英形成温度、压力、深度是评价脉石英质量的重要因素。一般而言，形成温度较高、形成深度较深、压力较大的脉石英好于浅成及低温脉石英。
（1）颜玲亚,高树学,陈正国,焦丽香,詹建华,周雯,陈军元,欧阳友和,刘艳飞. 我国脉石英矿床类型及成矿规律. 中国非金属矿工业导刊. 2020年第5期，总第143期.
（2）高树学,颜玲亚,陈正国,詹建华,焦丽香,周雯,韩兰臻. 我国脉石英成矿区带初步划分. 中国非金属矿工业导刊. 2020年第5期，总第143期.
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