硅灰石矿床地质
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发布时间：2022-04-20 21:54
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时间：2023-07-12 21:31
一、成矿地质条件
硅灰石是典型的变质矿物。石灰岩或含硅石灰岩，在高温接触变质作用或区域变质作用下，通过CaCO3+SiO2→CaSiO3+CO2↑反应生成硅灰石。在区域变质岩系里，硅灰石主要出现在低压相区，按温度上升顺序，出现透闪石→透辉石→硅灰石(+钙铝榴石、钙铁榴石)系列。中高压相区很少出现硅灰石。硅灰石主要形成于接触变质作用，是不纯灰岩或钙质砂岩与岩浆侵入体接触带上常见的矿物，常和透辉石、钙铝－钙铁榴石以及符山石共生。具有工业意义的硅灰石矿床均属变质成因。
图11－1 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2的反应曲线
对于硅灰石的形成条件有很多研究。根据硅灰石中包体均匀法测温，确定硅灰石形成温度大约在300～500℃之间，安徽狮子山硅灰石包裹体测温获得的最高值为650℃。压力条件对硅灰石的生成十分重要，除压力增高导致生成温度升高外，生成硅灰石的化学反应因压力过大使CO2难以逸出，而不能进行。根据巴特尔、哈克和吐特尔等的研究，低的pCO2对硅灰石的形成特别重要(图11－1)。在pCO2局部降低的地段，硅灰石在变质岩中呈脉状或薄层状产出。根据曲元贵(1998)等对吉林长葳子硅灰石矿床的研究，矿床形成时上覆岩层厚度约2500～3000m，成矿时压力为(625～700)×105Pa。
最具工业意义的硅灰石矿床是接触变质矿床，这些矿床的形成和分布，明显受岩浆岩活动和围岩岩性的控制，其次与接触带构造也有关系。
1.岩浆岩条件
岩浆的侵入带给围岩以巨大热能，近岩体围岩温度可升至500～550℃。如果岩浆侵入体侵位于中深或浅深环境，且围岩岩性有利时，通过热接触变质作用或接触交代变质作用，可形成硅灰石矿床。与硅灰石矿床有关的岩浆岩，主要是正常系列的中酸—酸性岩，如花岗闪长岩、花岗岩和石英闪长岩，以及它们的浅成相岩石。此外，斜长岩、闪长岩和偏碱性的岩浆岩，也有与硅灰石矿床有关的。这些岩体侵位于中深至浅深，甚至超浅深。我国已发现的硅灰石矿床，与华力西期和燕山期的中酸—酸性岩浆岩关系最密切。
2.围岩条件
与硅灰石矿床有关的围岩主要为碳酸盐岩和钙质砂岩，以及它们的区域变质岩石，包括石灰岩、燧石灰岩、硅质灰岩、白云质灰岩、泥灰岩和大理岩。热接触变质硅灰石矿床的形成及规模、产状与空间分布，明显受围岩岩性的控制。矽卡岩型的硅灰石矿床，也受石灰岩中燧石等硅质成分的控制，硅质既来自岩浆，也可来自围岩，矿体分布于一定层位。围岩岩性还决定了矿石的矿物组合和矿石类型，对于矿石的利用有重要影响。我国已发现的硅灰石矿床，围岩均属石炭系和三叠系的碳酸盐岩。
3.构造条件
与硅灰石矿床关系最密切的构造是接触带构造、围岩层间裂隙和捕虏体构造，后者常形成优质硅灰石矿。褶皱构造轴部断裂、裂隙较为发育，有利于岩浆侵入或有利于气液流体的活动及交代作用的进行，在合适的围岩中形成矿床。
4.变质作用条件
矽卡岩型和热接触变质型硅灰石矿床，均位于热接触变质晕圈范围以内。变质作用的类型不同，形成不同类型的矿石和矿床，且具有不同的矿物组合和产状特征。变质作用的温度和压力是成矿最主要的条件，硅灰石形成于低压高温变质作用条件下。
二、主要成因类型及矿床地质特征
1.接触交代型硅灰石矿床(矽卡岩型)
这类矿床是由岩浆侵入体提供的富含SiO2的流体，在接触带附近发生双交代作用和接触渗滤交代作用，形成硅灰石矽卡岩，其中硅灰石达到工业要求时，构成矽卡岩型硅灰石矿床。
图11－2 湖北大冶冯家山硅灰石矿区剖面图
矿床多产于中酸性—酸性岩浆岩与碳酸盐岩或钙质砂岩的接触带，少数产于侵入体或围岩中。矽卡岩体常具明显的带状构造，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矽卡岩矿物带的外侧，与大理岩带相过渡。其分带顺序从侵入体向外一般为:矽卡岩化侵入岩带—石榴子石矽卡岩带—透辉石矽卡岩带—硅灰石矽卡岩带—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。若干矿体组成矿带，沿接触面展开。矿体长几十到几百米，厚十几厘米到20m或更厚，矿带可延伸几千米。矿石的矿物组成主要有硅灰石、透辉石、石榴子石，其次有少量石英、方解石等，有时还含有Fe，Cu硫化物等热液矿物，含矿率30%～90%。
矿床实例:湖北大冶硅灰石矿床
我国湖北大冶一带的硅灰石矿床，产于华力西期花岗闪长岩、花岗闪长斑岩与二叠系、三叠系石灰岩和白云质灰岩的接触带上(图11－2)。矿石除硅灰石外，尚有透辉石(5%～25%)，石榴子石(少量～20%)，以及少量方解石、石英等，常伴生有黄铜矿、黄铁矿、辉铜矿、磁铁矿、蓝铜矿和孔雀石等矿物。有时硅灰石为脉石矿物，可自铜矿尾砂中选出综合利用。按照矿体产状又分为内接触带、外接触带和残留体－捕虏体三个亚类。内接触带矿体产于主岩体与围岩石灰岩接触带内，矿体平行接触面呈似层状或大透镜体状，规模大，含矿率较高。外接触带矿体产于小岩枝，插入石灰岩的上、下盘矽卡岩带中，矿体呈扁豆状。捕虏体式矿体的含矿率高，质量较优。本区也产有热接触变质型硅灰石。
2.接触热变质型硅灰石矿床
矿床产于岩浆岩与碳酸盐岩外接触带角岩化－大理岩化蚀变带中，一般距侵入岩体几十米至千余米。与矽卡岩型硅灰石矿床不同的是，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，矿石不具交代结构。因此，矿体的形态、产状和空间分布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。
矿体产于外接触带含硅质的石灰岩内，矿体形态、产状和空间分布，在热变质晕圈内严格地受地层控制，而与矽卡岩无关。矿石矿物成分简单，除硅灰石外尚有较多的方解石，有时还有透辉石和石榴子石等。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，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*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。
矿床实例:吉林磐石*崴子硅灰石矿床
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，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(图11－3)。
图11－3 长崴子硅灰石矿区地质图据于显生等，1983)
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。区内矽卡岩化较弱，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(图11－4)。
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结构、花岗变晶结构、纤维柱状变晶结构、放射状变晶结构及斑状变晶结构等。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:SiO247%～58%，CaO38%～47%，Al2O30.2%～1.07%，MgO0.63%～1.55%，Fe2O30.06%～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，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。
图11－4吉林省磐石*崴子硅灰石矿地质剖面图
3.区域变质型硅灰石矿床
矿床主要分布于古老的区域变质岩区，产于区域变质片岩－大理岩系中。由于原岩为硅镁质的白云岩、石灰岩，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，在压力相对降低的条件下，产生岩石再造作用而形成硅灰石矿。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此类型矿点。
三、资源分布
世界上硅灰石资源主要分布在印度、中国、墨西哥、美国、俄罗斯、芬兰等国。其中亚洲占世界探明储量的63.9%，北美洲占世界探明储量的35%。
我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。我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:浅成至中成花岗斑岩、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。
我国的硅灰石储量集中分布在吉林、云南、江西、青海、辽宁5省，上述5省拥有的硅灰石资源储量约占全国的90%。至2005年底，我国共查明资源储量14392万t。查明可供硅灰石产地39处，查明资源可供储量为8823.4万t(图11－5)。
图11－5 中国硅灰石矿床分布示意图
