貴州硅質原料類礦產地質特征及找礦方向

徐 瑤,陳啟飛,白培榮,李朝晉

(貴州省地質調查院,貴州 貴陽 550018)

貴州硅質原料類礦產主要為石英砂巖,其次為粉石英和脈石英。石英砂巖類產出層位最多,分布最廣,并得到廣泛開發利用。關于貴州該類礦產研究工作,貴州省地質礦產局(1986)編制的《貴州省區域礦產志》(內部發行)及其作者之一唐天永(1987)曾進行過貴州硅質原料礦產的成因類型的粗略劃分和論述。其后,劉龍材(1989)、馮懷煊(1993)、何明華(2004)、何登良(2014)、管俊芳(2007)、鄭江(2013)、李千(2017)、劉江(2020)、張與倫(2023)等先后對貴州局部地區或單個礦床的硅質原料礦產地質特征及開發前景等進行了論述。本文依托前人研究成果及《中國礦產地質志·貴州卷》研編項目,對貴州硅質原料類礦產種類、礦床類型及地質特征、找礦方向進行了系統分析研究,對該類礦產勘查開發具有一定啟示作用。

1 貴州硅質原料類礦產種類及礦床類型

硅質原料類礦產,在《礦產地質勘查規范 硅質原料類》(DZ/T 0207-2020)(下文簡稱《規范》)中指主要適用于玻璃、冶金、鑄型及部分陶瓷和高純石英的硅質原料,包括石英巖、石英砂巖、石英砂、脈石英和粉石英。該概念顯然包含了《硅石》(YB/T 526802014)中術語“硅石”(耐火材料、鐵合金、工業硅用硅石),并與非專業術語“硅石礦”的含義有大部分交集。因此,本文沿用術語“硅質原料類礦產”。同時,該《規范》還列出了該類礦產各礦種的礦床工業類型(表1)、工業用途分類(玻璃用、冶金用、鑄型用、陶瓷用等大類及若干亞類)及其工業指標要求等。

表1 硅質原料礦種及其工業類型簡表

將貴州實際情況與表1對照分析可知:①石英砂巖是貴州硅質原料礦產的主要礦種,其工業類型包含湖相碎屑巖沉積型、海相硅質巖沉積型,它們廣泛分布于貴州多個地層中;②粉石英較次,其工業類型為風化殘積型,在貴州零星分布;③脈石英更次,其工業類型主要為沉積巖中的淺成中低溫熱液充填型,而巖漿熱液型、混合巖化熱液型、偉晶巖型雖有發現但未作過系統勘查評價,無上表礦產地(即列入貴州省儲量平衡表的礦產地,下同);④石英砂在貴州有所發現,其工業類型有河成型、風成型,分別產于第四紀沖積層、殘坡積層中,但礦石質量較差,工業用途較少,有少量上表礦產地;⑤石英巖在貴州也有發現,如黔西南大廠層次生石英巖即為沉積成因的石灰巖及含凝灰質石灰巖經區域變質作用(強硅化作用)形成的,但未開展系統勘查工作,無上表礦產地。為此,本文把貴州硅質原料礦產中的石英砂巖、粉石英、脈石英作為主要研究對象,適當兼顧對其它礦種的討論。

遵循《中國礦產地質志·省級礦產地質志研編技術要求》(中國礦產地質志項目辦公室,2016)所列出的“中國礦產地質志”礦床(成因/工業)類型劃分方案,進行了貴州硅質原料類礦產的礦床(成因/工業)類型劃分(表2),并分別展開討論。

表2 貴州硅質原料類礦產主要礦床(成因/工業)類型劃分簡表

2 機械沉積型礦床(石英砂巖)

2.1 含礦層位及產出特征

2.1.1 河湖沉積礦床

主要產于二橋組(T3J1e)、沙溪廟組(J2sh),其次產于自流井組綦江段(J1-2z2)等。其中,二橋組為一套河湖相砂巖夾粘土巖及煤線地層,主要分布于道真—遵義—貴陽青巖—貞豐—興義一線及其以西地區。該組所夾的中厚層—塊狀細—中粒石英砂巖、巖屑石英砂巖、長石石英砂巖中,有一部分可作為硅質原料類礦產;沙溪廟組為一套河湖相地層,主要分布于黔北地區,夾有多層中厚層—塊狀細—中粒長石石英砂巖及少數中厚層—塊狀含長石中—細石英砂巖,可作為硅質原料類礦產;自流井組綦江段為一套大陸湖泊(濱湖—淺湖)相陸源碎屑巖沉積,主要在黔北地區,以及息烽附近,所夾中—厚層狀細粒石英砂巖、含鐵石英砂巖,可作為硅質原料類礦產。

2.1.2 濱?！侵蕹练e礦床

具體包括濱海相—三角洲相沉積形成的礦床,它們主要產于祥擺組(C1x)、獨山組(D2d)、蟒山組(D1-2m)、邦寨組(大河口組)(D2b)。其中,祥擺組(曾劃為舊司組)為一套濱海沼澤相石英砂巖夾粘土(頁)巖及數層無煙煤,主要在惠水—獨山—荔波一線及其以北地區,威寧黑土河—云貴橋一帶,夾有多層中厚層、厚層細至中粒砂巖、石英砂巖、石英巖狀砂巖,可作為硅質原料類礦產;獨山組宋家橋段為一套濱海相石英砂巖夾灰巖及粘土巖,分布于凱里—貴陽一帶,可作為硅質原料類礦產;蟒山組為一套石英砂巖及砂頁巖,夾有灰巖,分布于都勻—貴陽烏當—貴定一帶,赫章天橋—鐵礦山—狗飛寨一帶,可作為硅質原料類礦產;邦寨組(大河口組)為一套濱岸—三角洲相帶的陸源碎屑巖沉積,分布于黔南獨山一帶,下部夾有中厚層、厚層細粒石英砂巖,可作為硅質原料類礦產。

2.2 工業用途分類及產出特征

貴州省機械沉積型硅質原料類礦產,按用途可分為冶金用砂巖、化肥用砂巖、玻璃用砂巖、陶瓷用砂巖、鑄型用砂巖、水泥配料用砂巖、磚瓦用砂巖、建筑用砂巖等8個亞種,截至2022年,已探明礦產地107處,其中超大型礦床1處、大型礦床6處、中型礦床23處、小型礦床77處。各亞種的產出層位、分布區域及已上表礦產地數量等詳見表3。

表3 貴州機械沉積型硅質原料類礦產按用途分類統計表

通過綜合分析,主要認識如下:

第一,表3中所列各種用途礦產的含礦地層及已上表礦產地等,是根據已上2022年貴州省礦產資源儲量表的礦產地資料總結出來的,不能完全代表各種用途硅質原料類礦產的客觀情況。其原因主要有兩個方面,一是貴州現已開發利用者主要限于交通方便、靠近城鎮區域,并且主要限于部分含礦層位,不能反映貴州沉積型硅質原料類礦產含礦地層眾多、分布地域廣闊的客觀實際;二是對于硅質原料類礦產,盡管在全省已有廣泛勘查及開發利用,但可能較多礦產地沒有正規評審備案和匯交資料,從而難于客觀反映勘查開發現狀。

第二,機械沉積型硅質原料類礦產的用途分類,與巖石類型、礦床工業類型之間無逐一對應關系,因為用途分類是根據各類工業用途對礦石質量指標的要求劃分的,如SiO2、Al2O3、Fe2O3等多項化學成分指標,以及各種粒度比例、耐火度、吸水率,等等。工業用途不同,則工業指標要求也就不同。同一地層、同一巖石類型或礦床工業類型,可能同時符合作為多種用途的硅質原料類礦產。各用途礦產的工業指標詳見《礦產地質勘查規范 硅質原料類》(DZ/T 0207-2020)和《礦產地質勘查規范 石灰巖、水泥配料類》(DZ∕T0213-2020)。

第三,各種用途的硅質原料礦產與含礦地層巖性組合及沉積相密切相關。因為不同沉積相的硅質原料類礦產,其礦體特征和礦石質量各異,但有一定規律可循。例如:湖相碎屑巖沉積型砂巖,一般所形成的礦床規模較大(大型、中型),礦體形態為簡單、較簡單,礦石質量穩定。而濱海相硅質巖沉積型礦床則礦床規模更大(大型)、礦體形態更簡單、礦石質量更穩定——SiO2等化學組分含量更高,粒度分選更好。

3 風化型礦床(粉石英)

粉石英礦產在我國主要產于石炭系至二疊系,次為泥盆系。據龐世凱等(2020),我國粉石英礦產的90%以上產在茅口組(P2m)中,其粉石英的母巖是一種有糖粒狀微粒石英彼此鑲嵌組成的硅質巖石,該石英顆粒解體后即成粉石英。導致硅質巖解體的外因是風化作用,內因是硅質巖的結構構造。溫暖潮濕的氣候和平緩起伏的地形有利于硅質巖的風化。因此,粉石英主要產于我國南方各省。著名產地有江西宜春、萍鄉、安福等地,其中以宜春湖田粉石英質地最純。在貴州,粉石英礦產主要發現于茅口組(P2m)、吳家坪組(P3w),但具有找礦潛力者尚有較多地層。

3.1 吳家坪組

貴州吳家坪組中的粉石英礦床,主要發現于在貴定—麻江一帶,屬于風化殘積型礦床,既有風化礦床特征,也有沉積礦床的特征。論其成因,鄭江(2013)認為是吳家坪組二段的硅質灰巖、含燧石生物碎屑灰巖遭受第四系風化作用的改造,如溶蝕、淋漓,使巖石中的鈣、鎂質流失,從而導致石英晶粒解體,從而形成粉石英,并且殘留于原地富集成礦。

3.2 茅口組

貴州茅口組中的粉石英礦床,主要發現于金沙、遵義、織金等地,是茅口組中部(第二段或白泥塘層)所夾硅質灰巖、硅質巖及強硅化灰巖等遭受風化后硅質殘積成礦,其成礦作用過程類似于上述吳家坪組中的粉石英礦床。結合馮懷煊(1993)及龐世凱(2020)研究成果,金沙大水粉石英礦床是茅口組中上部硅質灰巖在強風化帶轉變成的白色、乳白色薄至中層狀粉石英礦體,該粉石英與其下部弱風化帶的硅石及更下部的基巖(硅質灰巖)常為漸變過渡關系,風化程度與裂隙發育程度和地貌位置關系密切。

3.3 其它地層

4 淺成中—低溫熱液型礦床(脈石英)

據顏玲亞等(2020),我國脈石英常與水晶伴生,其形成與熱液密切相關,脈石英礦分布廣泛,礦床規模以中、小型為主,礦床類型主要為巖漿熱液型、變質熱液型,少數為偉晶巖型。貴州省脈石英礦產也具有這些基本特征,但是礦床類型主要為淺成中—低溫熱液型礦床,其它類型很少并且尚無上表礦產地及查明礦產資源。

貴州淺成中—低溫熱液型脈石英礦床主要用于冶金、玻璃用。

其中,貴州省冶金用脈石英截止2022年上表礦產地共6處,均為小型,累計查明資源儲量178.37×104t,保有資源儲量169.67×104t。查明資源儲量集中分布于羅甸縣、遵義市、銅仁市、江口縣等地。以羅甸拱里冶金用脈石英礦床(小型)為代表。該礦床的脈石英礦石分別可作為單晶硅用硅石、光學水晶、熔煉水晶等,它們主要呈石英脈群產于斷裂破碎帶或節理裂隙中,容礦圍巖為中泥盆統獨山組薄層至中厚層細粒石英砂巖,少數呈殘留于原生礦附近的第四系殘坡積層中。貴州石英脈除獨立礦床外,還有與鐵礦共生者,如羅甸縣鳳亭鄉破屋鐵礦床(小型),其脈石英礦石產于斷裂帶中,部分礦石也經風化剝蝕后賦存在殘坡積層中。

貴州省玻璃用脈石英僅有1處上表礦產地,即印江縣新業干溪溝玻璃用脈石英礦床(小型),為產于元古界地層中的石英脈,具體情況不詳。玻璃用脈石英上表礦產地1處(印江縣干溪),累計查明資源儲量1.7×104t,保有資源儲量1.4×104t。

5 找礦方向分析

在上述研究認識基礎上,本文對貴州硅質原料類礦產的找礦方向分析如下:

第一,從礦種角度分析。根據貴州各種硅質原料類礦產的豐富程度,全省可供勘查開發的礦種主要是石英砂巖(主要包含石英砂巖、長石石英砂巖、巖屑石英砂巖三類巖石),其次是粉石英和脈石英。但是,石英砂和石英巖在貴州也有發現,可根據需要進行勘查。

第三,從工業用途角度分析。工業用途不同則工業指標各異,包括對礦石的多種化學組分和物理性能指標要求的不同,而礦石的化學組分和物理性能與其沉積環境及成巖期后變化、保存條件等有密切聯系,因此確定其找礦方向時應充分研究和考慮這些地質因素,而不要局限于前人已經開發利用的那些含礦地層。關于如何具體確定找礦方向,因其情況較為復雜,不宜在本文逐一展開論述。

第四,從地理—交通—環保角度分析。貴州省硅質原料類礦產的含礦地層眾多,地理分布極廣,找礦潛力巨大,找礦目標很多。為此,在具體確定找礦方向時,應根據所勘查礦種的技術經濟屬性,綜合考慮地理位置、交通條件、環境保護等因素,不能僅僅考慮地質因素。

6 結論

通過本文分析研究,重點獲得以下新認識:

(1)貴州硅質原料類礦產的種類主要有石英砂巖,其次有粉石英和脈石英,均有較多勘查成果,尤其是石英砂巖類礦產。石英巖和石英砂少見,尚無正式勘查成果記載。

(2)貴州硅質原料類礦產的主要礦床(成因/工業)類型包括機械沉積型礦床(石英砂巖,細分為河湖沉積礦床和濱海沉積礦床兩個亞類)、風化型礦床(粉石英)、淺成中—低溫熱液型礦床(脈石英)。它們的成礦作用及含礦地質體(地層或構造)、分布區域、礦床地質特征等各不相同。

(3)在以上研究成果基礎上,先后從礦種、含礦地層及沉積相、工業用途、地理—交通—環保等角度,進行了貴州硅質原料類礦產的找礦方向的概略分析,可供該類礦產的區域找礦工作參考。