杨贺杰，胡 伟
(1.河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州 450016；
2.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450016)
硅灰石具有针状晶体、低热膨胀系数、低吸油率、色白、绝缘性好、高温化学性质活泼等特点，主要应用在陶瓷工业、炼钢连铸保护材料、制光盘材料、隔热材料、填料工业等领域，低品位的硅灰石可作为水泥的粘土质配料，部分优质硅灰石可作玉石材料。我国硅灰石矿资源较丰富，主要分布在吉林、云南、辽宁、青海、江西、河南，占全国总量的80%[1-3]。
鲁山县是河南硅灰石矿的重要目标区域，其已查明的东银洞沟硅灰石矿矿床规模达大型[4]，本文在前人工作基础上，通过对东银洞沟硅灰石矿地层、构造、岩浆岩等地质特征进行总结，重点分析本区控矿因素，探讨了东银洞沟硅灰石矿的矿床成因，并总结了找矿标志，同时对矿区周边的找矿前景做出初步分析，旨在为本地区同类型矿床的勘查提供参考。
研究区位于华北地台南缘、华北地层区豫西分区渑池—确山小区内。区内出露主要为第四系(Q)、中元古界熊耳群马家河组(Pt2m)及鸡蛋坪组(Pt2j)浅变质火山岩系[5-6]。燕山晚期熊背花岗岩体出露于研究区的南部，与中元古界熊耳群马家河组(Pt2m)呈侵入接触(图1)。
图1 区域地质图
马家河组(Pt2m)：分下段和上段，厚4 000多米。马家河组下段(Pt2m1)：出露于区域北部，厚度约3 000余米。岩层产状一般较平缓，倾角30°～50°，岩性较复杂，岩石颜色一般较深。主要岩性为安山岩、杏仁状安山岩夹少量玄武岩、英安岩及粉砂岩、泥岩。底部为砾岩、含砾长石砂岩、粉砂岩及粉砂质泥岩等。马家河组上段(Pt2m2)：分布在李沟背斜的南北两翼及其东北部，厚约1 000多米。主要岩性为英安岩、长石石英砂岩、长石砂岩、粉砂岩及矽卡岩。
鸡蛋坪组(Pt2j)：主要分布于区域的西北部，主要岩性为英安岩，夹薄层粉砂质泥岩，厚约500m。
区域以南的燕山晚期熊背花岗岩体与马家河组上段呈侵入接触，岩性为斑状二长花岗岩。
2.1 地层
矿区出露地层从老到新主要为中元古界熊耳群马家河组上段(Pt2m2)英安岩、粉砂岩及矽卡岩，第四系(Q)冲积砂砾岩、砂土、亚砂土。硅灰石矿体产于中元古界熊耳群马家河组上段矽卡岩体内(图2)。
图2 东银洞沟硅灰石矿区地质简图
矽卡岩矿物成分较复杂，矿物成分主要有硅灰石30%、透辉石20%、透闪石18%，其次有钙铝榴石15%、石英10%，还有少量的方解石、绿帘石等。具不等粒粒状变晶结构，块状构造。
2.2 构造
区内构造比较简单，区内为一个开阔平缓的倾伏小背斜，断裂构造不发育。
背斜轴部位于里沟一带，走向近东西，向北东倾伏，南翼地层倾向南东，产状130°～150°∠30°～50°；
北翼地层多倾向于北东，产状20°～50°∠30°～45°。硅灰石矿产于背斜的南翼和倾伏端。
2.3 岩浆岩
区内岩浆活动比较强烈，里沟背斜的南翼及其西端直接与燕山期熊背花岗岩体呈侵入接触。岩性为斑状二长花岗岩，矿物成分由斑晶条纹长石20%、更长石45%、钾长石10%、石英20%及黑云母3%、角闪石2%等组成，磁铁矿、榍石、磷灰石微量；
具似斑状结构，基质为花岗结构，块状构造。
硅灰石矿的形成与燕山晚期花岗岩浆的侵入接触及热液交代变质活动密切相关。东银洞沟硅灰石矿产于熊耳群马家河组上段(Pt2m2)粉砂岩与熊背斑状二长花岗岩外接触带上，在侵入接触交代成矿过程中，花岗岩中的SiO2通过交代碳酸盐岩中钙而形成的硅灰石矿，硅灰石矿体构成矽卡岩的组成部分。
3.1 矿体特征
区内共圈出矿体4个，矿体形态一般呈层状、透镜状或不规则状(表1)。
表1 矿区主要矿体特征一览表
Ⅰ号矿体呈层状，是矿区的主矿体，位于里沟背斜的南翼，出露形态因受构造及地形切割的影响呈中部南凸。东部倾伏，西部翘起的亚葫芦形(图3)。近东西向延伸长650m，宽40～160m，东宽西窄，产状130°～150°∠30°～50°，其倾向由南东向南偏转，西段偏转明显。矿体厚一般30～50m，平均厚38.26m，最大可见厚度达92.86m，厚度变化系数65.35%，东部及中部厚度较大，西部较薄。矿体延深较不稳定，东部延深约85m，西部较浅约40m，赋存标高125～259m。矿体品位96.36%～35.00%，平均品位61.90%，品位变化系数17.46%。矿石类型主要为硅灰石—透辉石型。
图3 东银洞沟矿区Ⅰ号矿体0线地质剖面图
Ⅱ号矿体位于Ⅰ号矿体的北东部，属里沟背斜北翼的一部分，呈近南北向展布，出露长400m，宽40～150m，平均厚度25.08m，厚度较为稳定，厚度变化系数21.65%，矿体延深大于80m，矿体赋存标高为181～245m。产状20°～50°∠30°～40°，矿体形态呈层状。矿体最高品位86.30%，最低品位36.58%，平均品位67.39%，品位变化系数16.31%。矿石类型主要为硅灰石—透辉石型。
Ⅲ号矿体位于Ⅰ号矿体的北西部，里沟背斜北翼的仰起端，为一透镜状小矿体。出露形态长条状，北西—南东向展布，长244m，宽30～60m，厚20.48m，厚度变化系数14.81%，延深大于80m，矿体赋存标高206～283m。产状20°～30°∠45°～60°。矿体最高品位86.38%，最低品位35.58%，平均品位68.48%，品位变化系数20.21%。矿石类型主要为透闪石—硅灰石型。
3.2 矿石特征
(1)矿石类型。
按矿石的主要矿物组合划分，该矿床矿物组合主要有三种类型，以硅灰石—透辉石型为主，其次有透闪石—硅灰石型、透辉石—硅灰石型。
按矿石结晶程度划分，有粗晶硅灰石矿石和微晶致密块状矿石。粗晶矿石主要分布于Ⅰ号矿体和Ⅲ号矿体，微晶致密块状矿石主要分布于Ⅱ号矿体。
矿石结构主要有纤状、束状—放射状变晶结构，柱粒状、粒状变晶结构，包含变晶结构等。以纤状、束状—放射状变晶结构为主。矿石构造主要为块状构造，局部可见条带状构造。
(2)矿石矿物成分和化学成分。
矿石物质成分较复杂，主要矿物有硅灰石、透辉石、透闪石及石英，其次有钙铝榴石、方解石、萤石、绿帘石、硅镁石等。它们与原岩物质化学成分及岩浆热液作用关系密切，往往相伴产生。
硅灰石—透辉石型：主要为矿区的Ⅰ、Ⅱ号矿体。硅灰石呈白色，以纤维状、针柱状为主，少数为板柱状，是该类型矿石的主要有益组分之一，含量较高，占有益矿物组分的60%左右，但含量变化也较大。透辉石呈白色、浅绿色，以柱粒状、粒状为主，含量也较高，占有益矿物组分的30%左右。石英、钙铝榴石、方解石约占矿石含量的40%，在矿体中分布不均匀，其中石英含量约占12.48%、石榴石约占20%、方解石约占5%。萤石、硅镁石、绿帘石一般含量较少或微量，分布较不均匀。
透闪石—硅灰石型：主要为矿区Ⅲ号矿体。透闪石呈白色，以纤维状及柱状为主，亦是矿石的主要有益组分之一，含量占有益组分的15%左右，含量变化也较大。硅灰石呈白色，以纤维状、针柱状为主，少数为板柱状，是该类型矿石的主要有益组分之一，含量较高，占有益矿物组分的60%左右，但含量变化也较大。萤石、硅镁石、绿帘石一般含量较少或微量，分布较不均匀。
透辉石—硅灰石型：主要为矿区Ⅳ号矿体。透辉石呈白色、浅绿色，以柱粒状、粒状为主，含量也较高，占有益矿物组分的40%左右。硅灰石呈白色，以纤维状为主，少数为针柱状、板柱状，是该类型矿石的主要有益组分之一，含量一般，占有益矿物组分的50%左右，但含量变化也较大。萤石、硅镁石、绿帘石一般含量较少或微量，分布较不均匀。
矿区矿石有用组分简单，除硅灰石矿物外，尚未发现其他有益组分可综合利用。矿石主要化学成分为 SiO2、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、CO2，其 SiO2、CaO含量较高，而有害杂质Fe2O3等的含量低，矿石质量较好。矿石化学成分见表2。
表2 矿体化学成分统计表 (单位：%)
(3)矿石品位。
Ⅰ号矿体：矿石中有益组分硅灰石最高含量96.36%、最低35%，平均65.97%，硅灰石品位变化系数17.46%；
限量矿物方解石3.88%、石英12.48%；
有害组分Fe2O32.14%。矿体在走向上，东部矿石有益组分含量最高，中西部有益组分含量最低。矿体在倾向上部及下部矿石有益组份含量较高，中部矿石有益组份含量略低。
Ⅱ号矿体：矿石中有益组分硅灰石最高86.3%、最低36.58%、平均67.39%，略高于Ⅰ号矿体品位，硅灰石品位变化系数16.31%；
方解石0.42%，石英24.87%，Fe2O32.39%。矿体在走向上北中部矿石品位高于南部，中下部好于上部。
Ⅲ号矿体：矿石有益组份硅灰石最高86.38%，最低35.58%，平均68.45%，硅灰石品位变化系数20.21%；
方解石0.92%，石英14.18%，Fe2O32.32%。矿体在走向上无明显变化，倾向上中下部好于上部(表3)。
表3 矿体矿物组分统计表
Ⅱ～Ⅳ号矿体：为地表工程分析结果，SiO2、Fe2O3、MgO均高于Ⅰ号矿体，CaO含量偏低。这些差异一方面说明地表CaO的流失贫化，SiO2、Fe2O3的次生富集与地球化学作用有关外，另一方面MgO含量的偏高，反映了其物质成分及化学成分的不同，也是这些矿体中透辉石、透闪石矿物较高的原因。
3.3 围岩及夹层特征
矿体围岩为与硅灰石矿体同一层位的中元古界熊耳群马家河组上段(Pt2m2)粉砂岩，矿体顶底板均为粉砂岩，局部蚀变为角岩，岩性较单一，层位稳定。
矿体夹层主要为粉砂岩，经变质为角岩或含硅灰石矽卡岩，Ⅰ号矿体夹层有三处，呈层状、透镜状。厚3.81～13.59m，长110～480m，延深30～70m。Ⅱ号矿体夹层有两层，厚3～4m，延长200～220m，延深40～80m。
4.1 控矿因素
本区硅灰石矿分布在燕山晚期熊背岩体二长花岗岩与中元古界熊耳群马家河组的接触带中，有硅灰石、透辉石、透闪石、石榴石等典型的矽卡岩矿物，矿体呈层状、透镜状，证明其是侵入接触交代形成。在侵入接触交代过程中，岩浆中的SiO2通过交代碳酸盐岩CaCO3作用，参与造矿而成，硅灰石是矽卡岩早期阶段的产物。矿床成矿明显受接触交代变质作用控制。
硅灰石是构成矽卡岩的重要组成部分，在矽卡岩化过程中硅灰石的品位富集到一定程度则形成矽卡岩型硅灰石矿床。碳酸盐类岩石是本矿床的重要成矿围岩，是成矿物质的主要来源，中酸性侵入体为成矿提供热能及SiO2，碳酸盐类岩层与中酸性侵入体接触带是成矿有利部位，矿体靠近接触面产出，主要呈层状及透镜状。侵入岩及围岩对矿体形成有着明显控制作用[7-8]。
4.2 矿床成因
东银洞沟硅灰石矿产于熊耳群马家河组砂岩、泥质粉砂岩、大理岩与熊背岩体斑状二长花岗岩外接触带上，接触交代形成的矽卡岩含矿。本区矽卡岩形成与岩浆侵入活动有关，岩浆冷凝结晶之后，所释放出来的含矿气水热液于岩体与碳酸盐接触带部位，发生复杂的接触渗滤交代和接触扩散交代作用。侵入体附近的碳酸盐被岩浆热烘烤接触变质时，来自岩浆的物质组分，加入到碳酸盐岩中交代，碳酸盐岩中的部分组分迁出，属于接触变质交代岩类型，在侵入接触交代成矿过程中，由岩浆侵入体提供热源，岩浆岩中的SiO2通过交代碳酸盐岩中的CaCO3而形成硅灰石矿(CaSiO3)，矿体靠近接触面产出，主要呈层状及透镜状，规模较大，含矿率高。矿区地质特征及矿石特征表明，在花岗岩体的侵入过程中，其围岩发生接触热变质，使得岩浆中的SiO2和围岩中的CaCO3组分发生活化迁移，重新组合生成硅灰石：SiO2+CaCO3→CaSiO3+CO2。硅灰石是矽卡岩早期阶段的产物，成矿期为岩浆侵入与成岩时期成矿作用活动的燕山期，本区该期次由岩浆冷凝而成的花岗岩侵入体具有含水、富硅、侵入部位浅的特点，有利于成矿作用的发生[9-13]。
综上所述，东银洞沟硅灰石矿成因类型为接触交代型(矽卡岩型)矿床。
4.3 找矿标志
(1)本区硅灰石矿体产于熊背岩体与马家河地层的接触带矽卡岩体内，故区内的矽卡岩是直接的找矿标志。
(2)硅灰石矿化体坚硬、抗风化能力强，在地表多形成鱼脊峰地貌，故区内的鱼脊峰地貌也可作为间接找矿标志[14-15]。
(1)本区硅灰石矿形成于碳酸盐岩地层与中酸性侵入体接触带中，接触交代形成的矽卡岩含矿，矿石类型以硅灰石—透辉石型为主，其次有透闪石—硅灰石型、透辉石—硅灰石型。
(2)东银洞沟硅灰石矿控矿因素主要受接触交代变质作用控制，侵入岩及围岩对矿体形成也有着明显控制作用。其矿床成因类型为接触交代型(矽卡岩型)矿床，在该矿床东南神林、四里店一带有较多的大理岩及燕山晚期花岗岩分布，在该区已发现硅灰石矿床(点)多处，具备良好的找矿前景。
(3)该矿床已达大型规模。下一步可对Ⅱ、Ⅲ号矿体深部进行控制，资源量将会增加，沿该接触带向东西两侧开展找矿可望发现新的矿体。对里沟背斜北翼地段开展找矿工作，扩大矿床远景。
(4)区内的矽卡岩是直接找矿标志，矿化有利地段的鱼脊峰地貌也可作为间接找矿标志。
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