甘肃石英岩矿资源分布规律及成矿远景探讨

王锡荣，陈 颃

(中国建筑材料工业地质勘查中心甘肃总队，甘肃 天水 741000)

近年来，甘肃省的找矿实践表明，找矿工作难度越来越大，而老矿山资源日渐消耗，如何在“绿色矿山”的新形势下，继续发掘省内矿产资源储备，就要加强对各矿种的成矿规律研究。随着全国矿产资源潜力评价、中国矿产地质志等全国性项目的实施以及甘肃省区域矿产总结等，甘肃省在区域成矿规律研究方面取得了很大成绩。本文通过对甘肃省内已发现的18个石英岩矿产地资料的整理分析，总结了甘肃省石英岩矿的特征、分布情况及成矿规律，为开展石英岩矿找矿工作打下基础。

1 矿产分布特征

截止2019年底，甘肃省内共发现和评价石英岩矿产地18处，其中大型矿床[1]2处；中型矿床9处；小型矿床1处；矿点6处。累计查明资源储量15 430.64×104t，保有资源储量14 142.76×104t。矿床规模以中型矿床为主，约占甘肃省累计查明资源储量的63.65%；大型矿床约占甘肃省累计查明资源储量的35.70%；小型规模矿床较少，约占全省累计查明资源储量的 0.65%(表 1)。

甘肃省内所有石英岩矿床成因类型均为区域变质型。其矿石为粒状变晶结构，厚层—块状构造为主。组成矿物以石英为主，含少(微)量绢云母、铁质、磷灰石等，矿物粒度以细粒、中粒为主，部分为粗粒。主要化学成分SiO2含量较稳定，一般92.92%～99.34%，绝大部分在96%以上；有害组分变化较大：Al2O3含量一般0.035%～2.68%，Fe2O3含量一般0.04%～2.50%。从表1中可以看出，昌马—靖远成矿亚带[2]的石英岩矿质量最好，SiO2平均品位98.41%；永登—清水成矿亚带的次之，SiO2平均品位98.19%；方山口—鹰嘴红山成矿亚带和红古—兴隆山成矿亚带的居中，SiO2平均品位97.95%、97.94%；龙首山成矿亚带的较好，SiO2平均品位95.80%；新关—阳山成矿亚带和白银成矿亚带的较差，SiO2平均品位94.60%、93.55%。

表1 甘肃省石英岩矿床(点)分布特征

从地理分布来看(图1)，石英岩矿主要分布在兰州市，其次是张掖市和金昌市，酒泉市、白银市、临夏回族自治州、天水市、陇南市最少，其余各市(州)还没发现有石英岩矿产出。

图1 甘肃省石英岩矿床(点)分布及成矿远景图

2 典型矿床特征

甘肃省比较有前景的石英岩矿主要分布在永登—清水成矿亚带和龙首山成矿亚带，分属不同的建造类型，以永登县鸡冠山石英岩矿床和金川区高石咀石英岩矿床为例。

2.1 永登县鸡冠山石英岩矿床[3-4]

矿区位于中祁连岩浆弧将军岭断块，断裂、褶皱构造均发育，总体构造方向为NW向，控制着区内地层和矿体的产状、形态及规模等。赋矿地层为长城系皋兰岩群(Pt21Gl.)，为浅变质的浅海相火山碎屑岩建造。无岩浆岩出露。

根据地层岩性及其组合关系将皋兰岩群分为五段，本区地层均倒转，地层产状235～275°∠40～70°，总体呈单斜构造产出(图2)。第一段分布于矿区西部，由灰绿色角闪岩和灰黑色千枚岩互层组成；第二段分布于中西部，岩性为青灰—灰白色厚层—巨厚层状石英岩；第三段分布于矿区中部，为矿层，岩性为青灰—灰白色厚层—巨厚层状石英岩；第四段分布于矿区中东部，岩性为灰白—青灰色中厚层状含绢云母石英岩；第五段分布于矿区东部，岩性为灰—灰黑色千枚岩夹含绢云母石英岩。区内只发育有2条平移断层，长度分别为40m、200m，断距5～34m，另发育有4组节理，以北西—南东走向节理最为发育。

矿体赋存在皋兰岩群第三段中。由2个矿体组成，呈层状、似层状产出，产状247～265°∠50～70°。矿体延伸长度320～580m，厚16.55～49.21m，延深大于116m(表2)。矿体中夹层有千枚岩、千枚岩＋高铁石英岩、高铁石英岩和低硅高铁石英岩四种类型。

矿石类型为灰白色粒状变晶石英岩。细粒粒状变晶结构，厚层、巨厚层状构造。主要为石英(99%±)，另有极少量的绢云母、锆石、磷灰石、铁质和粘土。SiO2含量基本稳定，平均98.84%。有害组分Al2O3和Cr2O3含量变化较大，平均0.34%、0.000 37%，Fe2O3和TiO2含量较稳定，平均0.091%、0.022%。化学成分的变化说明矿石中石英含量高且稳定，而绢云母、铁质、粘土等杂质分布不均匀。

根据区域地质资料及本矿床的地质特征，矿床赋存于长城系皋兰岩群中，为一套浅变质的海相火山岩—碎屑岩建造。该套地层相变很大，火山岩和碎屑岩在纵横向上频繁交替出现，岩石组合也较复杂，沉积厚度大，反映了地槽相的不稳定沉积环境。其岩石中的矿物组合有绿泥石＋绿帘石＋钠长石＋石英和绢云母＋石英，前者属低绿片岩相中基性变质岩的特征组合，后者类似于该相中泥砂质变质岩的特征组合，同时岩石中保留有原沉积岩的砂状碎屑结构等，均说明其变质程度较浅。故本矿床属浅海相沉积变质型矿床，即区域变质型矿床。

图2 永登县鸡冠山石英岩矿地质略图

表2 永登县鸡冠山石英岩矿体特征

2.2 金川区高石咀石英岩矿床[5]

矿区位于龙首山变质基底杂岩，NW向和近EW向的构造控制着区内地层的分布，由其引起的次级断裂多呈NW向和NE向，这些次级断层对地层产生破坏作用。矿区出露地层为南华系—下寒武统韩母山群烧火筒组(Pt32s)和草大坂组(Pt33∈1c)、上石炭统羊虎沟组(C2y)及第四系全新统(Qh)。出露岩浆岩为奥陶纪花岗闪长岩和志留纪二长花岗岩。

赋矿地层为南华系—寒武系韩母山群(Pt32∈1H)

草大坂组，岩性以碳酸盐岩为主夹碎屑岩，根据岩性特征分为五层(图3)。第一层分布于东部和中部，岩性为灰色碎屑灰岩夹薄层含砂灰岩和硅质灰岩；第二层分布于中东部，为紫灰色千枚岩；第三层分布于中东部，为浅灰色板状石英砂岩；第四层(矿体)分布在中部，岩性为白色砂状石英岩；第五层分布在中部和西部，岩性为浅绿色变质砂岩。

图3 金川区高石咀石英岩矿区地质图

由于受区域构造影响，使得含矿层形成北西西向的紧闭褶皱和以近东西向为主的断裂，并有一系列北东、北西向的剪切断裂伴生。受褶皱构造影响，使同一矿层由北向南重复出现为近乎平行的三个矿体(编号依次为I、Ⅱ、Ⅲ号)，分布于东西长980m，南北宽约200m的范围内(表3)。石英岩矿体形态和矿石质量都较稳定。矿体规模变化是由于构造影响所致；而有益有害组分的含量变化不大，说明矿石中石英和绢云母、铁质、粘土等分布较均匀。

表3 金川区高石咀石英岩矿体特征

矿石类型为白色砂状石英岩，变余砂状结构、粒状变晶结构，厚层—巨厚层状构造。主要由石英和硅质胶结物(92%～98%)组成，含少量碳酸盐、绢云母、氧化铁、粘土及微量白云母、电气石、锆石等。

矿体呈层状产出，具稳定的层位，与上下围岩整合接触，矿体本身具有不清晰的层理；矿石矿物成分以石英为主，其颗粒呈圆状、次圆状，粒度均匀，胶结物多为硅质，微量矿物为化学稳定性强的锆石、电气石等；石英碎屑局部有重熔现象，胶结物已重结晶，矿石具变余砂状结构，局部为粒状变晶结构。因此认为本矿床最初处于较稳定的沉积环境，由于缓慢的剥蚀作用，基岩充分分解，稳定的石英碎屑经水力搬运至滨海—浅海地带沉积形成石英砂；再经海水中胶体SiO2胶结成岩后又经区域变质作用而形成，为区域变质型矿床。

3 区域成矿因素

石英岩矿属沉积变质型矿床，明显受地层控制。海相沉积的石英砂岩经区域变质作用等而使原有的碎屑石英和硅质胶结物重结晶而成。一般具有矿体规模较大、成分单一和质地纯净的特点[6]。其成矿控制因素如下。

(1)石英岩矿主要分布于早古生代以前的地层中，尤以元古代地层为主。主要建造类型属于海相碎屑岩建造、火山岩建造、冰渍碎屑岩建造内的石英碎屑岩建造。原岩主要是石英砂岩、含泥质、钙质石英砂岩等，且原岩中硅质含量的多少决定着石英岩矿的质量。

(2)各含矿地层的分布、产状及规模又受区域构造的控制，从北向南基本由北西、北西西向分布转为近东西向分布。各含矿地层构造方向与其所处位置的区域构造方向基本一致，对矿体起破坏作用的构造基本都是次级构造，尤其是断裂构造。

(3)沉积古地理主要属古老地槽或地台的滨—浅海环境，陆源石英碎屑物经海浪作用的长期改造沉积下来，形成石英砂岩，是形成石英岩矿的首要条件。

(4)区域变质作用是形成石英岩矿的重要条件，尤其是区域低温动力变质作用和区域动力热流变质作用，使原岩中的石英颗粒重结晶并次生加大，硅质胶结物结晶形成石英，而泥质变为绢云母，铁质变为赤铁矿等铁质矿物[7-8]。

(5)岩浆作用对各含矿层和矿体的影响相对较弱，岩体附近的地层产生接触变质或热液交代变质等，石英重结晶程度进一步提高。

4 时空分布规律

4.1 时间分布规律

从甘肃省石英岩矿矿床产出的地层时代[9]来看，主要有古元古代、长城纪—奥陶纪、志留纪、泥盆纪。各成矿时代累计查明资源储量的比例分别为：长城纪占48.61%，泥盆纪占16.72%，南华纪—寒武纪占13.58%，蓟县纪占13.04%，长城纪—奥陶纪占5.95%，奥陶纪占2.10%。可以看出长城纪为甘肃省最重要的成矿期，其次是泥盆纪、南华纪—寒武纪、蓟县纪，再次是长城纪—奥陶纪、奥陶纪。

4.2 空间分布规律

从甘肃省Ⅲ级大地构造单元位置上看，甘肃省石英岩矿床主要分布于北祁连新元古代—早古生代沟弧盆系、龙首山—雅布赖山地块，次为中祁连岩浆弧、南秦岭—大巴山—南大别山新元古代—早中生代裂陷大陆边缘[2，10]。从IV级大地构造单元位置看，主要分布于走廊南山岩浆弧、龙首山变质基底杂岩，次为中祁连岩浆弧(Ⅲ级)、三河口裂陷沉积区，再次为北祁连蛇绿混杂岩和柳园裂谷。

从IV级成矿亚带来看(表4)，甘肃省境内有7个成矿亚带有石英岩矿显示，其各成矿亚带石英岩矿的分布数量不同。按其资源储量由多到少排序为：龙首山→昌马—靖远→新关—阳山→红古—兴隆山→永登—清水→白银→方山口—鹰嘴红山。探获资源储量的多少说明上述IV级成矿亚带所具有的资源潜力。

5 成矿预测

根据2019年底以前甘肃省内发现和勘探的18个石英岩矿产地，对各矿床(点)的成矿条件、分布规律等进行分析研究后认为甘肃省内有双红圈和将军埠2个石英岩成矿远景区。

表4 甘肃省Ⅳ级成矿亚带石英岩矿产地统计

双红圈石英岩成矿远景区处于龙首山变质基底杂岩中，位于龙首山成矿亚带上。已发现有高石咀、沙路咀2个中型矿床和毛草泉1个小型矿床，含矿层为南华纪—寒武纪韩母山群碎屑岩夹碳酸盐岩建造和冰成岩建造，且地层经历了区域低温动力变质作用，具有形成石英岩矿的良好条件。主要岩石组合下部为浅灰—深灰色薄层状砂质、砂屑灰岩、粉晶白云岩，夹浅灰—灰绿色泥钙质千枚岩、绿泥绢云钙质千枚岩，底部有不稳定的深灰色含磷砂状石英岩、粉砂质磷块岩；上部为灰、灰白色夹黄褐色中厚层—巨厚层灰岩、结晶灰岩，夹薄—中层状灰岩、泥质条带状灰岩、角砾状灰岩、假鲕状灰岩等。本组岩性及厚度变化较大。已有高石咀矿区和沙路咀矿区。高石咀矿区3个矿体为同一矿层由于褶皱影响而形成3个矿体。矿体长度560～980m，厚度24～41m，SiO2含量95.85%～96.34%，平均96.13%。沙路咀矿区共有6个矿体，长度128～614m，厚度15～95m，SiO2含量94.84%～95.31%，平均95.21%。虽然各矿体规模不大，但含矿层位稳定，延伸长度大于18km，厚500～1 000m，具有一定的资源潜力。

将军埠石英岩成矿远景区地处中祁连岩浆弧中，位于永登—清水成矿亚带上。已发现鸡冠山石英岩矿床，含矿层为长城纪皋兰岩群，为中酸性火山岩—岩屑中细—粉砂岩建造，厚度大，地层经历了区域低温动力变质作用和区域动力热流变质作用。含矿层呈北西—南东向展布，沿走向长约11km。其间褶皱复杂，断裂发育。矿区中地层自下而上分为五层：①灰绿色角闪石岩与灰黑色千枚岩互层；②灰黑色千枚岩夹薄—中厚层含绢云母石英岩；③青灰—灰白色厚—块状石英岩；④灰白—青灰色中厚层状含绢云母石英岩；⑤灰—灰黑色千枚岩夹含绢云母石英岩。第3层为含矿层，有2个矿体，长320～580m，厚16.55～49.21m。矿石化学成分SiO298.03%～99.56%，Al2O30.15% ～1.00%，Fe2O30.013%～0.20%。该含矿层延伸长度大，厚度较稳定，厚约2 000m，具有一定的找矿潜力。

6 结论

(1)通过对甘肃省内已发现的18个石英岩矿床(点)的成因类型进行了研究，其矿床类型均为区域变质型。

(2)甘肃省石英岩矿床(点)的主要成矿时代为长城纪和南华纪—寒武纪，空间上主要处于龙首山变质基底杂岩、龙首山成矿亚带及中祁连岩浆弧、永登—清水成矿亚带中。

(3)依据甘肃省石英岩矿的成矿条件、时空分布特征和找矿潜力等划分出双红圈、将军埠2个石英岩成矿远景区。