中國石英巖礦床成礦系列與成礦譜系初探

程紹恒，李忠水，于雷

中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130000

0 引言

中國是世界上石英礦產資源豐富的國家之一。隨著我國工業(yè)的發(fā)展，對石英巖礦的需求量與日俱增，其產品廣泛應用于平板玻璃、日用玻璃、石英玻璃、微電子塑封料填料、機械鑄造、冶金和化工等領域，在國民經濟的可持續(xù)發(fā)展中占有十分重要的地位[1-4]。全面了解我國石英巖礦的資源狀況，加強石英巖礦的基礎研究，對推進新時期找礦、礦業(yè)發(fā)展和石英礦產地質科學創(chuàng)新有著十分迫切的重要意義[5]。本文研究對象為石英巖，不包括脈石英、石英砂巖、石英砂和粉石英。

1 中國石英巖礦概況

1.1 資源特征

中國石英巖礦產資源的礦區(qū)有399個。其中玻璃用石英巖礦床242個，主要分布于遼寧、安徽、江西、山東和福建等地區(qū)，青海地區(qū)也有一些規(guī)模較大的礦區(qū)分布，但數(shù)量不多。中國冶金用石英巖礦床155個，主要分布在北京、寧夏、青海、甘肅、陜西、內蒙和遼寧等地區(qū)。其它用途石英巖礦較少，福建見1處化肥用石英巖，西藏見1處飾面用石英巖[6]。

從中國石英巖資源分布特征分析，資源分布不均衡，集中度較高，礦產地規(guī)模結構以小型礦床為主，次為中型礦床。

1.2 礦床類型

石英巖形成的整個過程，是一個伴隨著巖石風化、搬運而后沉積的歷史，礦床的形成與地質歷史的穩(wěn)定區(qū)域、古地理環(huán)境穩(wěn)定地段的機械成礦作用密切相關。本文參照全國《重要礦產和區(qū)域成礦規(guī)律研究技術要求》[7]《礦產資源工業(yè)要求手冊》[8]《礦產地質勘查規(guī)范 硅質原料類》[9]及《礦床學》[10]提出的礦床類型劃分原則和方案。綜合考慮中國石英巖礦床的成礦作用和成礦物質來源，以礦床的成礦作用為主導，突出成礦主巖，將中國石英巖礦床成因類型劃分為一級、二級、三級和四級，并附礦床實例。礦床成因類型見表1。

表1 中國石英巖礦床成因類型劃分表

礦床成因類型的劃分不僅能加深對礦床的形成機理、時空分布、成礦條件的理解，也能指導找礦勘查。

1.3 中國石英巖礦的成礦時代

中國石英巖礦產地成礦時間分布局限，形成時代主要集中于古元古代至中元古代(圖1)，其中以前寒武紀為主導，是中國石英巖礦的主要成礦時代，礦石質量較好。

1.4 中國石英巖礦的賦礦層位

中國石英巖礦的賦礦層位主要為元古宇，還有少量的新太古界和古生界。

圖1 中國石英巖礦產地數(shù)量時代分布圖(據(jù)自然資源部，2020)Fig.1 Distribution map of quantity and age of quartzite deposits in China

表2 中國石英巖礦床主要賦存層位

2 中國石英巖礦床的成礦系列

關于成礦系列的概念問題，程裕淇等[11]、陳毓川等[12-15]、王登紅等[16]、翟裕生等[17]和馮學仕等[18]有過專門論述。程裕淇等是以研究金屬礦床為主而提出的成礦系列的概念。成礦系列理論是程裕淇等于1975—1976年提出的，研究成礦系列對指導找礦有實際意義。根據(jù)已知的成礦系列理論，針對工作地區(qū)的地質構造環(huán)境和巖石建造特征，可以預測該區(qū)可能存在的某一(些)成礦系列。

陳毓川院士在之后提出了礦床成礦系列理論[19-20]，其核心內容：“在一定的地質歷史時期或構造運動階段，在一定的地質構造單元及構造部位，與一定的地質成礦作用有關，形成一組具有成因聯(lián)系的礦床的自然組合”該成礦系列理論強調了“四個一定”，即一定的歷史時期，一定的地質構造環(huán)境所構成的地質構造單元，一定的地質成礦作用和一組具有一定成因聯(lián)系的礦床。以該成礦系列理論為依據(jù)，進行石英巖礦種的成礦系列研究及劃分。

陶維屏等將中國石英巖礦劃分為綠片巖相千枚巖片巖石英巖建造區(qū)域變質成礦系列[21-22]，綠片巖相千枚巖片巖石英巖建造由各類云母石英片巖、千枚巖、石英巖組成，以含石英巖為特征。其中的非金屬礦床較少，僅偶有千枚巖(水泥配料礦床)、鈉長陽起片巖(巖棉原料)、石英巖、(玻璃原料)和磷礦。

中國石英巖礦資源豐富，礦床的區(qū)域分布受著沉積古地理環(huán)境及大地構造的影響，常呈現(xiàn)出帶狀或片狀分布特征，規(guī)律性明顯。

另據(jù)石英巖的成礦特征和石英巖的空間分布規(guī)律、時間分布規(guī)律，據(jù)《中國成礦體系與區(qū)域成礦評價》[23]對全國成礦系列的厘定，本文將全國石英巖礦床分為51個成礦系列(組)，58個成礦亞系列(表3、4、5、6和7)。

表3 中國太古宙與石英巖礦有關的礦床成礦系列的初步厘定

表4 中國元古宙與石英巖礦有關的礦床成礦系列的初步厘定

續(xù)表4 中國元古宙與石英巖礦有關的礦床成礦系列的初步厘定

表5 中國早古生代與石英巖礦有關的礦床成礦系列的初步厘定

表6 中國晚古生代與石英巖礦有關的礦床成礦系列的初步厘定

表7 印支—燕山期與石英巖礦有關的礦床成礦系列的初步厘定(古亞洲成礦域)

3 中國石英巖礦的成礦譜系

成礦譜系的概念是王登紅等對阿爾泰成礦省的礦床成礦系列與成礦規(guī)律研究中提出來的，指一定區(qū)域內地質構造演化過程中成礦作用的演化及時空結構[23]。成礦譜系有兩個重點關注的方面。一是“礦床成礦(亞)系列隨地質歷史時期而發(fā)生規(guī)律性變化”，二是“成礦元素在同一地區(qū)長期聚集”[24]。成礦譜系一般指特定區(qū)域內成礦作用的演化歷史和分布規(guī)律。它指示區(qū)域內成礦物質在區(qū)域地質構造不斷演化過程中的行為，成礦物質的組合變化、分散或富集的規(guī)律以及區(qū)域成礦的繼承性或突變性[24]。

本文在全面總結中國石英巖礦勘查成果及前人已有研究成果[25-26]的基礎上編制了中國石英巖礦床成礦譜系(圖2)。橫軸為我國三大地區(qū)：中國北方地區(qū)、中國中部地區(qū)和中國南方地區(qū)。空間位置變化為自西向東。縱軸為地質時代、造山運動與地質旋回。地質時代的絕對年齡依據(jù)全國地層委員會[27]；造山運動與旋回依據(jù)任紀舜等的劃分[28]；主要構造事件依據(jù)潘桂棠等的研究成果[29]；箭頭表示的是物質、構造和盆地等的繼承關系[30]。石英巖成礦譜系圖可以更加直觀反映出石英巖成礦作用的時空結構、分布和演化規(guī)律。

圖2 中國石英巖礦床成礦譜系Fig.2 Metallogenic pedigree of quartzite deposits in China

中國的石英巖礦主要形成于前寒武紀，無論是在礦床數(shù)量、規(guī)模還是礦石質量上均具優(yōu)勢[6](圖2)，這是中國石英巖礦的最大特點之一。在找礦實踐中，通過石英巖成礦譜系研究做到優(yōu)勢的時代、地區(qū)、類型不放，劣勢的時代、地區(qū)、類型不忘。中國石英巖礦成礦譜系的建立對研究石英巖成礦規(guī)律的研究及今后石英巖的找礦實踐具有重要意義。

4 結論

(1)在全面收集整理勘查、研究成果的基礎上，系統(tǒng)總結了石英巖的資源特征、礦床類型、成礦時代和賦礦層位。

(2)根據(jù)最新的成礦理論，厘定出了中國石英巖礦床51個成礦系列(組)包含58個成礦亞系列。通過“已知的”成礦系列來預測“未知的”礦床的基本思路，進而指導找礦實踐。

(3)建立起了中國石英巖礦床成礦系列隨著地質演化而形成的時空結構，即石英巖成礦譜系。前寒武紀是中國石英巖成礦譜系的重要地質時期。