山東省平度—萊西地區(qū)透輝石礦礦床地質(zhì)特征

聶佩孝，宮述林，徐立軍，劉繼勇

(1.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

20世紀(jì)70年代以來,前蘇聯(lián)、美國、德國、意大利等工業(yè)發(fā)達(dá)國家,成功利用鈣鎂系列礦物透輝石作為新型陶瓷原料,把傳統(tǒng)的K2O-Al2O3-SiO2三元體系配方改變?yōu)镃aO-MgO-Al2O3-SiO2四元體系的配方,取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

透輝石(CaMg[Si2O6])作為新興的陶瓷材料，較之傳統(tǒng)的陶瓷材料具有低溫速燒、降低能耗、產(chǎn)品性能穩(wěn)定等特點(diǎn)[1],是目前陶瓷行業(yè)深受歡迎的骨架原料。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，國內(nèi)外需求量日益劇增。

據(jù)中國產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)發(fā)布的《2020—2026年中國透輝石行業(yè)發(fā)展研究分析與發(fā)展趨勢預(yù)測報(bào)告》顯示，國內(nèi)透輝石類礦石的利用存在很大的不平衡。要進(jìn)一步推廣透輝石類礦石在陶瓷工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、玻璃等行業(yè)的應(yīng)用。我國透輝石類礦深加工產(chǎn)品所占份額少[2]，今后發(fā)展方向是對透輝石類礦進(jìn)行深加工，提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，如開發(fā)超細(xì)(1Ω以下)改性的填級產(chǎn)品、造紙用微粉、功能陶瓷級產(chǎn)品等。今后隨著深加工技術(shù)的提高，超細(xì)產(chǎn)品的獲得，新用途將陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，透輝石礦用途將更廣。因此，探明更多具有工業(yè)價(jià)值的透輝石資源十分必要。

1 地質(zhì)背景特征

1.1 分布特征

山東省優(yōu)質(zhì)透輝石礦主要分布在平度—萊西一帶，其大地構(gòu)造位置位于膠遼隆起區(qū)(Ⅱ級)之膠北隆起(Ⅲ級)西南部[3]、膠萊凹陷(Ⅲ級)西北部的銜接處,沂沭斷裂帶之昌邑-大店斷裂東側(cè),棲霞復(fù)背斜南翼。西起平度長樂鎮(zhèn)東至萊西市南墅鎮(zhèn)，全長約50km，寬約5km，總體分布方向近EW向。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)透輝石礦床4處，其中大型礦床2處，分別為長樂、羅頭礦床，其中前者位于平度市長樂鎮(zhèn)，后著位于平度市舊店鎮(zhèn)羅頭村；小型礦床2處，分別為萌山、劉建礦床，兩者均位于萊西市南墅鎮(zhèn)。礦體均賦存于荊山群野頭組地層中(圖1)。

1—王氏群；2—青山群；3—粉子山群；4—荊山群陡崖組；5—荊山群野頭組；6—嶗山序列；7—玲瓏序列；8—文登序列；9—萊州序列；10—譚格莊序列；11—棲霞序列；12—馬連莊序列；13—實(shí)測地質(zhì)界線；14—推測地質(zhì)界線；15—角度不整合界線；16—實(shí)測斷層；17—推測斷層；18—物探解譯斷層；19—透輝巖礦點(diǎn)圖1 平度—萊西透輝石礦分布圖

1.2 含礦巖系特征

區(qū)內(nèi)透輝石礦均賦存于一套硅質(zhì)富鎂碳酸鹽巖變質(zhì)沉積建造中[4]，構(gòu)成建造的地層為古元古代荊山群野頭組定國寺段[5]，其自下而上可分為3個(gè)巖段，其中第一巖段巖性為厚層蛇紋大理巖、透輝大理巖，局部夾斜長角閃巖，厚度460m。第二巖段巖性為透輝巖、石英巖、透輝石英巖，局部透輝巖過渡為金云母透輝巖，厚度176m。該段為礦區(qū)含礦層位，含透輝石礦體1～4層。第三巖段巖性為厚層蛇紋大理巖、透輝大理巖，局部夾斜長角閃巖，厚度>350m。

2 區(qū)內(nèi)地質(zhì)概況

2.1 地層

區(qū)內(nèi)地層主要出露古元古代荊山群[6]、粉子山群，中生代青山群、王氏群。荊山群地層主要有野頭組、陡崖組，為一套高角閃巖相—麻粒巖相變質(zhì)巖系地層[7]，主要分布于區(qū)內(nèi)西中部、東中部，其中野頭組主要為一套變質(zhì)的鈣鎂硅酸鹽巖，為區(qū)內(nèi)的賦礦層位；粉子山群為一套高綠片巖相—低角閃巖相變質(zhì)地層，區(qū)內(nèi)出露小宋組、祝家夼組、張格莊組、巨屯組、崗崳組，主要分布于區(qū)內(nèi)西北部；中生界青山群為一套火山巖系，區(qū)內(nèi)出露八畝地組、石前莊組，主要分布于西南部、東南部；中生代王氏群為一套碎屑巖系，頂部夾有玄武巖層，林家莊組、辛格莊組、紅土崖組，在區(qū)內(nèi)西南部有零星出露。

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)基底構(gòu)造總體呈NE向，由于受斷裂凹陷盆地影響，構(gòu)造發(fā)育。

2.2.1 褶皺

區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造主要有棣家疃倒轉(zhuǎn)背斜、羅頭倒轉(zhuǎn)復(fù)式背斜。

(1)棣家疃倒轉(zhuǎn)背斜：位于區(qū)內(nèi)西部長樂透輝巖礦區(qū)，背斜褶皺軸走向NE—SW，轉(zhuǎn)折端向NE40°傾伏，軸向長2km，橫向最寬為1km，兩翼均向SE。核部為野頭組祥山段，兩翼為野頭組定國寺段。

(2)羅頭倒轉(zhuǎn)復(fù)式背斜：位于區(qū)內(nèi)東部羅頭透輝巖礦區(qū)，背斜褶皺軸走向SE—NE，軸向長3km，橫向最寬為1.5km，兩翼傾向NE，核部為野頭組祥山段，兩翼為野頭組定國寺段。

2.2.2 斷裂

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要發(fā)育有NNE、NE、NW向3組[8]，其中東部NNE向招平斷裂最為發(fā)育[9]，區(qū)內(nèi)出露長度大于45km，地層水平錯(cuò)距大于800m，形成達(dá)100m的破碎帶，NE向斷裂為NNE向斷裂的次級斷裂，NW向斷裂規(guī)模較小，具有晚期活動(dòng)的特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)斷裂對地層、礦體均有不同程度的破壞。

2.2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，巖漿活動(dòng)從新太古代至中生代都有發(fā)現(xiàn)。

新太古代巖漿巖主要為馬連莊序列欒家寨單元，棲霞序列回龍夼單元、新莊單元，譚格莊序列牟家單元、棗園單元，主要分布于區(qū)內(nèi)西部、東部；古元古代巖漿巖主要為萊州序列西水夼單元，在區(qū)內(nèi)西中部、東中部有零星出露；中生代侏羅紀(jì)巖漿巖主要為文登序列姑娘墳單元，玲瓏序列云山單元、九曲單元、崔召單元、郭家店單元[10]，在區(qū)內(nèi)中部有大面積出露；中生代早白堊紀(jì)巖漿巖為嶗山序列會(huì)稽山單元，主要出露在區(qū)內(nèi)西部。

區(qū)內(nèi)零星見有輝綠巖、角閃閃長玢巖、煌斑巖及石英脈等脈巖，基性巖脈均為中生代晚期產(chǎn)物，酸性脈巖為區(qū)域混合巖化作用的產(chǎn)物。

3 礦體特征

礦體受地層層位控制明顯[11]，透輝石礦與石英巖礦互層,平行排列產(chǎn)出,構(gòu)成了復(fù)合礦層,組成了一個(gè)含礦帶。含礦帶出露長度800～2350m，寬89～100m，最大延伸約200m。礦體呈層狀、厚層狀、似層狀[12]，多呈單斜形態(tài)產(chǎn)出,產(chǎn)狀與地層一致?？傮w走向以NW300°～320°為主，受后期斷裂構(gòu)造拖拽牽引影響，局部為NE55°，傾向SE、SW、NW、NE，以SE、SW為主，傾角40°～85°(表1)。

表1 透輝石主要礦床礦體特征一覽表

礦體沿走向控制延伸510～1873.5m；沿傾向控制延深36～90m，地表埋深1～3m，真厚度45.72～67.59m，透輝石礦物含量80%～98%，個(gè)別達(dá)100%，其中長樂礦區(qū)透輝石平均含量為91.56%，羅頭礦區(qū)透輝石平均含量平均品位為86.69%。

礦體與頂?shù)装鍘r石界線清晰(圖2),頂、底板均為蛇紋大理巖、透輝大理巖，局部為輝綠巖脈。沿走向、傾向延伸穩(wěn)定，礦化連續(xù)，不存在無礦間隔，夾有4～8層石英巖共生礦體[13]。

1—蛇紋大理巖；2—透輝大理巖；3—構(gòu)造碎裂巖；4—斷層；5—石英巖礦體；6—透輝石礦體圖2 羅頭透輝石礦區(qū)第3勘探線地質(zhì)剖面簡圖

4 礦石特征

4.1 礦物成分

組成礦石的主要礦物為透輝石、極少量的透閃石、微斜長石、鉀長石，偶見磁鐵礦(褐鐵礦)、磷灰石。

透輝石：白色，鏡下無色，半自形—他形晶，柱粒狀[14]，無規(guī)律鑲嵌分布，大小一般在0.3～4mm，最大10mm。兩組節(jié)理發(fā)育，有簡單的雙晶(或聚片雙晶)，橫截面八邊形、四邊形等。有時(shí)被透閃石代替，或被鉀長石交代。

透輝石礦石X光衍射圖譜[15](圖3)，面間距d(A°)、衍射高峰(相對強(qiáng)度)、峰形與地-526卡片透輝石圖譜數(shù)據(jù)一致(表2)，表明區(qū)內(nèi)礦石中主要成分為透輝石，為主要有益組分。

圖3 透輝石X光衍射曲線圖

表2 X光衍射數(shù)據(jù)表

透閃石：白色，鏡下無色，細(xì)小纖柱狀，大小一般在0.1～0.5mm，沿透輝石間隙分布，為透輝石的蝕變產(chǎn)物，含量1%左右。為次要有益成分。

鉀長石(微斜長石)：他形粒狀，個(gè)體大小一般在0.1～0.3mm，有不明顯的格子雙晶和條紋構(gòu)造,見于透輝石粒間或透輝石變斑晶裂隙中，為交代透輝石而成，其晶體內(nèi)常見透閃石包體，含量2%～3%。

磁鐵礦：呈微粒狀零星出現(xiàn)，具褐鐵礦蝕變。含量甚微，為礦石中有害組分。

磷灰石：他形粒狀，星散分布于透輝石礦物顆粒間。

4.2 礦石化學(xué)組成

據(jù)礦石化學(xué)全分析資料(表3)，區(qū)內(nèi)礦石化學(xué)成分透輝石含量97%～97.46%，礦石中透輝石礦物含量一般為80%～98%，最低者63%，高者可達(dá)100%，礦石有益化學(xué)組分接近于透輝石單礦物(CaMg[Si2O6])理論值。

表3 礦石化學(xué)成分一覽表

有害組分Fe2O3含量一般為0.22%～0.31%，最低為0.05%，最高者為1.36%，高者多為地表礦石受污染所致。次要有害組分(MnO+TiO2)含量極低，一般為0.02%～0.07%，礦石中微量元素極低(表4)。

表4 礦石微量元素一覽表

4.3 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造較簡單，為中細(xì)粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)及鑲嵌變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

4.4 礦石類型

礦石的自然類型簡單[16]，且單一，為透輝石型。礦石的工業(yè)類型為陶瓷用透輝石。礦石透輝石含量在90%±，F(xiàn)e2O3+MnO+TiO2一般在0.40%以下，為優(yōu)質(zhì)工業(yè)品級。

4.5 礦石白度、差熱分析曲線特征

礦石自然白度69.2%～87.9%，平均為82.07%，在制陶時(shí)可提高胚體燒成白度。

透輝石開始變形溫度1170℃，軟化溫度1280℃，熔融溫度1390℃，軟化范圍110℃，融化范圍10℃。其差熱分析曲線基本為一直線(圖4)，表明無吸熱、放熱效應(yīng)[17]，因而在燒陶過程中不會(huì)出現(xiàn)裂紋，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。

圖4 透輝石差熱分析曲線圖

5 成礦規(guī)律

5.1 巖石類型及原巖恢復(fù)

礦區(qū)內(nèi)角閃巖類原巖為基性火山巖類；大理巖類原巖為石灰?guī)r、白云巖；透輝巖類原巖為富鈣鎂的硅質(zhì)白云巖。

5.2 變質(zhì)礦物共生組合

按巖石原巖分類，礦區(qū)內(nèi)變質(zhì)礦物共生組合基本可分為碳酸鹽類、基性熔巖類2類。其巖石變質(zhì)礦物共生組合規(guī)律(表5)。

表5 巖石礦物共生組合特征一覽表

5.3 變質(zhì)相

由表5可知，區(qū)內(nèi)透閃石+角閃石+斜長石組合普遍存在[18]。大理巖中出現(xiàn)橄欖石+尖晶石組合，說明該區(qū)仍具有硅線石-藍(lán)晶石型中壓變質(zhì)相系的特征。故該區(qū)變質(zhì)相應(yīng)屬中溫中壓變質(zhì)相系角閃巖相[19]，據(jù)艾斯柯拉的觀點(diǎn)，其形成溫度在575～875℃，退變溫度400℃或更低，壓力4～5kPa[20]，地?zé)崽荻?1～46℃/km。

5.4 礦石形成的沉積環(huán)境

根據(jù)透輝石礦石化學(xué)全分析資料(表3),按尼格里化學(xué)成分計(jì)算:

al=0.83～1.70;fm=49.73～51.96;C=47.95～46.72;alk=0.61～0.93;Si=97.32～99.39;c/fm=0.80～0.90。

作圖投影在V面的角上(圖5),成因?yàn)榛鹕綆r與碳酸鹽巖的界線上,說明透輝巖為淺海相沉積環(huán)境硅質(zhì)碳酸鹽沉積,而部分硅質(zhì)集中富集,經(jīng)變質(zhì)作用形成了石英巖。此外在石英巖中，發(fā)現(xiàn)呈圓粒狀的鋯石，為搬運(yùn)沉積特征，亦說明原巖沉積環(huán)境為淺海相。

圖5 尼格里原巖恢復(fù)投影圖

綜上所述，區(qū)內(nèi)礦石從變質(zhì)作用看，屬中溫中壓的變質(zhì)作用[21-22]，其原巖沉積環(huán)境為淺海相，故該礦床屬沉積變質(zhì)類型。

6 結(jié)論

區(qū)內(nèi)透輝巖礦產(chǎn)于荊山群地層中，產(chǎn)出空間嚴(yán)格受層位控制，屬中溫中壓沉積變質(zhì)礦床，原始沉積為淺海相富鈣鎂硅質(zhì)碳酸鹽沉積，沉積環(huán)境穩(wěn)定，后經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而形成層控礦床。礦石自然類型為透輝石型，礦石中透輝石礦物含量平均90%±，礦石有益化學(xué)組分接近于透輝石單礦物理論值,礦石自然白度平均82.07%，無吸熱、放熱效應(yīng),工業(yè)品級為優(yōu)質(zhì)。該礦床賦存于荊山群野頭組定國寺段第二巖段中，該巖段地層是找礦標(biāo)志層位；區(qū)內(nèi)透輝石礦體往往與石英巖互層產(chǎn)出，而石英巖較耐風(fēng)化，形成正地形，是地貌標(biāo)志；透輝石較純，白度高，易識別，也是找礦標(biāo)志之一。山東省古元古代荊山群地層分布廣泛，具有較好的透輝石礦成礦前景。