季一君

(福建省地質(zhì)測(cè)繪院，福州，350011)

云霄巖田山伊利石礦床發(fā)現(xiàn)于2006年，而早期作為高嶺土礦開(kāi)展地質(zhì)勘查工作，福建省閩東南地質(zhì)大隊(duì)在巖田山開(kāi)展了地質(zhì)普查和礦山資源儲(chǔ)量核實(shí)工作(1)福建省閩東南地質(zhì)大隊(duì)，福建省云霄縣巖田山礦區(qū)高嶺土普查地質(zhì)報(bào)告，2006。(2)福建省閩東南地質(zhì)大隊(duì)，福建省云霄縣巖田山礦區(qū)高嶺土礦資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告，2013。，并提交了高嶺土礦資源量。緊接著，福建省地質(zhì)測(cè)繪院又先后在該區(qū)開(kāi)展了巖田山伊利石礦床儲(chǔ)量核實(shí)和成礦機(jī)理研究(3)福建省地質(zhì)測(cè)繪院，福建省云霄縣巖田山礦區(qū)高嶺土礦資源儲(chǔ)量地質(zhì)報(bào)告，2017。(4)福建省地質(zhì)測(cè)繪院，漳州市云霄縣巖田山一帶伊利石礦床成礦機(jī)理研究報(bào)告，2020。收稿日期：2021-07-06作者簡(jiǎn)介：季一君 (1988-)，男，工程師，地質(zhì)學(xué)專業(yè)。，確認(rèn)巖田山礦石主要成分為伊利石，應(yīng)屬伊利石礦床。筆者通過(guò)總結(jié)巖田山伊利石礦床地質(zhì)特征，對(duì)礦床成因進(jìn)行了初步探討，期望今后在尋找同類型礦床提供思路和借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位于東南沿海中生代巖漿帶福鼎—平和斷陷帶，處于上杭—云霄構(gòu)造帶與平潭—東山剪切構(gòu)造帶交界部位。

區(qū)域內(nèi)發(fā)育有中生代地層，主要有晚三疊世文賓山組陸相沉積的灰色石英砂巖、含礫砂巖、粉砂巖和炭質(zhì)泥巖，早侏羅世梨山組陸相盆地沉積的砂礫巖、砂巖和粉砂巖，晚侏羅南園組第二、三、四段陸相火山巖以及第四系沖洪積層。區(qū)域上發(fā)育有北東向斷裂(F1)和北西向斷裂(F2)；侵入巖分布于礦區(qū)外圍，主要見(jiàn)有晚侏羅世正長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖。礦體產(chǎn)于南園組第二段酸性火山碎屑巖中，礦體圍繞巖田山火山噴發(fā)中心呈放射狀分布(圖1，2)。

圖1 云霄巖田山礦床區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map of Yantianshan deposit in Yunxiao county1—第四系；2—晚侏羅世南園組第四段；3—晚侏羅世南園組第三段；4—晚侏羅世南園組第二段；5—早侏羅世梨山組；6—晚三疊世文賓山組；7—晚侏羅世花崗閃長(zhǎng)巖；8—晚侏羅世正長(zhǎng)花崗巖；9—伊利石礦體；10—火山巖相界線；11—角度不整合界線；12—斷層；13—環(huán)狀斷裂；14—放射狀斷裂；15—巖田山火山噴發(fā)中心；16—英安質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r；17—流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r；18—流紋質(zhì)(含角礫)巖、玻、晶屑凝灰?guī)r；19—流紋質(zhì)角礫晶屑凝灰?guī)r；20—面理產(chǎn)狀；21—硅化/次生石英巖化；22—伊利石化/高嶺石化；23—A-A'剖面圖位置；24—巖田山礦區(qū)位置

圖2 云霄巖田山礦區(qū)A-A′地質(zhì)剖面圖Fig.2 A-A′ geological profile map of Yantianshan deposit in Yunxiao county1—晚侏羅世南園組第二段；2—流紋質(zhì)(含角礫)巖、玻、晶屑凝灰?guī)r；3—流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r；4—流紋質(zhì)角礫晶屑凝灰?guī)r；5—巖性界線；6—硅化 / 伊利石化；7—放射狀斷裂；8—伊利石礦體

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)出露的地層較單一，僅出露晚侏羅世南園組第二段的酸性火山碎屑巖，其主要巖性組合為流紋質(zhì)角礫晶屑凝灰?guī)r、流紋質(zhì)晶屑玻屑凝灰?guī)r、流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r。地表巖石風(fēng)化程度較強(qiáng)，呈松散-半固結(jié)狀。強(qiáng)風(fēng)化層受剝蝕影響，厚度較薄，弱風(fēng)化層較厚，厚度為30～50 m，平均厚度40 m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)未見(jiàn)有明顯的斷裂構(gòu)造跡象，局部發(fā)育節(jié)理裂隙，裂隙產(chǎn)狀160°∠80°，裂隙密度一般為3～5條/m。

2.3 巖石類型及火山構(gòu)造

2.3.1 巖石類型

礦區(qū)主要出露巖石類型有流紋質(zhì)角礫晶屑凝灰?guī)r、流紋質(zhì)含角礫晶玻屑凝灰?guī)r、流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r和流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r。

流紋質(zhì)角礫晶屑凝灰?guī)r：主要分布于巖田山火山噴發(fā)中心部位，平面呈橢圓形產(chǎn)出。巖石呈灰白色，角礫晶屑凝灰結(jié)構(gòu)，角礫成分為流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，呈不規(guī)則棱角狀，大小為3～15 mm，含量為10%～15%；晶屑粒度為0.2～2.0 mm，含量為15%～30%，主要礦物為鉀長(zhǎng)石、石英，次為斜長(zhǎng)石及少量黑云母，長(zhǎng)石礦物大多發(fā)生不同程度的伊利石化、高嶺土化，但保留較好長(zhǎng)石外形，黑云母均發(fā)生綠泥石化、伊利石化，火山灰均已發(fā)生伊利石(水云母)化、硅化。

流紋質(zhì)含角礫晶玻屑凝灰?guī)r：主要分布于巖田山火山噴發(fā)中心附近，呈環(huán)狀展布。巖石呈灰白色，含角礫晶玻屑凝灰結(jié)構(gòu)，角礫成分為流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，呈不規(guī)則棱角狀，大小為3～10 mm，含量為3%～5%；晶屑呈崩碎的尖棱角、碎屑狀，主要礦物為長(zhǎng)石、石英，粒度為0.2～2.0 mm，含量為15%～20%，長(zhǎng)石晶屑大多發(fā)生伊利石化，僅保留較好長(zhǎng)石外形；玻屑呈弓形、楔形等奇特的弧面多狀，脫玻化中心被細(xì)小鱗片狀伊利石取代，邊緣被隱晶狀的石英取代，多數(shù)外形變得模糊，有些甚至消失，含量為10%～15%；火山灰均已發(fā)生伊利石化或重結(jié)晶呈長(zhǎng)英質(zhì)。

流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r：主要分布于南園組第二段底部，呈半環(huán)狀展布。巖石呈灰白色，晶屑凝灰結(jié)構(gòu)，晶屑呈尖棱角、碎屑狀，主要礦物為鉀長(zhǎng)石、石英，少量為斜長(zhǎng)石和黑云母，粒度為0.2～2.0mm，含量為15%～30%，長(zhǎng)石晶屑部分發(fā)生伊利石化和高嶺土化；火山灰部分重發(fā)生結(jié)晶呈長(zhǎng)英質(zhì)或被伊利石(水云母)取代。

流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r：主要分布于巖田山火山噴發(fā)中心外側(cè)，呈環(huán)狀展布，巖石呈灰白色，晶屑熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，由晶屑、漿屑和火山灰組成。晶屑呈尖棱角、碎屑狀，主要礦物為鉀長(zhǎng)石、石英，少量為斜長(zhǎng)石和黑云母，粒度為0.2～2.0 mm，含量為20%～30%，長(zhǎng)石晶屑部分發(fā)生伊利石化和高嶺土化；漿屑多呈火焰狀、透鏡狀、撕裂狀，邊界清楚，分布不均勻，含量為15%～25%，部分脫?；患?xì)小鱗片狀伊利石取代；火山灰部分重結(jié)晶呈長(zhǎng)英質(zhì)。

2.3.2 火山構(gòu)造

巖田山為南園組第二段火山巖組成的Ⅴ級(jí)穹狀火山構(gòu)造，火山噴發(fā)中心為崩落堆積相的流紋質(zhì)角礫晶屑凝灰?guī)r，向外依次為空落堆積相的流紋質(zhì)(含角礫)晶玻屑凝灰?guī)r、碎屑流堆積相的流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r和空落堆積相的流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，圍繞火山噴發(fā)中心呈環(huán)狀、半環(huán)狀分布，地層傾角較緩、內(nèi)傾，一般為15°～18°，火山噴發(fā)中心周圍發(fā)育環(huán)狀、放射狀斷裂，Ⅰ和Ⅱ伊利石礦體均位于放射狀斷裂中，區(qū)內(nèi)未見(jiàn)侵入巖出露。

2.4 礦體地質(zhì)特征

2.4.1 礦體規(guī)模、形態(tài)和產(chǎn)狀

Ⅰ礦體貯存于F3放射狀斷裂中，呈透鏡狀產(chǎn)出，走向64°，傾向北西，傾角75°，礦體控制長(zhǎng)約350 m，寬100～150 m，平均厚度為39.34 m。

Ⅱ礦體貯存于F4放射狀斷裂中，呈透鏡狀產(chǎn)出，走向18°，傾向北東，傾角85°，礦體長(zhǎng)約150 m，寬約105 m，平均厚度為12.5 m。

2.4.2 礦石特征

礦石自然類型主要為石英-伊利石型。

礦石結(jié)構(gòu)為含角礫晶玻屑凝灰結(jié)構(gòu)、顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu);礦石構(gòu)造為塊狀構(gòu)造、顯微定向片狀構(gòu)造。

2.4.3 礦石礦物特征

礦石主要由伊利石和石英組成，少量絹云母、葉蠟石和高嶺石，其中伊利石礦物含量為55%～90%，石英為5%～10%，絹云母小于5%，葉蠟石和高嶺石小于5%。XRD衍射鑒定結(jié)果同樣表明，巖田山礦石主要由伊利石、石英等組成(圖3)。

圖3 巖田山礦區(qū)礦石XRD衍射分析結(jié)果圖Fig.3 Results plot of ore XRD diffraction analysis of Yantianshan deposit

2.4.4 礦石化學(xué)成分

礦石主要化學(xué)成分SiO2含量為67.75%～82.62%，平均為76.01%；Al2O3含量為11.17%～17.32%，平均為13.45%；Fe2O3含量為0.44%～6.1%，平均為1.66%；K2O含量為2.55%～5.29%，平均為3.71%；TiO2含量為0.062%～0.362%，平均為0.13%。

礦石主要有用組分有Al2O3，根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)勘查工業(yè)指標(biāo)論證報(bào)告，要求Al2O3含量為≥11%。綜合巖田山礦床礦石Al2O3含量特征，認(rèn)為該礦石均能達(dá)到該品位。根據(jù)礦石的加工產(chǎn)品用途，礦石對(duì)白度的要求較高。白度指標(biāo)主要反映在原礦中Fe2O3、TiO2含量的高低。根據(jù)加工產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，礦石白度≥70，綜合巖田山礦區(qū)地質(zhì)特征及礦石質(zhì)量指標(biāo)的實(shí)際情況，F(xiàn)e2O3+ TiO2工業(yè)品位≤6.0%，邊界品位≤7.0%，其中，TiO2均要求≤1%。根據(jù)分析成果，礦石同樣能達(dá)到其相關(guān)指標(biāo)。

2.4.5 礦化蝕變

主要礦化蝕變類型為伊利石化、高嶺土化，其中伊利石化是礦床最重要的礦化蝕變類型。圍巖蝕變主要為硅化。

3 礦石風(fēng)化程度與礦石中片狀礦物含量的關(guān)系

對(duì)礦區(qū)鉆孔巖芯中礦石在不同風(fēng)化程度與片狀礦物含量變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，弱風(fēng)化礦石中的片狀礦物含量高于微風(fēng)化和未風(fēng)化基巖的片狀礦物含量(表1)。

表1 礦石風(fēng)化程度與礦石中片狀礦物含量變化情況對(duì)比

根據(jù)掃描電鏡分析結(jié)果顯示片狀伊利石含量超過(guò)90%(圖4-a)，片狀伊利石礦物含量為70%，石英含量為30%(圖4-b)。伊利石形態(tài)大多表現(xiàn)為尖角直邊狀薄片或呈板條狀，礦物定向明顯。張?zhí)鞓?lè)[1]、楊瑞[2]認(rèn)為，呈尖角直邊狀薄片或呈板條狀的伊利石為熱液蝕變或成巖變質(zhì)成因，邊界圓滑的伊利石為碎屑成因。故巖田山伊利石礦具有非常典型的熱液蝕變成因。從礦石中統(tǒng)計(jì)的風(fēng)化層中片狀礦物含量增多，很可能是由于礦石經(jīng)后期化學(xué)風(fēng)化作用，礦物成分發(fā)生變化，形成了新的次生片狀礦物所致。

圖4 ZK1102dj2礦石電鏡照片和ZK1102dj3礦石電鏡照片F(xiàn)ig.4 ZK1102dj2 ore EM photos and ZK1102dj3 ore EM photos

4 礦床成因初探

4.1 控礦因素

巖田山礦區(qū)控礦因素主要為熱源-酸性火山碎屑巖-礦化蝕變-火山機(jī)構(gòu)四位一體是巖田山伊利石礦床成礦的重要條件。

4.1.1 與成礦有關(guān)的地層

巖田山伊利石礦主要貯存于酸性火山碎屑巖中，容礦圍巖為流紋質(zhì)含角礫晶玻屑凝灰?guī)r。由于伊利石礦物為含鉀的鋁硅酸巖，而酸性火山巖富K+、Na+和Al3+，有利于形成伊利石礦物；火山碎屑巖孔隙較多，有利于深部熱液滲透上升和交代作用；玻屑、漿屑、長(zhǎng)石碎屑含量愈多，化學(xué)性能不穩(wěn)定，容易發(fā)生交代作用形成伊利石礦床。因此，燕山期高鉀鈣堿性流紋質(zhì)晶玻屑凝灰?guī)r是形成巖田山型伊利石礦床的有利條件。

4.1.2 礦化對(duì)成礦的控制

在酸性介質(zhì)條件下，酸性火碎屑巖中鉀長(zhǎng)石分解生成高嶺石，高嶺石與溶液中K+離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成伊利石，并伴隨著物質(zhì)的帶入帶出，在空間上形成以伊利石礦為中心，往外逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣杌?伊利石化帶和硅化帶。因此，礦化蝕變對(duì)巖田山型伊利石礦床起著決定作用。

4.1.3 火山構(gòu)造對(duì)成礦的控制

放射狀斷裂是火山氣液活動(dòng)的有利部位，也是儲(chǔ)礦的有利空間。巖田山伊利石礦體圍繞火山噴發(fā)中心分布，2個(gè)伊利石礦體均貯存于火山構(gòu)造的放射狀斷裂中，且礦體產(chǎn)狀與放射狀斷裂產(chǎn)狀基本保持一致，充分表明火山構(gòu)造的放射狀、環(huán)狀斷裂在成礦過(guò)程中起到熱液通道的作用。

4.1.4 巖漿活動(dòng)對(duì)成礦提供熱源

晚侏羅世晚期多階段大規(guī)模巖漿侵入，形成礦區(qū)外圍西北部正長(zhǎng)花崗巖巖基和東北部花崗閃長(zhǎng)巖巖基，反映巖田山區(qū)域上存在強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)，可能為礦床的礦化蝕變提供了熱源及熱液。

4.2 成礦模式探討

巖田山礦區(qū)礦石礦物組合為伊利石+高嶺石+葉蠟石+石英，屬中低溫礦物組合。晚侏羅世巖田山地區(qū)發(fā)生大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)和巖漿侵入活動(dòng)，形成巖田山火山噴發(fā)中心；之后由于地下巖漿抽空，造成火山噴發(fā)中心崩塌形成一系列環(huán)狀、放射狀斷裂。在晚侏羅世火山作用后期，殘余的火山氣液或深部巖漿氣液沿環(huán)狀、放射狀斷裂上升運(yùn)移，在酸性介質(zhì)條件下，熱液交代圍巖，如下列反應(yīng)式①和②[3]，火山碎屑巖中的鉀長(zhǎng)石溶解生成高嶺石，高嶺石進(jìn)一步與溶液中K+離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成伊利石，充填于放射狀或環(huán)狀斷裂中，形成伊利石礦體，伴隨SiO2、K、Na向上遷移擴(kuò)散，形成伊利石-石英化帶和石英化帶(圖5)。

4KAlSi3O8(鉀長(zhǎng)石)+2H++H2O→Al2(Si2O3)(OH)4(高嶺土)+4SiO2(硅質(zhì))+2K+①

3Al2(Si2O3)(OH)4(高嶺土)+2K+—→2KAl3Si3O10(OH)2(伊利石)+2H++3H2O ②

圖5 巖田山一帶伊利石礦成礦模式Fig.5 Illite mine mining mode in the Yantianshan area1—早侏羅世梨山組；2—晚侏羅世南園組第二段；3—伊利石礦體；4—放射狀斷裂；5—流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r；6—流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r；7—流紋質(zhì)晶玻屑凝灰?guī)r；8—流紋質(zhì)角礫晶屑凝灰?guī)r；9—砂巖、粉砂巖；10—伊利石化/硅化；11—熱液運(yùn)移方向； 12—花崗巖

5 討論

巖田山礦區(qū)在地表或近地表的風(fēng)化、半風(fēng)化礦體中，片狀伊利石礦物的含量往往較高，前人曾認(rèn)為巖田山礦床伊利石礦屬次生風(fēng)化型，是由南園組第二段流紋質(zhì)晶玻屑凝灰?guī)r中的長(zhǎng)石晶屑或長(zhǎng)英質(zhì)火山灰風(fēng)化褪變形成了伊利石。然而通過(guò)野外調(diào)查，結(jié)合XRD衍射和掃描電鏡分析研究，認(rèn)為巖田山礦區(qū)伊利石礦實(shí)屬熱液蝕變型，而非風(fēng)化型，其證據(jù)如下。

(1)風(fēng)化型伊利石礦體形態(tài)應(yīng)受地表地形控制，平面上呈不規(guī)則形狀，不可能嚴(yán)格貯存于火山機(jī)構(gòu)的放射狀斷裂中，而實(shí)際上巖田山伊利石礦體貯存于火山機(jī)構(gòu)的放射狀斷裂中，呈陡傾透鏡狀、脈狀產(chǎn)出，嚴(yán)格受構(gòu)造控制。

(2)巖田山伊利石礦體在空間上表現(xiàn)為與伊利石化帶、石英化帶相伴生，反映出礦體的形成與熱液緊密相關(guān)，頂部的“硅帽”便是直接證據(jù)，這與浙東地區(qū)多地的伊利石礦床成因相同[4]。

(3)巖田山伊利石礦在遠(yuǎn)離放射狀斷裂的流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r中，雖然風(fēng)化強(qiáng)度近似，但未見(jiàn)有礦體的出現(xiàn)。

(4)電鏡結(jié)果顯示，伊利石片狀礦物外形呈尖角直邊狀薄片或呈板條狀，礦物定向明顯，為典型的熱液蝕變成因。風(fēng)化層中的片狀礦物含量高于底部微風(fēng)化及未風(fēng)化基巖層，很可能是次生片狀礦物增生的緣故。

6 結(jié)論

(1)巖田山礦床礦石主要成分為伊利石，礦物組合為伊利石+石英+高嶺石+(葉蠟石)，為低溫礦物組成，屬伊利石礦床。礦床成因與燕山期高鉀鈣堿性流紋質(zhì)晶玻屑凝灰?guī)r、Ⅴ級(jí)火山構(gòu)造和伊利石化、硅化關(guān)系密切，屬于低溫?zé)嵋何g變型。

(2)巖田山伊利石礦床經(jīng)歷了2期的成礦作用疊加，前期為低溫?zé)嵋何g變作用，是礦床最主要的成礦成因；后期為風(fēng)化作用，起到了對(duì)礦石的改造(良)作用。