王帥,劉芝芳,宋濤濤,于洋*,王汝杰

(1.自然資源部濱海城市地下空間地質(zhì)安全重點實驗室,青島地質(zhì)工程勘察院(青島地質(zhì)勘查開發(fā)局),山東 青島 266100;2.中科石源新材料科技(青島)有限公司,山東 青島 266237)

0 引言

滑石是一種富鎂質(zhì)層狀含水硅酸鹽礦物,有良好的工業(yè)技術(shù)性能[1-2],在國民經(jīng)濟中占有重要地位,被廣泛應用于造紙業(yè)、紡織業(yè)、橡膠業(yè)等產(chǎn)業(yè),質(zhì)優(yōu)的塊狀滑石更是被應用于制造雷達、電視、高頻超高頻電瓷等行業(yè),市場需求量很大[3-4]。而山東滑石礦產(chǎn)地較多,資源豐富,是我國富鎂質(zhì)碳酸鹽巖系中滑石礦床集中產(chǎn)地之一,多分布于萊州、平度、棲霞等地。自20世紀60年代開始,便陸續(xù)有地勘單位在該區(qū)周邊開展普查、詳查工作,先后提交了多個滑石礦區(qū)成果報告;1996年,研究區(qū)完成了普查工作,評價的Ⅱ-1、Ⅱ-2兩個礦體與周邊礦區(qū)一樣均賦存于張格莊組,2007年完成了詳查工作(1)青島地質(zhì)工程勘察院,山東省萊州市道劉家礦區(qū)滑石礦詳查報告,2007年。,發(fā)現(xiàn)了賦存在巨屯組中的主礦體Ⅲ-1,礦石全為Ⅲ級品。因此,本文通過研究該區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況、礦床地質(zhì)、礦石質(zhì)量等特征,進一步總結(jié)研究區(qū)成礦地質(zhì)要素、成礦模式及找礦標志等規(guī)律,為今后尋找滑石礦床提供一定經(jīng)驗借鑒。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

道劉家滑石礦位于萊州市區(qū)西約5km處,道劉家村西北一帶,行政區(qū)劃隸屬于虎頭崖鎮(zhèn)管轄。大地構(gòu)造位置為華北板塊(Ⅰ)膠遼隆起區(qū)(Ⅱ)膠北隆起(Ⅲ)膠北斷隆(Ⅳ)明村-但山凸起(Ⅴ)[5-6],區(qū)內(nèi)地層主要為古元古代粉子山群變質(zhì)地層,構(gòu)造發(fā)育,總體以NE向為主(圖1)。

1—第四系;2—白堊紀王氏群;3—白堊紀青山群;4—白堊紀萊陽群;5—古元古代粉子山群;6—古元古代荊山群;7—中生代玲瓏序列二長花崗巖;8—古元古代萊州序列斜長角閃巖;9—新太古代棲霞序列片麻巖;10—不整合地質(zhì)界線;11—實測/推測斷層;12—研究區(qū)位置圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖

1—山前組;2—崗崳組;3—巨屯組;4—張格莊組三段第四巖性層;5—張格莊組三段第三巖性層;6—張格莊組三段第二巖性層;7—張格莊組三段第一巖性層;8—張格莊組二段;9—礦體及編號圖2 道劉家滑石礦礦區(qū)地質(zhì)簡圖

區(qū)內(nèi)出露古元古代粉子山群崗崳組、巨屯組和張格莊組及新生代第四紀山前組[7-10](圖2);滑石礦產(chǎn)于巨屯組和張格莊組三段(第二巖性層、第四巖性層),張格莊組三段第二巖性層厚224.87～639.40m,巖性以菱鎂巖、絹云綠泥片巖為主,其次有白云質(zhì)大理巖、黑云變粒巖等;第四巖性層厚210m,巖性以絹云綠泥片巖為主,夾菱鎂巖、白云質(zhì)大理巖。巨屯組厚466～977m,巖性為石墨透閃巖夾白云質(zhì)大理巖及少量絹云綠泥片巖。褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造發(fā)育,有向SE緩傾斜的單斜巖層和近EW向走向斷裂。近EW向斷裂為伸展滑脫式走向斷裂是形成滑石礦的主要構(gòu)造,主要沿不同物理性質(zhì)的巖性界面和層間發(fā)育;近EW向斷裂雖造成地層減薄缺失,但地層層序相對不變;而成礦期后的斷裂活動對滑石礦有一定的擠壓破壞作用;褶皺構(gòu)造往往使礦體變得厚大。區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育,僅在局部出露有巖株狀閃長巖脈[11-12]。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

道劉家滑石礦為一中型礦床,區(qū)內(nèi)有3個含礦帶,圈定3個礦體。第Ⅲ含礦帶規(guī)模最大,賦存于巨屯組,巖性組合為石墨透閃巖夾黑云變粒巖、石墨大理巖、含石墨綠泥片巖。Ⅲ-1礦體以絹云綠泥片巖及滑石片巖為主,含少量菱鎂巖,由2個鉆孔和4個探槽控制,呈層狀,走向80°,傾向170°,傾角23°～28°。礦體長600m,最大延深225m,沿走向、傾向有分支現(xiàn)象(圖3)。礦體厚4.23～12.36m,平均厚度9.06m,厚度變化系數(shù)46.44%;滑石含量59.70%～73.95%,平均含量61.59%,變化系數(shù)8.89%;白度61.59%～71.70%,平均為68.84%,變化系數(shù)10.71%。礦體圍巖與礦體的產(chǎn)狀基本一致,界線清晰。底板巖性主要以絹云綠泥片巖、透輝石英巖為主,頂板巖性主要以絹云綠泥片巖、透閃石墨片巖為主。

1—黏土、亞黏土;2—黑云透閃巖;3—絹云綠泥片巖;4—硅化大理巖;5—礦體及編號圖3 道劉家滑石礦區(qū)第3勘探線剖面圖

2.2 礦石質(zhì)量

礦石呈灰白色—灰黑色,細纖維鱗片變晶結(jié)構(gòu),片狀構(gòu)造,工業(yè)類型為綠泥石-滑石型[13],自然類型以片狀滑石為主,極少數(shù)為塊狀滑石,根據(jù)滑石平均含量和平均白度情況,其工業(yè)品級為Ⅲ級品。

礦物主要以滑石為主(圖4),其次為綠泥石、絹云母、石墨、方解石。礦石有益組分有SiO2、MgO,有害組分有Al2O3、CaO、Fe2O3(表1)。

3 成礦地質(zhì)要素

成礦要素的厘定是研究礦床成因、分析成礦條件、總結(jié)成礦規(guī)律的重要手段,對礦產(chǎn)資源的勘查和預測具有重要的意義[14-16]。通過綜合分析道劉家滑石礦的成礦地質(zhì)背景和礦床地質(zhì)特征等內(nèi)容,歸納總結(jié)了成礦時代、成礦環(huán)境、大地構(gòu)造背景、成礦地層、控礦構(gòu)造、巖石類型、礦物組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和圍巖蝕變等9個方面的成礦要素特征(表2)。

4 礦床成因

4.1 原巖建造

第Ⅲ含礦帶中出現(xiàn)有石墨大理巖,而大理巖是碳酸鹽巖變質(zhì)而成;張格莊組三段中出現(xiàn)有黑云斜長角閃巖夾有黑云片巖,斜長角閃巖的出現(xiàn)反映了區(qū)內(nèi)有基性熔巖流噴出,為早期火山噴發(fā)作用繼續(xù)和尾聲的產(chǎn)物;在滑石礦層中也發(fā)現(xiàn)有少量菱鎂巖。綜合以上特征可以看出,該滑石礦床的原巖建造為碳酸鹽巖夾鈣鎂硅酸鹽巖。

4.2 變質(zhì)作用和交代作用

區(qū)內(nèi)原巖建造早期大多經(jīng)歷了綠片巖相—鐵鋁榴石角閃巖相中—低級變質(zhì)作用[17],后期由于強烈的構(gòu)造活動,加之有熱液的交代作用,變質(zhì)作用派生的熱液與富鎂巖層(張格莊組及巨屯組)發(fā)生廣泛的交代作用,Fe3+、Al3+等離子置換了圍巖中的Mg2+,熱液中的SiO2與Mg2+結(jié)合,在近EW向斷裂構(gòu)造形成的有利空間中生成滑石,而圍巖中增加的Fe3+、Al3+等離子生成了絹云母、綠泥石等礦物。

a—絹云綠泥片巖;b—單偏光鏡下礦石特征;c—正交偏光鏡下礦石特征;Cal—方解石;Tlc—滑石;Srp—蛇紋石圖4 道劉家滑石礦主要礦石標本(a)和鏡下顯微照片(b-c)

表1 道劉家滑石礦有益有害組分一覽表

表2 成礦要素特征一覽表

4.3 成因分析

在古元古代粉子山群沉積之后,地殼開始下陷,并發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用,形成了富鎂質(zhì)的含礦變質(zhì)沉積建造,富鎂質(zhì)碳酸鹽為滑石礦成礦提供了充足的鎂質(zhì)來源[18-20];在變質(zhì)作用后期,受增壓、增溫作用,使巖石中以各種形式存在的水脫離原巖而形成獨立的液相,為熱液的來源提供了最基本的物質(zhì)來源,也為成礦物質(zhì)提供了搬運介質(zhì)[21-23],這種變質(zhì)熱液往往都為堿性(pH>9),溫度達到300℃左右[24-25],形成的堿性熱液不僅會使SiO2的溶解度變大,同時也增大了MgO在熱液中的活動能力,利于滑石礦的形成。區(qū)域變質(zhì)作用形成的中—高溫熱液在溶解了地層中的硅質(zhì)巖生成偏硅酸后沿著EW向斷裂帶匯集到大理巖晶體的解理或晶體間的空隙中,當壓力、溫度降低時,大理巖與偏硅酸脫水析出的二氧化硅進行交代,形成了大理巖—綠泥片巖—菱鎂巖—斜長角閃巖的含滑石礦的變質(zhì)沉積建造。之后,在SN向擠壓應力作用下,發(fā)生了褶皺作用,形成了EW向展布的粉子山倒轉(zhuǎn)向斜構(gòu)造,滑石礦體被卷入褶皺構(gòu)造內(nèi)。綜上所述,道劉家滑石礦礦床成因為區(qū)域變質(zhì)熱液交代型。

5 找礦標志

地層標志：成礦地層為巨屯組和張格莊組三段,主礦體賦存在巨屯組。

巖性標志：巖性主要為石墨透閃巖、絹云綠泥片巖、菱鎂巖、白云質(zhì)大理巖。

圍巖蝕變和蝕變巖標志：圍巖蝕變有滑石化、透閃巖化、蛇紋石化、綠泥石化、絹云母化、碳酸鹽化、硅化、黃鐵礦化等。生成蝕變巖有滑石片巖、透閃石片巖、蛇紋石片巖、滑石化透閃蝕變巖、滑石化菱鎂巖、滑石化絹云綠泥片巖等?；且环N鎂硅酸鹽類礦物,二氧化硅和氧化鎂是滑石礦形成的物質(zhì)基礎(chǔ),所以富含鎂質(zhì)的巖石和基性巖是形成滑石的最有利圍巖。

構(gòu)造標志：滑石礦的形成與構(gòu)造關(guān)系密切,不同類型、規(guī)模的構(gòu)造在滑石礦成礦過程中起到了提供熱液來源、成礦物質(zhì)運送通道和礦體儲存空間等作用,重點關(guān)注成礦前的斷裂構(gòu)造和成礦后的褶皺構(gòu)造。

變質(zhì)標志：變質(zhì)作用是滑石礦形成的關(guān)鍵,堿性(pH>9)、溫度達到300℃左右的變質(zhì)熱液最有利于滑石礦的形成,因此,變質(zhì)程度達到綠片巖相—鐵鋁榴石角閃巖相。

6 結(jié)論

道劉家滑石礦是區(qū)域變質(zhì)熱液交代型滑石礦,礦石自然類型以片狀滑石為主,礦石中滑石平均含量為61.59%,白度平均為68.84%,工業(yè)品級為Ⅲ級。該礦床區(qū)域成礦條件穩(wěn)定,成礦時代為古元古代,成礦地層為巨屯組和張格莊組三段,上述地層是找礦的標志性層位,研究區(qū)內(nèi)的主礦體位于巨屯組,而山東省內(nèi)已知的滑石礦主要賦存在荊山群野頭組定國寺大理巖段和粉子山群張格莊組三段中,巨屯組也是今后找礦的重點;原巖建造為碳酸鹽巖夾鈣鎂硅酸鹽巖,含礦變質(zhì)沉積建造為大理巖—綠泥片巖—菱鎂巖—斜長角閃巖,經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用和熱液交代作用形成滑石礦床,變質(zhì)程度達到綠片巖相—鐵鋁榴石角閃巖相,區(qū)域變質(zhì)相帶也是找礦標志之一;含礦巖層分布于層間斷裂和褶皺構(gòu)造的核部、轉(zhuǎn)折端中,產(chǎn)出空間嚴格受層間斷裂構(gòu)造和褶皺控制。山東省粉子山群地層分布比較廣泛,在巨屯組中也發(fā)現(xiàn)了工業(yè)品級的滑石礦,因此找礦前景變得更大。