李洪斌 穆军 艾生根 黄银宝 朱瑞辰

1 南京大学，江苏 南京 210023

2 江西省地质矿产勘查开发局九0二地质大队，江西 新余 338000

江西蒙山地区是我国南方重要的硅灰石矿产资源基地，随着蒙山地区矿业开发和找矿勘查的深入，特别是近年来世界最大硅灰石矿-石竹山硅灰石矿的发现[1-3]，本地区硅灰石矿的成矿地质条件越来越值得进行深入研究。笔者在野外地质工作的基础上，厘定矿化(体)特征，总结控矿因素，为指导研究区及周边地区（或类似地区）硅灰石矿的勘查提供了依据。

1 区域地质背景

研究区所在的蒙山地区属于武功北缘伸展滑覆构造体系的前缘部分，处于南北两大构造单元（北为扬子陆块，南为华南褶皱带）之间长期多次“开、合”的拼接地带，区域上划归为蒙山构造岩片区[4,5]。区内二叠系为一套海相碳酸盐岩建造，与本区非金属矿床成矿密切相关，局部有石炭系、侏罗系、古近系以及第四系出露；区内构造发育，受北部南港推覆断裂及东部靖安-新余（蒙山）走滑冲断带影响，区内构造线总体呈北东东向展布[6]；区内岩浆岩发育，主要有印支期侵入的蒙山复式花岗岩体，局部伴有基性岩脉和晚期花岗岩脉产出[7]。

2 研究区地质特征

2.1 地层

研究区仅在北西部出露中二叠统茅口组，其余地段多为第四系覆盖。本次工作在钻孔中揭露到乐平组、茅口组地层。地层总体走向北东-南西，倾向南东，倾角平均为45°。

茅口组（P2m）主要为一套海相碳酸盐岩夹硅质沉积，岩性为灰色厚层状含燧石结核灰岩，局部可见燧石条带，总厚度约567m。受蒙山岩体热变质作用影响，灰岩多发生大理岩化。

乐平组（P2l）主要为由粉砂岩、泥页岩及煤层组成的海陆交互相含煤碎屑岩建造，总厚度约467m。

2.2 构造

研究区为第四系沉积覆盖，根据钻孔揭露，区内断裂构造较发育，钻孔中共揭露到6条不同规模断层，倾角一般在45°～70°之间，主断层为F2断层，结合区域资料推测，该断层东起谷山，西止人和乡，走向北东东，全长约8km，倾向南，倾角45°～60°，为一逆断层，将茅口组逆冲推覆于乐平组之上，断裂带内见构造角砾岩，角砾成分上段以石英为主，下段多见大理岩化灰岩角砾，角砾呈次棱角状，大小不一，0.1×0.1～1×4cm不等，钙质胶结，局部见铁质、泥质胶结，破碎带下部6.3m岩石具碎裂现象。

2.3 岩浆岩

研究区北部700m为蒙山岩体，蒙山岩体呈不规则椭圆状岩株产出，出露面积约39km2，为一复式岩体[6]，侵入于石炭系、二叠系中，并与侏罗系呈不整合接触，利用重力资料对蒙山岩体进行反演计算，蒙山隐伏岩体北东方向长约33km，北西方向宽约20km，北缓南陡，为印支期侵入岩体[7]，属蒙山超单元，划分为西村、里村、鸭婆村、排前村四个单元[6]，主要岩性为黑云母二长花岗岩。

研究区内ZK501钻孔于-515m标高揭露到蒙山岩体，岩体与地层接触界线不规则，界线向南倾斜，倾角约37°，钻孔揭露岩性主要为细粒含斑二长花岗岩、含斑黑云母花岗岩、黑云母二长花岗岩。岩石普遍具有较强的蚀变现象，尤其是叶腊石化最为明显，绿泥石化、绿帘石化次之。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

本研究施工的ZK501钻孔揭露硅灰石矿体5条（图1），编号为L1～L5，均为隐伏矿体。L1矿体厚2.58m，硅灰石含量47.67%；主矿体L2厚14.36m，硅灰石含量48.87%；L3矿体厚2.84m，硅灰石含量49.86%；L4矿体厚2.04m，硅灰石含量59.22%；L5矿体厚1.10m，硅灰石含量38.63%。矿体走向均为北东东向，倾向南南东，倾角38°～50°，矿体最近距岩体3.95m，最远距岩体156.87m，其中主矿体L2距岩体100m，与石竹山硅灰石矿ZK4801钻孔揭露矿体对应性较好，其中研究区L2矿体与石竹山Ⅳ号主矿体为同一层矿体（图1）。结合周边矿区资料，矿体走向近东西，沿走向控制长约1400m，呈层状，见有多层。

图1 研究区5号勘探线剖面图Fig 1 Cross section of exploration line 5 in the study area

3.2 矿石组构

矿石为纤维状变晶结构，块状、似角砾状、环带状构造，成分为硅灰石（31.73%～75.68%）、方解石（16.75%～54.93%）、透辉石（5.18%～14.96%）、石英（0.09%～8.49%），其它矿物含量甚微，按矿石矿物的共生组合分类，属硅灰石-透辉石-方解石型，硅灰石晶粒较粗，晶体最大长度可达4～5cm，一般为2～3cm，属粗晶硅灰石矿石（图2）。

从图2可看出，矿石中的矿物大部分由硅灰石组成，次为透辉石、方解石，偶见石英、石榴石、绿帘石等。硅灰石多呈板柱状或放射状集合体，在颗粒粗大的硅灰石中常见交代残留的方解石及石英；透辉石多呈柱状或粒状，粒径0.1～0.3mm，呈细小颗粒包裹于硅灰石中；另硅灰石中可见方解石脉及石英脉穿插切割。

图2 研究区典型硅灰石矿石岩心及镜下照片Fig 2 Cores and micrographs of typical wollastonite ore in in the study area

3.3 矿石化学成分

对研究区矿石样品化验结果进行统计：CaO含量43.5%～49.56%，平均47.13%；SiO2含量23.88%～44.68%，平均34.74%；CO2含量7.38%～24.2%，平均15.34%；MgO含量1.07%～2.77%，平均1.66%；Fe2O3含量0.14%～0.68%，平均0.31%；Al2O3含量0.09%～0.98%，平均0.29%；TiO2含量＜0.02%。从统计结果可以看出，矿石主要成份SiO2和CaO含量占80%以上，两者比例约为0.74：1，次要成份CO2大约占15%，另含少量MgO、Fe2O3、Al2O3、TiO2，其它成分极微，说明矿石中主要脉石矿物为方解石，其他杂质较少，矿石相对易选，质量较好。

4 控矿因素及矿床成因

4.1 地层

研究区内硅灰石矿体受层位控制明显，钻孔揭露矿体均产于中二叠统茅口组中，通过对比蒙山地区已发现的硅灰石矿（鸭婆坑硅灰石矿、曹坊庙硅灰石矿、观音脑硅灰石矿、月光山硅灰石矿、石竹山硅灰石矿等），无一例外其具工业价值的硅灰石矿均产于中二叠统茅口组中，栖霞组中虽也偶尔可见硅灰石矿产出，但均规模较小，不具工业价值。

硅灰石矿的产出位置与茅口组硅质条带或硅质团块的分布位置密切相关，从蒙山地区的硅灰石露头可见硅灰石矿体多产出于茅口组硅质条带或硅质团块分布位置，矿体顺层产出，钻孔内揭露的硅灰石矿从中心向外常可见到有石英-硅灰石-方解石-大理岩分带的现象，环带有时未见石英核心，全部交代成硅灰石，这种现象是含硅质结核灰岩中硅质和钙质活化迁移并相互反应的证据，其反应式为CaCO3+SiO2→CaSiO3+CO2↑[8,9]。

通过以上证据表明，研究区硅灰石矿的形成其物质来源为中二叠统茅口组含硅质结核灰岩，地层中的硅质组分和方解石在一定的温压条件下发生反应形成硅灰石。

茅口组上覆地层为总厚度约467m的上二叠统乐平组含煤碎屑岩建造，该套岩性可于茅口组之上形成隔热层[10]，能够防止温度快速冷却，有利于成矿反应进行的更完全，从而形成厚大的硅灰石矿体。

综上，研究区内地层条件优越，对硅灰石成矿极为有利。

4.2 构造

硅灰石的成矿反应会伴随CO2气体的大量释放，若CO2气体不能及时逸出，则体系中CO2浓度会不断增大，同时CO2分压会不断增大，随着CO2浓度增加会抑制成矿反应的进行。另根据巴尔特的计算和1956年哈克和吐特的实验证明，随着CO2分压的增大，硅灰石成矿反应的所需温度也会不断增加[9]。因此在封闭的体系中，硅灰石成矿反应难以进行，此时构造的发育情况显得尤为重要。

研究区的伸展滑覆构造体系使区内的断裂构造及层间裂隙极度发育，仅钻孔ZK501中就揭露到6条不同规模的断层，断层附近的岩石可见不同程度的碎裂现象，另钻孔中岩石多处可见层间裂隙发育。发育的构造裂隙有利于成矿反应生成的CO2气体及时的逸出，使成矿反应在相对较低的温度下可持续的进行下去。

4.3 岩浆岩

研究区北部出露蒙山岩体，岩体呈不规则椭圆状岩株产出，出露面积约39km2，深部向南延伸至研究区内，据区域物探资料分析，岩体于深部还有比较大的延伸范围，规模较大。蒙山花岗岩（花岗岩脉除外）的Al2O3/TiO2值全部＜100，参照花岗岩源区熔融温度判定方法，花岗岩的Al2O3/TiO2值＜100可以判定源区部分熔融温度高于875℃。此外，蒙山花岗岩的锆石饱和温度较高（768～808℃），进一步可说明蒙山花岗岩形成温度较高，可为硅灰石成矿提供充足的热源[7]。区内硅灰石矿体产于岩体与围岩外接触带3.95～156.87m范围内，主矿体产于距岩体100m左右接触带中，该范围在岩体热变质影响范围内，矿石主要由硅灰石、方解石、透辉石和石英组成，矿体围岩受接触热变质影响多具大理岩化，说明浒溪硅灰石矿主要为接触热变质作用形成，蒙山岩体提供的热量对成矿起着至关重要的作用。

接触带附近岩浆挥发性组分富集，易发生矽卡岩化，除形成硅灰石外，还会形成其它矽卡岩矿物，降低了硅灰石的品质，故矽卡岩型硅灰石矿在区内发育不稳定，局部地区可见厚大矿体，局部甚至无工业价值。

4.4 矿床成因

从早中生代开始，古太平洋板块开始沿北西向俯冲于欧亚大陆之下，导致了华南大规模的印支期造山和岩浆活动，来自东南方向的应力挤压造成了武功山地区印支期的变质变形事件，而在武功山北面的萍乡-广丰深大断裂附近，可能造成局部的伸展及古断裂带的活化，导致少量基性岩浆沿该断裂上升和底侵，使地壳物质发生部分熔融形成花岗质岩浆，少量基性岩浆混入壳源岩浆，形成了蒙山复式花岗岩体[7]。岩体侵位于二叠系中，温度较高，在接触带附近，花岗质酸性岩浆与灰岩发生矽卡岩化；在外接触带一定范围内发生接触热变质作用，可见大理岩化、透灰石化、硅灰石化，当岩浆侵入于中二叠统茅口组含硅质结核灰岩中时，地层中的硅质和钙质组分在一定的温压条件下可发生反应形成硅灰石。区域发育的构造裂隙为成矿反应产生的CO2气体及时逸出创造了有利条件，同时含矿地层上覆的乐平煤系地层又可以防止热量快速的扩散，保证了成矿反应的可持续性，在以上各种有利的因素综合作用下，形成了区内厚大的接触热变质型硅灰石矿体。

5 找矿前景

通过对研究区硅灰石矿控矿因素的分析总结，归纳出区域硅灰石矿形成的几个主要条件：①茅口组含硅质结核灰岩地层；②能提供稳定热源的大规模岩体；③距岩体外接触带0-300m范围；④既能保证气体逸出又能保证热量不快速扩散的半封闭半开发构造体系。

结合已掌握区域资料综合分析，蒙山南部第四系覆盖区域仍隐伏有巨厚茅口组地层，蒙山岩体往南向深部仍有较大规模延伸，且本研究已通过ZK501钻孔于-400m标高揭露到厚度达14.36m的硅灰石矿体，充分证实该区域深部具有较大的隐伏硅灰石矿找矿前景。

6 结论

（1）浒溪硅灰石矿床共发现硅灰石矿体5条，均为隐伏矿体，其中主矿体L2厚14.36m，硅灰石含量48.87%，距岩体100m，为接触热变质型矿体。

（2）在区内茅口组含硅质结核灰岩作为物源，印支期蒙山岩体提供热源，岩体上侵和上覆巨厚岩层提供压力的条件下，在区域发育的构造裂隙和乐平组碎屑岩隔热层组成的半封闭半开放体系中，多种有利控矿因素综合作用形成了蒙山地区世界级的硅灰石矿。

（3）通过对研究区控矿因素和成矿机理的综合研究，推断蒙山南部第四系覆盖区域深部仍具有较大的隐伏硅灰石矿找矿前景。