北京地质大学云母专家
1. 云母对混凝土的危害性
云母多为单斜晶系来,呈叠板状或书册源状晶形,即通常说的片状结构,易剥离,机械强度低,阻碍水泥石形成正常胶结结构;另外云母化学成分含铝、镁、钾,易与水泥产生不利于强度形成的反应,如碱集料反应等。
骨料中云母含量高,会增大混凝土用水量,降低骨料和水泥石间的粘结力,降低混凝土强度。
云母不但影响混凝土的强度,而且还影响混凝土拌合物的和易性、降低混凝土的耐久性,引起混凝土的膨胀裂痕等。
当云母在骨料中的含量达到2%时,混凝土工作度损失几乎达到50%;当云母含量达到10%时混凝土的坍落度降低到零。
2. 云母粉的用途领域
云母粉是粉末状云母的形态,是一种非金属矿物,含有多种成分,其中主要内有SiO2,含量一般在49%左右容,Al2O3含量在30%左右。云母粉具有良好的弹性、韧性。绝缘性、耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、附着力强等特性,是一种优良的添加剂。
云母粉被广泛用于无线电工业、航空工业、电机制造,它还广泛用于涂料、油漆、塑料、油毡、造纸、油田钻井、装饰化妆等行业,在油漆中可减少紫外线或其它光和热对漆膜的破坏,增加涂层的耐酸、碱和电绝缘性能,提高涂层的抗冻性、抗腐蚀性、坚韧性和密实性、降低涂层的透气性,防止斑点和龟裂。 云母粉还可用在屋面材料中,起防雨保暖、 隔热等,云母粉与矿棉树脂涂料混合,可做混凝土、石材、砖砌外墙的装饰作用,云母碎用于油毡,管道砂浆,胶结剂;在橡胶制品中,云母粉可做润滑剂、脱膜剂,以及做高强度的电绝缘和耐热、耐酸碱制品的填充剂。云母还可做云母纸,云母板、云母陶瓷,珠光云母颜料、云母熔铸制品等。
3. 什么是云母
云母是一类结构较复杂的水合铝硅酸盐,常见与石英和长石等组成花岗岩,或共生于其它矿中,单独成矿的主要是伟晶岩等。它广泛存在于自然界中,如土壤中,但由于含量太低而无开发价值。除伟晶岩外,云母也以碎屑集合体成矿,前者常用于剥制大片云母(电器的高级绝缘材料),后者用于生产云母粉和碎屑产品。在云母主产国印度和最大使用国美国,也利用大片云母加工中形成的大量边角料生产云母粉,但大多数国家无此条件。
云母的分子结构可用M1M2(Al2Si6O20)(OH)4表示[1]。不同的M1、M2形成不同的云母品种,例如M1=K2、M2=Al4时为白云母(muscovite),结晶水更多时为绢云母(sericite),而M1=Na2者则为钠云母(paragonite)。在金云母(phlogopite)中M2为Mg6,同时OH可为F取代,而所有OH被F取代者即为氟金云母(fluorophlogopite),它在自然界中不存在,纯属人造。当M2为Mg和 / 或二价Fe时(共十二价)称黒云母(biotite),还有含锂、钒、铬等金属离子的品种,品种繁多。天然云母一般以某种云母为主,同时含一定量的其它品种。
云母如同花岗岩,具有极高的稳定性,在一般情况下不与强酸强碱反应,也不溶于水和各种溶剂,到800ºC左右才开始失去结晶水,可在更高温度(如1200ºC)正常工作。云母还有极高的绝缘性能(1012~15欧姆。厘米),其中以氟金云母和白云母为最佳,而黒云母因含铁量过高而稍逊。不同云母品种的其它性能差异较小。
云母最大的特点是具有优异的片状晶形,可剥出厚度仅数微米的大片,最小极限厚度约1纳米,这是任何其它矿物所不具备的。云母晶片致密,坚硬而有弹性,表面光滑、光亮,呈珠光样光泽。不透光,能吸收紫外线,具有较高的红外辐射能力。特别是经过湿法加工的云母粉,晶片极薄(纳米级),具有极大的覆盖、阻隔等功能,在各种材料中有众多的用途,可赋予材料以各种优异的性能。就此而言,湿法云母粉的应用在许多场合是无可替代的。
4. 云母粉是什么
好的弹性、韧性。绝缘性、耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、附着力强等特性,是一种优良的添加剂。它广泛地应用于电器、电焊条、橡胶、塑料、造纸、油漆、涂料、颜料、陶瓷、化妆品、新型建材等行业,用途极其广泛。随着科学技术的不断发展,人们开辟出新的应用领域。
云母粉是一种层状结构的硅酸盐,结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层。解理完全,可劈成极薄的片状,片厚可达1μm以下(理论上可削成0.001μm),径厚比大;云母粉晶体化学式为:K0.5-1(Al,Fe,Mg)2(SiAl)4O10(OH)2▪nH2O,一般化学成分:SiO2: 43.13-49.04%, Al2O3: 27.93-37.44%,K2O+Na2O: 9-11%,H2O: 4.13-6.12%。
特征
云母粉属于单斜晶体,晶体为鳞片状,具丝绢光泽(白云母呈玻璃光泽),纯块呈灰色、紫玫瑰色、白色等,径厚比>80,比重2.6-2.7,硬度2-3,富弹性,可弯曲,抗磨性和耐磨性好;耐热绝缘,难溶于酸碱溶液,化学性质稳定。测试数据:弹性模量1505-2134MPa,耐热度500-600℃,导热率0.419-0.670W.(m.K)-1,电绝缘性200kv/mm,抗放射性5×1014热中子/cm2对照度。
另外云母粉的化学组成、结构、构造与高岭土相近,又具有粘土矿物的某些特性,即在水介质及有机溶剂中分散悬浮性好,色白粒细,有粘性等。因此,云母粉兼具云母类矿物和粘土类矿物的多种特点。
分布
中国的绢云母矿产资源储量大、分布也广,但值得开发利用的较少。根据绢云母的矿床成因,一般将绢云母矿床分为片岩型绢云母矿床(安徽滁州绢云母矿)、斑岩蚀变型绢云母矿床(江西景德镇柳家湾瓷石矿)、火山岩蚀变型绢云母矿床(浙南、福建南安等地石英绢云母岩)、次生石英岩型伊利石绢云母矿床(浙东火山碎屑蚀变型伊利石绢云母矿)、粘土岩型绢云母伊利石矿床(北京怀柔、川南等地伊利石粘土矿),其中以片岩型绢云母矿开发利用价值最大,因为该类绢云母矿的云母特征最为明显。
而云母粉大部分产品都是来自安徽滁州,建有大型生产基地,在产品质量方面有很大的优势。
辨别
云母粉辨别很简单的,根据经验,大致有以下几种方法,仅供大家参考:
一、云母粉白度不高,大概是75左右。经常接到客户的提问,反应云母粉白度有90左右,正常情况下,云母粉白度普遍不高,仅在75左右。若掺杂有其他填充料如碳酸钙、滑石粉等,白度会大幅度提高。
二、云母粉是片状结构,取一个烧杯,加100ml纯净水,用玻璃棒搅拌,则看出云母粉悬浮性很好;其他填充料包括透明粉,滑石粉,碳酸钙等产品,悬浮性都没云母粉优异。
三、弄少许,涂到手腕上,有点珠光效果;云母粉尤其是绢云母粉,有一定的珠光效果,广泛应用于化妆品、涂料、塑料、橡胶等行业。若购买到的云母粉珠光效果较差或者无任何珠光效果,此时应该注意。
5. 秦岭和华北岩石纵波速度及其对地壳低速层成因的启示
赵志丹
(中国科学院地球化学研究所,贵阳550002)
高山骆庭川张本仁
(中国地质大学地球化学研究所,武汉430074)
谢鸿森郭捷许祖鸣
(中国科学院地球化学研究所,贵阳550002)
摘要人们在世界上许多地区的中、下地壳发现了低速层,并从不同角度来解释它的成因。作者对采自秦岭和华北地区的138个样品进行了高温(达1500℃)和高压(达3GPa)条件下纵波速度的测定结果,探讨了岩石纵波速度的一般特征,并且发现了岩石纵波低速现象。通过对实验产物的矿物组成和结构等的综合研究表明,含水矿物(角闪石或黑云母)的脱水、相变和部分熔融导致岩石出现纵波低速现象。实验结果表明含水矿物脱水熔融可能是引起研究区或世界其他地区出现地壳低速层的重要机制。
关键词地壳低速层岩石纵波速度脱水和相变部分熔融秦岭造山带华北克拉通
1引言
本世纪50年代以来,以地球物理为主的地壳深部探测和对地球深部物质的实验研究使我们对岩石圈,特别是大陆岩石圈不断加深了解。其中地壳低速层就是深部地球物理的重要发现之一,它分布在世界的许多地区,如阿尔卑斯、北美、西藏、华北和秦岭造山带等地区,而且其中的许多地区是具有高热流的构造或地震活动带[2,12,13,14,19]。
人们用多种方式来解释地壳低速层的成因。有人认为它是由流体、大规模的推覆体或韧性剪切带等引起的软层[8,9]。其他学者则从实验室中地壳矿物和岩石的成分及其物理化学性质出发,认为石墨、含盐流体、或者矿物脱水相变及岩石部分熔融导致了低速层的出现[2,4,8,9]。从已有的研究看,迄今尚无一种理想的模式完满解释地壳低速层的成因。本文测定了采自秦岭造山带及其邻区和华北克拉通的138个岩石样品高温高压下的纵波速度,探讨了实验结果并应用实验数据解释研究区内地壳低速层的成因。
2样品和地质背景
研究区包括秦岭造山带及其邻区和华北克拉通(五台山和内蒙古)。系统采集样品的地质单元主要是前寒武纪基底和不同时代的侵入体,其变质程度包括榴辉岩相、麻粒岩相、角闪岩相和绿片岩相岩石,它们可以作为地壳主要岩类的代表(表1)。选取新鲜、肉眼见不到裂隙和无次生变化的岩石进行实验。每个实验样品还配套进行显微观察、密度测定和岩石化学分析。对实验产物还进行了镜下鉴定和电子探针分析。
表1采集实验样品的地质单元
3实验方法
实验是在中国科学院地球化学研究所地球深部物质实验室完成的。YJ-3000t六面顶静态超高压装置可以在给定的时间内(几分钟至100小时)在腔体内产生高达6.0GPa同时1600℃的温度和压力。实验样品为长33mm、直径12mm的圆柱体,叶蜡石粉压块作为传压介质。圆柱状的样品由3层不锈钢箔加热器包卷置于叶蜡石粉压块中。样品室的温度由已标定的功率—温度工作曲线得出。高温高压条件下样品的波速由弹性波发射和接收装置所获得的数值信号计算得出。实验和计算方法详见谢鸿森等[17]和Xu等[18]。
为模拟研究区地壳和上地幔的实际温度和压力条件,依据各构造单元的不同地温分布曲线给出的压力(P)和温度(T)的对应关系[7],在p、T同步增加的条件下,测出每个样品在一系列p(达3.0GPa)、T(达1500℃)值下的纵波波速Vp值。不锈钢箔加热器在温度上升达到其熔点后会熔断,因此每个样品的加温加压过程即以加热器熔断为终结,每个样品实验终结时的压力和温度各不相同,最高的分别可达3GPa和1500℃,普遍都超过了1000℃和1GPa。取地压增加梯度为0.03GPa/km,将压力p(GPa)换算成深度h(km),获得的大量数据表示于Vp—h图中。
4岩石高温高压实验纵波速一般特征
图1给出了6个样品的Vp—h关系。各类岩石样品的Vp值随深度h增加表现出3段特征,在第一段0~10km深度范围内,Vp值快速增加,表明0.3GPa的压力已使岩石内部裂隙基本闭合。在第二段10~30km深度,Vp值仍随深度增加而增大,但增加的幅度减弱,几乎所有样品都在750~920℃和0.63~0.90GPa(相当于21~30km)范围内达到了最大值Vp.max,第2段的纵波波速特征(dVp/dh和Vp,max的大小)可以代表各类岩石样品的本质特性。第3段,即Vp值达到最大值Vp,max之后的变化呈现两种趋势,第1种是基本上随压力增大,Vp值恒定于Vp,max值附近;第2种是从Vp,max值开始逐渐下降,在1100~1200℃和0.99~1.50GPa(约33~50km),有54个样品显示了这类现象,占总数的1/3以上,我们将这种达到Vp,max值之后又下降的现象称为纵波低速现象。这种现象对解释地壳低速层的成因提供了重要的实验依据。
图1部分实验样品的Vp—h图
1—大河群基性麻粒岩;2—秦岭群斜长角闪岩;3一秦岭群大理岩;4—甘沟石英闪长岩;5—宽坪群云母石英片岩;6—伏牛山花岗岩
5出现纵波低速现象样品的特征
具有纵波低速现象的54个样品的特征总结在表2中,其中5个样品的Vp—h关系见图2。对实验产物进行了镜下观察和电子探针分析,以求发现导致纵波低速现象的原因。
表2实验岩石纵波低速现象统计表
续表
① 岩石样品所达到的纵波最大值Vp,max及其对应的压力和温度;②岩石样品所达到的纵波最小值Vp,min及其对应的压力和温度;③岩石Vp值下降幅度,ΔVp=Vp,max—Vp,min;④岩石Vp值下降百分率,ΔVp=(△Vp/Vp,max)×100%。
54个出现纵波低速现象的样品,主要是斜长角闪岩、石英闪长岩、麻粒岩、辉长岩、大理岩、云母斜长片岩等。除大理岩等极少数样品外,绝大多数样品含有角闪石或黑云母。若从实验的138个样品来看,含有角闪石的各种岩类都出现了纵波低速现象。
图2出现纵波低速现象的样品的Vp—h图
图例中的样号同表2中序号一致
绝大多数样品在750~920℃、0.63~0.90GPa(约21~30km)范围内达到最大值Vp,max,之后在1100~1200℃、0.99~1.50GPa(约33~50km)范围内降至最小值Vp,min。设下降幅度△Vp=Vp,max—Vp,min,则有7个样品的△Vp值超过1.0km/s(表2),它们是2个斜长角闪岩、2个变基性火山岩、1个辉长岩、1个麻粒岩和1个大理岩。从降低程度来看,Vp,min值比Vp,max值最多降低达到21%(样品号5和37)。三种主要类型岩石的特征描述如下:
含角闪石或黑云母的岩类:全部实验样品中,含有角闪石或黑云母的岩石样品都出现了纵波低速现象;我们可以看到在角闪石或黑云母的边部有熔融玻璃(例如18号样品)。熔融玻璃出现在角闪石(或黑云母)和浅色矿物(斜长石或石英)的边界上,并呈无色、棕色或淡黄色。熔融玻璃约占整个样品的5%~10%。电子探针结果发现了有的角闪石已脱水、相变形成了辉石(例如样品39)[20]。
大理岩:实验样品中的大理岩都出现了纵波低速现象。样品均由原来的浅色或无色变成了绿色或深绿色。有的样品出现了小气孔(小于1mm),这可能是其中的碳酸盐类矿物(方解石或白云石)释放出二氧化碳后的残余结构。镜下颗粒之间出现大量的黑色全消光物质,可能是碳酸盐类矿物相变的产物[20]。
花岗岩:图3是部分花岗岩的Vp—h关系,其中未发现纵波降低现象。花岗岩样品中不含角闪石或只含少量黑云母,实验产物中除了发现有大量裂隙外,无明显变化,而且未发现熔体。我们可以认为在花岗岩类样品中,由于无或只有少量的含水矿物,使得产物中没有出现脱水、相变或部分熔融。
以上讨论可以简单总结为,碳酸盐类矿物的去气作用和相变导致大理岩的纵波低速,并遗留了一些气孔;而在存在含水矿物的岩石中,纵波低速则是由脱水、相变和部分熔融引起的。
图3部分花岗岩样品的Vp—h图
LZ1-3—二朗坪黑云母花岗岩;LZ2-3—满子营黑云母花岗岩;LH-6—老虎沟花岗岩;DL-2—黄陵花岗岩;EL-7—二里坝奥长花岗岩;WJ-1—王家会花岗岩
6讨论
已有的大量研究结果表明,在室温条件下,岩石的Vp值随外加压力的增大而单调增加或基本恒定在某个值,而在恒压升温实验中,随着温度的增加而降低。因此外加温度无疑是导致岩石波速下降的根本原因[1,4,11]。
许多研究者解释了岩石波速随温度增加而降低的原因,Kern[10]在压力小于0.6GPa条件下实验证实矿物的颗粒边缘的裂隙会因热膨胀而张开;Christensen[1]则认为矿物颗粒边缘的孔隙在1GPa以上对波速的影响很小,即在地壳深处条件下,裂隙的作用不再是重要的。其他的实验结果支持矿物脱水和相变是引起岩石波速下降的重要原因,如石英岩或富硅质的岩石在接近石英α—β相转变的温度范围时岩石波速的急剧下降[10]。本文实验结果进一步证明在富含角闪石或黑云母的岩石中,脱水、相变和部分熔融可以导致整个岩石的波速降低。
本文的实验试图模拟地壳深部的温压状态,即在波速测定过程中,温度和压力同时上升,岩石样品在外加压力逐渐增大的过程中,矿物边缘的热膨胀引起裂隙张开已变得十分困难。138个样品的实验产物中都发现了存在不同规模的裂隙,不仅在出现低速现象的54个样品中,而且在没有出现低速现象的样品(如花岗岩)中裂隙似乎更多,因此裂隙似乎不是引起岩石波速下降的决定性因素。实验中出现低速现象的样品均为含有角闪石或黑云母的(大理岩除外),对实验产物电子探针分析结果表明已出现了角闪石—辉石相变。
脱水对熔融的发生起了促进作用。以本次实验的花岗岩为例,外加的温压条件已处于其液相线之上,但镜下鉴定未发现其产生部分熔融,也没有出现纵波低速现象。由此看来,或者外加水,或者岩石含有饱和水(水以OH-形式存在于含水矿物中)对岩石中熔融的发生有十分重要的作用。出现低速现象的样品除大理岩外,都有含水矿物(角闪石或黑云母),脱水早于部分熔融,并成为后者的先决条件。部分熔融的出现又进一步降低了岩石的波速。地壳中、下部产生部分熔融,或规模不等的岩浆房、岩浆层,从物理性质上也可满足低速高导层的条件。如东非裂谷(肯尼亚)、美国黄石公园等地的地震层析成像所探测到的地壳低速体就被认为是部分熔融物质[15]。
实验岩石的脱水作用的发生,以该岩石最大波速所对应的温压条件作为起始条件,对含角闪石的岩石来说,起始温压多集中在700~800℃、0.6~0.7GPa;降至波速最小值可能对应着矿物脱水程度最高和出现相当数量的部分熔融。
上述讨论表明,矿物脱水相变及由之诱发的部分熔融确实是岩石出现低速现象的原因,另据其他研究者的实验结果[5],矿物脱水相变、岩石部分熔融时其电导率明显增加,这样上述过程可以同时导致岩石低速和高导现象。
秦岭地区和华北内蒙古、五台山地区的中、下地壳物质组成和热状态同本文中出现低速现象的实验条件是可以类比的。研究区的中、下地壳以达到角闪岩相的岩石(如斜长角闪岩、变基性火山岩等)为重要的岩石类型,而且大量存在以角闪石为主的含水矿物[6,16]。已有研究成果揭示出,秦岭和华北地区均为高热流区。地温分布曲线显示[7],中、下地壳可以达到本次实验中角闪石脱水的起始温压条件(约700℃、0.6GPa)。至少有两种可能性存在,一种是部分中地壳本身发生了矿物脱水相变和少量部分熔融,形成低速高导层;另一种可能是类似Etheridge等[3]的研究结果,即矿物脱水相变和部分熔融发生于中地壳的底部或者下地壳,所产生的高温高压水或部分熔融物质上升至中地壳并被上覆的盖层圈闭引起了低速高导层。因此以角闪石为主的脱水相变或由之引起的岩石局部熔融是研究区内产生地壳低速层的重要原因之一。
7结论
对54个实验样品的矿物组成和显微结构的研究表明,矿物脱水相变和由它诱发的部分熔融是岩石出现纵波低速现象的原因。矿物脱水相变或部分熔融是导致秦岭和华北地区,也可能是世界许多地区,存在地壳低速高导层的一个重要原因。
为同时解释低速和高导这两种性质的成因,在下一步工作中需要进行高温高压条件下岩石波速和电导率的综合测量,并进行多次平行实验和多次采集实验产物,以更好地限制实验中相变、熔融等发生的确切过程。
致谢欧阳建平教授、胡以铿、张宏飞、许继峰副教授和周文戈博士提供部分样品,同刘庆生副教授进行了有益的讨论,邓晋福教授和F.Wenzel教授提供了热情帮助,作者表示感谢。
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[20]赵志丹.东秦岭河南伊川—湖北宜昌地学断面地球化学研究.中国地质大学(武汉)博士学位论文,1995.
6. 云母的作用有哪些
涂料领域:涂料云母粉是一种新型功能性绿色环保填料,独特的二维片状阻隔、屏蔽紫外光、化学结构的稳定性等功能有效地提高涂膜的抗渗透性、耐候性、耐磨性及耐腐蚀性,另外,不含任何放射性元素,引领涂料领域绿色环保的趋势.其被广泛应用于建筑外墙涂料、防腐涂料、粉末涂料、耐高温涂料、绝缘涂料、防水涂料、路标涂料、防辐射涂料以及一些特殊涂料,如船舶涂料、航天器热控涂料以及食品器皿涂料等,以深圳海扬云母粉最为出名.化妆品领域:妆品级云母具有独特的片状结构、丝绢光泽及柔滑质感,使化妆品粉质犹如丝般轻盈细腻.自然的质感让肌肤有极佳的亲和性及晶莹靓丽的效果,赋予化妆品触感柔软、光泽柔和、亲和力佳、贴肤力强等特点,是化妆品行业首选的高档粉质原料.另外云母粉的晶体透明度能让妆容颜色保持一贯性的强度,也适合于各种浓淡的色彩.绢云母的独特本质也能增加丝般柔性光泽予化妆品制造.产品广泛应用于粉饼、蜜粉、眼影、粉底液、腮红、蜜粉等众多领域.塑料领域:塑料云母粉具有高径厚比、耐高温、耐酸碱、耐磨等特点,是一种天然的功能性粉体填充材料.公司精选高品质云母矿石,采用独特的湿磨剥片及提纯工艺加工,云母片层解理完全,保存了云母特有的高径厚比结构(径厚比高达100以上),使其在塑料制品中具有突出的增强效果,且赋予塑料制品优良的尺寸稳定性;产品本身的耐高温特性也大幅度提高塑料的热变形温度计维卡软化点,适用于高温工况零件和制品;云母与玻璃纤维相比更具有制品表面光洁、不翘曲变形等特点.产品广泛应用于PP、PA、PBT、PET等塑料改性、功能母粒以及塑料工程化应用等领域.电子领域:云母粉是新型特种功能填料,适用覆铜板行业技术要求,可替代电子级硅微粉使用,赋予板材较为理想的绝缘性、刚性、低膨胀率、钻孔加工性、耐热性和工艺稳定性等性能.材料具有完全的化学惰性,即使在高温和复杂体系也不会裂解变质或诱导反应,尤其具有大幅度提高钻孔效率、钻孔质量并减少钻头磨损的特点,正逐步成为覆铜板行业的热门材料.橡胶领域:云母粉是优秀的橡胶填充补强材料,高径厚比的独特结构优异地提高补强效果,优异的薄片状晶形大幅度提高气密性,其本身矿物晶体的偏光效应和层间水分子干涉效应,有效的屏蔽紫外线、微波、红外线的性能,大大提高制品的耐老化性能.经北京橡胶研究院、河南轮胎厂、四川橡胶厂等厂家在轮胎、胶带、胶板、胶管、汽车橡胶配件等产品中应用结果证明:绢云母粉具有良好的加工性能,可取代30-50%的半补强或其它粗颗粒子炭黑,或原配方上增加一定比例的绢云母粉,能保持胶料性能不变,同时降低制品成本.耐火材料领域:耐材领域云母粉具有主要矿物含量稳定、耐火度适中、绝缘隔热理化性质稳定;泥料粘结性好、不膨胀、干燥速度快、可塑性好、抗铁流冲刷性强等优点.焊条领域:焊材领域云母粉是一种新型的焊条药皮材料,其独特化学元素的组合,可提高电弧稳定性,减少飞溅,改善焊条的工艺性能,解决了焊条生产过程中经常出现的焊条药皮开裂问题,在E4303,E4313等酸性焊条中应用时,建议配比为3%—5%,同时具有一定的弹性、塑性、可增加焊条涂料的滑性和在粉料缸中的流动性,改善其压涂性能,取代钛白粉,降低了焊条成本.陶瓷行业:云母陶瓷是一种特殊的工程材料,适用于生产耐热材料、绝缘材料、高温机械部件等,广泛用于电气、电子工业等.云母陶瓷一般是用结晶玻璃法或烧结法制成.但这两种工艺生产的云母陶瓷,抗折强度还不够理想.如用玻璃结晶法生产的云母陶瓷,其抗折强度一般仅在100~140MPa范围内,烧结法生产的云母陶瓷,其抗折强度在120~130MPa范围内.为了显著改善云母陶瓷的强度特性,国外一公司通过潜心研制,发明一种生产高强云母陶瓷的配料.
7. 云母族
牟乳地区中酸性岩和乳山金矿田围岩中普遍发育云母类矿物。前人曾对其进行过研究(徐金方,1986;李治平,1987)。本节主要从成因矿物学的角度,利用云母评价岩体的成矿潜力,提取云母类矿物的找矿标志。
一、昆嵛山岩体中的黑云母
1.一般特征
黑云母在昆嵛山岩体中以褐色他形-半自形小片状产出,矿体附近可被绿泥石和白云母所交代,同时有金红石、磁铁矿析出,故常见黑云母、绿泥石、磁铁矿或黑云母、白云母、金红石的复矿聚晶。其含量约5%—9%,向矿体附近含量减少以至消失。
2.化学成分
昆嵛山岩体黑云母的化学成分及阳离子系数分别见表3-17、18。
表3-17昆嵛山岩体黑云母化学成分(wB%)
(1)化学成分分类:云母阳离子系数计算结果(表3-18)在图3-6中的投点全部落入Ⅲ区,属铁黑云母。多数落点的位置靠近Ⅲ区(Fe3++Al+Ti)Vl一端的边线,属富(Fe3++Al+Ti)Vl的铁黑云母。
表3-18昆嵛山岩体黑云母阳离子系数
将郭家岭、玲珑和栾家河三岩体黑云母投入图中可以看出,昆嵛山岩体黑云母与郭家岭岩体黑云母有显著差别(后者属镁质黑云母),而同玲珑岩体和栾家河岩体的黑云母相似,其(Fe3++Al+Ti)Vl含量介于后二者之间。
从火成岩黑云母MgO-(FeO+Fe2O3)-Al2O3图解(Nockolds,1947;Bailey,1948;陈光远等,1993)可知,栾家河岩体的黑云母可与白云母或黄玉共生,昆嵛山岩体和玲珑岩体的黑云母相同,皆不与角闪石共生,郭家岭岩体中的黑云母除主要与角闪石共生外,少数还可与辉石和橄榄石共生。黑云母可能的组合类型,说明栾家河岩体为偏酸性花岗岩类,昆嵛山岩体和玲珑岩体为正常花岗岩类,而郭家岭岩体为偏基性花岗岩类。据裘有守等(1988)、陈光远等(1989、1991)的资料和本文的研究,栾家河岩体系钾长花岗岩,玲珑岩体和昆嵛山岩体为二长花岗岩,郭家岭岩体为花岗闪长岩,这与根据黑云母所作判断完全一致。
在金云母-黑云母成因分类图解(Hainrich, 1946;Angel,1960;Deer等,1966;陈光远等,1993)中,昆嵛山岩体和郭家岭岩体黑云母的落点明显分为两区。郭家岭黑云母多在花岗岩-闪长岩过渡区之闪长岩一侧,昆嵛山岩体则在过渡区花岗岩一侧,后者与玲珑岩体和栾家河岩体黑云母落点位置接近。
图3-6云母矿物分类
Ⅰ—金云母;Ⅱ—镁质黑云母;Ⅲ—铁黑云母;Ⅳ—铁叶云母
(据Foster,1962,陈光远等,1984编制)
●栾家河岩体(3个样平均,据裘有守等1988资料计算);◎玲珑岩体(4个样平均,据裘有守等1988资料计算);△郭家岭岩体(17个样平均,据陈光远等,1991);※绢英岩,金青顶ZK10A-1;×红化含黑云二长花岗岩,金青顶;黑云二长花岗伟晶岩,牧牛山;△二长花岗岩(三佛山岩体),上口;红色黑云二长花岗岩,柳林庄;浅红色黑云二长花岗岩,柳林庄;▲含角闪黑云石英二长岩,柳林庄;含榴二长花岗岩.无染寺;昆嵛山岩体;+含辉石黑云闪长岩,上口
总之,昆嵛山岩体中的黑云母属富(Fe3++Al+Ti)Vl的铁黑云母,与玲珑岩体和栾家河岩体的黑云母相似,明显不同于郭家岭岩体中与角闪石共生的镁黑云母。
(2)化学成分特点:从几个方面论述。
Z位阳离子:昆嵛山岩体黑云母Z阳离子全部由Si和Al组成,总数为4,Si与AllV呈负相关(表3-18)。与标准值比较,Si略显不足 <3),Al除充满Z位外,尚有部分加入Y位。该特点与玲珑岩体黑云母相似(据裘有守等1988四个分析结果计算的化学式为
Y位阳离子:图3-7a、b均一致表明,昆嵛山岩体与郭家岭岩体的黑云母成分差异十分明显,与玲珑岩体和栾家河岩体的黑云母比较相似。
图3—7a中,昆嵛山岩体、玲珑岩体和栾家河岩体中黑云母的投点均落在直线Fe3++Fez+=Mg的左上方,以富铁贫镁为特征,郭家岭岩体黑云母落点位于直线Fe3++Fe2+=Mg的右下方,以富镁贫铁为特征。这同图3-6中郭家岭岩体含镁质黑云母、其他三岩体含铁黑云母的结果是一致的。
从图3-7b可以看出,相对于郭家岭岩体黑云母而言,昆嵛山、玲珑以及栾家河岩体的黑云母除富铁外,钛含量也较高(Ti>0.13)。郭家岭岩体黑云母有褐色和绿色两种颜色(陈光远等,1993),昆嵛山岩体黑云母仅呈褐色,与后者Ti较高有一定关系。
图3-7黑云母(Fe3++Fe2-)-Mg、(Fe3++Fe2+)-Ti图解
①栾家河岩体(3个样平均,据裘有守等1988资料计算);玲珑岩体(4个样平均,据裘有守等1988资料计算);○郭家岭岩体(17个样平均,据陈光远等,1991);△二长花岗岩(三佛山岩体)。上口;红色黑云二长花岗岩,柳林庄;浅红色黑云二长花岗岩,柳林庄;▲含角闪黑云石英二长岩,柳林庄;含榴二长花岗岩,无染寺;.昆嵛山岩体;+含辉石黑云闪长岩,上口
图3-8黑云母组成与氧缓冲剂相关图(据D.R.Wones,1965)
MH—磁铁矿-赤铁矿;NB—自然镍绿镍矿;FQM—铁橄榄石-石英-磁铁矿;WM—方铁矿-磁铁矿
据1.B.Whalen等(1988)的研究,I型花岗岩中黑云母Fe3+高AlVl低,AlVl集中区在0—0.20之间,在Fe3+-Fe2+-Mg三角图上投点落入FQM(铁橄榄石-石英-磁铁矿)缓冲线上方。S型花岗岩Fe3+低AlVl高,AlVl集中区在0.25—0.75之间,在Fe3+-Fe2+-Mg三角图上投点落入FQM线下方。昆嵛山岩体中铁黑云母AlVl=0.089—0.694,平均0.387(表3-18),在Fe3+-Fe2+-Mg图上落在FQM线上方(图3-8)。结合区域地质背景分析,该花岗岩属以 1型为主的 1-S混合类型。
据图3-8和成岩温度,在图3-9上求得黑云母形成时岩浆氧逸度 lgfo2=-9.5——16.5,多集中于—10——13之间,与郭家岭花岗闪长岩黑云母形成时的氧逸度lgfo2=—12.32——14.72(陈光远等,1993)比较,昆嵛山岩体黑云母的氧逸度明显偏高,这是金呈氧化态形式迁移富集的有利标志。
黑云母中微量元素Cr、Ni、Co以类质同象形式置换Y阳离子。昆嵛山岩体黑云母Cr2O3电子探针检出率75%,最高0.13%,NiO检出率33%,最高0.04%,CoO检出率50%,最高0.16%(表3-17),与郭家岭岩体黑云母相应微量元素特征(陈光远等,1993)相似。
X位阳离子:由表3-18和前人(裘有守等,1988,陈光远等,1993)资料可知,胶东四个岩体黑云母的X阳离子主要由K+、Na+、Ca2+所组成。仿长石端员组分计算法,对黑云母K+、Na+、Ca2+三端员百分比进行计算(表3-18)并编制相应图解(图3-10)可知,所有黑云母K+质X阳离子均大于80%,投点位置比较接近。但栾家河岩体黑云母相对富K、郭家岭岩体黑云母相对贫K、昆嵛山和玲珑两岩体黑云母介于栾、郭之间。四岩体黑云母X位阳离子相当准确地反映了各该岩体的岩石学特征。
昆嵛山岩体黑云母X阳离子除K、Na、Ca外,尚有相当量的Sr和少量Ba。三个分析值(表3-17)SrO全部检出,最高达0.93%,BaO有一个检出(0.25%)。Ba与K半径差值较大,不易形成类质同象,它的出现是昆嵛山岩体富Ba的显示。郭家岭岩体6个黑云母探针分析值中,有 2个 BaO被检出,最高 0.77%(陈光远等,1993),表明它们在成因背景方面有一定相似性。
附加阴离子:昆嵛山岩体 7个黑云母中 5个(71.4%)的附加阴离子总数大于标准值2,超出部分为标准值的1.8%—19.4%,平均12.5%(表3-18)。岩浆中充溢的挥发组分的存在是黑云母附加阴离子过剩的先决条件,也是使岩浆中成矿元素得以富集的有利因素。
图3-9不同氧缓冲剂的温度-氧逸度关系图(据D.H.Lindsley,1976)
MH—磁铁矿-赤铁矿;NNO—自然镍-绿镍矿;FMQ—铁橄榄石-磁铁矿-石英;WM一方铁矿-磁铁矿;IM—铁-磁铁 矿;1W—铁-方铁矿;IQF—铁-石英-铁橄榄石·昆嵛山岩体黑云母
表3-19黑云母Si(AlⅣ)一O振动带红外波数及相关组分比较
附加阴离子组成方面,Cl-、F-对(0H)-的取代十分明显,氧元素并非完全以OH-形式存在,其中相当一部分以独立02-出现。这说明,黑云母形成时,岩浆中H+比较匮乏,而Cl-、F-、02-相对富集,构成一种氧化环境。这是金以Au1十、Au3+迁移富集的有利条件。将Al的分配改为
与郭家岭岩体分析项目较全的黑云母比较(晶体化学式为: 崔天顺,中国地质大学(北京)博士论文.1991.
在图3-11中,昆嵛山岩体黑云母的投点与胶东其他同金矿有关的云母类落点十分接近,其附加阴离子F对OH的取代高于蚀变岩型金矿之铬云母和铬绢云母,与郭家岭型花岗闪长岩之黑云母相似。所有落点均位于Au及Cu,Mo矿化侵入体之云母区。这是昆嵛山岩体成金并伴生铜钼的标志。
图3-l0黑云母X阳离子端员图①栾家河岩体(3个样平均,据裘有守等1988资料计算):
◎玲珑岩体(4个样平均,据裘有守等1988资料计算):○郭家岭岩体(17个样平均,据陈光远等,1991);△二长花岗岩(三佛山岩体),上口;红色黑云二长花岗岩,柳林庄;浅红色黑云二长花岗岩,柳林庄;▲含角闪黑云石英二长岩,柳林庄;含榴二长花岗岩,无染寺;.昆嵛山岩体;+含辉石黑云闪长岩,上口胶东蚀变岩型金矿铬云母与铬绢云母;+流口金矿黄铁矿脉中铬云母;▲上庄岩体黑云母;△郭家岭型花岗闪长岩中黑云母;.昆嵛山岩体中的黑云母(昆嵛山岩体,本文;其他据陈光远等,1991)
图3-11成矿侵入体黑云母F-O-0H分布图(据Y.P.Trochin,1983;陈光远等,1991编制)
成矿元素:对昆嵛山岩体3个黑云母作了Pb、Zn、Au、Ag电子探针分析,检出率分别为33%、66%、33%、100%。其结果同长石(尤其钾长石)的分析大体相同。黑云母是含钾铁镁矿物,富集Zn的能力较强,但Zn的检出率不及Ag。Pb与贵金属相比更是如此。这同长石一样,反映了昆嵛山岩体易于成贵金属矿,较少成多金属矿的特点。
3.多型
据李治平(1987)对金青顶矿区—75m中段较新鲜围岩中黑云母作X射线衍射分析,该黑云母具1M多型。
4.红外光谱
牟乳地区包括昆嵛山岩体在内的部分中酸性岩黑云母红外光谱对3500—3700cm-1区间的OH伸缩振动带分辨率较低,本文仅对低频带进行初步讨论。
由表3-19可知:位于1000cm--1附近的Si(AlⅣ)-O伸缩振动(u)波数与AlⅣ原子数呈一定程度的负相关(样品L3例外),这符合前人已有的认识。由于本区岩浆中Si、Al是饱和的,Z阳离子不存在Fe3+等其他离子,因此,黑云母中的Si原子数与1000m-1附近Si(AlⅣ)-0伸缩振动波数呈正相关。
综合前人资料,在460—440cm-1范围的强吸收带主要归属Si(AlⅣ)-O弯曲振动(§),其频率明显受八面体阳离子影响,随Mg/(Mg+Fe2+)的增大向高频方向偏移。本区黑云母在 460cm-1附近出现一个主吸收带。样品M1低频侧(458cm-1)出现弱肩状吸收,这在黑云母中比较常见,但样品 L2、L3高频侧(495、496cm-1)具有弱肩状吸收,却较少见,是否Mg/(Mg+Fe2+)较高,使主带向高频侧偏移所致尚待研究。
另外,在1400—1700cm-1之间,Ml和Ll的谱线至少具有两个弱吸收带,比较突出的是1636—1634cm-1和1635cm-1带;L2和L3谱线上可分解的吸收带只有cm-1一个,其波数略高(图3-12)。
以上讨论的昆嵛山岩体及其他几类中酸性岩黑云母红外谱线上的异同是否与它们成因联系上的疏密有关,还有待更多资料的积累才能判断。
图3-12黑云母红外光谱
M1—昆嵛山岩体,牧牛山;L1—含角闪黑云石英二长岩,柳林庄;L2—浅红色黑云二长花岗岩;L3—红色黑云二长花岗岩,柳林庄
二、伟晶岩及蚀变岩中的云母
1.产状及一般特征
该节所述云母包括与昆嵛山岩体有关的黑云二长花岗伟晶岩中的铁黑云母、面状红化含黑云二长花岗岩中的水白云母和绢英岩中的绢云母(水云母)。
伟晶岩中的铁黑云母呈墨绿—黄绿色,半自形六方板片状,片度5—40mm,板片厚1—5mm,与钾长石、斜长石、石英构成镶嵌块状构造。
面状红化花岗岩中的水白云母是原岩铁黑云母失铁转变而来的,因而其周边常有黑云母残片和细粒磁铁矿。水白云母无色,呈他形细鳞片状,量微。
绢云母(水云母)是绢英岩和黄铁绢英岩中主要的蚀变矿物,是成矿热液交代斜长石、钾长石和黑云母的产物。镜下无色,极细小鳞片状。其含量随蚀变程度加强而增多。
2.矿物化学特征
伟晶岩和蚀变岩中云母的阳离子系数如表3-20。
(1)化学成分分类:据表3-20在图3-6上投点,黑云二长花岗伟晶岩中云母M2应属铁黑云母,但(Fe3++Al+Tl)Ⅵ较高。
蚀变岩中云母MS、10A110属二八面体的白云母类,重新投入图3-13,则MS为水白云母,10A110为水云母(伊利石)。
(2)化学成分特点:铁黑云母M2是昆嵛山岩体演化至伟晶岩阶段的产物,与昆嵛山岩体中的铁黑云母相比,其主要特点是Fe+有所提高(昆嵛山岩体Fe3+/Fe2+=0.51,10个样平均;伟晶岩Fe3+/Fe2+=1.44)。因此,伟晶岩阶段集中在残浆中的金可进一步迁移。
红化含黑云二长花岗岩中的水白云母是由原岩铁黑云母蚀变而来的,二者在成分上的差异十分显著,铁黑云母贫SiO2、Al203而富Fe2O3+FeO和MgO,Al大多加入四面体层呈四次配位;水白云母富SiO2、Al2O3贫Fe2O3+FeO和Mg,Al多数进入八面体层呈六次配位,表明蚀变过程导致 AlⅥ增加。
表3-20伟晶岩和蚀变岩中云母阳离子系数
胶东乳山金矿田成因矿物学
MS—红化含黑云二长花岗岩;10A—绢英岩
绢英岩主要由水云母(伊利石)和石英组成,其中的水云母虽有部分系长石蚀变而来,但也有部分为黑云母最终蚀变产物。其主组分与水白云母相似。
从花岗岩、伟晶岩阶段→“红化”阶段→绢英岩化阶段,云母中的Ti、Fe含量呈下降趋势,标志着成岩成矿过渡阶段 Ti、Fe的不断释出。Ti成为蚀变岩中的金红石,Fe参与成矿过程,成为乳山金矿大量黄铁矿中Fe的来源之一。
云母中成矿元素的电子探针分析结果所反映的趋势很有意义:伟晶岩阶段的铁黑云母中,Cu、Pb、Zn、Au、Ag五元素只有Zn被检出,红化阶段的水白云母也只有Pb和Ag被检出,至绢英岩化阶段的水云母,便有Pb、Zn、Au三元素被检出,且Au远高于Pb、Zn。上述趋势与岩石化学分析结果完全一致。这说明,伟晶岩和红化花岗岩的形成过程是成矿元素特别是金被活化、被调动、被迁移的过程,(黄铁)绢英岩化则是成矿元素由动转静,定位成矿的开端。另外,被检出的元素中,Au、Ag含量高于Pb、Zn,再次反映了本区地球化学场相对富贵金属而贫多金属的特点。
三、其他中酸性岩中的黑云母
1.产状及一般特征
本节所述中酸性岩与长石部分所述相同。各类岩石中均含黑云母,其主要特征见表3-21。
表3-21牟乳地区中酸性岩黑云母一般特征
2.化学成分
(1)化学成分分类
表3-22是由牟乳地区中酸性岩黑云母化学成分的电子探针分析结果计算的阳离子系数。依此在图3-6中的投点,除含榴二长花岗岩黑云母落入铁黑云母区,与昆嵛山岩体和玲珑、栾家河岩体黑云母相同外,其他岩类之黑云母均为镁质黑云母,与郭家岭岩体黑云母相同。
在图3-6中,含榴二长花岗岩黑云母W3落入昆嵛山岩体黑云母的投点范围,其他中酸性岩黑云母的落点与郭家岭岩体黑云母范围接近。其中,黑云二长花岗岩和三佛山岩体的黑云母落入Ⅱ区,与实际矿物组合有一定出入。
在图3-7中,中酸性岩各点的分布与图3-7中相似:含榴二长花岗岩黑云母与昆嵛山岩体及玲珑、栾家河岩体黑云母接近,其他与郭家岭岩体黑云母接近。
综上所述,本区的黑云母可分两种类型,一种以昆嵛山岩体和含榴二长花岗岩中黑云母为代表,属铁黑云母,与玲珑、栾家河岩体黑云母相似;另一种以三佛山岩体和其他几种小型中酸性岩黑云母为代表,属镁质黑云母,与郭家岭岩体黑云母相似,但更富镁质。
(2)化学成分特点:分几个方面论述。
Z位阳离子:本区各类中酸性岩黑云母Z阳离子均由Si、Al组成(表3-22)。含榴二长花岗岩黑云母Si不足3最明显,与昆嵛山岩体黑云母相似。三佛山岩体和其他岩类多大于3,与郭家岭岩体黑云母Si盈余(3.18、17个样品平均,陈光远等,1993)特征一致。
表3-22牟乳地区中酸性岩黑云母阳离子系数
Y位阳离子:图3-7同图3-6所反映的特点相同:含榴二长花岗岩黑云母富铁贫镁,类似昆嵛山、玲珑及栾家河岩体黑云母;其他中酸性岩黑云母富镁贫铁,类似郭家岭岩体黑云母。
图3-7b中,各点的分布比较分散,但三佛山岩体黑云母与郭家岭岩体黑云母落点相近,含榴二长花岗岩黑云母落入昆嵛山岩体黑云母范围。反映了牟乳地区几个主要岩体(类)在成因方面仍基本上归属于两种类型。
表3-22显示,黑云母样品W3、S2、L2的Fe3+/Fe2+与昆嵛山岩体黑云母相似,其他样品该比值明显偏高,反映这些样品所在岩石形成过程中fo2较高。L3、S3等岩石呈红色,与昆嵛山岩体及含榴二长花岗岩的灰白色明显不同,也是fo2偏高的反映。因此,只要形成它们的熔浆中含有较丰富的金,便有可能富集成矿。
表3-22中,各样品AlⅥ均小于0.25,显示 I型花岗岩中黑云母的特征。其中,含榴二长花岗岩中黑云母AlⅥ与0.25接近,与昆嵛山岩体黑云母相似。
牟乳地区各类中酸性岩黑云母Cr2O3、V203、NiO的电子探针分析结果均大体相似。因此,无论铁黑云母抑或镁质黑云母都不同程度地继承有胶东群中的幔源组分。而幔源物质中富金,这是区域岩浆岩利于金成矿的标志。
X位阳离子:图3-10中点的分布与图3-6、7中点的分布有明显的差异,尽管W3仍落在昆嵛山岩体黑云母范围,但其他投点不像郭家岭岩体黑云母那样贫K,而是较栾家河岩体黑云母更富K。这可能正是三佛山等岩体与郭家岭岩体的区别所在:前者相对富钾(K2O>4)、后者贫钾(K2O<4)。
除昆嵛山岩体外,其他中酸性岩X阳离子含Ba也较高。电子探针分析,Sr0未检出,而不易置换K的Ba却有71%的检出率,BaO最高0.55%。这进一步反映了区域岩浆岩富Ba的地球化学特征。
成矿元素:除昆嵛山岩体外,牟乳地区中酸性岩黑云母Cu、Pb、Zn、Au、Ag的电子探针检出率分别为43%、29%、43%、43%、71%,Au、Ag的检出值较高,最高分别为6752×10-6和3352×10-6。该结果同长石的研究均表明,牟乳地区中酸性岩相对富贵金属而贫多金属。
3.红外光谱
部分中酸性岩黑云母的红外光谱在前文已作了初步讨论,此不赘述。
四、小结
根据本节对云母族的研究,可得如下几点结论:
(1)牟乳地区中酸性岩中的黑云母有铁黑云母和镁质黑云母两种类型。前者以昆嵛山岩体和含榴二长花岗岩中黑云母为代表,类似玲珑和栾家河岩体中的黑云母;后者以三佛山岩体及其他小型中酸性岩中的黑云母为代表,类似郭家岭岩体中的黑云母,但更富镁质和钾质。昆嵛山岩体中的铁黑云母为1M型。
(2)黑云母Y阳离子等特征表明,昆嵛山岩体和含榴二长花岗岩属I型磁铁矿系列,但也具有S型的某些特征。三佛山岩体及其他小型中酸性岩不具S型特征,与郭家岭岩体相似。
(3)牟乳地区中酸性岩成岩环境以富氧为特征,其氧逸度普遍高于玲珑和郭家岭岩体,对岩浆所携带的金呈氧化态形式迁移十分有利。
(4)牟乳地区中酸性岩黑云母含微量元素Cr、V、Ni、Co等,说明岩浆形成作用中有胶东群幔源物质混入,这将提高亲铁元素金在岩浆中的背景含量。
(5)该区中酸性岩所构成的地球化学场以相对富钡、富贵金属而贫多金属为特征。
(6)昆嵛山岩体中铁黑云母具过剩的附加阴离子,其中,Cl-、F-、02-取代(OH)-的比例颇高,说明熔浆构成一种富挥发分的氧化环境,利于金的迁移。附加阴离子组成特征还显示昆嵛山岩体可能成金并伴生铜、钼。
(7)乳山金矿田围岩红化带铁黑云母被水白云母所取代,绢英岩中全部铁黑云母消失,部分转化为水云母。从黑云母中释出的铁进入成矿过程,成为金矿中大量以黄铁矿形式存在的铁的来源之一。
(8)成矿元素在昆嵛山岩体演化到伟晶岩阶段的富Fe3+的铁黑云母、红化带水白云母中贫化,在绢英岩水云母中相对集中。伟晶岩和红化花岗岩形成过程是成矿元素活化迁移的过程,(黄铁)绢英岩化则代表成矿元素沉淀的开始。
上述结论,与长石的研究结果具高度相应性。
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9. 福建尤溪肖坂金矿田及外围控矿构造及成矿预测
吴淦国1,2 陈柏林3 吴建设4 张达1,2
(1.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京100083;2.中国地质大学岩石圈构造、深部过程及探测技术教育部重点实验室,北京100083;3.中国地质科学院地质力学研究所,北京100081;4.福建省地质调查研究院,福州350003)
摘要:针对肖坂金矿田急待解决的控矿构造特征、矿床时空分布规律及外围成矿预测等问题,以构造系统论为指导,以控矿构造研究为主线,系统地研究了本区韧脆性剪切带分布特征、构造岩组合、岩石化学及地球化学特征,指出韧脆性剪切带运动方向。分析了本区韧脆性剪切带的发生、发展及演化,指出韧脆性剪切带为顺层剪切机制,形成于晋宁期变质作用早期,之后叠加两期不同方向的褶皱。并指出韧性剪切带从中、下地壳不断被抬升过程中叠加脆性域的变形。提出韧脆性变形的构造样式。韧脆性剪切带及其上下围岩的原岩为大岭组下段含矿岩系的重要组成部分;韧脆性剪切带的形成演化与成矿作用有密切关系,空间上二者紧密相伴。并提出燕山期剪切带的脆性变形阶段为本区金矿最重要的成矿期。肖坂矿田金矿可划分为层控韧脆性剪切带型、脉型和风化淋滤型金矿3类,有利于找矿勘探中的应用。建立了层控韧脆性剪切带型金的找矿模式,圈出3个成矿远景区、5个找矿靶区,首次提出中生代火山岩覆盖区尤溪官田、德化吉山深部可寻找层控韧脆性剪切带型金矿,为今后矿产勘查提供了找矿方向。
关键词:福建尤溪;肖坂金矿;韧性剪切带型金矿;构造控矿;成矿预测
肖坂金矿田处在寿宁-华安隆起带中段的次级构造单元葛坑—龙门场北东向断隆带内,断隆带为前寒武纪变质岩“天窗”基底,称为肖坂“天窗”,面积达400km2,发育中上元古界变质岩。肖坂天窗的北西侧为古迹口—永坑火山断陷带,南东侧为吉华—杨梅火山断陷带。肖坂金矿床控矿构造主要是在中上元古界变质岩构造基础上发育起来的韧性剪切带,其变形性质、变形式样、变形运动学和动力学经历了长期的构造演化史。经过后期褶皱构造叠加和脆性断裂改造,构成复杂的构造图象。因此肖坂金矿田主要矿床类型是受韧性剪切带控制的金矿床,基底“天窗”是本区最主要的金富集区。
1999年度启动的矿产资源综合研究项目“永梅会相邻区综合找矿预测”,主要针对永梅会相邻区矿产资源评价工作中存在的基础地质问题,开展不同类型矿床的典型控矿构造型式如剪切带、火山构造、伸展-推覆构造、构造复合控矿作用,弄清肖板金矿床的主要控矿构造特征并调查其外围和火山岩有关的金矿分布特征。下面重点就韧性剪切带型金矿控矿构造及预测方面的新认识进行介绍。
1 肖坂金矿田构造变形样式
1.1 变质岩片理及岩体片麻状构造
肖坂金矿田出露地层为马面山群变质岩,变质岩片理构造发育,其走向以北东为主,倾向北西或南东,倾角中等至陡立(40°~85°),以50°~60°居多,构成北东向背形构造。但在官田、双旗山一带,片理产状为走向北西-北西西,倾向南西或北东,倾角中等至陡立,特别由于多期次的褶皱变形,区内变质岩片理构造极为复杂,产状多变。变质岩片理往往强烈置换了原始成分层理或早期面理,如成分层呈现紧闭同斜褶皱;变质岩片理又发生不同层次、不同规模的褶皱构造,形成向形构造和背形构造,反映出变形的多期性;变质岩层的展布所显示的高级别构造往往与区域性构造线的展布方向一致;变质岩构造往往具有韧性变形特征,展布方向表现出有规律的变化。片麻理构造是一种韧性变形的构造形迹,即长英质岩石(花岗闪长质岩石)经韧性变形后形成的,具有典型残碎斑晶、呈眼球状,成分为长石和少量石英;韧性基质为石英、绢(白)云母,以压扁变形为主,但宏微观构造显示正断下滑的运动学特征。
1.2 褶皱变形构造
肖坂金矿田内变质基底总体为一复式背形构造(小岭复式背形,核部位于中仙幅内),核部为大岭组变粒岩组合段,两翼为大岭组片岩组合段。轴面大致产状走向北西330°,倾向北东,倾角80°左右,枢纽略向北西倾伏,两翼发育一系列次级同斜紧密背、向形,褶皱形态复杂。
1.3 推覆构造
在东华、龙门场一带发育有推覆构造,波及范围达60km2以上,总体呈北东向延伸,推覆构造原地岩系为二叠系—晚三叠系,主要为粉砂岩泥岩,夹少量生物碎屑岩、灰岩;外来系统为中上元古界大岭组变质岩。构造窗、飞来峰发育,并多见走向北西、倾向南西的缓倾、近水平断层。自前缘剑溪、龙门场腹陆方向,在构造变型上具有明显的分带性。
1.4 断裂构造格局
本区的龙门场-葛坑断隆带处于区域上寿宁-华安断隆带中段,规模较大的断裂均表现为形成早、后期又多次活动的特点,主要以北东向、北西向二组最为醒目。北东向断裂主要有示坑—永坑断裂带及龙门场—葛坑断裂带,为长期活动性断裂。两断裂的上升盘构成断隆带,控制着元古界、晚古生界及金矿带的分布;两断裂的下降盘为断陷带,控制着中生界的分布。肖坂金矿区内,特别是在肖坂—双旗山一带发育一套早期韧性变形带叠加了后期脆性改造的韧脆性断裂构造,据目前地质研究和普查勘探工程所控制的结果判断,它是区内重要的含金(控矿)构造之一。
2 韧脆性剪切变形带及其控矿特征
2.1 韧脆性剪切变形带的规模、形态、产状
肖坂金矿区控矿构造是一韧脆性断裂构造,其空间形态为似层状,且主断面上下不远的范围内(数十米至一二百米)往往有相互平行的次级构造面相伴生。这种构造面的产状特征是倾角平缓,一般5°~40°,以10°~25°为主,由于断层本身的波状起伏及后期的褶皱,往往表现出非常明显的舒缓波状特征,因而其走向和倾向变化较多,但总体走向北东,倾向北西或南东;从规模上,这组构造带延伸范围较大,仅从目前地勘及采矿工程所控制的范围来看,自双旗山13Au的地表出露部位向北东和北西方向延伸均可达2km,总面积达2×2km2以上,且北东和北西方向都未封边,该构造带单条厚度一般2~5m,局部可达约10m。区内主要发育3条规模较大的韧脆性剪切带,自下而上编号为F0、F1、F2,F1、F2局部出露地表,F0埋藏在深部,它们相间100~400m,大致平行分布。其中以F1规模最大,连续性最好。总体形态与地层褶皱形态相一致。在空间上韧脆性剪切带沿易变形的变(安山)玄武岩层位发育,基本顺层产出。由绢云绿泥千糜岩、糜棱岩等构造岩组成,夹有弱变形的变粒岩、浅粒岩,厚0.5~5.0m。剪切带上、下盘发育碎裂岩带,厚一般10~20m,由碎裂程度不一的碎裂岩化浅粒岩、变粒岩组成。
2.2 韧脆性剪切带的变形特征及运动方向
韧性变形的构造岩以绢云绿泥千糜岩为主,糜棱岩、长英质千糜岩较少见。变形特征主要表现为变余糜棱结构、千糜结构,眼球状、豆荚状、条纹状、千枚状构造,核幔构造,S-C组构等,绢云母、绿泥石等片状矿物和具有拉伸的方解石、长英质集合体定向平行排列,并与剪切带方向一致。综合考虑绿泥石、绢云母的成生物理化学条件及上述各特征,可以认为本区作为控矿构造的韧脆性剪切带是一种发育于地壳中深层次、低温低压条件下,以压扁变形为主韧脆性构造带。
2.3 韧脆性剪切带后期构造的叠加
肖坂金矿区韧脆性剪切带总体上与地层的片理产状一致,显示出具有顺层剪切的特征,且厚度不大,易受后期构造的影响发生变形。肖坂金矿区和剪切带相关的主要有北西向和北东向褶皱,以不同期次褶皱叠加干扰为特征。该区褶皱分为二期:第一期为轴向北西向倒转向形;第二期为轴向北东的复式向形构造。第一期北西向倒转向形位于工作区中西部仁字坑—芹菜洋一线,十三金、肖坂、林溪、肖坂东、水门矿段均位于该倒转向斜之倒转翼。第二期轴向北东复式向形构成本区构造的主要构架。表现为一复式向形,由一系列北东的次级背、向形组成。十三金、肖坂、林溪、肖坂东、水门矿段均位于该复式向形之北西翼,次一级北东的背、向形发育。
矿区内由一系列北东向与北西向褶皱叠加构成一幅波澜起伏的干扰图像。在北东向与北西向背形叠加部位常形成“隆中隆”,如ZK24712及后林旗顶附近;在两组向形构造叠加部位形成“凹中凹”,如在ZK25902、ZK25105、ZK25106孔处形成三个凹陷。北东向褶皱规模较大,叠加于北西向褶皱,枢纽呈蛇曲状,北东向褶皱变形强烈,总体保留得较为完整,表现较为清晰,北西向褶皱形成早于北东向。北东向褶皱形成于加里东期,北西向褶皱形成于四堡—晋宁期。
3 韧脆性剪切带的发生、发展及演化
根据韧性剪切带与地层同步摺皱的特点来判断,其形成时期应在变质作用早期。据朱福生研究,原东华组角闪片岩同位素年龄为1970±85Ma(全岩Sm-Nd),1:5万街面幅在卓地变粒岩中采获混合锆石U-Pb模式年龄为1097.7Ma,该年龄相当于变质年龄,变质期为晋宁期,故认为韧性剪切带形成时期在晋宁期之前,剪切带的运动方向南东—北西。
在晋宁期,发生区域变质作用,构造变形表现为地壳中-下部层次的变形特征。早期发生顺层塑性固态流变,晚期递变为地壳侧向挤压,变质岩层发生韧性剪切-压扁变形。加里东期主要表现对晋宁期构造活动产物的叠加改造,总体形成北东向宽缓向形构造,并产生区域低温动力变质作用,普遍发生退变质作用(斜长石退变为绢云母,黑云母退变为绿泥石)。韧性剪切带变质岩形成千糜岩。华力西期主要表现为地壳的缓慢升降,接受地层沉积。印支期在本区活动强烈,主要表现在该区老变质岩的断隆抬升,韧性剪切带变质岩由韧性逐渐转化为脆韧性。燕山期构造活动最强烈,随着构造的不断抬升,韧性剪切带变质岩由脆韧性逐渐转化为韧脆性。
4 韧脆性剪切带对金矿化的控制
控矿构造是导矿构造、运矿构造和储矿构造的总称,也即成矿流体或成矿热液流经及聚集的场所。肖坂金矿田范围内存在多组韧性、韧脆性及脆性断裂带,同时也有不同期次不同方向的褶皱构造。但研究表明在金成矿的全过程中,对成矿起主导作用的是韧脆性剪切带,而褶皱构造控矿特征表现在对矿体的改造,脆性构造则明显表现出破矿构造特征。韧性剪切带作为主要的控矿构造。
韧脆性剪切带对金矿化带形态、产状、规模及分布的控制主要表现在矿体和剪切带在空间上紧密相随,形影不离。这一特点从矿体和剪切带的等高线图中可以清楚看到矿床和剪切带的空间关系。
韧性剪切带是区内最重要的控矿构造。但并非所有的韧性剪切带都含矿。矿体只是韧性剪切带的一部分,它是受韧脆性断裂局部控制的。
韧性剪切带后期叠加脆性变形域内,矿体厚度大,矿石品位较富。后期脆性构造不发育的金矿化差,或者不含矿,出现矿体“天窗”。说明成矿主要与后期的脆性构造关系密切。
韧脆性剪切带背形构造的核部是金矿产出的最佳部位。如已勘查的十三金矿段金矿体主要产于北西向背形构造的北东翼靠近核部的位置。肖坂矿段金矿体则位于北东向复式背形的核部。而向形的核部矿化较差,甚至不含矿。造成矿体在空间上尖灭再现。
褶皱的叠加控矿:在两组背形构造的核部相互叠加的部位,形成“隆”中“隆”;或者在向形的核部叠加背形的核部,形成的“凹”中“隆”。在这些复合叠加处矿体的厚度增大,品位增加。
不同方向构造裂隙交汇,矿体厚度加大,品位变富。因为构造交汇部位勾通了不同方向的含矿热液,有丰富的成矿物质来源。由于这些复合部位较破碎,应力较低,容易使含矿热液在此沉淀。
5 肖坂金矿田成矿预测
5.1 金矿化类型
肖坂及外围地区金矿床(点)较多,已发现中型矿床1处,小型矿床6处,矿点21处。这些矿床(点)较集中分布于肖坂、杨梅、东华—龙门场等地。为更好地指导找矿工作,按照控矿构造条件、矿体产状、成矿环境等将区内金矿床类型划分为:(1)层控韧脆性剪切带型金矿;(2)脉型金矿,又可划分为蚀变岩型金矿和石英脉型金矿亚型;(3)铁帽型金矿。层控韧脆性剪切带型金矿是矿田内最主要的矿床类型,是本次成矿预测的对象。它产于变质基底地层中受韧性剪切带控制的金矿床,主要分布于双旗山、肖坂、水门等地,矿体围岩为大岭组(Pt2-3dl)变质岩,沿基本顺层的韧性剪切带产出,矿体产状平缓、延展规模大,矿(化)层稳定,矿石品位中等(6~7g/t),有害杂质含量低,矿石易选。围岩蚀变以硅化、黄铁矿化、绿泥石化、绢云母化为主。
5.2 找矿标志
韧性剪切带型金矿的找矿标志归纳如下:(1)具Au高背景场的中-上元古界大岭组变质岩区,其原岩为大量碎屑岩夹少量基性、酸性火山岩。(2)具有在深层次变形之后叠加有一定规模的面型顺层脆韧性剪切带。(3)褶皱构造核部,两组叠加褶皱之“隆中隆”、“凹中凹”。(4)含黄铁矿的石英脉,且石英脉无色透明,顺层分布。(5)黄铁矿呈烟灰色、亮黄白色;半自形晶,立方体、八面体、五角十二面体及其聚形,碎裂纹发育;集合体呈斑点状、团块状、脉状;含量>2%。(6)绿泥石化、绢云母化、方解石化蚀变组合。(7)重砂、水系、土壤Au异常规模较大,浓度高。(8)地表出现“棕色土”,含有斑点状、团块状褐铁矿及石英团块。
5.3 成矿预测
肖坂及外围地区,除肖坂、双旗山、雷潭、安村矿床勘查、研究程度较高外,其余矿床(点)普遍较低。区内已完成1:5万区域地质矿产调查、1:20万水系沉积物测量、1:5万重砂测量,部分地段进行了1:5万水系沉积物测量和1:1万土壤测量,积累了较丰富的地质资料,且对区内成矿地质背景、控矿因素、各类型矿床特征及地球化学特征均有较全面的了解,具备了进行大中比例尺成矿预测的条件。
成矿区的预测主要采用地质类比方法。在成矿远景区内,根据控矿因素的分析,将未知矿的预测区与已知矿床的成矿地质条件进行类比,寻找类似条件的具体区段。并将预测区段根据成矿地质条件划分成A、B二类,其中A类预测区为最好的,B类为较好的。
根据成矿地质条件,综合考虑成矿地质构造背景、矿化、异常分布特征,按上述预测准则对预测区进行圈定。肖坂矿田共圈出预测区3个(其中A类2个,B类1个)。
近十几年来,普查区进行了大量的地质工作,积累了丰富的地质、矿产、科研、重砂、化探等资料,发现了十三金、水门、肖坂、林溪、肖坂东、官田、上村等金矿床(点)和大量重砂、化探Au异常,为优选找矿靶区及资源潜力评价奠定了基础。
在成矿远景区内,优选具有矿源层出露,控矿构造存在,找矿标志明显的地段作为找矿靶区,具体遵循以下原则:就矿找矿原则、综合信息原则、相似类比原则。
以已探明的矿床为模拟对象,其原理是在相似的地质条件下有可能形成相同或相似的矿床,对找矿靶区进行资源潜力评价。根据上述原则,优选出肖坂东、水门-凤卦、官田、吉山、迎坑5个找矿靶区。
肖坂金矿床包十三金矿段、肖坂矿段、水门矿段、林溪矿段,均已经过普查-详查,共探明金储量C+D+E级16.5吨。矿段是根据地质认识的逐步深化,不断扩大矿床规模,根据工作时间先后而人为划分的,实际上是一个统一的矿(体)床。根据控矿构造的空间展布规律,矿体向北东、南东方向尚未圈闭,可继续开展普查工作。故对肖坂(东)、水门-风卦靶区进行资源量预测。
根据1:5万区调资料,矿田内变质岩分布面积达200km2,其中含矿岩系(大岭组下段)135km2,两侧被火山岩覆盖,其东侧埋藏较浅,仍可作为勘查的对象。目前已勘查区为2km2,探明金储量16.5吨。矿床周边5.77km2,外围仍有巨大的找矿潜力。由于韧性剪切带在空间上沿走向和倾向均发生褶皱,并有规律重复出现,这种规律性有利于矿产勘查。该矿体较稳定,埋藏浅,品位中等,矿石易采易选,具有较高的经济意义。
综上所述,该矿田资源潜力巨大,可供进一步勘查评价。
6 勘查工作建议
区内金矿类型均受构造控制,因此,在今后勘查中应加强控矿构造的研究,特别是老变质岩区韧性剪切带的空间分布规律研究,尤其是矿区西部的丁昌—官田一带,南部的吉山一带,北部的东华、迎坑一带,工作程度较低,更应加强构造几何特征的研究。
在找矿类型上,应重点放在层控韧性剪切带型金矿上,脉型矿体由于规模小、变化大,不宜投入过多的工作量,但可作为找矿标志,在周边及深部寻找韧性剪切带型金矿。但对大型构造控制的蚀变岩型金矿不容忽视,如东华一带发育推覆构造,今后应注意寻找该类型金矿。
在工作部署上,肖坂东矿段、水门—风卦为矿床北东和南东方向的延伸,应继续加强普查工作,扩大矿床规模;矿区北西侧丁昌一带已发现含金韧性剪切带,为矿区倒转向形构造的正常翼部位,可继续开展查证工作;吉山、官田一带所发现的金矿体为脉状矿体,赋矿地层为含矿岩系上部层位,可在周边及深部开展验证工作,寻找韧性剪切带型金矿;北东部迎坑一带分布有含矿岩系,并有较好的重砂、水系及土壤异常,经查证已发现矿体,东部为晚侏罗世火山岩不整合覆盖,根据安村矿区钻探险结果,火山岩厚度仅380m,建议采用物探方法(电法测深或浅震),了解上部火山岩的厚度,选择火山岩厚度较薄地段开展深部验证。并注意寻找不整合面上和火山岩中受层间破碎带控制的层状金矿体。
在找矿方向上,化探起着重要的作用,但应综合分析其资料,对暴露或接近地表的矿(化)体,化探异常显示较好,浓集中心明显,但对于隐伏矿床,特别是一定埋深的矿床,化探不一定有显示,应考虑含矿岩系及控矿构造的展布趋势,合理地部署工作。
重视综合找矿工作,本区以金矿为主,除找金外,还应注意寻找其他矿种,如矿田南部仙洋—吉山一带,发现较好的铜异常,仙洋已发现花岗闪长斑岩体,沿外接触带分布一定规模的矿化带,应注意寻找斑岩型的铜矿床。北部西坪、东南侧曾坂一带,发现有早二叠世灰岩,推覆构造发育,并有中基性和中酸性岩浆活动,应注意寻找层控矽卡岩型铜多金属矿。根据1:5万上汤幅资料,汤头乡七町湖、丘埕一带,分布有龙北溪组(Pt2-3l)地层,现有磁铁矿点,应注意寻找峰岩式的块状硫化物型铅锌矿。
The Ore-controlling Structures and Mineralization Prediction in Xiaoban Gold Orefield and Its Vicinity of Youxi County, Fujian Province
Wu Ganguo1,2,Chen Bailin3,Wu Jianshe4, Zhang Da1,2
(1. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences,Beijing 100083;2. Key Laboratory of Lithosphere Tectonics and Lithoprobing Technology of Ministry of Ecation,China University of Geosciences, Beijing 100083; 3. Institute of Geomechanics, CAGS, Beijing 100081;4. Fujian Institute of Geological Survey, Fuzhou 350003)
Abstract: Aiming at the ore-controlling structural features, temporal and spatial distribution regularity of gold deposits and its vicinal mineralization prediction to be urgently solved in the Xiaoban gold orefield, the distribution, tectonic rock associations, rock chemical and geochemical features of the ctile-bristle shear zone in this area were systematically studied. and the movement direction of the shear zone was determined on the basis of the research on ore-controlling structures in instruction of structural system theory. The occurrence,development and evolution of the ctile-bristle shear zone, which was formed through bedding shear mechanism in the early metamorphism of Jinning epoch, afterwards superposed by two period folds of different direction, was analyzed. It is pointed out that the ctile-bristle shear zone was superposed by the deformation in bristle domain ring the uplift from middle-lower crust . The structural style of ctile-bristle deformation was presented. The protoliths of the ctile-bristle shear zone and its wall rocks were the important component of ore-bearing rock series of the lower Daling Formation; the evolution of the ctile-bristle shear zone have a close relationship with the gold mineralization, spatially they were intimately associated. It is proposed that the Yanshanian bristle deformation stage of the shear zone was the most important gold mineralization period. The gold deposits in the Xiaoban orefield can be divided into three types, i. e. stratabound ctile-bristle shear zone type, vein-type and weathering leaching type. The prospecting model for the stratabound ctile-bristle shear zone type gold deposits was founded, three potential prospecting areas and five prospecting targets have been rung. For the first time it is presented that under the area covered by Mesozoic volcanic rocks, such as Guantian of Youxi county and Jishan of Dehua county, stratabound ctile-bristle shear zone type gold deposits should be prospected.
Key words: Youxi County, Fujian Province; Xiaoban gold deposit; Ductile-bristle shear zone; Gold deposit; Ore-controlling structure;Mineralization prediction