高纯石英原料特征和矿床成因研究现状综述

高纯石英具有重要的战略地位,是高新技术产业的基础原材料。本文对高纯石英原料的特征和矿床成因研究方法进行了系统的归纳。通过观察石英岩相学特征,分析矿物包裹体及流体包裹体的数量、大小、化学成分、存在形式和分布状态,以及SiO2和微量杂质元素的含量和赋存状态,可以研究高纯石英原料的矿物学特征;通过Ar Ar同位素定年可以计算高纯石英原料矿床的成矿年龄;通过H—O同位素测试,Ti、Al、Ge、Li等微量元素含量分析,可以研究高纯石英原料矿床的成矿物质来源;通过分析流体包裹体的均一温度、盐度、化学组成等特征以及SEM CL微结构观察,可以研究高纯石英原料矿床的成矿作用过程。在此基础上,本论文对我国高纯石英行业的发展提出相关的建议。     

高纯石英原料特征和矿床成因研究现状综述

高纯石英具有重要的战略地位,是高新技术产业的基础原材料。本文对高纯石英原料的特征和矿床成因研究方法进行了系统的归纳。通过观察石英岩相学特征,分析矿物包裹体及流体包裹体的数量、大小、化学成分、存在形式和分布状态,以及SiO2和微量杂质元素的含量和赋存状态,可以研究高纯石英原料的矿物学特征;通过Ar Ar同位素定年可以计算高纯石英原料矿床的成矿年龄;通过H—O同位素测试,Ti、Al、Ge、Li等微量元素含量分析,可以研究高纯石英原料矿床的成矿物质来源;通过分析流体包裹体的均一温度、盐度、化学组成等特征以及SEM CL微结构观察,可以研究高纯石英原料矿床的成矿作用过程。在此基础上,本论文对我国高纯石英行业的发展提出相关的建议。     

关于高纯石英原料矿石地质学评价方法的探讨

高纯石英资源是一种重要的战略性资源。本文结合高纯石英成矿地质特征及其对后期选矿提纯、材料加工等的影响, 系统总结了高纯石英原料中杂质的赋存状态、形成机理以及评价方法等, 得出: (1)可以作为高纯石英原料的潜在岩石类型有花岗伟晶岩(包括不含暗色矿物的伟晶状花岗岩)、脉石英以及水晶, 岩浆演化晚期的伟晶状花岗岩-伟晶岩早期阶段的NYF型花岗伟晶岩结晶形成的石英纯度更高, 后期适当的变形变质作用更有利于高纯石英矿床的形成。高纯石英原料矿石中石英矿物呈现无色透明至半透明, 矿物构造裂隙少, 伟晶岩型矿石矿物组成通常为石英、钠长石、条纹长石、白云母等, 黑云母等暗色矿物含量极少, 基本不见锂辉石、独居石等稀有金属矿物和电气石、萤石等含挥发分矿物。(2)影响高纯石英的主要地质因素包括脉石矿物及晶界杂质、包裹体、晶格杂质等。其中包裹体类型、数量和尺寸是包裹体评价的关键指标, 天然石英矿物中的气液两相包裹体、矿物包裹体和 < 10μm包裹体应尽量少; Al和Ti是晶格杂质元素评价标志性元素, 通常要求天然石英矿物中Al < 50×10^-6和Ti < 10×10^-6。(3)建议按照手标本特征-石英矿物特征-石英中包裹体特征-晶格元素赋存状态及含量的顺序, 从宏观到微观, 综合借助光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、阴极荧光光谱分析系统(SEM-CL)、激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)等开展地质学评价和研究工作。

     

高纯石英的研究进展及发展趋势

石英是一种在地壳上大量分布,有着广泛工业用途和广阔应用前景的矿物。当石英晶体形成演化时,受结晶时环境条件、流体性质、结晶后遭受改造(如变质作用、构造变形和热扰动等)等影响,杂质元素如P、Ti、Ge、Al、B、Be、Ca、Na、K、H、Li等会或多或少存在于石英晶体中,因此在自然界不存在纯SiO₂组分的石英。同时,基于石英的微量元素组成,可以反演石英源区和形成演化过程,并用于研究岩石及矿床成因等科学问题。石英晶体内部杂质元素以类质同象替代、气液包裹体、矿物包裹体(不能按尺度分,应该按照状态划分存在形式)3种形式存在。石英中杂质元素的种类、含量、赋存形式,特别是包裹体特征将直接影响石英资源的品质和工业用途。本文还系统地阐述了石英的发光特性、工艺性能以及高纯石英的质量分类与标准和高纯石英原料来源等方面的内容。在本研究中,通过光学显微镜和激光拉曼测试,初步地查明了苏北张锦庄石英砂和广西姑婆山花岗岩石英中流体包裹体的分布和矿物包裹体的种类,这是开展后续研究的基础。高纯石英是优质石英资源经纯化加工得到的高品质石英原材料,可用于石英玻璃、石英坩埚、半导体、高温灯管、光纤、精密光学、微电子和太阳能等高新技术产业中。研究高纯石英原料的评价体系、理想源岩和形成机制有益于持续性地供给高纯石英原料, 极大地提高了石英原料的工业附加值。     

南秦岭安康地区高纯石英用脉石英矿特征及质量影响因素

南秦岭安康地区志留系梅子垭组千枚岩中赋存丰富的脉石英矿产资源, 但其作为高纯石英原料研究程度低, 尤其是对其中影响石英提纯的痕量杂质元素含量及其赋存状态缺乏系统认识, 很大程度制约了该区高纯石英原料的质量评价和进一步的找矿突破。本文在厘定安康地区脉石英地质发育特征的基础上, 对研究区产出的3件脉状石英样品(AK200、AK201、AK202)开展了样品杂质元素检测, 对样品矿物学特征、杂质赋存形式和可提纯性能进行了研究, 进而进行了提纯实验, 结果显示, 3件样品提纯后SiO₂含量分别为99.993 11%、99.997 66%和99.998 58%, 均达到高纯石英产品质量要求, 其中AK202样品提纯后达到4N8级。研究表明, 提纯后Al、Ti、Na、K为主要杂质元素, Al可能以杂质矿物、晶格杂质两种方式存在; Ti可能多以晶格杂质的方式存在; Na、K多以流体包裹体的方式存在; 杂质矿物、流体包裹体、晶格杂质对该区脉石英质量均产生不同程度影响, 其中流体包裹体为主要影响因素, 晶格杂质次之, 杂质矿物影响最小。这一结论对于评价该区的脉石英矿产资源质量、明确今后找矿目标体特征具有重要参考意义。     

全球高纯石英原料矿的资源分布与开发现状

高纯石英是集成电路、半导体芯片、光伏、光纤、新型玻璃等产业必不可少的关键原料,但是能够生产高纯石英的矿床极为稀缺。梳理全球高纯石英原料矿床的资源分布和开发现状,发现矿床分布于美国、澳大利亚、挪威、俄罗斯、中国、毛里塔尼亚、加拿大等国家,除中国外,共有14处矿床,美国和澳大利亚的资源量最大。矿床类型包括白岗岩型、伟晶岩型、热液脉石英型、风化残积型、尾矿型,其中热液脉石英型分布最广。优质矿石多产于太古宙-元古宙黑云母片麻岩、花岗片麻岩、片岩等古老变质岩系中,受古生代-中生代花岗质岩浆活动控制,经历了长期而缓慢的变质过程。我国高纯石英原料矿床尤为紧缺,在当前国际政治经济环境下,作为战略性矿产资源,高纯石英的资源安全形势尤其严峻。一方面,我国应立足国内石英资源,大力加强境内太古宙-元古宙变质岩系中纯度较高的玻璃用脉石英、伟晶岩、白岗岩的地质调查和质量评价,关注花岗闪长岩、伟晶岩和高岭土矿开采后残留尾矿中的石英,开展选矿实验,评估资源潜力;另一方面,应打破高纯石英砂进口渠道多年来依赖美国的境况,加大挪威、俄罗斯、毛里塔尼亚等国的进口力度,拓展高纯石英的来源渠道,维护国家战略安全。     

美国Spruce Pine与新疆阿尔泰地区高纯石英伟晶岩的对比研究

     对美国北卡罗来纳州 Spruce Pine 地区白岗岩 / 伟晶岩和新疆阿尔泰白云母花岗岩 / 伟晶岩进行了对比研究。这两个地区的伟晶岩可能是过铝质花岗岩浆通过熔体 - 蒸汽分异作用的产物。美国产高纯石英的伟晶岩发育在片岩、片麻岩的背景之上,主要造岩矿物中富含斜长石,Na 大于 K,大离子亲石元素 Sr 和 Ba 含量高,高场强元素和稀土元素含量低,Eu 正异常,石英中杂质元素含量低。这些特征可作为高纯石英伟晶岩的判别标志。我国阿尔泰地区的伟晶岩脉十分发育,所研究的样品中,有些样品已经具有这些特点,阿尔泰伟晶岩区具有产高纯石英的成矿前景。     

高纯石英质量的ICP检测技术初步研究

高纯石英(high-purity quartz)是指w(SiO2)≥99.9%～99.999%(3N至5N)、w(Fe)<10×10-6的石英(汪灵等,2011),它是晶硅、石英玻璃和集成电路基板材料等生产的重要原料,在新能源和新材料等战略性新兴产业具有重要的地位和作用(汪灵等,2011;雷清普等,     

鄂东南地区龙角山—付家山斑岩体成因及其对成矿作用的指示

龙角山铜钨矿床是鄂东南地区典型的层控式矽卡岩型矿床。本文利用LA-ICP-MS锆石U-Pb法及辉钼矿Re-Os法对该矿床进行了详细的年代学研究。结果表明,矿区内的花岗闪长斑岩形成于144±1Ma,成矿作用发生于144.7±2.9Ma,成岩成矿作用近于同时发生,均为早白垩世。这意味着成矿作用与花岗闪长斑岩的演化存在密切联系。龙角山—付家山花岗闪长斑岩为高钾钙碱性系列,具有高Al2O3(14.99%~16.16%)、Sr(751×10-6~1382×10-6)含量和Sr/Y(65~99)、La/Yb(40~48)比值,以及低Y(12×10-6~15×10-6)、Yb(0.93×10-6~1.23×10-6)含量,与典型埃达克质岩的地球化学特征基本一致。全岩(87Sr/86Sr)i值为0.70603,εNd(t)值为-5.1,锆石εHf(t)值介于-0.5~-4.8之间。元素地球化学、全岩Sr-Nd同位素及锆石Hf同位素特征一致表明龙角山—付家山花岗闪长斑岩主要来源于富集岩石圈地幔的部分熔融作用,在成岩过程中可能伴随着镁铁质矿物的分离结晶作用。此外,与铜山口成矿斑岩体相比,龙角山—付家山花岗闪长斑岩具有较低的氧逸度,这很可能是导致两斑岩体在矿化类型上(前者以铜钼矿化为主,后者以铜钨矿化为主)存在差异的主要原因。     

湖南七宝山石英斑岩地球化学特征及其与成矿的关系

湖南浏阳七宝山铜多金属矿床位于钦杭成矿带西南段,是湘东北规模最大的铜多金属矿床,其中矿区内的石英斑岩对成矿贡献非常大。七宝山矿区的石英斑岩是一套高钾(K2O>>Na2O)、富铝、贫硅的亚碱性的粗面安山岩—安山岩—英安岩组合,地球化学上显示了富轻稀土(LREE)、大离子亲石元素(LILE)(Ba,K等)、成矿元素(Cu、Pb、Zn等),以及贫重稀土元素(HREE)特征。稀土元素配分模式为右倾,有轻微的Eu负异常,说明它具有部分幔源特征;而明显的Sr负异常,且与地壳丰度相似,加上较高Al2O3/TiO2、K2O/Na2O比值,投图后均显示岩石为地壳来源。综合上述特征本文认为该石英斑岩属壳幔同熔型花岗岩。矿体与岩体在空间、时间上关系密切,岩体很高的成矿元素含量正是形成矿体的物质来源。其作用过程是岩浆作为载体携带成矿元素从地幔到近地表,并且在各种导矿构造作用下充填交代成矿。     

含碳质地层对矽卡岩钨矿的影响——以鄂东付家山钨矿床为例

付家山矽卡岩钨矿床位于长江中下游成矿带鄂东矿集区,矿体产于晚中生代花岗闪长斑岩体与下二叠统含碳质地层的接触带。付家山矿区西侧地层为茅口组灰岩,东侧地层为栖霞组灰岩,茅口组灰岩中有机碳含量(0.72%)低于栖霞组灰岩(0.95%)。为了探明不同地层对矽卡岩钨矿床的矿物成分的影响,文章针对付家山矽卡岩钨矿的地层、矽卡岩矿物和白钨矿进行详细地野外地质观察和编录,并利用电子探针(EMPA)开展矿物成分分析。东、西侧地层中矽卡岩阶段的石榴子石和辉石有明显差异,与茅口组接触交代形成的石榴子石变化范围较小(And_(31～90)Gro_(1～53)Spr_(5～20)),辉石端员成分变化范围变化较大(Di_(0～100)Hd_(0～97));而与栖霞组接触交代形成的石榴子石变化范围较大,主要为And_(66～95)Gro_(0～27)Spr_(3～7),部分为And_(19～33)Gro_(60～76)Spr_(3～7)。辉石端员成分为Di_(44～64)Hd_(29～49(。西侧矿段石英-硫化物阶段和方解石阶段中白钨矿的MoO_3相较于东侧矿段含量要高,产于茅口组矿体的石英-硫化物和方解石阶段白钨矿w(MoO_3)为0～1.82%,产于栖霞组矿体的石英-硫化物和方解石阶段白钨矿w(MoO_3)为0.08%～0.86%。上述矿物组合暗示付家山西侧矿段相较于东侧矿段形成环境更为氧化,表明含碳量不同的地层对矽卡岩钨矿的形成有明显的影响。     

湖南瑶岗仙石英脉型钨矿床顶部的横向交代作用

湖南瑶岗仙钨矿床的陡倾黑钨矿石英脉沿燕山早期花岗岩顶部接触带两侧发育,石英脉在岩体中延深1000m,岩体外延深500 m。岩体上部的沉积岩包括寒武纪变质细砂岩、泥盆纪砂岩以及三叠纪含炭泥砂岩。毒砂黄玉层发育于三叠系与泥盆系角度不整合接触面上方的砂岩中,顺层分布,下方为陡倾含钨石英脉(宽0.3 m)。地质地球化学研究显示,毒砂黄玉层主要为一套由石英砂岩遭受强烈硅化,伴随毒砂、黄玉、白云母等蚀变形成的交代岩。蚀变岩中迁入的组分与含矿石英脉的成分一致,富Si、F、B及成矿元素W、Mo、Bi等,蚀变的流体与形成石英脉的成矿流体相同。瑶岗仙钨矿的垂向分带不同于"五层楼",顶部不发育细脉带和线脉带,而是以缓倾斜顺层分布的毒砂黄玉层直接发育于陡倾的石英中脉带之上,构成脉型钨矿床另一种成矿形式,即"上层下脉"的双层结构。这种模型的认识对脉型钨矿找矿有一定意义,即在富含毒砂-黄玉-白云母等强烈硅化的顺层状蚀变岩层下方,应重视寻找陡倾斜黑钨矿石英脉。     

Geochemical and electron paramagnetic characteristics of quartz from a multi-stage vein environment, Cowarra gold deposit, New South Wales

The characterisation of quartz using trace element geochemistry and electron paramagnetic resonance measurements has been tested for different generations of quartz veining in the multi-stage hydrothermal vein system at Cowarra. Quartz closely associated with gold mineralisation can be distinguished from earlier and later quartz generations in the mineralised environment, and both types can be distinguished from regional, barren quartz veins. These separate stages of quartz veins are also recognised from their fluid inclusion characteristics. Geochemical differences in the quartz partly reflect the presence of minor mineral inclusions, particularly sulfides and arsenopyrite.The study highlights the importance of understanding the paragenetic sequence of quartz vein development in a mineralised environment and the need for careful, thorough sampling before attempting geochemical and EPR characterisation of quartz as an exploration technique.     

河南公峪石英脉型金矿地质特征及应力场分析

公峪金矿位于河南省祁雨沟隐爆角砾岩型金矿床的外围,为石英脉型金矿床,矿脉沿ＮＮＥ、ＮＥ,ＮＥＥ向断裂构造发育。矿石中金属矿物除黄铁矿、自然金、黄铜矿、方铅矿外,还出现少量碲铋矿,辉蹄铋矿,硫铋铅铜矿等含铋矿物;矿石中微量元素除Ａｕ外,还含有较多的Ｃｕ,Ｐｂ,Ａｇ,与隐爆角砾岩型金矿床成分特征一致。构造应力场研究表明,燕山期以来,在矿区表现较强的应力场主要有３期,分别为早期近ＥＷ向挤压,中期ＮＮＷ向     

小秦岭北缘马家洼石英脉型金钼矿床的辉钼矿Re-Os年龄及其意义

马家洼金钼矿床位于小秦岭北缘,矿体发育在由近东西向脆韧性断裂构造带控制的石英脉中。对该矿床辉钼矿样品进行的Re-Os同位素年代学研究表明:模式年龄范围是232.5～268.4 Ma,等时线年龄为(232±11)Ma,即钼成矿作用时代为早、中三叠世。辉钼矿样品的Re含量范围是(0.474～0.791)×10~(-6),初始~(187)Os/~(188)Os比值为2.4±6.4,Re-Os同位素组成特征指示了成矿物质主要来源于地壳。马家洼石英脉型金钼矿床是区域伸展体制下构造-流体成矿事件的产物。在华北板块南缘太古宙基底岩系中的脆韧性断裂构造带中寻找印支期和燕山期石英脉型金钼矿床和钼矿床是一个新的找矿方向。     

三山岛蚀变岩型金矿床与含金石英大脉的产出特征及形成机制①

三山岛金矿主矿体以破碎蚀变岩型矿化为特征,近年发现有含金石英大脉。含金石英大脉的地质特征与玲珑式金矿含金石英脉类似,但与处于同一矿床的破碎蚀变岩型矿化有一定差异。含金石英大脉以充填为特征,而破碎蚀变岩型矿化以交代为特征。