陕北神木窟野河一带石英砂岩矿床地质特征及成因

张瑞恒，王 贝

（1.中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710000；
2.陕西地矿区研院有限公司，陕西 咸阳 712000）

石英作为一种重要的非金属矿产资源，是冶金、化工、玻璃、陶瓷、铸造等行业的重要原料，也是电子信息产业、光伏、新能源产业和有机硅新材料产业发展的基石。石英砂岩是石英砂颗粒被胶结物所固结而形成一种沉积类砂质岩石，其石英及硅质含量一般在95%以上，是目前可供开发利用的主要石英矿石类型之一[1]。近年来，在山东、云南等地已发现的石英砂岩矿床多形成于滨浅海相环境[2-3]。而分布于陕北神木地区窟野河一带的石英砂岩矿床形成于陆相环境，成矿条件良好，找矿标志明显，具有较大的资源潜力。

研究区在大地构造位置上属鄂尔多斯盆地东北部。受印支运动影响，三叠纪末鄂尔多斯盆地整体抬升，上三叠统延长组顶部遭受不同程度的风化剥蚀，形成了沟谷纵横、阶地层叠、丘陵起伏的古地貌景观。下侏罗统富县组主要受控于古地貌控制，沉积了一套冲积扇—河流相碎屑岩系。在区域性弱伸展坳陷的环境下，中侏罗统延安组沉积了一套内陆河湖相含煤碎屑岩系，是重要的含煤、储油层系[4-5]。

2.1 地层

矿区出露地层主要为下侏罗统富县组（J1f)、中侏罗统延安组(J2y）及第四系（Q）（图1）。由老到新分述如下：

（1）下侏罗统富县组（J1f)：根据岩性特征分为四个 岩性段。

富县组第一岩性段（J1f1）：绿色绿泥长石石英砂岩，矿物成分以石英为主，其次有长石及少量云母、绿泥石等；
粉砂—中粒砂状结构，厚层状构造，板状交错层理发育。厚度大于16m。

富县组第二岩性段（J1f2）：灰色长石石英砂岩，主要矿物长石占70%，其它碎屑物质占10%～15%，胶结物以粘土或高岭土为主；
中细粒砂状结构，层状构造，条带状、板状、波状交错层理发育。厚度0.3～3.5m。

富县组第三岩性段（J1f3）：灰—灰白色粘土质石英砂岩，矿物成分主要石英，其次为长石，胶结物为高岭土、粘土；
中细粒结构，层状构造。厚度0.6m。

富县组第四岩性段（J1f4）：紫红色砂砾岩。厚度大于10m。

（2）中侏罗统延安组(J2y）：由石英砂岩、长石石英砂岩与页岩组成的混合砂体，水平层理、交错层理发育，碎屑粒度较细，分选较好，成熟度中等，显示出河流—浅湖相沉积特征。根据岩性特征分为三个岩性段。

延安组第一岩性段(J2y1）：白—灰白色不等粒状、中粗粒状石英砂岩、褐色含铁钙质石英砂岩及石英砂岩、含长石石英砂岩互层，顶部有1～3cm铁质薄壳，内部含少量铁质结核；
石英含量95%以上，其次为金红石、锆石、磷灰石、电气石等微量矿物。不等粒状、中粗粒结构，孔隙再生胶结。厚度0.5～15m。

延安组第二岩性段(J2y2）：灰—灰绿色页岩夹粘土石英砂岩，页岩单层厚1～3cm，主要由粘土、泥质、铁质组成；
砂岩以石英为主，薄层由粘土胶结，厚层由钙质胶结。厚度0～14m。

延安组第三岩性段(J2y3）：灰白色长石石英砂岩，主要矿物为石英、长石、高岭石等，粒状结构，厚层构造，局部风化呈白色斑点（高岭石）状外貌，板状、微波状交错层理发育。多被剥蚀，仅剩残盖。厚度0.7～8m。

（3）第四系（Q )：由黄土层、风积砂层及冲积层组成。其中黄土层以亚砂土为主，含钙质结核；
风积砂层以褐黄色粉细砂为主；
河床冲积层以松散的砂、砾石为主。厚度0～35m。

2.2 构造

矿区地质构造简单，总体呈南北向延伸、向西微倾的单斜构造，断裂不发育。地层近水平产出，局部缓倾，倾角一般为0°～10°，板状交错层理、水平层理等原始沉积构造发育。

3.1 矿体特征

区内石英砂岩矿床赋存于中侏罗统延安组第一岩性段(J2y1），矿体呈顺层状近水平断续产出于塬、梁、峁的近顶部，其形态随流水切割地貌形态的变化而变化。共圈定5条矿体（见图1），其特征如下：

K1 号矿体：由灰白色不等粒状、中粗粒状石英砂岩与少量褐色含铁钙质石英砂岩组成，总体呈北西向展布，长度为410m、平均厚度为5.19m，品位SiO2平均为98.44%，有害组分Fe2O3平均为0.20%、Al2O3平均为0.17%。顶底板围岩均为砂质页岩。

K2号矿体：由灰白色中粗粒状石英砂岩与少量褐色含铁钙质石英砂岩组成，呈近东西向、中间厚两端薄的透镜体状展布，长度为355m、平均厚度为6.44m，品位SiO2平均为98.52%，有害组分Fe2O3平均为0.13%、Al2O3平均为0.22%。顶底板围岩均为砂质页岩。

K3 号矿体：由灰白色不等粒状、中粗粒状石英砂岩与少量褐色含铁钙质石英砂岩组成，呈北北东向展布，长度为320m、平均厚度为5.79m，品位SiO2平均为98.35%，有害组分Fe2O3平均为0.32%、Al2O3平均为0.23%。顶底板围岩均为砂质页岩。

K4 号矿体：由灰白色不等粒状、中粗粒状石英砂岩与少量褐色含铁钙质石英砂岩及铁质薄壳组成，总体呈北东向、中间厚两端薄的透镜体状展布，长度为367m、平均厚度为4.35m，品位SiO2平均为98.49%，有害组分Fe2O3平均为0.29%、Al2O3平均为0.10%。底板围岩为长石石英砂岩，顶板围岩为页岩、薄层状砂岩。

K5 号矿体：由灰白色不等粒状、中粗粒状石英砂岩与少量褐色含铁钙质石英砂岩组成，总体呈北西向、中间厚两端薄的透镜体状展布，长度为275m、平均厚度为2.60m，品位SiO2平均为98.03%，有害组分Fe2O3平均为0.31%、Al2O3平均为0.14%。底板围岩为长石石英砂岩，顶板围岩为页岩、薄层状砂岩。

总体而言，由矿体中心向边部的岩性依次为灰白色石英砂岩→褐色含铁石英砂岩→长石石英砂岩与石英砂岩互层，矿体厚度逐渐变薄，铁质含量逐渐增多。

3.2 矿石特征

（1）矿石矿物成分和结构构造。矿石主要组成矿物为石英，其次为金红石、锆石、磷灰石、电气石等微量矿物。石英主要呈他形粒状，粒径一般在0.1～0.5mm之间，呈次圆状及次棱角状，波状消光，裂纹发育，沿边缘可见石英次生边或被次生石英胶结。

金属矿物主要为褐铁矿，多呈星散状分布于石英粒间，有的较粗粒者与石英形成半规则连生，有的呈尘点状、细线状位于石英粒间或裂隙中。

矿石结构构造较简单，其结构主要为不等粒状、中粗粒状结构，其构造主要为层状构造、其次为块状构造。

（2）矿石化学成分。矿石中主要化学成分为SiO2，其含量稳定，一般在98%以上。其它组分变化不大，有害组分Fe2O3一般为0.1%～0.3%，Al2O3一般为0.1%～0.2%，Cr2O3、Na2O、K2O、MgO等组分含量较低。

（3）矿石类型。根据矿物组分及色泽不同，区内矿石可分为如下两种类型：

灰白色不等粒状、中粗粒状石英砂岩矿石（主要类型）：主要矿物组分为石英，并含有少量金红石、锆石、云母等矿物。胶结物为硅质，呈孔隙再生胶结，部分矿石有石英次生加大边，个别石英有包裹体。

褐色含铁钙质石英砂岩矿石（次要类型）：主要组分石英，有少量方解石、褐铁矿及微量金红石、磷灰石、电气石等。胶结物为方解石、褐铁矿、硅质等，孔隙式与孔隙再生胶结，有石英次生加大边。

4.1 成矿特征

（1）石英砂岩矿层厚度不大，多呈透镜状、板状体，成矿砂体成熟度中等，分选好、纯度高，杂质少，以中细粒石英碎屑为主，其古地理环境可能为内陆河流—浅湖相。

（2）矿体呈水平产出，沉积原生构造发育，薄小矿体水平层理较发育，是低流态平坦河床砂体的标志，厚大矿体水平层理，沙纹、交错层理均较发育，显示河湖交替环境的沉积特征。

（3）区内具一定规模的石英砂岩体，底部均有厚度不等的劣质煤层或炭质页岩，标志着成矿初期气侯温湿；
而矿层顶部普遍发育一层褐色含铁钙质石英砂岩或铁质薄壳，层面有明显波痕，反映成矿晚期气候干热。

4.2 矿床类型

该石英砂岩矿床为陆源含硅质矿物经风化剥蚀、河流长距离搬运、分选，注入河湖沉积，再经湖浪反复冲淘分选后固结成矿，其矿床类型属陆相河流—浅湖型沉积矿床。

4.3 找矿标志

（1）地貌标志：地表出露矿体均沿山顶、寨岭、长梁等高地周边分布，多形成向外凸出的陡坎、悬崖或垮落后形成山麓倒石堆等独特地貌。

（2）地层标志：矿体赋存于统延安组与富县组接触界面，而富县组顶部有一层厚度不大十分稳定的高岭石长石石英砂岩，风化后在地表形成白色环带状。

（3）矿化标志：矿体顶部普遍发育一层厚约1～3cm的铁质薄壳，风化后形成牛蹄状、鸡蛋状大小的凹穴。

（1）神木地区窟野河一带石英砂岩矿床赋存于中下侏罗统延安组第一岩性段(J2y1），矿体呈顺层状近水平断续产出于塬、梁、峁的近顶部，矿石类型主要为灰白色不等粒状、中粗粒状石英砂岩。

（2）该石英砂岩矿床为陆源含硅质矿物经风化剥蚀、河流长距离搬运、分选，注入河湖沉积，再经湖浪反复冲淘分选后固结成矿，其矿床类型属陆相河流—浅湖型沉积矿床。