对花岗岩型高纯石英找矿的启示

来源：核资源与环境国家重点实验室 2023-09-25

高纯石英通常是指SiO2含量大于99.95%（杂质总含量<500 ppm）的天然石英，它是半导体芯片、太阳能光伏、光纤通信、精密光学等高新技术产业不可缺少且无法替代的重要功能性材料，在我国具有重要的战略价值。全球高纯石英主要由美国北卡罗来纳州的Spruce Pine花岗岩型高纯石英矿床供应。目前我国开采的石英储量主要是来自20世纪50～60年代探明的硅石矿床，其中与生产高纯石英有关的水晶已接近枯竭，当前我国4N以上高纯石英（SiO2 >99.99%）完全依赖于进口。因此，加强我国高纯石英矿床的成矿理论研究和找矿勘查工作迫在眉睫。

石英中杂质元素的含量与赋存形式是决定其能否成为高纯石英的关键因素，这些杂质元素的分布特征往往与石英形成的特定环境有关。LA-ICP-MS原位分析技术能够准确测定石英晶格中杂质元素的含量，前人对挪威高纯石英矿床LA-ICP-MS的研究表明，不同地区高纯石英矿床的形成过程各不相同，且无特定的关键控制因素（Muller等，2012）。花岗岩型高纯石英矿床中与石英共生的白云母记录了岩浆演化的物理化学信息，能够准确反演高纯石英矿物的形成环境。

近年来，我国高纯石英矿床的勘查取得突破，在东秦岭地区和赣西北地区发现了一些高纯石英矿床（点）。在东秦岭石英脉中发现的高纯石英矿与Spruce Pine高纯石英矿床在矿物学、成矿花岗岩、成矿构造背景等方面具有相似性。在赣西北宜春矿床、九江大湖塘矿床等稀有金属矿区也有形成高纯石英矿床的潜力。但是，上述高纯石英矿床（点）的石英结构及其中杂质元素分配特征尚不清晰，成矿与找矿标志不够明确，在一定程度上制约了下一步勘查工作的部署。

鉴于此，东华理工大学核资源与环境国家重点实验室的张勇副教授与中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所赵海波副研究员等学者，在野外地质调查的基础上，系统对比了我国东秦岭、赣西北高纯石英矿床（点）与国外典型高纯石英矿床的地质特征，采用矿物微区原位（EPMA+ LA-ICP-MS）分析技术，对上述矿床（点）中石英和白云母的矿物学与矿物化学进行了研究。

主要取得了如下认识：

（1）在产稀有金属的花岗伟晶熔体中，高的F含量降低了熔体的固相线，使得石英先于长石和白云母结晶，先形成的石英颗粒捕获了大量熔/流体包裹体，不利于高纯石英的形成。而不产稀有金属的花岗伟晶熔体中，石英晚于长石和云母结晶，形成的石英杂质含量较少，具备形成4N及以上级别高纯石英的潜力。

（2）白云母F和石英Ti含量可作为花岗岩型高纯石英的找矿指标（图2）。白云母F≤0.1 wt%指示花岗岩具有形成4N级及以上高纯石英的潜力，而白云母F含量在0.1~1 wt%之间的花岗岩则有可能形成3N—4N5级高纯石英。石英Ti温度计显示花岗岩型4N级高纯石英的成矿温度为420～490℃。

（3）石英精细（成因+工艺）矿物学+原位微区分析（LA-ICP-MS）技术组合，可以快速评价研究区高纯石英成矿潜力（乃至矿石的品级），进而为矿体圈定提供依据。

来源：核资源与环境国家重点实验室