0 引言

高纯石英具有耐高温、耐腐蚀、低热膨胀性、高度绝缘性和透光性等优异的物理化学性质，高纯石英砂广泛应用于石英玻璃（光伏、电子信息、光通讯和半导体芯片等）和集成电路等行业（汪玲等， 2019），在战略性新兴产业、经济安全和国防安全领域（Konstantionos et al.，2015）都具有重要作用。长期以来，高纯石英原料是世界稀缺、我国短缺的资源（陈军元等，2021），全球能够生产高纯石英的企业寥寥无几（Platias et al.，2013），主要被美国尤尼明公司垄断。中国对于高纯石英的研究起步较晚（汪灵等，2011），目前中、低端高纯石英产品基本能做到国产化，但是高端高纯石英产品进口比例超过 90%（汪灵等，2014；党陈萍，2014）。

当前，国内外对于采用脉石英作为高纯石英原料矿床研究较多的主要为伟晶岩型脉石英、岩浆热液型脉石英及变质热液型脉石英 3 种成因类型（张佩聪等，2012；Snook，2014；詹建华等，2020）。安徽省脉石英矿产主要包括江南过渡带岩浆热液脉石英矿床（如璜茅脉石英矿床）、大别造山带伟晶岩型及变质热液型和蚌埠凤阳地区（主要为沉积变质型石英岩）。而南大别山地区高纯石英原料矿床质量明显好于岩浆热液成因和沉积变质成因的脉石英矿床。南大别山地区脉石英规模小，数量多品质不一，评价困难。本文通过石英的颜色、光泽、结晶度、裂隙发育程度、消光现象等矿石岩相学特征对比研究南大别山地区不同矿点石英质量，从而为后期南大别山高纯石英原料矿质量研究及勘查区块优选提供依据。

1 地质背景

南大别山地区属武当—桐柏—大别成矿带东段南缘。以研究区东南侧的桐（城）—太（湖）断裂 （郯—庐断裂南段）为界，分为2个大地构造单元，西北部为大别造山带（汤家富和侯明金，2016；王云月等，2020），南东侧为扬子陆块前陆褶冲带（图1）。研究区位于大别山造山带东段南缘，以水吼—英山韧性剪切带和太湖—咀韧性剪切带为界，属英山— 潜山超高压变质带。

区域上以桐（城）—太（湖）断裂为界，北西侧出露大别山造山带中深变质岩（地）层，属于南秦岭— 大别山地层区，主要有大别山岩群和宿松岩群；南东部出露中生代白垩纪—新生代古近纪地层，属扬子地层区下扬子地层分区。大别山岩群是从原大别山群解体出来的变质表壳岩组合，为一套古老的中—深变质火山-沉积岩系，包括程家和岩组和桥岭岩组。主要由片岩、片麻岩、大理岩和变粒岩、结晶片岩、浅粒岩等构成。各（岩）地层呈大小不等的岩片分布于变形变质侵入体或侵入岩中。宿松岩群是从原宿松群解体出来的变质表壳岩组合，由变火山岩组合和变质含磷岩系组成。包括虎踏石岩组、柳坪岩组、大新屋岩组。主要由片岩、片麻岩、大理岩、碳酸岩、磷块岩、硅质岩、黏土岩构成。

以桐（城）—太（湖）断裂为界，北部为大别山造山带英山—潜山（高）超高压岩片，其间以大型韧性剪切带接触。岩片内以发育不同方向强、弱相间的变形带为特点。主要发育北西西向韧性剪切带和北东向韧脆性断裂带，总体控制了区域脉石英矿体的空间展布。变质表壳岩被侵入岩类侵入、包裹，肢解呈大小不等的包体，原始层理全部被改造，变形复杂、强烈，表现为似层状-块状无序的构造片体叠置形式。

研究区岩浆活动强烈，岩浆岩极为发育，主要有元古代中酸性侵入岩、基性—超基性侵入岩和中生代酸性侵入岩及脉岩。基性—超基性侵入岩广泛分布于变质表壳岩组合中。岩浆岩具有呈带状分布、成群产出、分段集中的特点，呈大小不等的岩株、岩枝、岩瘤状产出，与变质表壳岩组合构成区内颇具规模的超高压变质带。新元古代变质侵入岩主要岩石类型有花岗质片麻岩、二长花岗质片麻岩、斜长花岗质片麻岩、花岗闪长质片麻岩、英云闪长质片麻岩、闪长质片麻岩及辉长质片麻岩。中生代侵入岩为区内分布最广泛的岩石，主要为中酸性—酸性花岗岩类，具由钙碱性向碱性的演化趋势。

大别山超高压变质岩的原岩包括基性—超基性、玄武岩、泥质碳酸盐质和花岗质岩石，金刚石、柯石英、菱镁矿及钛‐斜硅镁石等矿物的出现，表明本区超高压变质带的原岩曾俯冲到＞100 km深度，经历了榴辉岩相的超高压变质作用（江来利等， 2002^①），而不同世代的矿物共生组合则说明超高压变质岩又经历了多期的前进和退化变质作用阶段。区内广泛出露中深变质岩，多种类岩浆岩广为分布，构造极为发育。区内经历了长期的超高压变形变质作用、多期次构造作用和岩浆侵入活动，充分的变质热液和岩浆热液为脉石英成矿提供了有利条件。

1—古近系；2—白垩系；3—元古宇；4—太古宇；5—桥岭岩组片麻岩；6—程家河岩组片麻岩；7—早白垩世二长花岗岩；8—晚侏罗世花岗闪长岩；9—早—中侏罗世石英二长岩；10—元古宙花岗岩；11—斑岩脉；12—辉绿岩脉；13—榴辉岩脉；14—橄榄岩脉；15—大理岩脉；16—断层； 17—地质界线；18—样品采集位置

区内已发现的金属矿产有金、铅-锌、铜、铁、锰、金红石（砂矿）等，规模均为矿点和矿化点，零星分布在大别造山带断裂构造带中；非金属矿产有脉石英、磷矿、煤、石灰岩、瓷石、蛇纹岩等。除磷矿外、均为小型或矿点规模。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

研究区内脉石英成群成带集中分布，带内出露宽度大于 1 m 脉石英矿体有 200 多条，矿带主要呈北东向，次为近东西向。区内矿体规模大小不一，单矿体长几十米至几百米不等，矿体宽0.5~25.0 m，多数矿体局部膨大收缩，呈透镜状，向两端尖灭，走向上在矿带内呈串珠状，倾向上具分支复合现象。个别矿体与片麻理产状一致，出露连续，厚度稳定。已揭露的矿体分段一般50~200 m，矿体围岩主要为黑云斜长片麻岩和花岗质片麻岩，片麻理产状 125°~180°∠35°~67°（表1）。研究区西部、中部及南部部分地区矿体与围岩接触带多发育白云母与钾长石脉。矿体类型主要为伟晶岩型、变质热液型、岩浆热液型。依据前期所做的工作，参照脉石英矿床一般工业指标，大致预测南大别地区脉石英（高纯石英原料矿）矿石量超400万 t。

2.2 矿石特征

矿石矿物主要为石英，其次为云母、钾长石，局部含有极少量黄铁矿，矿石裂隙及空洞中见一些褐铁矿化矿物。其中脉石英主要为石英，局部有水晶。石英呈烟灰色、白色、乳白色，颜色明亮，烟灰色石英透明度较低，致密块状构造，油脂光泽，光泽度较高，石英颗粒细小，呈半自形—他形粒状，裂隙发育较多。

矿石结构主要为变晶粒状结构，经重结晶作用，矿石粒径加大，局部呈伟晶结构。矿石构造主要为块状构造和团块状构造，脉状构造偶有角砾状构造，极少数为晶洞状构造、蜂窝状构造。

矿石 SiO₂品位 99.60%~99.84%，杂质 Fe₂O₃含量 0.021%~0.039%，Al₂O₃ 含量 0.022%~0.0362%，CaO 含量0.035%。

3 采样与分析

3.1 样品采集

针对不同类型的脉石英矿体，本次共采集了大别山地区白石山、洪家湾、沙钵沟、排屋、乌龟包5个脉石英矿点的样品，分别于太湖白石山矿区采集样品 40 件，洪家湾矿区 15 件，沙钵沟矿区 15 件，排屋矿区 20 件，乌龟包矿区 13 件。从矿石宏观与显微尺度对比、包裹体数量、温度及杂质元素含量等方面进行矿体质量对比研究。

3.2 测试方法

SiO₂含量测试步骤如下：①准确称取1 g试样于干净铂金坩埚中，1000 °C 反复灼烧至恒重；②将灼烧后样品用水湿润，加10滴浓硫酸、10 mL氢氟酸于电热板上蒸发至冒白烟取下，稍冷后再加 10 mL 氢氟酸，再蒸发至冒白烟，加5滴浓硫酸蒸发至白烟冒尽，取下冷却；③将铂金坩埚及样品于 1000 °C反复灼烧至恒重，二次灼烧恒重的质量差为样品中二氧化硅的重量；④每件样品重复测量3 次。

将 1 件脉石英原矿进行擦洗除泥，去除表面杂质后，进行提纯工艺研究。具体提纯实验包括：一次煅烧-破碎-浮选-二次煅烧-酸浸-烘干得到粒径为 75~380 µm 的石英精砂，然后利用上述 SiO₂含量分析方法测试其 SiO₂ 百分含量。在中国科技大学利用 ICP-MS 分析石英精砂中 13 种杂质元素含量，首先称取 50 mg 样品，用酸溶样制成溶液，然后在 ICP-MS 上用内标法测定杂质元素含量，分析精度优于10%。

a—洪家湾雪白色糖粒状矿石；b—沙钵沟雪白色块状矿石；c—排屋烟灰色糖粒状矿石；d—乌龟包烟灰色糖粒状矿石；e—白石山乳白色块状矿石；f—白石山乳白色块状矿石

4 分析结果

洪家湾矿点脉石英矿石的 SiO₂含量为 99.69%~99.85%，平均为 99.77%；沙钵沟脉石英矿石的 SiO₂ 含量为 99.60%~99.89%，平均为 99.73%；乌龟包脉石英矿石的 SiO₂ 含量为 99.74%~99.80%，平均为 99.78%；排屋脉石英矿石的 SiO₂ 含量为 98.29%~99.85%，平均为 99.55%；白石山矿床石英矿石的 SiO₂含量为97.78%~99.75%，平均为99.15%，白石山矿床石英的平均SiO₂含量最低。洪家湾矿点脉石英矿石的平均Al₂O₃含量最低（0.030%），白石山矿床石英的平均Al₂O₃含量最高0.087%；CaO杂质含量总体较低，各矿点平均含量 0.02%~0.036%；Fe₂O₃除白石山矿点含量较高（平均含量 1.08%），其余矿点含量均远低于规范限值（平均含量0.05%）（表2）。

其中，塘梨岩脉石英在实验室经过提纯后，13 种杂质元素总量为 37.89 µg/g，SiO₂ 含量达到 99.9962%。

5 讨论

5.1 南大别地区脉石英矿点质量分析

本研究在安徽省地质实验研究所对沙钵沟附近的塘梨岩脉石英进行了初步提纯实验，经热压酸浸工艺提纯后精矿成品率为69.17%，13项杂质总量为 37.89 µg/g，SiO₂含量达到 99.9962%≥4N6，达到中高端高纯石英产品。说明大别山地区脉石英矿床的矿石可以作为高纯石英的原料。

5.2 宏观尺度和微观尺度下不同质量脉石英的对比研究

为了进一步评价南大别地区不同质量脉石英的差异，为后期质量评价和勘查提供依据，本文开展了宏观尺度和微观尺度下脉石英质量特征分析。

5.2.1 手标本尺度

不同质量的高纯石英原料岩石形貌特征存在明显的差异，在区别其能否成为高纯石英原料时，手标本观察是基础，是矿物学研究的重要方面之一。脉石矿物嵌布粒度越微细均匀，则石英单体越难解离，选矿提纯加工的难度也越大（吴逍，2016）。印度北部脉石英矿石中石英晶粒呈鱼子状聚集，镜下观察石英颗粒呈透明—半透明，表面干净，粒度 0.4~4.0 mm，矿物中包裹体含量少（张亮等，2024）。

对不同矿点中样品的手标本进行观察，将标本特征进行A、B、C共3类质量等级划分（图2），A类为质量较高，脉石英的手标本呈雪白色糖粒状和雪白色块状，颜色明亮，光泽度较高，石英颗粒较小，呈半自形—他形粒状，透明度较高，裂隙发育较少，主要矿点为洪家湾和沙钵沟；B类为质量中等，脉石英的手标本呈烟灰色糖粒状，颜色较暗，光泽度较低，石英颗粒较小，透明度较低，呈他形粒状，裂隙发育较少，主要矿点为排屋和乌龟包；C 类为质量较差，脉石英的手标本呈乳白色块状，颜色明亮，光泽度较高，乳白色石英透明度低于雪白色石英，石英颗粒较大，呈半自形—他形粒状，裂隙发育较多，主要矿点为白石山。

5.2.2 显微尺度

研究表明，优质高纯石英原料多为对称消光或者轻微的不均匀消光；晶体结晶颗粒一般较大，表面光滑平整，质地纯净，几乎全由石英组成，含量一般高达 99% 以上；构造裂隙少，或有少量黑褐色杂质矿物分布其间。

对各个不同矿点中样品薄片进行显微镜下观察，洪家湾矿点雪白色糖粒状石英，颗粒表面较脏，颗粒大小相对较为均匀，裂隙中偶见铁质矿物，次生加大边现象明显，呈均匀消光。沙钵沟矿点为雪白色块状脉石英，石英颗粒较大，颗粒大小比较均匀，有后期细小的石英脉穿插，呈均匀消光。排屋和乌龟包烟灰色糖粒状脉石英中石英颗粒粒径较小，颗粒大小不均匀，偶见白云母与铁质矿物，大多呈轻微不均匀消光。白石山矿点为乳白色块状脉石英，石英颗粒较大，颗粒大小不均匀，石英内部发育有少量裂隙，含有少量的不透明矿物，整体呈均匀消光（图3）。

a—洪家湾雪白色糖粒状矿石；b—沙钵沟雪白色块状矿石；c—排屋烟灰色糖粒状矿石；d—乌龟包烟灰色糖粒状矿石；e—白石山乳白色块状矿石；f—白石山乳白色块状矿石

5.2.3 包裹体数量与尺寸

研究表明，流体包裹体是影响高纯石英原料质量的重要因素（魏玉燕，2015），主要是以下两方面的原因：（1）如果高纯石英砂中流体包裹体较多，制作出来的石英坩埚中在生产晶圆过程中，气泡与高温硅液接触，渗透进入单晶的固液交界面，容易引起单晶的断线，直接影响到单晶的成晶率（Muller and Steenkamp，2012）。（2）流体包裹体中含有大量的杂质元素（Al、K、Na、Ca、Li 等），导致高纯石英砂中纯度降低，影响产品质量（王云月等，2020）。在后期加工过程中，主要通过高温爆裂法去除部分较大的流体包裹体，如果流体包裹体太小，很难将其去除。张亮等（2024）认为当流体包裹体小于10 µm 时，很难经济地去除。优质高纯石英原料的包裹体体积相对较大，主要原因是石英原料中的构造裂隙及显微裂隙较少。

洪家湾雪白色糖粒状和沙钵沟雪白色块状脉石英，包裹体数量较多且相对较大，气-液两相包裹体为主。白石山乳白色块状脉石英，与洪家湾雪白色糖粒状脉石英中流体包裹体特征相似，包裹体数量较多且相对较大，以气-液两相包裹体为主。排屋和乌龟包烟灰色糖粒状脉石英，流体包裹体整体偏小，无法测试流体包裹体均一温度，并且液相次生包裹体为主。由于排屋和乌龟包矿点中流体包裹体较多，并且偏小，所以石英中 SiO₂含量较低，可能导致其质量较差（图4）。

a—洪家湾；b—沙钵沟；c—排屋；d—乌龟包；e、f—白石山

5.3 南大别地区脉石英形成温度

通过流体包裹体的均一温度与杂质元素含量的特征对比可以发现，成矿温度与杂质含量存在正相关性，同时流体包裹体温度也能够反映脉石英的形成温度环境。

洪家湾雪白色糖粒状脉石英和沙钵沟雪白色块状脉石英，包裹体数量较多且相对较大，利用冷热台测得的石英中流体包裹体的均一温度为 135~295℃，平均为 218℃（图5~6）。白石山乳白色脉石英中流体包裹体的均一温度为 208~330℃，平均为 266℃（图7）。排屋和乌龟包烟灰色糖粒状脉石英，与前两种明显不同，包裹体整体偏小，以次生包裹体为主，无法测得石英中流体包裹体的均一温度。

6 结论

（1）研究区脉石英矿体规模较小，多为构造控制，以北东向为主，近东西向次之，多呈脉状，具有分支复合，尖灭再现等特征。矿石以乳白色为主，其次为烟灰色，裂隙发育，整体品质较高。

（2）可以把颜色、光泽、结晶度、裂隙发育程度等作为脉石英质量野外评价的指标之一。对比得出A类脉石英在外观上呈雪白色，结晶度好，透明度较高，裂隙较少，质量更好。而C类脉石英光泽度明显较低，为乳白色，结晶度差，透明度较低，裂隙更多。

（3）偏光显微镜下岩石薄片的裂隙数量及大小、石英颗粒大小及均匀程度、消光现象可作为脉石英质量实验室评价指标之一。裂隙相对较少，石英颗粒大小均匀，不均匀消光现象相对不明显的脉石英质量更好，更利于提纯制备高纯石英。裂隙发育复杂，石英颗粒自形及均匀程度较差，不均匀消光现象明显的脉石英质量较差，后期作为高纯石英原料利用的价值相对较小。

（4）经过研究对比发现，区内脉石英矿体，镜下视域内杂质少，包裹体成片状、线状集中。包裹体以次为主、主要为气液型包裹体，粒径多在5~10 µm 之间，此类石英原料的中的包裹体加工提纯难度相对较小。

（5）研究区经历了长期的超高压变形变质作用、多期次构造作用和岩浆侵入活动，具备高纯石英原料产出的成矿地质条件，同时塘梨岩等地的脉石英提纯结果（SiO₂含量为 99.9962%）表明该区具有较好的高纯石英原料找矿前景，建议在该地区加强调查和勘查工作。

注释

① 江来利，吴维平，吴跃东.2002. 太湖幅1∶250000区域地质调查报告[R]. 合肥: 安徽省地质调查院.

参考文献