A Review of the Impurity Element Chemistry and Textures of Natural Quartz and Its Application to the Prospect of High Purity Quartz Deposit
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摘要:
目前，中国4N8以上高纯石英高度依赖进口，高纯石英是保障中国芯片安全、光纤安全、光伏安全、高端器件安全的战略矿产。笔者通过国内外对石英的微量（杂质）元素分布特征研究相关的文献进行了梳理和总结，并结合近年来找矿勘查实践认识。研究发现，控制4N以上中高端高纯石英杂质元素的种类主要是类质同象，包括有B、Li、Al、Ge、Ti、Fe、Mn、K和P等元素。中国高纯石英找矿方向包括变质重结晶石英、钨锡矿床云英岩和石英脉、花岗伟晶岩石英、高分异演化花岗岩石英等，其中4N以上中高端高纯石英可能为非成矿花岗伟晶岩。高纯石英矿床形成的地质背景、物质组成、物质来源、控制因素等与成矿有关的理论，即建立高纯石英成矿模型，可能是中国高纯石英矿床的找矿勘查突破的基础。这些研究除了能够很好地指导高纯石英找矿，同时也是示踪钨、锡、铌、钽和锂等金属矿床岩浆–热液演化过程的关键。中国高纯石英地质勘查处于起步阶段，笔者总结近年攻关中国高纯石英找矿勘查理论和技术研究，以供同行参考。
Abstract:At present, China's high-grade high-purity quartz (above 4N8) completely depends on imports. High-purity quartz is a strategic mineral to ensure the safety of chip, optical fiber, photovoltaic and high-end devices in China. In this paper, related references on the distribution characteristics of impurity elements in quartz are reviewed and summarized. The medium and high-grade high-purity quartz is mainly isomorphism, mainly including B, Li, Al, Ge, Ti, Fe, Mn, K and P elements. The prospecting directions of high purity quartz in China are as follows: hydrothermal vein quartz, metamorphic recrystallized quartz, greisen and quartz vein of tungsten-tin deposit, granite pegmatite quartz and highly differentiated evolution granite quartz. The high-grade high-purity quartz above 4N may be from non-metallogenic granite pegmatite. The geological background, quartz composition and source, controlling factors and other metallogenic theories related to the formation of high-purity quartz deposits, i.e. modelling the mineralisation of high purity quartz, are the basis for the breakthrough in prospecting and exploration of high-purity quartz deposits in China. All these not only indicate the prospecting of high-purity quartz, but also trace the magmatic-hydrothermal evolution for tungsten, tin, niobium, tantalum, lithium and other metal deposits. The geological exploration for high-purity quartz is in its infancy in China. This paper is a preliminary summary of the studies on exploration of high-purity quartz in the past years.
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Keywords:
- quartz /
- impurity element /
- prospect of high purity quartz deposit
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2023年度，《西北地质》得到了以下专家(按姓氏汉语拼音字母排序)的大力支持,各位专家对期刊稿件的审阅、论文质量的把关及期刊的顺利出版付出了辛勤劳动,在此表示由衷的感谢和深深的敬意。
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图 1 石英（SiO2）同质多像变体的热力学稳定范围（据潘兆橹，1993；Swamy et al.，1994；Presnall，1995修）
Figure 1. Thermodynamic stability range of quartz (SiO2) homomorphic polymorphs
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图 2 石英矿物晶格杂质元素类质同象分布示意图（据Götze，2009修改）
Figure 2. Schematic diagram of isomorphic distribution of impurity elements in quartz mineral lattic
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图 3 黄玉花岗岩中石英的SEM-CL图像（Müller et al.，2003a）
a.石英斑晶（qz1），紧挨着另一期石英微斑晶（qz2）； b.石英斑晶中的环带结构；c.大斑晶（3 mm），具有明亮（蓝色）、再吸收（圆形）生长区；d.斑岩中的两个相邻斑晶，右边的斑晶阻碍了左边斑晶的生长；所有石英晶体中的小而不规则的黑色区域都是岩浆后新结晶
Figure 3. SEM-CL images of quartz in the topaz-bearing granites of the Hub stock
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图 4 不同类型热液石英的CL图像和相关发射光谱（Götze，2009）
a.石英晶体初始CL； b.电子辐照60 s后的CL，显示从蓝色变为褐色； c.400 nm和650 nm发射光的照下石英的发光行为；d.分带热液石英晶体； e. 玛瑙； f.由580 nm发射带引起的黄色CL
Figure 4. CL images and related emission spectra of different kinds of hydrothermal quartz
表 1 石英矿物系列表（Götze，2009）
Table 1 Quartz mineral series
矿物族 矿物 晶系 石英-磷石英-
方石英组
（表生或者低压）水晶（普通石英） 三方晶系 高温石英 六方晶系 磷石英 单斜晶系 高温磷石英 六方晶系 方石英 正方晶系 高温方石英 立方晶系 硫方石英 立方晶系 纤石英 斜方晶系 斜硅石 单斜晶系 热液石英-柯石英-
斯石英组
（高温和超高压）热液石英 正方晶系 柯石英 单斜晶系 斯石英（超石英） 正方晶系 Seifertite
（陨石撞击成因）斜方晶系 焦石英-蛋白石组
（非晶质）焦石英 天然玻璃 蛋白石 含水，固态SiO2凝胶 
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