遼寧省阜蒙縣北窩鋪膨潤土礦床地質(zhì)特征及控礦因素

李 壇 胡墨田 王吉平

1. 遼寧省地礦測繪院，遼寧沈陽 110013

2.中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072750

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造位置

北窩鋪膨潤土礦床位于遼寧省阜蒙縣大五家子鎮(zhèn)南 3.5km北窩鋪一帶，所處大地構(gòu)造位置屬中朝準地臺華北斷坳下遼河斷陷中生代斷陷盆地——于寺盆地【1】，所處成礦區(qū)帶為濱太平洋成礦域（疊加在古亞洲成礦域之上）華北陸塊成礦省華北陸塊北緣東段 Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Mn-U-磷-煤-膨潤土成礦帶內(nèi)蒙隆起東段Fe-Au-Ag-Pb-ZnMo-U-磷-膨潤土成礦亞帶【2】。該成礦亞帶是我國重要的膨潤土成礦區(qū)帶，已發(fā)現(xiàn)遼寧省黑山縣黑山、建平縣大梁前、凌源縣熱水湯北溝、義縣前水口子和阜蒙縣哈爾套街等大中型膨潤土礦床，膨潤土礦床主要賦存于白堊系中酸性火山碎屑巖中【3、4】。于寺斷陷盆地沉積了巨厚的中生代地層，膨潤土礦床即賦存于于寺盆地白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）的火山碎屑巖、沉火山碎屑巖中，該盆地已發(fā)現(xiàn)太平鄉(xiāng)、二道河子、大五家子、下扎蘭和北窩鋪5個膨潤土礦床（圖1）。

圖1 于寺盆地及北窩鋪膨潤土礦區(qū)位置圖（據(jù)刁純才，2013，有修改）Fig.1 The Beiwopu bentonite mining location map (Ofter Diao Chuncai,2013,modified)

1.2 區(qū)域地層

區(qū)域出露地層主要為一套北西西向和近東西向展布的侏羅系上統(tǒng)土城組（J3t）、白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）火山碎屑巖、沉火山碎屑巖及火山碎屑沉積巖和白堊系上統(tǒng)孫家灣組（K2s）火山碎屑巖、陸源碎屑巖及白堊系下統(tǒng)九佛堂組（K1jf）砂巖、頁巖，古老基底為太古宇建平群小塔子溝組（Arjnx）變質(zhì)巖。

白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）巖性主要為沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)礫巖、流紋質(zhì)晶屑、玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r等，除凝灰質(zhì)礫巖外，均見蒙脫石礦化。在于寺—大五家子南部，有北窩鋪和下扎蘭膨潤土礦床。凝灰?guī)r和流紋質(zhì)晶屑、玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r是本區(qū)膨潤土礦的賦存層位，蒙脫石化普遍而強烈。

1.3 區(qū)域構(gòu)造

區(qū)域斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要為北東向和北西向兩組，局部為近東西向，均為逆掩斷裂，從區(qū)域上看對成礦作用控制不明顯。

1.4 區(qū)域巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，表現(xiàn)為華力西期、燕山期的巖漿侵入活動和燕山期的火山噴發(fā)作用。華力西期和燕山期的巖漿侵入活動形成了華力西期、燕山早期花崗巖、閃長巖和安山玢巖，區(qū)域上分布較為零散，對區(qū)內(nèi)膨潤土成礦基本無影響。燕山期的火山噴發(fā)作用，尤其是白堊紀早期的火山噴發(fā)作用，在本區(qū)形成了數(shù)百米厚的火山碎屑巖、沉火山碎屑巖及火山碎屑沉積巖，這些火山巖的風(fēng)化為形成膨潤土礦床提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)成礦及控礦地質(zhì)條件

2.1.1地層 礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）和第四系（Q）（圖2）。

圖2 北窩鋪膨潤土礦床地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of Beiwopu bentonite deposit

白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）出露于礦區(qū)的南部，從下至上可分為三個巖段。

第一巖段（K1y1），在礦區(qū)廣泛出露，以沉火山碎屑巖為主，為棕紅色沉凝灰?guī)r和雜色、灰綠色凝灰質(zhì)砂礫巖，厚度大于220m。

第二巖段（K1y2），主要分布在礦區(qū)的中部、呈近南北向帶狀展布，以棕紅色流紋質(zhì)玻屑、晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、含角礫凝灰質(zhì)砂巖為主。厚度大于35m。

第三巖段（K1y3），分布在礦區(qū)中部，近南北向條帶狀展布，以沉火山碎屑巖為主，主要為棕紅色沉凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)礫巖。凝灰質(zhì)礫巖多呈夾層狀產(chǎn)出，局部與沉凝灰?guī)r呈互層狀。厚度大于30m。

上述三個巖段中，第一巖性段為本區(qū)膨潤土礦的主要含礦層位。與膨潤土成礦有關(guān)的主要巖性特征如下。

晶屑沉凝灰?guī)r：以棕紅色為主，其次為灰綠色、褐色，凝灰結(jié)構(gòu)，微層理構(gòu)造， 成分主要為晶屑，其次為火山灰及泥質(zhì)物，含少量巖屑；晶屑主要成分主要為斜長石，其次為石英，含少量云母，晶屑含量一般55%～65%，火山灰分布不均勻，蒙脫石化多與火山灰有關(guān)，普遍較強烈。

凝灰質(zhì)砂礫巖：顏色為灰綠色、白色、粉紅色，砂狀、礫狀結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造。砂礫石母巖主要為凝灰?guī)r，多呈次棱角狀，直徑一般 2～80mm，含量一般65%～90%，蒙脫石化普遍，局部蒙脫石化強烈。雜基主要為火山灰，膠結(jié)程度差，機械擾動后極易破碎，脫水后易崩解。

流紋質(zhì)晶屑、玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r：紅色，局部呈淺灰綠色，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，肉眼觀察可見假流紋構(gòu)造，局部見拉長的氣孔；物質(zhì)成分主要為玻屑，含量一般20%～70%，其次為晶屑，含量一般15%～45%，含少量巖屑，基質(zhì)主要為火山灰，多呈玻璃質(zhì)狀態(tài)，含量15%～70%。主要礦物成分為透長石、石英，含少量云母。該巖石蒙脫石化現(xiàn)象普遍，質(zhì)硬而脆，節(jié)理裂隙十分發(fā)育。

2.1.2斷裂 礦區(qū)內(nèi)斷裂較發(fā)育，主要為2條近南北走向和1條北西-南東向斷裂（圖 2），F(xiàn)1、F2斷裂走向南北，傾向西，傾角在64°～78°，F(xiàn)2為逆斷層，F(xiàn)1斷層性質(zhì)不明。這些斷裂形成于白堊系下統(tǒng)義縣組之后，對義縣組的連續(xù)性起到了破壞作用，

2.2 礦床基本特征

2.2.1礦體特征 北窩鋪礦區(qū)膨潤土礦體呈層狀、似層狀，賦存于白堊系下統(tǒng)義縣組第一巖性段沉凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)礫巖中，受沉凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)砂礫巖控制。礦體總體走向330°左右，東部礦體傾向南西，傾角一般在 5～10°，最大可達20°（圖3），西部礦體傾向北東，傾角一般2～5°。

北窩鋪膨潤土礦床共圈定膨潤土礦體33個，其中T2礦體規(guī)模較大，走向近南北，傾向南西，傾角一般在5～10°，長約 600m，延伸約300m，埋藏較淺，賦存標高為+248.0 ～+290.0m，延展面積約375 000m2，礦體呈層狀，厚4.00～16.00m，厚度變化系數(shù) 86%。蒙脫石含量 46.67%～60.25%，平均52.44%，估算資源量100多萬t（圖3）。

圖3. 北窩鋪膨潤土礦床（區(qū)）8勘探線地質(zhì)剖面圖Fig.3 The 8 prospecting line geological profile of Beiwopu bentonite deposit

2.2.2 礦石特征

（1）礦石自然類型及礦物組成：本礦床膨潤土礦石主要為塊狀礦石，其它類型礦石少見。礦石以白色、淺黃綠色為主，灰色、淺粉紅色、淺灰綠色次之。礦石具殘余凝灰結(jié)構(gòu)、玻屑凝灰結(jié)構(gòu)、含粉砂泥狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，粘土礦物具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，次生變化主要表現(xiàn)為斑脫巖化。礦石具油脂光澤，貝殼狀斷口，手感滑潤，具有遇水易膨脹、溶解，風(fēng)化后易散解、碎裂、膨脹等特征。

通過巖礦鑒定和X射線衍射物相分析，膨潤土礦石主要由蒙脫石、石英、長石、水云母、方英石組成（表1）。蒙脫石含量40%～70%，石英含量一般8%～20%，長石含量12%～27%，水云母2.3%～5.6%，方英石多在1%以下。

為了確定粘土礦物類型及礦物中水的賦存形式，我們對部分膨潤土樣品進行了差熱分析，所測樣品均有3個吸熱谷，第一吸熱谷為蒙脫石在加熱過程中逸出大量吸附水和層間水吸熱所致，吸熱溫度在 90～110℃。第二吸熱谷也是蒙脫石在加熱過程中逸出大量吸附水和層間水吸熱所致，吸熱溫度在160～170℃，這兩個熱谷組成一個復(fù)谷，表明為鈣質(zhì)蒙脫石。第三吸熱谷為蒙脫石在加熱過程中脫出結(jié)構(gòu)水吸熱所致，吸熱溫度在700～730℃（圖4）。

所測北窩鋪膨潤土礦石樣品差熱曲線及吸熱溫度表明礦石均屬于鈣基膨潤土。

北窩鋪鈣基膨潤土差熱曲線與新疆柯爾堿膨潤土礦塊狀鈣基膨潤土及含礫層狀鈣基膨潤土相類似，而與遼寧阜新哈爾套街膨潤土礦、新疆柯爾堿膨潤土礦塊狀鈉基膨潤土、含礫層狀鈉基膨潤土第一吸熱谷為單谷的差熱曲線有明顯區(qū)別【6、7】。

表1 北窩鋪膨潤土礦礦石礦物含量（%）Table 1 Ore mineral content (%)of Beiwopu bentonite deposit

（2）礦石化學(xué)組成：礦石主要化學(xué)組分為SiO2、Al2O3和水，次為MgO、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O、TiO2等。

（3）礦石工業(yè)類型： 對采集的北窩鋪膨潤土礦床鉆孔、探槽和淺井中的膨潤土樣品進行了陽離子交換性能的測試，代表性的樣品測試結(jié)果顯示（表2），其ECa2+／C E C值均大于50%，確定其礦石工業(yè)類型為鈣基膨潤土【5】。

圖4 膨潤土樣品差熱分析曲線Fig.4 Differential thermal analytical curve of bentonite samples

表2 北窩鋪膨潤土礦床部分礦石陽離子交換量分析結(jié)果Table 2 Part ore cation exchange capacity (CEC) analysis result of Beiwopu bentonite deposit

3 礦床控礦因素

（1）地層對膨潤土礦床形成的控制作用：北窩鋪膨潤土礦床主要產(chǎn)于白堊系下統(tǒng)義縣組第一巖段中，第二巖段只有少量礦體分布，第三巖段中未見膨潤土礦體。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體走向、傾向與圍巖一致，受圍巖地層控制明顯。膨潤土礦床受白堊系下統(tǒng)義縣組第一巖段控制。

（2）巖性對膨潤土礦床形成的控制作用：前已述及，北窩鋪膨潤土礦區(qū)出露地層為白堊系下統(tǒng)義縣組第一、第二、第三巖段，主要巖性為紅色沉凝灰?guī)r和雜色、灰綠色凝灰質(zhì)砂礫巖、棕紅色流紋質(zhì)玻屑、晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r。與蒙脫石礦化密切相關(guān)的巖性為沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫巖和流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r。

沉凝灰?guī)r：主要為晶屑凝灰?guī)r，蒙脫石化普遍而強烈，蒙脫石化強度與晶屑凝灰?guī)r含量正相關(guān)，地表及淺部蝕變強烈，向深部呈現(xiàn)逐漸減弱的趨勢，是本礦區(qū)形成膨潤土礦床的主要巖石。

凝灰質(zhì)砂礫巖：其砂、礫物質(zhì)成分由火山灰組成，蒙脫石化普遍而強烈，也是本礦區(qū)形成膨潤土礦床的主要巖石。

流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r：流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r地表及淺部蝕變相對較差，蒙脫石化相對較弱。

1 刁純才，朱學(xué)忠.阜新于寺盆地膨潤土礦特征及成因〔J〕.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013,32（12）∶1630-1634.

2 徐志剛，陳毓川，王登紅，等. 中國成礦區(qū)帶劃分方案〔M〕.北京∶ 地質(zhì)出版社, 2008：1-138.

3 徐忠勛. 遼寧省建平縣大梁前膨潤土礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律初步研究〔J〕.地球，2012，（9）∶100-101.

4 高恩憶.遼西中生代火山巖中珍珠巖、沸石、膨潤土成礦因素探討〔J〕.遼寧地質(zhì)，1986,（1）：35-46.

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