臨江市雙山子硅藻土礦床地質(zhì)特征及成因淺析

楊殿宇，齊 美，李 鑫，寧傳奇

（1.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033；2.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司東北亞礦產(chǎn)地質(zhì)勘查院，吉林 長(zhǎng)春 130033）

礦區(qū)位于臨江市135°方位，直線距離約36km，行政區(qū)隸屬吉林省臨江市六道溝鎮(zhèn)。礦區(qū)西偏北距六道溝鎮(zhèn)約10km，省道S303自六道溝鎮(zhèn)通過(guò)，其間由水泥公路相連，交通便利。礦區(qū)屬北寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量766.5mm，年平均氣溫4.6℃。礦區(qū)地處長(zhǎng)白山脈南麓玄武巖熔巖臺(tái)地，地形較平坦，北部偏高，屬淺切割低山區(qū)，溝谷多呈“V”字形。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ)、遼東臺(tái)隆(Ⅱ)、營(yíng)口—寬甸臺(tái)拱(Ⅲ)，長(zhǎng)白斷塊(Ⅳ)的南西端。

區(qū)域內(nèi)地層由老至新如下：中元古界老嶺巖群大栗子組(Pt2dl)、中上侏羅統(tǒng)果松組(J2～3g)、上侏羅統(tǒng)林子頭組(J3l)、中新統(tǒng)馬鞍山組(N1m)、上新統(tǒng)船底山組(N1c)、第四系全新統(tǒng)(Q4)。馬鞍山組(N1m)為硅藻土含礦層位。

區(qū)域內(nèi)為一呈北東向展布的新生代斷陷盆地，盆地中心在長(zhǎng)白虎洞溝、新北崗一帶，本區(qū)處于區(qū)域斷陷盆地的北部，其中形成許多小的盆地，構(gòu)成“盆中盆”，其規(guī)模不大，硅藻土礦層即賦存于各個(gè)小盆地之中。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)地層簡(jiǎn)單，出露有中上侏羅統(tǒng)果松組(J2～3g)、中新統(tǒng)馬鞍山組(N1m)和上新統(tǒng)船底山組(N1c)。礦區(qū)地層由老至新分述如下:

(1)中上侏羅統(tǒng)果松組(J2～3g)。

巖性為英安質(zhì)凝灰角礫巖，主要由英安質(zhì)凝灰?guī)r角礫和長(zhǎng)石、石英、云母及火山灰膠結(jié)物組成，角礫呈次圓狀、次棱角狀和棱角狀形態(tài)，粒度多在2.50～10.00mm之間。

(2)中新統(tǒng)馬鞍山組(N1m)。

該層大部分下伏于船底山組玄武巖之下，產(chǎn)狀近于水平。露頭分布于礦區(qū)西部的坡地及溝谷中，為一套硅藻土沉積建造。該層是區(qū)內(nèi)硅藻土礦賦存層位。

(3)上新統(tǒng)船底山組(N1c)。

該層在礦區(qū)內(nèi)呈北東向分布，北部變寬?？刂坪穸?.29～47.70m，近水平產(chǎn)出，不整合于馬鞍山組之上，由塊狀和氣孔狀拉斑橄欖玄武巖組成。

3 礦層地質(zhì)特征

硅藻土礦層主要礦物組分為硅藻，成分為蛋白石，種屬以圓篩藻、直鏈藻為主，少量羽紋藻，硅藻含量在65%～98%之間；其他礦物為粘土質(zhì)及碳酸鹽，分別呈顯微鱗片狀、泥粉晶狀，均勻分布在硅藻間，鐵染呈黃褐色；此外還有少量石英、長(zhǎng)石及鐵質(zhì)，石英、長(zhǎng)石呈微粒狀、棱角狀，粒徑0.01～0.09mm。

礦石結(jié)構(gòu)為生物結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)生物結(jié)構(gòu)，構(gòu)造為微層狀、塊狀構(gòu)造，單層厚1～10mm。礦石化學(xué)成分主要由有益組分SiO2，有害組分Al2O3、Fe2O3、CaO、燒失量組成。

3.1 礦層特征

礦層賦存于中新統(tǒng)馬鞍山組中，呈較規(guī)則的層狀。礦體的形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀、礦層在空間上的分布嚴(yán)格受古地貌和沉積巖相控制。當(dāng)沉積條件發(fā)生變化時(shí)，礦層則向不穩(wěn)定一側(cè)由厚變薄直至尖滅。

當(dāng)硅藻土礦層發(fā)育較完整時(shí)，垂向上礦石類型變化明顯，一般中間為硅藻土，向兩側(cè)依次為含粘土硅藻土、粘土質(zhì)硅藻土、硅藻粘土。一個(gè)完整韻律從下至上為：硅藻粘土→粘土質(zhì)硅藻土→含粘土硅藻土→硅藻土→含粘土硅藻土→粘土質(zhì)硅藻土→硅藻粘土，其間為漸變關(guān)系。

根據(jù)硅藻土賦存特征，將區(qū)內(nèi)硅藻土礦層自下而上分為兩個(gè)礦層，即①、②號(hào)礦體(層)。其中①號(hào)礦體(層)為主要工業(yè)礦體(層)。

①號(hào)礦體(層)：位于含礦層(N1m4)下部，礦體規(guī)模較大，資源儲(chǔ)量占全區(qū)的57.71%，優(yōu)質(zhì)硅藻土賦存于該礦層中。礦體賦存標(biāo)高+736.48～+787.26m埋藏深度6.81～72.21m?？刂频V層南北長(zhǎng)1260m，東西寬570m，單工程控制礦層最大厚度17.94m，最小厚度1.15m，平均厚度8.53m，呈現(xiàn)西部低東部高趨勢(shì)。礦層頂?shù)装寰鶠楣柙逭惩?，局部與②號(hào)礦層直接接觸。礦石呈灰白色、淺灰色，自然類型為硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質(zhì)硅藻土。礦層由Ⅰ級(jí)品硅藻土層、Ⅱ級(jí)品硅藻土層、Ⅲ級(jí)品硅藻土層組成。

②號(hào)礦體(層)：位于含礦層(N1m4)上部，儲(chǔ)量占全區(qū)的42.29%。礦層賦存標(biāo)高736.48～802.52m，埋藏深度5.59～59.47m。礦體分布范圍廣泛，但礦石質(zhì)量較差，本次詳查，鉆孔中均未見(jiàn)Ⅰ級(jí)品硅藻土，Ⅱ級(jí)品硅藻土僅有鉆孔ZK0901、ZK0505兩個(gè)鉆孔控制，其余鉆孔中僅見(jiàn)Ⅲ級(jí)品硅藻土?？刂频V層南北長(zhǎng)1260m，東西寬570m，控制礦層最大厚度8.58m，最小厚度0.68m，礦層平均厚度4.40m。

各礦體礦石平均品位詳見(jiàn)表1。

表1 各礦體礦石平均品位

3.2 礦石類型、品級(jí)及工業(yè)用途

按礦石組分將礦石分為三種自然類型：硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質(zhì)硅藻土，各類型礦石特征如下。

(1)硅藻土：為Ⅰ級(jí)品礦石，主要為白色、灰白色、灰綠色，以灰綠色為主，硅藻含量約占90%以上，粘土礦物約占5%，少量碎屑礦物及磁鐵礦物，有時(shí)可見(jiàn)植物化石。生物結(jié)構(gòu)，微層狀或塊狀構(gòu)造，單層厚1～5mm，質(zhì)輕，疏松細(xì)膩，濕潤(rùn)時(shí)似豆渣狀，干燥時(shí)似白土狀。

鏡下特征：具硅藻生物結(jié)構(gòu)，硅藻95%～98%，粘土質(zhì)1%～4%，石英、長(zhǎng)石、鐵質(zhì)含量≤1%。

硅藻：無(wú)色，體積微小，主要為圓篩藻和直鏈藻及碎片。圓篩藻呈圓盤形篩狀，直徑0.01～0.042mm；直鏈藻，藻體圓柱狀，長(zhǎng)0.01～0.15mm，直徑0.007～0.14mm，由許多小圓盤、圓柱形藻胞疊置而成的鏈狀，殼面有網(wǎng)格狀小孔；成分為蛋白石，均質(zhì)性，不規(guī)則分布。

此外，有少量粘土質(zhì)及微量石英、長(zhǎng)石，粘土質(zhì)呈顯微鱗片狀，石英、長(zhǎng)石微小粒狀，分散在硅藻間；鐵質(zhì)，黑紅色，微粒狀、浸染狀于硅藻中。

(2)含粘土硅藻土：為Ⅱ級(jí)品礦石，以灰綠色為主，白色、灰白色為輔，硅藻含量約占90%，粘土含量約占10%，其他為碎屑礦物及磁鐵礦物；生物結(jié)構(gòu)，微層狀構(gòu)造，微層厚一般3～10mm，質(zhì)感較輕，固結(jié)差。

鏡下特征：巖石具硅藻生物結(jié)構(gòu)。硅藻80%～90%，粘土10%～15%，石英、長(zhǎng)石、鐵質(zhì)少量。

硅藻：無(wú)色，體積微小，主要為圓篩藻和直鏈藻及硅藻碎片。直鏈藻，藻體圓柱狀，長(zhǎng)0.01～0.10mm，直徑0.007～0.02mm，由許多小圓盤、圓柱形藻胞疊置而成的鏈狀，殼面有網(wǎng)格狀小孔；圓篩藻呈圓盤形篩狀，直徑0.01～0.04mm。硅藻成分為蛋白石，均質(zhì)性，不規(guī)則分布。

(3)粘土質(zhì)硅藻土：為Ⅲ級(jí)品，屬一般礦石，質(zhì)量較差，以灰、灰綠色為主，硅藻含量約占65%～70%，粘土含量約占25%左右，含少量碎屑礦物及磁鐵礦物；生物結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，濕潤(rùn)狀態(tài)粘性較強(qiáng)，干燥后較堅(jiān)硬。

鏡下特征：巖石具硅藻生物結(jié)構(gòu)，硅藻65%～70%，粘土25%，2%～3%石英、長(zhǎng)石和少量鐵質(zhì)。

硅藻：體積微小，主要是直鏈藻和圓篩藻及碎片。直鏈藻，藻體圓柱狀，長(zhǎng)0.01～0.10mm，直徑0.008～0.02mm，由許多圓盤藻胞疊置而成的鏈狀體，殼面有網(wǎng)格狀小孔；圓篩藻呈圓盤形篩狀，直徑0.01～0.042mm；成分為蛋白石，均質(zhì)性，不規(guī)則分布。

從電子掃描鏡檢測(cè)結(jié)果可以看出，硅藻土和含粘土硅藻土中以圓篩藻為主，少量直鏈藻，藻體較完整；粘土質(zhì)硅藻土以直鏈藻為主、圓篩藻次之，藻體較破碎。

按工業(yè)用途及各類型礦石主要化學(xué)組分劃分為Ⅰ級(jí)品、Ⅱ級(jí)品、Ⅲ級(jí)品三個(gè)品級(jí)，各品級(jí)礦石自然類型、化學(xué)組分和工業(yè)用途等詳見(jiàn)表2。

表2 不同類型礦石基本特征

3.3 礦石物理性能

按礦石自然類型系統(tǒng)的測(cè)試了礦石的物理性能，礦石物性特征詳見(jiàn)表3。

表3 礦石物性測(cè)試結(jié)果

硅藻土礦石的質(zhì)量是以硅藻土的礦物成分作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的，而其用途則取決于硅藻的種屬。圓盤形硅藻為主的硅藻土用于制作助濾劑效果最佳，圓柱形硅藻為主的硅藻土用于制作催化劑載體、化肥包裹劑、保溫隔熱材料效果最好。本區(qū)硅藻土從礦石成分及掃描電鏡測(cè)試看，以圓篩藻為主的Ⅰ、Ⅱ級(jí)品礦石為制造助濾劑的優(yōu)質(zhì)礦石，而以直鏈藻、管形藻為主的Ⅲ級(jí)品礦石是制作催化劑載體、化肥包裹劑、建筑用保溫、隔熱材料的最佳礦石。

4 礦床成因及找礦方向

4.1 礦床成因

(1)硅藻土礦床形成環(huán)境。

古地理環(huán)境是硅藻土礦床成礦的首要條件。新生代以來(lái)形成的內(nèi)陸相湖泊、山間盆地為硅藻的生存、遺骸的堆積提供了良好的先決條件。硅藻為淡水種屬，是在氣候溫暖濕潤(rùn)、雨水較充沛，能使湖盆長(zhǎng)期保持穩(wěn)定水位的淡水環(huán)境下生長(zhǎng)—繁殖—死亡—沉積的。從硅藻的生存條件來(lái)看，帶入湖盆的水不能有高濃度的酸、堿及其他有毒有害物質(zhì)，優(yōu)質(zhì)硅藻土的形成同時(shí)要求帶入湖盆的碎屑礦物很少，是以生物沉積為主、機(jī)械沉積為輔的沉積類型。

(2)湖盆的古地貌形態(tài)對(duì)成礦的控制。

沉積盆地是硅藻土成礦的重要條件。沉積盆地為硅藻的生存、遺骸的堆積提供了良好的場(chǎng)所，湖盆的古地理形態(tài)控制著礦體的空間形態(tài)、分布，凹處礦層變厚，凸起處礦層變薄，邊緣處礦層尖滅。

(3)玄武巖的噴發(fā)與硅藻土形成。

硅藻的生長(zhǎng)、繁殖需要水中有豐富的可溶SiO2，礦區(qū)內(nèi)新生代玄武巖廣泛發(fā)育，間歇性的玄武質(zhì)火山噴發(fā)活動(dòng)為可溶性SiO2提供了豐富的物質(zhì)來(lái)源，為硅藻的生長(zhǎng)、繁殖提供了必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；而后期的玄武質(zhì)火山噴發(fā)活動(dòng)將已形成的硅藻土礦層覆蓋，對(duì)硅藻土礦床起到了良好的保護(hù)作用。

4.2 找礦方向

新生代陸相盆地、大面積新近系玄武巖形成臺(tái)地地貌、中新統(tǒng)馬鞍山組地層。

5 結(jié)語(yǔ)

臨江市雙山子硅藻土礦的形成與巖相古地理、玄武巖分布、含礦層位等密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)臨江市五道溝鎮(zhèn)硅藻土礦的地質(zhì)勘查工作，認(rèn)為該硅藻土礦礦石質(zhì)量較好，易選、埋藏淺、覆蓋層薄、產(chǎn)狀平緩且礦層穩(wěn)定。其經(jīng)過(guò)選礦加工的終端產(chǎn)品因其具有特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的物化性能，可用作助濾劑，以凈化藥物、酒類、各種油料。另外還可以用作石油化學(xué)工業(yè)催化劑載體及隔音、隔熱材料等。

此次勘查工作，對(duì)雙山子硅藻土礦床充分理解與分析，在以后勘查與其相類似的硅藻土礦床具有借鑒意義。雙山子硅藻土礦如合理地開(kāi)發(fā)利用，有利于調(diào)整當(dāng)?shù)毓柙逋凉I(yè)布局，改善臨江市的硅藻土工業(yè)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步促進(jìn)該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)。