遼寧省二道河膨潤土礦床地質特征及成因探討

劉殿鶴　張雪花遼寧省有色地質局勘察研究院，遼寧沈陽，110013

遼寧省二道河膨潤土礦床地質特征及成因探討

劉殿鶴*張雪花
遼寧省有色地質局勘察研究院，遼寧沈陽，110013

提 要 二道河膨潤土礦床位于遼寧西部紫都臺-于寺盆地北東緣義縣期火山斷陷盆地內，礦體賦存于義縣組沉凝灰?guī)r及流紋質熔結凝灰?guī)r、珍珠巖等中酸性火山碎屑巖中。礦區(qū)共發(fā)育70多條層狀、似層狀膨潤土礦體。主要礦石礦物為蒙脫石，具改型特征。淺部主要為鈣基膨潤土，200m標高以下向鈉基膨潤土轉變。經綜合研究認為，該礦床屬典型的以后期表生風化淋濾型作用為主的復成因礦床。

關鍵詞膨潤土礦床 地質特征 成因探討 遼寧省二道河

二道河膨潤土礦床行政區(qū)劃隸屬于遼寧省阜蒙縣太平鄉(xiāng)。大地構造位置處于中朝準地臺內蒙地軸舊廟斷凸內【1】，中生代紫都臺-于寺盆地的北東緣。受區(qū)域構造應力體制的控制作用，在遼西形成了一系列北東、北北東向展布的中生代盆地內堆積了大量侏羅系、白堊系火山巖及火山碎屑沉積建造，其中義縣組火山巖為膨潤土礦床的形成提供了必要的母巖條件。近年來，研究學者們對于盆地內的地層古生物特征【2】、區(qū)域構造【3～5】以及火山活動【6～9】等方面進行了詳盡的研究，逐漸趨向于一種共識，即義縣組火山巖由早至晚呈現(xiàn)由早期偏基性向晚期偏酸性的演化趨勢，劃分為上、下兩個亞旋回，其中每個大的火山噴發(fā)亞旋回間又夾雜著代表火山活動間歇期的(沉積)火山碎屑巖。本文即針對與膨潤土礦成礦關系密切的早白堊統(tǒng)義縣組中酸性火山巖、沉積火山碎屑巖進行詳細分析，通過對義縣組巖性特征、地層劃分及其與膨潤土礦賦存關系的研究，對二道河膨潤土礦床的地質特征及成因做一簡要探討。

1 礦區(qū)地質概況

1.1 地層特征

經地質調查研究發(fā)現(xiàn)，二道河膨潤土礦體嚴格受義縣組層位控制，因此，對于礦區(qū)內地層疊置的分布規(guī)律研究尤為重要。經詳細地質填圖工作，礦區(qū)出露地層（圖1）由老至新依次為太古宇建平群小塔子溝組（ArJnx）黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖夾磁鐵石英巖，下白堊統(tǒng)義縣組（K1y）珍珠巖、流紋質熔結凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r（由晶屑、玻屑、火山灰等粒度細小物質組成）、凝灰質砂礫巖、安山巖，中白堊統(tǒng)孫家灣組（K2S）凝灰質礫巖夾凝灰質砂巖及第四系（Q）。

按巖性、組構特征和產出狀態(tài)，由下至上將本區(qū)義縣組劃分為三個巖段（圖2）：

第一巖段（K1y1）：巖性主要為沉凝灰?guī)r夾凝灰質礫巖、凝灰質砂巖，主要分布于盆地斜坡前緣，直接覆蓋在小塔子溝組片麻巖之上；礦體主要呈薄層狀賦存于沉凝灰?guī)r中，個別產于凝灰質砂巖中。

第二巖段（K1y2）：巖性以棕紅色流紋質玻屑、晶屑熔結凝灰?guī)r（圖3a）、灰黑色珍珠巖為主（圖3b）、其次為灰綠色安山巖及凝灰質火山角礫巖等，覆蓋在第一巖段之上；其中珍珠巖與流紋質熔結凝灰?guī)r空間上密切共生，構成本巖段的賦礦圍巖，凝灰質角礫巖則沿喇嘛山流紋質熔結凝灰?guī)r外緣呈薄層分布，厚約2～10m；另在礦區(qū)中部深處可見厚約60m的灰綠色火山角礫巖，粒徑一般為2～40mm，基質成分主要為凝灰質，碳酸鹽化等熱液蝕變作用沿節(jié)理裂隙非常發(fā)育，蒙脫石化強烈，推測當時存在較強的火山噴發(fā)作用，在熱液作用下，該巖段內形成了較好的膨潤土礦體，最厚可達30m；該巖段代表了火山活動時期的產物，在地貌上呈明顯的正地形，主要分布在趙家窩棚—扣堡村北部—喇嘛山—新丘東山—大腦袋山一線，區(qū)域上形成一條北西向展布的中酸性火山巖帶，向北西延伸至太平鄉(xiāng)膨潤土礦區(qū)，南東則延至西哈爾套街膨潤土礦區(qū)，部分膨潤土礦體喇嘛山及東山地表出露。

第三巖段（K1y3）：巖性為玫瑰紅色沉凝灰?guī)r（圖3c、圖3d）夾凝灰質礫巖，在地表可見膨潤土礦（化）體露頭；沉凝灰?guī)r蒙脫石化最為強烈，其次凝灰質礫巖中的大量火山細碎屑基質也不同程度的發(fā)生了蒙脫石化作用；本巖段在本區(qū)覆蓋面積最大，沉積地層也最厚，其中賦存的膨潤土礦體數(shù)量最多，尤其靠近地表淺部，礦化非常強烈，礦體厚度巨大，蒙脫石含量較高。主要分布在礦區(qū)的中部及西南部。

圖2　二道河礦區(qū)下白堊統(tǒng)義縣組典型剖面地層柱狀圖Fig 2 Stratigraphic division map of Lower Cretaceous Yixian Formation in Erdaohe area

1.2 構造特征

區(qū)內褶皺構造不發(fā)育，地層總體呈北西走向，傾向南西，為單斜構造。盆地內地層整體為一套向南西傾斜，傾角較緩的單斜構造。

礦區(qū)在平面上位于北北東向展布的紫都臺-于寺盆地的北東緣，縱向上總體向南西傾伏，由礦區(qū)內北西—南東向流紋質熔結凝灰?guī)r、珍珠巖酸性火山巖帶展布特征推測北東側盆緣存在一隱伏斷裂，早白堊世義縣組沉積期強烈的火山活動即沿此斷裂帶噴發(fā)，既為火山噴發(fā)提供了通道，同時為火山物質提供了充足的賦存空間。

1.3 巖漿巖

區(qū)內巖漿巖主要為花崗巖，均侵入于片麻巖中，呈肉紅色，花崗結構，塊狀構造，礦物成分主要為微斜長石，多呈半自形-他形晶，其次為斜長石和石英，角閃石等暗色礦物約占2%～5%。時代為燕山早期?？傮w來看，本區(qū)巖漿巖對膨潤土成礦無明顯的影響。

圖3　義縣組巖石典型結構構造特征Fig 3 The Yixian Formation of typical structural features of rock

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

二道河膨潤土礦區(qū)共發(fā)育70多條礦體，均無一例外地賦存于下白堊統(tǒng)義縣組（K1y）中，其中大多數(shù)規(guī)模較大的膨潤土礦體均產于地表淺部的第三巖段沉凝灰?guī)r中，其次在第二巖段流紋質熔結凝灰?guī)r、珍珠巖中，少部分賦存于底部第一巖段的沉凝灰?guī)r夾凝灰質礫巖、凝灰質砂巖中。

礦體與地層呈整合接觸，嚴格受地層層位控制，呈層狀、似層狀、單層緩傾斜產出。膨潤土礦層（體）規(guī)模較大，走向最長可達2km，寬度可達0.6km，整體厚度在1～7m之間。礦體總體傾向220°，靠近礦區(qū)北東部盆地因基底邊緣處坡度較陡傾角相對較大，最大可達27°，向西南方傾角逐漸變緩，平均在2～5°左右（圖4）。

第一巖段及第三巖段中礦體圍巖主要為沉凝灰?guī)r，珍珠巖及流紋質熔結凝灰?guī)r則構成了第二巖段內膨潤土礦體的圍巖。各巖段空間上由底至頂，平面由北東至南西基本呈平行帶狀展布，呈現(xiàn)出沉積作用—火山作用—沉積作用交替發(fā)育的韻律特征。綜合礦區(qū)整體特征可以看出，膨潤土礦體由地表向深部呈現(xiàn)出厚度減薄、數(shù)量減少的趨勢（圖4）。

圖4　A-A’ 剖面示意圖Fig .4 A-A’ Section sketch map

2.2 礦石礦物特征

礦石以白色、淺黃綠色為主，淺粉紅色、淺灰綠色次之。在地表及淺部多呈堅硬粘土狀。從粒度上看，主要為顯微鱗片狀、層狀及塊狀構造，均具蠟狀光澤，貝殼狀斷口明顯，手感滑潤，遇水膨脹、溶解，風化后易散解、碎裂等。

根據(jù)基本分析成果，本區(qū)鈣基膨潤土蒙脫石含量在40.00%～95.00%之間，鈉基膨潤土蒙脫石含量介于41%～70%之間。

據(jù)可交換的陽離子種類將本區(qū)膨潤土礦分為鈣基及鈉基膨潤土兩種類型，地表及淺部發(fā)育鈣基膨潤土，在200m標高向下鈉基膨潤土逐漸增多，二者在空間上呈漸變過渡關系。產生改型的原因可解釋為富含鈣離子和鈉離子的堿性地表水向下逐漸滲透，溶液中鈣離子含量高，但溶解度低于鈉離子，更易從溶液中析出，從而在淺部形成了規(guī)模較大的鈣基膨潤土礦層（體）；相反鈉離子更易隨水溶液滲透到深部，在封閉性良好的匯水盆地中，ENa+得到較好的保存，形成鈉基膨潤土礦體。

據(jù)X射線衍射分析，本區(qū)膨潤土礦層（體）主要礦物成分為蒙脫石，含量一般在60.20%～77.60%之間，其次為石英，含量一般在13.00%～34.40%，含少量斜長石及方解石，含量一般小于10%。

化學全分析結果表明，膨潤土主要由含水鋁硅酸鹽礦物組成，其化學組分主要為SiO2、Al2O3和H2O，其次為MgO、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O、TiO2等，化學成分具體含量參見表1。

本區(qū)礦石的物化性能測試結果如表2所示。

表1　礦石化學成分全分析Table 1 Chemical composition of ores total analysis

表2　礦石物化性能平均統(tǒng)計表Table 2 Ore physicochemical properties of average statistics

3 礦床成因研究

3.1 控礦因素

（1）構造盆地 相適宜的構造盆地環(huán)境可以為火山物質的堆積提供大量的可容空間，而利于物質堆積保存的可容空間是膨潤土礦形成的前提條件。遼西中生代發(fā)育的一系列北東向斷陷盆地為膨潤土成礦母巖提供了充足的利于保存的空間。早白堊世義縣期強烈的火山活動沿盆緣斷裂帶噴發(fā)，適宜的火山噴發(fā)與構造活動為后期成礦作用提供了充足的物質來源與賦礦空間。

（2）層位與巖性 研究表明，本區(qū)具工業(yè)意義的膨潤土礦體均嚴格受層位控制，與義縣期火山活動噴發(fā)的大量的火山灰、火山熔巖流密切相關。總體來說，第一巖段與第三巖段主要巖性為沉凝灰?guī)r夾凝灰質砂礫巖，沉凝灰?guī)r礦化均勻強烈，凝灰質砂礫巖內凝灰質基質礦化較為強烈。它們均由大量的玻屑、晶屑等細火山碎屑物質組成，對于成礦非常有利。第二巖段內的珍珠巖與流紋質熔結凝灰?guī)r因其含有較高的火山玻璃質，受熱液蝕變作用影響，同樣是本區(qū)膨潤土礦的關鍵層位。

筆者針對本區(qū)第三巖段內的膨潤土礦體累計厚度及蒙脫石含量進行了統(tǒng)計分析，由厚度等值線圖（圖5）表明，礦體厚度中心主要位于礦區(qū)的中部及南東部，而在蒙脫石含量等值線圖（圖6）中，蒙脫石含量較高的部位位于礦區(qū)的中部以及西部，與礦體最厚的部位略有差異，但大體上是吻合的，從中我們可以看出，當時在沉積第三巖段時，地貌上北東高、南西低的優(yōu)勢地形為火山物質的堆積提供了充足的可容空間，在礦區(qū)中部得以沉積厚度巨大的沉凝灰?guī)r等火山碎屑物質，為礦區(qū)形成大規(guī)模膨潤土礦體創(chuàng)造了物質前提。

圖6　膨潤土礦體蒙脫石含量等值線圖Fig.6 Contour map of bentonite ore montmorillonite content

（3）水化學條件 水化學條件在本區(qū)膨潤土礦、珍珠巖的形成過程中起著至關重要的作用，由礦區(qū)內沉凝灰?guī)r具有明顯的水平微層理來看，幾乎所有的層狀礦體及其成礦母巖初始階段均在解度最大的環(huán)境，非常有利于火山玻璃物質的水解與蒙脫石等粘土礦物的形成。因此，地表富含堿性水體的水化學條件是形成膨潤土礦的重要的外部條件。

3.2 成礦機理

本區(qū)厚度巨大、延伸穩(wěn)定的膨潤土礦體均無一例外的賦存在地表淺部，礦體向深部厚度具有非常明顯變薄的趨勢，同時，本礦床賦礦圍巖主要為沉凝灰?guī)r及流紋質熔結凝灰?guī)r、珍珠巖，初始成礦作用分別屬于沉積火山碎屑巖—再造型及火山熔巖—再造型【10】，實際上從火山灰進入湖盆水體時既已發(fā)生了蒙脫石化作用，在成巖后期及被掩埋后繼續(xù)受地表水溶液及上部水體的下滲淋濾作用，疊加改造作用使得蒙脫石化進一步富集增強，最終形成了厚度相對巨大，平面上延伸穩(wěn)定，蒙脫石含量較高的膨潤土礦床。因此，可將本礦床成礦期大致歸納為三期，分述如下（圖7）。

圖7　膨潤土礦床成礦作用簡圖Fig.7 The Mineralizationsketch of Bentonite deposit

4 結 語

二道河膨潤土礦床嚴格受下白堊統(tǒng)義縣組地層層位控制，由下至上據(jù)沉積火山碎屑巖及中酸性火山熔巖劃分的三個巖段，反應了火山噴發(fā)期與火山活動間歇期交替變化的特征。由礦區(qū)礦體的產出特征及賦存規(guī)律可以看出，礦體主要發(fā)育在地表淺部的第三巖段沉凝灰?guī)r內，其次為第二巖段流紋質熔結凝灰?guī)r、珍珠巖以及第一巖段沉凝灰?guī)r內。礦體由下至上總體具有平面分布廣、厚度變厚、蒙脫石礦化強烈的變化趨勢。表明火山碎屑物質及火山熔巖形成初期既已發(fā)生的蒙脫石化作用，在后期地表水風化淋濾及地下水體下滲改造作用又進一步的富集成礦?？v觀礦體的典型特征，表明礦體（層）的形成具有多期次疊加性，綜合分析認為，本礦床屬典型的以后期表生風化淋濾型作用為主的復成因礦床。

參 考 文 獻

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綜述

GEOLOGICAL CHARACTERISTICS AND GENESIS DISCUSSION OF ERDAOHE BENTONITE DEPOSIT IN LIAONING PROVINCE

Liu Dianhe Zhang Xuehua Exploration and Research Institute of the Bureau of Non-ferrous Geology of Liaoning Province，Shenyang, Liaoning, 110013

Abstract

Erdaohe bentonite deposit is located in the Yixian period vocanic graben basin,the north～esath of Zidutai～Yusi basin in the westen of Liaoning province .The ore body is within the sedimentary tuff and rhyolitic ignimbrite and pearlite which belong to intermediate～felsic volcanic rocks .There are more than 70 bedded ore～body bentonite ore body In the mining area. The primary mineral is montmorillonite with modified features. The calcium base bentonite mainly exists in the shallow, Changing to the sodium base bentonite In the following 200m elevation. After comprehensive study. The deposit belongs to the typical supergene period weathering leaching type dominated complex deposit.

Keywords:bentonite deposit; Geological characteristics; genesis discussion; Liaoning erdaohe

中圖分類號：P619.255

文獻標識碼：A

文章編號：1006–5296（2015）02–0085–08

收稿日期：2014-04-03；改回日期：2015-04-14

* 第一作者簡介：劉殿鶴（1985～），男，地質學專業(yè)，碩士，工程師