九臺市上河灣沸石礦床地質特征

吳興濤（中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

九臺市上河灣沸石礦床地質特征

吳興濤
（中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

【摘 要】九臺市上河灣沸石礦床位于天山—興安地槽褶皺區(qū)(Ⅰ)、吉黑褶皺系(亞Ⅰ)，松遼中斷陷(Ⅱ)、東南隆起(Ⅲ)、九臺—長春凸起(Ⅳ)北北部。產于下白堊統(tǒng)營城組中性火山碎屑巖中，礦床成因為陸相火山碎屑巖蝕變型。主要用于水泥活性混合料和飼料填料。

【關鍵詞】沸石；地質特征；化學成分；九臺市

礦床位于九臺市39°方位，直線距離約44km，行政區(qū)隸屬吉林省九臺市上河灣鎮(zhèn)，北距上河灣鎮(zhèn)約2km，其間由水泥公路相連，交通便利。礦床屬低山丘陵地區(qū)，相對高差約112m。屬北溫帶大陸性季風氣候。開采條件優(yōu)越，為滿足市場需求，對其進行了勘查及開發(fā)利用。

1　區(qū)域地質特征

礦區(qū)大地構造單元位于天山—興安地槽褶皺區(qū)(Ⅰ)、吉黑褶皺系(亞Ⅰ)，松遼中斷陷(Ⅱ)、東南隆起(Ⅲ)、九臺—長春凸起(Ⅳ)北北部。區(qū)域地質圖如右圖。

1.1 地層

出露地層有上元古界機房溝巖群(Pt3j )；下二疊統(tǒng)哲斯組(P1z)；下白堊統(tǒng)營城組(K1y)、泉頭組(K1q)；第四系上更新統(tǒng)(Qp3)、全新統(tǒng)(Qh1、Qh2)。

機房溝巖群(Pt3j )在區(qū)內南東部和北西部出露，底部以綠泥石英片巖為主，變質變形為糜棱片巖、超糜棱巖；中部以綠泥片巖為主，變質變形后為糜棱巖；上部沉積砂巖、矽質灰?guī)r，變質變形后為初糜棱巖、糜棱巖化白云質灰?guī)r。

下二疊統(tǒng)哲斯組(P1z)在區(qū)內南東出露，灰黑色細砂巖夾亮晶灰?guī)r、中粒砂巖、含礫砂巖、底部灰黑色凝灰質細砂巖、中粒砂巖、粗砂巖。

下白堊統(tǒng)營城組(K1y)分布于全區(qū)的絕大部分，是區(qū)內的主要地層，分下、中、上三段，下段(K1y1)為流紋巖、球粒狀流紋巖、流紋質玻屑晶屑凝灰?guī)r、流紋質晶屑巖屑凝灰?guī)r、局部夾珍珠巖；中段(K1y2)為黃褐色細砂巖、中粒砂巖夾薄層煤含礫粗砂巖、底部復成分礫巖；上段(K1y3)為安山巖、玄武安山巖。沸石礦層賦存于該組下段中，下段長約7.4km, 寬約5.6km，厚約640m。

下白堊統(tǒng)泉頭組(K1q)在區(qū)內西角南和西北角出露，主要巖石類型：紫紅色細砂巖、中粒砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖、底部為紫色礫巖。

第四系分布于河流兩岸和山谷中。

上河灣沸石礦區(qū)域地質圖

1.2 構造

區(qū)域為一構造盆地，盆地由上河灣向斜和城子街向斜構成，礦床處于上河灣向斜的北東部。

1.2.1 褶皺構造

(1) 上河灣向斜構造。

位于上河灣一帶，長約16km，寬約5～6km，其北東端僅2～3km，向斜軸呈北東—南西向延伸。向斜兩翼呈不對稱產出，南東翼產狀傾向北西，傾角30～45°；北西翼產狀傾向南東，傾角45°，為不對稱線型斜歪褶皺，兩翼為下白堊統(tǒng)營城組火山巖、火山碎屑巖和上侏羅統(tǒng)礫巖、粉砂質泥巖、細砂巖組成。是區(qū)域的珍珠巖、沸石礦的賦存層位。

(2) 城子街向斜構造。

位于城子街一帶，長約12km，寬約10km，呈北東—南西向延伸，為一北東方向翹起的向斜盆地。兩翼為營城組火山巖組成。

1.2.2 斷裂構造

區(qū)內斷裂發(fā)育，分為東西向、北西向、北東向、北北東向四個方向的構造帶。

1.3 巖漿巖

1.3.1 侵入巖

主要分布在四楞山一帶，另在高家屯有零星分布，出露有高家屯組、四楞山序列的南天門組。

(1) 高家屯組(P1g)。

分布在區(qū)內南部高家屯附近，面積僅0.1km2，由兩條巖墻組成，呈北西向展布，侵入機房溝巖群，時代置于早二疊世。巖石類型為蛇紋石化橄欖巖。

(2) 南天門組(P1n)。

出露在區(qū)內東部南天門一帶，面積約0.8km2，巖石類型為細?；◢徺|糜棱巖。

1.3.2 噴出巖

區(qū)域火山活動十分強烈。在燕山活動后期形成大面積的噴溢火山熔巖(流紋巖、球粒狀流紋巖)及噴發(fā)火山碎屑巖(流紋質玻屑凝灰?guī)r、流紋質晶屑凝灰?guī)r、流紋質晶屑巖屑凝灰?guī)r)。

2　礦區(qū)地質

2.1 地層

礦區(qū)出露的地層有中生界下白堊統(tǒng)營城組下段(K1y1)和第四系全新統(tǒng)地層(Qh1、Qh

2)。

2.1.1 營城組下段

該地層廣泛分布于礦區(qū)內，沸石礦體賦存于該段中。主要巖性為灰白—褐紅色流紋巖和角礫狀流紋質熔巖及灰綠—淺粉紅色流紋質玻屑、晶屑巖屑凝灰?guī)r，呈層狀、似層狀展布，規(guī)模較大，厚度100～ 500m。地層總體呈北西—南東向展布的單斜，產狀走向北西—南東、傾向245～260°、傾角12～17°。根據(jù)巖性特征，該段劃分為3個巖性層，由老至新分述如下：

(1) 凝灰?guī)r層(K1y1-1)。

灰綠—淺粉紅色玻屑、晶屑巖屑流紋質凝灰?guī)r，分布于礦區(qū)中、北部，巖性以流紋質玻屑、晶屑巖屑凝灰?guī)r主，是沸石礦的賦存層位，礦層厚度大于100m，地層厚度大于120m。

(2) 流紋巖層(K1y1-2)。

灰白—褐紅色流紋巖，分布于礦區(qū)中西部，巖性以流紋巖為主，地層厚度80～110m。

(3) 流紋巖和熔巖層(K1y1-3)。

灰白—褐紅色流紋巖和角礫狀流紋質熔巖，分布于礦區(qū)南西部，巖性以流紋巖和角礫狀流紋質熔巖為主，地層厚度大于40m。呈層狀、似層狀展布，厚度大于100m。

2.1.2 第四系全新統(tǒng)

Ⅱ級階地砂礫石及粘土質粉砂，分布在溝谷中，沖擊砂礫石層，黑色腐植土。

2.2 構造

礦區(qū)內地層呈單斜構造產出，地層總體走向為北西—南東，傾向南西，傾角一般在12～17°。

礦區(qū)內斷裂構造發(fā)育，有北東向正斷層F1、F2、F4、F6，逆斷層F3、F5，北西向正斷層：F7。其中F1、F3、F4、F6、F7斷層被輝綠巖脈充填，對礦體有一定的破壞作用。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)及其周邊無侵入體出露。

3　礦床地質特征

3.1 礦層特征

礦體賦存于中生界下白堊統(tǒng)營城組下段(K1y1) 灰綠—淺粉紅色含沸石流紋質晶屑巖屑凝灰?guī)r，總體呈層狀、似層狀產出，呈北西—南東向展布。

地表探槽控制礦體長約240m；深部鉆孔控制最大斜深約100m，厚度80～95m。平均吸銨值120.63mmol/100g。礦體吸銨值變化系數(shù)為40.72%，礦體厚度變化系數(shù)為35.29%。走向北西—南東、傾向245～260°、傾角12～17°，礦體沿走向變化規(guī)律為自北西向南東逐漸變薄。

礦體出露標高為220～290m。頂部厚度約1.5m的第四系殘坡積和腐殖土覆蓋層，少部分礦體直接裸露地表。礦體頂板巖性為流紋質晶屑巖屑凝灰?guī)r，與礦體界限清楚，易辯認。未見底板。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石類型

礦石自然類型為含沸石流紋質玻屑、晶屑、巖屑凝灰?guī)r。

3.2.2 礦石礦物成分及結構構造

礦石為灰綠—淺粉紅色含沸石流紋質晶屑巖屑凝灰?guī)r，巖石呈晶屑、巖屑凝灰結構，塊狀構造，其礦物成分主要為絲光沸石40%～60%，蒙脫石20%～30%，并含少量片沸石、斜長石及透長石等。

顯微鏡鑒定：巖石中的礦物成分由晶屑、巖屑和膠結物組成。晶屑的成分由透長石和石英組成。長英質晶屑為粒狀或棱角狀、次棱角狀晶體，粒度大約在0.2～1.5mm之間，晶體干凈透明，透長石為平行消光，個別晶體見卡氏雙晶，石英具波狀消光，一些晶體的邊緣被熔蝕成港灣狀或蠶食狀，長英質晶屑的含量約5%。巖屑為流紋質巖屑，為次棱角狀形態(tài)，粒度大約在1.0～3.0mm之間，巖屑中的礦物成分由非晶質的長英質成分和纖維狀長英質成分組成的放射狀球粒組成，含量約10%。膠結物由絲光沸石、塑性漿屑、玻屑和脫玻化的火山灰組成，絲光沸石多呈束狀、放射狀、纖維狀或球粒狀集合體的形態(tài)賦存，薄片中無色或褐紅色，顏色分布不均勻，負低突起，其集合體被珍珠裂紋分割?？s性漿屑呈火焰狀或撕裂狀等不規(guī)則形態(tài)。膠結物的含量大約占巖石總體的85%左右，其中沸石的含量大約占膠結物總體的12%左右。

礦石礦物為沸石；脈石礦物為透長石和石英。

3.2.3 礦石化學成分

礦石化學成分全分析結果(%)：SiO269.27、Al2O311.99、TiO20.14、Fe2O31.21、FeO 0.22、MnO 0.08、CaO 4.11、MgO 0.32、K2O 1.61、Na2O 1.42、LOl 9.48。

3.2.4 礦石吸胺值

吸銨值平均120.63mmol/100g，最大215.38 mmol/100g，最小63.65mmol/100g，礦石質量好，吸銨值高，僅有一個樣品＜80mmol/100g，礦石吸銨值變化系數(shù)為40.72%，為較均勻。詳見表1。

表1　沸石礦體吸銨值統(tǒng)計

該沸石礦礦石化學成分與國內外沸石巖的化學成分基本相似，屬高硅沸石，品級優(yōu)等；經該礦山多年的生產及銷售情況也證實該礦山的產品達到了水泥、飼料填料的要求。

3.3 礦床成因及找礦標志

3.3.1 礦床成因

本區(qū)在早白堊世初期形成了上河灣—城子街構造盆地，成為開放式淡水湖，沉積了較早的噴出巖地層。到早白堊世后期，由于燕山構造運動，盆地附近火山活動較為強烈。所形成的流紋巖、流紋質(玻屑、晶屑、巖屑)凝灰?guī)r、熔巖、黑耀眼、珍珠巖等，在水盆地中，受到后期的構造活動所產生的氣熱液作用影響，在相對常溫常壓及弱堿性環(huán)境條件下經水化、水解、結晶作用，使其所含火山玻璃質脫玻而形成沸石。綜上所述，該礦床成因為陸相火山碎屑巖和酸性火山巖蝕變型。

3.3.2 找礦標志

(1) 地層：中生界下白堊統(tǒng)營城組下段(K1y1)的含沸石流紋質晶屑、巖屑凝灰?guī)r。

(2) 構造盆地：盆地形成的弱堿性淡水湖環(huán)境，為火山碎屑巖形成沸石礦提供了有利于場所。

(3) 沸石化、蒙脫石化是直接找礦標志。

(4) 火山活動強烈地區(qū)：在燕山活動后期易形成大量的火山碎屑巖及酸性火山巖。

(5) 斷裂構造發(fā)育：斷裂構造所產生的氣熱液促進流紋質玻屑、晶屑、巖屑凝灰?guī)r沸石礦化。

3.4 礦石加工技術性能

該沸石礦多年來主要作為水泥摻料。水泥中摻入沸石，配比為熟料65%、石膏5%、沸石30%摻和水泥，水泥強度試驗結果見表2。

表2　摻沸石后水泥強度試驗結果

由表2可知，熟料水泥加入沸石3d、28d抗折、抗壓強度均增大；3d增進率小，到28d抗壓強度增進率大。沸石水泥的吸水性、稠度的用水量和凝結時間比熟料水泥和礦渣水泥都有增加，試驗表明摻沸石水泥各項指標均合格。

4　結語

該沸石礦床產于下白堊統(tǒng)營城組火山碎屑巖中，礦床成因為陸相火山碎屑巖蝕變型。礦石質量好，開采技術條件簡單，已開采利用多年，主要用于水泥活性混合料和飼料填料，市場前景良好。

【礦產資源】

【收稿日期】2014-05-23

【文章編號】1007-9386(2015)01-0037-03

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】P619.217