烏蘭林格膨潤土礦地質(zhì)特征及成因分析

尹得功，朱慧琴

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊，新疆昌吉831100）

烏蘭林格膨潤土礦地質(zhì)特征及成因分析

尹得功*，朱慧琴

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊，新疆昌吉831100）

烏蘭林格膨潤土礦床處于準噶爾盆地西北邊緣得楞山—夏子街凹陷內(nèi)，主要產(chǎn)于上白堊統(tǒng)艾里克湖組上巖性段。礦床成因?qū)儆趦?nèi)陸湖泊相沉積型礦床。物質(zhì)來源主要來自夏子街—得楞山凹陷北部的火山巖，其火山物質(zhì)經(jīng)過長期的物理化學風化作用并經(jīng)地表水帶入湖盆后，促使蒙脫石等礦物不斷地沉淀下來形成膨潤土礦。礦體埋藏淺，規(guī)模大，有鈉基、鈣基和過渡類型膨潤土3種礦石類型，鈉基膨潤土占一定比例，遠景儲量可觀。廣泛應(yīng)用于鉆井泥漿、鐵礦球團和鑄造以及石化、輕工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、建筑、美容護膚等領(lǐng)域。

烏蘭林格；膨潤土礦；夏子街—得楞山凹陷；沉積型礦床

1 概述

我國膨潤土的儲量位居世界第一位，種類齊全，分布廣，產(chǎn)量和出口均居世界前列[1]。新疆和布克賽爾縣是我國主要的膨潤土礦資源分布區(qū)。膨潤土由于有良好的物理化學性能，素有“萬能”粘土之稱。礦石屬性為鈉基土、鈣基土、過渡類型土等3種屬性。過渡類型土包括鈉鈣基土、鈣鈉基土及極少量的鎂基土、鈉鎂基土、鈣鎂基土、鎂鈣基土等，廣泛應(yīng)用于鉆井泥漿、鐵礦球團和鑄造以及石化、輕工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、建筑、美容護膚等領(lǐng)域[2]。

蒙脫石是膨潤土的主要礦物組分，蒙脫石的特性決定了膨潤土的基本性能。蒙脫石屬單斜晶系。蒙脫石族礦物屬2∶1型，即TOT型或稱三片型，基本構(gòu)造單元與云母相似，其不同點是層電荷較低，層間陽離子不是K+而是水化度較高的Ca2+、Mg2+、Na+等交換性陽離子，層間可吸附大量水分子和極化分子，尤其有有機物存在時更明顯。由于八面體內(nèi)部的同型置換，形成了一系列類質(zhì)同象礦物，構(gòu)成二八面體和三八面體。蒙脫石是二八面體型含水層狀鋁硅酸鹽的典型礦物，為三片型結(jié)構(gòu)，上下為四面體，中間夾一層八面體，其一般結(jié)構(gòu)式為：NaX（H2O）4{（Al2-XMgX[Si4O10]（OH）2}[3-4]。烏蘭林格礦區(qū)粘土礦物研究確定的結(jié)構(gòu)式為：[E0.316]（Al1.402Fe3+0.305Mg2+0.269Fe2+0.009）Σ1.936Si4O10（OH）2[5]。

鈉蒙脫石、鈣蒙脫石、鎂蒙脫石是蒙脫石吸附鈉離子、鈣離子與鎂離子系列的端元礦物，按d（001）面網(wǎng)間距，可分8種礦物：鈉蒙脫石、鈉—鈣蒙脫石、鈣—鈉蒙脫石、鈣蒙脫石、鎂蒙脫石、鎂—鈣蒙脫石、鈣—鎂蒙脫石、鈉—鎂蒙脫石。

2 區(qū)域地質(zhì)

礦區(qū)位于準噶爾盆地西北邊緣得楞山—夏子街凹陷內(nèi)，是區(qū)內(nèi)重要的沸石、膨潤土、煤礦床成礦帶，已發(fā)現(xiàn)烏蘭林格、日月雷、得楞山南、得楞山西等4個大型膨潤土礦床。出露地層為下石炭統(tǒng)淺海相中酸性火山巖、火山碎屑巖夾細碎屑巖、灰?guī)r；中石炭統(tǒng)淺海相火山灰粉砂質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)粉砂巖夾薄層灰?guī)r；下侏羅統(tǒng)三工河組湖沼相的泥巖、砂巖、粗砂巖、礫巖等；下白堊系吐谷魯組砂巖、細砂巖夾鈣質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖；上白堊統(tǒng)艾里克湖組礫巖—細砂巖或泥質(zhì)粉砂巖結(jié)束的韻律層或中細砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層夾淡紅色膨潤土礦；下第三系古新—始新統(tǒng)紅礫山組是主要含礦層位，深湖相沉積泥、粉砂級碎屑，該組中的灰白色膨潤土礦品質(zhì)較好；下第三系—漸新統(tǒng)烏倫古河組灰白色石英砂巖夾灰綠色粗砂巖；第四系中更新統(tǒng)烏蘇群淺灰色砂礫巖、含礫砂巖；上更新—全新統(tǒng)沖、洪積層。

喜山期運動上升隆起遭受剝蝕，盆地下降接受沉積并形成烏蘭林格寬緩背斜。燕山期是區(qū)域成煤、膨潤土礦的時期，形成具有工業(yè)價值煤、膨潤土工業(yè)礦床。

3 礦床地質(zhì)特征

烏蘭林格膨潤土礦床位于夏子街—得楞山膨潤土礦成礦帶的西段，呈近北西—南東向帶狀展布，屬夏子街—得楞山膨潤土礦成礦帶的一部分，含礦巖系為下第三系古新—始新統(tǒng)紅礫山組下亞組下巖性段泥巖和上白堊統(tǒng)艾里克湖組中、上巖性段。上白堊統(tǒng)艾里克湖組上巖性段為膨潤土礦主要成礦層，礦區(qū)構(gòu)造為產(chǎn)狀平緩的烏蘭林格開闊背斜，各礦層均受其控制，礦區(qū)內(nèi)未見破壞礦層（體）的后期斷層。

礦石自然類型有灰白色膨潤土礦石、棕紅色膨潤土礦石、淺灰色砂狀膨潤土礦石及雜色膨潤土礦石等4種類型；礦石屬性為鈉基膨潤土礦石、鈣基膨潤土礦石及過渡類型膨潤土礦石等3種類型。礦石工業(yè)類型主要有活性白土用膨潤土礦石、冶金球團粘結(jié)用膨潤土礦石及鉆井泥漿用膨潤土礦石等3種類型，礦石屬型為低層電荷型（懷俄明型），層電荷單位半晶胞0.301～0.330。

烏蘭林格膨潤土礦床控制規(guī)模為大型膨潤土礦床，蒙脫石平均品位49.33%。礦層（體）呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀平緩且向東南傾伏，傾角一般在2°～4°之間，礦層厚2.48～10.74m不等，埋深0.00～30m左右。

礦床自上而下分別由頂部（Ⅰ）、上部（Ⅱ）、中部（Ⅲ）及下部（Ⅳ）4個礦層組成[6]。礦層呈層狀—似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀近水平，傾向南東，傾角2°～4°（圖1）。礦床內(nèi)規(guī)模較大的礦層為上礦層和中礦層，中礦層為本礦床主礦層；頂?shù)V層質(zhì)量最好，上礦層次之，中礦層最差[7]。

圖1 烏蘭林格鵬潤土礦體分布示意圖

采用激光粒度分析方法對原土及提純土的粒度分析。原土及提純土粒度均比較細，原土6個樣品平均粒徑0.85～2.18μm，6個提純土樣品平均粒徑0.89～1.98μm。均達到了活性白土、鉆井泥漿用膨潤土及有機膨潤土原料對粒度的要求。

烏蘭林格膨潤土提純后與美國懷俄明膨潤土基本相當，屬低層電荷型膨潤土（懷俄明型）。

根據(jù)研究得出的屬型特征等，礦區(qū)膨潤土礦石可以應(yīng)用于鐵礦球團、鑄造、鉆井泥漿和制備潤滑脂等領(lǐng)域。

蒙脫石是二八面體型含水層狀鋁硅酸鹽的典型礦物，在沒有層間分子時SiO2與Al2O3理論比值為2.36。本區(qū)原土比值為4.457，柯爾堿為4.552，平山為4.742，美國懷俄明為3.114，后者比較接近理論比值，本礦區(qū)原土比值界于懷俄明與柯爾堿之間，提純土比值為3.921[8]。礦石化學成份對比情況見表1。

4 成礦控制條件及成因分析

4.1 成礦控制條件

物質(zhì)來源：測區(qū)北部的馬門特、哈特阿拉特、得楞山、布龍果爾一帶的晚古生代火山巖區(qū)中生代以來長期遭受風化剝蝕，為本礦區(qū)成礦物質(zhì)的來源提供了必要條件。

（1）礦石化學成分尼格里投影結(jié)果，成礦物質(zhì)應(yīng)來源于北部火山巖區(qū)（表2、圖2）。

（2）膨潤土礦石中微量穩(wěn)定礦物碎屑組合[玉髓、磷灰石、白鈦石、鋯石、磁鐵礦（褐鐵礦）、電氣石、榍石]與北部火山巖區(qū)中—酸性火山巖的付礦物組合[玉髓、磷灰石、白鈦石、鋯石、磁鐵礦（褐鐵礦）、電氣石、榍石]基本一致。

（3）礦石中砂屑成份常見組合為：石英+斜長石+鉀長石；礦石中所含砂屑成份可見：霏細巖、流紋巖、英安巖、角閃巖及安山巖等。說明可能來源于北部火山巖、侵入巖。

巖相古地理條件：

（1）在膨潤土礦層及其頂、底板粉砂質(zhì)泥巖中，普遍見有淡水瓣鰓類化石：假鉸蚌屬未定種，費爾干蚌、珠蚌。成礦環(huán)境屬內(nèi)陸淡水湖泊。

（2）礦層及其頂?shù)装迳皫r中發(fā)育有羽毛狀斜層理、槽狀斜層理、斜波層理，斜層理傾角多在3°～9°之間，個別可達18°，反映了濱湖三角洲淺水沉積條件。礦層中所夾粉砂質(zhì)泥巖中見有微細水平層理及對稱波痕反映靜水沉積環(huán)境及水盆地中淺水區(qū)波浪作用的結(jié)果。

表1 膨潤土礦石化學成份及對比表

表2 烏蘭林格礦區(qū)尼格里巖石化學參數(shù)表

圖2 礦石尼格里投影圖

沉積特征：含礦地層具有礫巖—砂巖—泥巖粒序?qū)永恚ㄅ驖櫷恋V與砂巖在空間上相間交替出現(xiàn)）。中心沉積厚度大，為細碎屑巖，邊部沉積厚度變薄，粒度粗，較多礫巖。

礦石成份及結(jié)構(gòu)特征：礦石成份組合比較穩(wěn)定，粘土類礦物為：蒙脫石、高嶺石、伊利石、水云母；砂屑成份為：石英、斜長石、鉀長石、方解石及少量的硅質(zhì)巖、綠簾石、褐鐵礦、火山巖等。

均勻混合顯微鱗片狀、膠狀結(jié)構(gòu)特征表明，成礦水介質(zhì)屬靜水環(huán)境，成礦物質(zhì)在進入水盆地前就已成為蒙脫石，部分成礦物質(zhì)在水盆地沉積過程中或成巖過程中由鋁硅酸鹽析出硅膠而變?yōu)槊擅撌?/p>

4.2 成因分析

長期以來，有關(guān)平山膨潤土礦床的成固類型，主要存在2種不同的認識：（1）火山碎屑物質(zhì)直接降落在潮盆中，發(fā)生水解作用形成蒙脫石，稱為“火山沉積—水解（同生）型”；（2）火山碎屑物質(zhì)直接或經(jīng)搬運堆積于湖盆之后，在成巖過程中形成蒙脫石，所謂“火山沉積—成巖（后生）型”[9]。即火山—沉積礦床、沉積礦床。筆者根據(jù)該礦床的物質(zhì)來源、沉積特征等對比分析后認為烏蘭林格膨潤土礦床純屬沉積成因。

夏子街—得楞山凹陷自古生代晚期開始沉降形成，凹陷北側(cè)為華力西期褶皺構(gòu)造形成的哈特阿拉特—得楞山中、低山區(qū)褶皺帶。凹陷內(nèi)沉積了巨厚的中、新生界地層，到白堊紀晚期盆地逐步縮小到夏子街—得楞山一帶范圍內(nèi)，沉積環(huán)境漸趨穩(wěn)定，形成了白堊系內(nèi)陸淡水湖泊沉積，這時凹陷北側(cè)山區(qū)的火山巖類、侵入巖類長期遭受風化剝蝕的地帶形成了較多的粘土類礦物質(zhì)組分的堆積，而后再被水介質(zhì)搬運，進入夏子街—得楞山凹陷湖盆內(nèi)沉積成礦。其硅酸鹽類礦物向蒙脫石轉(zhuǎn)化演變過程如下：

（1）鉀長石的水解演化：

（2）輝石、角閃石類礦物：

（3）黑云母：

（4）白云母的演化過程大致同長石類礦物。

以上的轉(zhuǎn)化過程，在凹陷北側(cè)的火山巖區(qū)風化帶基本完成，并形成蒙脫石、高嶺石、伊利石、水云母、蛭石，連同風化不徹底的各種火山巖、侵入巖細碎屑被水介質(zhì)帶入湖盆后，在靜水條件下，細碎屑物首先沉淀下來，各種粘土礦物則形成膠狀溶液。經(jīng)長期聚集演化和氣候的周期性變化，使鐵離子帶入量增加和碎屑物鐵質(zhì)的析出，使水介質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檩^強的電解質(zhì)溶液，從而逐步不斷地破壞膠體溶液的穩(wěn)定性，促使蒙脫石等礦物不斷地沉淀下來形成膨潤土礦。

5 結(jié)論

（1）烏蘭林格膨潤土礦床屬于內(nèi)陸湖泊相沉積型礦床。物質(zhì)來源主要來自夏子街—得楞山凹陷北部的火山巖，其火山物質(zhì)經(jīng)過長期的物理化學風化作用并經(jīng)地表水帶入湖盆后，促使蒙脫石等礦物不斷地沉淀下來形成膨潤土礦。

（2）礦體產(chǎn)于下第三系古新—始新統(tǒng)紅礫山組下亞組下巖性段和上白堊統(tǒng)艾里克湖組中上巖性段。上白堊統(tǒng)艾里克湖組上巖性段為膨潤土礦主要成礦層。

（3）礦石自然類型有灰白色膨潤土礦石、棕紅色膨潤土礦石、淺灰色砂狀膨潤土礦石及雜色膨潤土礦石等4種類型；礦石屬性為鈉基膨潤土礦石、鈣基膨潤土礦石及過渡類型膨潤土礦石等3種類型。

（4）烏蘭林格膨潤土礦床規(guī)模為大型，蒙脫石平均品位49.33%。具有很好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟價值。

[1]徐忠勛.遼寧省建平縣大梁前膨潤士礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律初步研究[J].地學論壇,2012.

[2]欒文樓,李明路,等.膨潤土的開發(fā)應(yīng)用[M].地質(zhì)出版社,1998.

[3]王鴻禧.膨潤土[M].地質(zhì)出版社,1980.

[4]任磊夫.粘土礦物與粘土巖[M].地質(zhì)出版社,1992.

[5]王占岐,朱志彬,等.烏蘭林格膨潤土礦區(qū)粘土礦物研究報告[R].中國地質(zhì)大學,2002.

[6]新疆地礦局第十一地質(zhì)大隊.新疆和布克賽爾縣烏蘭林格—日月雷膨潤土礦初查詳查地質(zhì)報告[R].1984.

[7]新疆地礦局第九地質(zhì)大隊.新疆和布克賽爾縣紅郭鎮(zhèn)（一八四團）膨潤土礦詳查地質(zhì)報告[R].1999.

[8]新疆地礦局第十一地質(zhì)大隊.新疆維吾爾自治區(qū)和布克賽爾縣查干屯格鎮(zhèn)（184團）烏蘭林格膨潤土礦詳查地質(zhì)報告[R].2002.

[9]徐步臺,黃建國,等.浙江平山膨潤土礦床成因的同位素地球化學證據(jù)[J].科技通報，1995.

P619.25

A

1004-5716（2015）05-0083-04

2014-06-06

2014-06-06

尹德功（1968-），男（漢族），青海樂都人，高級工程師，現(xiàn)從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作。