國外膨潤土礦床地質(zhì)特征概述

章少華，王美琴，杜 鵬

（1.中國非金屬礦工業(yè)有限公司，北京 100035；2.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231；3.中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102）

膨潤土礦床是以蒙脫石為主要礦物成分的粘土礦床，有鈉基、鈣基、鎂基、氫鋁基等礦床類型，主要應(yīng)用于石油、鉆探、鑄造、冶金、化工、食品加工、環(huán)保等領(lǐng)域，有“萬能土”的美譽(yù)。

1 世界各國膨潤土礦床地質(zhì)特征

世界上很多國家都產(chǎn)出膨潤土礦床。美國是世界上最大的膨潤土資源國和生產(chǎn)國之一，膨潤土礦床主要賦存于白堊系和古近系—新近系含礦建造中，已探明礦床150多處。到2016年，已查明資源總量8億t，其中鈉基膨潤土儲(chǔ)量約1.5億t，居世界首位。膨潤土資源主要集中產(chǎn)于懷俄明州及蒙大拿州，其次為南達(dá)科他、德克薩斯、加利福尼亞、科羅拉·多及亞利桑那等地。懷俄明膨潤土(鈉基)產(chǎn)在白堊紀(jì)海相地層內(nèi)，呈舌狀分布，延伸穩(wěn)定，其中3/4以上位于下白堊統(tǒng)莫里頁巖組，部分產(chǎn)于上白堊統(tǒng)的非海相地層弗朗蒂爾組頁巖中，局部與煤系地層共生。莫里組由致密堅(jiān)硬的黑色頁巖組成，約含膨潤土100多層，厚度不一，多數(shù)礦層厚度在0.6～1.5m，具有工業(yè)意義的礦層有7層。膨潤土外觀呈淡黃、綠色等，按粒度分為粘土—砂質(zhì)和粉砂質(zhì)兩種，礦層與底板頁巖界線清楚，與上覆地層漸變或呈相互混雜狀態(tài)。礦石蒙脫石含量較高，含沸石、長石、石英、黑云母等，高嶺石少見，沒有方英石。礦床屬海相火山沉積型，成礦母巖為白堊系粗安質(zhì)火山灰及凝灰?guī)r，經(jīng)風(fēng)、水流搬運(yùn)沉積于海盆中形成。部分產(chǎn)于弗朗蒂爾組的礦層為陸相成因。懷俄明膨潤土以儲(chǔ)量多、質(zhì)量好著稱于世，是海相層狀膨潤土礦床的典型代表，所產(chǎn)膨潤土主要用于鉆井泥漿、鐵礦球團(tuán)及鑄造。亞利桑那州和加利福尼亞州的膨潤土產(chǎn)于古近系—新近系中，也由粗安質(zhì)火山巖蝕變而成，可生產(chǎn)酸性白土，用于精煉石油。

加拿大膨潤土含礦建造與美國相似，礦床也產(chǎn)于白堊系和古近系—新近系地層中，主要分布于阿爾伯塔州等地，礦層產(chǎn)狀近水平，厚2～3m，最多有11層，其中6層經(jīng)濟(jì)價(jià)值較大。膨潤土由火山灰蝕變而成，含鎂較高，鈣的含量有變化，非粘土物質(zhì)主要為黃鉀鐵礬、石英、長石、云母及黑色碳質(zhì)顆粒，可產(chǎn)出大型礦床。

墨西哥多數(shù)礦床產(chǎn)于古近系—新近系沉積地層，主要為鈣基膨潤土，分布于瓜達(dá)盧佩、帕布洛等地，原巖為火山質(zhì)泥巖、砂巖和礫巖，經(jīng)熱液蝕變而成。

巴西也有膨潤土礦床產(chǎn)出，含礦地層為白堊系，含礦建造為含石灰?guī)r的沉積巖系，分布于米納斯吉拉斯州等地，由火山灰在湖泊相沉積環(huán)境中分解而成。

阿根廷膨潤土礦床產(chǎn)于門多薩省、圣胡安省和普塔哥尼亞省等地，含礦地層為三疊系和古近系—新近系，膨潤土主要由蒙脫石組成，含有石英、云母和高嶺土等雜質(zhì)。

日本膨潤土有兩種：一種是鈉基膨潤土；一種是酸性白土。鈉基膨潤土主要分布于本州群馬縣、山形縣和北海道，膨潤土礦床主要產(chǎn)于山形縣、群馬縣、福崗、宮城、新瀉等地。礦床多為綠凝灰?guī)r沉積、熱液蝕變型，常與沸石、埃洛石等共生。日本膨潤土產(chǎn)品主要用于鑄造、土木工程、鉆井泥漿等。

印度膨潤土礦床主要分布于拉賈斯坦邦、查謨、克什米爾、卡塔哈、旁遮普、古吉拉特等地，含礦層位主要在侏羅系和古近系—新近系中，由火山玻璃蝕變而成。礦石類型有鈉基膨潤土、漂白土等，礦層厚度1～3m，鈉基膨潤土質(zhì)量優(yōu)良。在相同的層位中產(chǎn)有較純的凹凸棒石礦床。

巴基斯坦膨潤土礦床產(chǎn)在米爾普爾、比姆巴爾、杰盧姆、西瓦里克和拉瓦爾品第等地，時(shí)代為古近紀(jì)—新近紀(jì)，礦床在粘土和砂巖中呈層狀產(chǎn)出，厚度1～2m，礦床規(guī)模較小，都是鈣基土，沒有鈉基土。

土耳其產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土礦床，賦存于白堊系地層中，分布于土耳其東北部的托卡特—雷沙迪耶一帶，質(zhì)量與美國的懷俄明膨潤土相似，儲(chǔ)量1 500萬t以上。也有海泡石、凹凸棒石礦床產(chǎn)出。

塞浦路斯膨潤土礦產(chǎn)于與特羅多斯枕狀熔巖流的接觸帶或其附近的沉積物中，尤其是在白堊系的匹拉佩地(Perapedhi)組中，并常伴有含棕土的頁巖，礦床分布于潘塔科摩附近，距利馬索爾約15km，為較厚的平臥的鈣基膨潤土，其中含有5%～10%的伊利石。

土庫曼斯坦的奧格蘭雷地區(qū)的膨潤土礦床為鈉基土，儲(chǔ)量較大，質(zhì)量僅次于美國懷俄明。礦床成因以沉積和熱液蝕變型的礦床為主，應(yīng)用于鐵礦球團(tuán)、鉆井泥漿及鑄造業(yè)。

亞美尼亞的薩里糾赫地區(qū)的膨潤土也是僅次于美國的鈉基膨潤土的產(chǎn)地，優(yōu)質(zhì)膨潤土多以沉積和熱液蝕變型的礦床為主，應(yīng)用領(lǐng)域主要為鐵礦球團(tuán)，鉆井泥漿及鑄造業(yè)。

澳大利亞膨潤土分布于昆士蘭、新南威爾士、博格布里等地，含礦地層為二疊—三疊系煤系地層、侏羅系和古近系—新近系中。新南威爾士的膨潤土產(chǎn)于二疊—三疊系的煤系地層中，有一定規(guī)模，含一定數(shù)量的伊利石、蒙脫石混層。侏羅系和古近系—新近系中的膨潤土是粗面巖、安山巖、集塊巖蝕變的產(chǎn)物，厚度可達(dá)2～3m。

新西蘭膨潤土礦床在北島、南島、克萊斯特切奇等地均有產(chǎn)出，分布較廣，含礦層位有白堊系和古近系—新近系，礦床成因主要為火山灰沉積蝕變作用。

莫桑比克膨潤土礦床分布在勞倫哥馬庫斯一帶，含礦層位是早侏羅世，含礦巖石是珍珠巖、流紋巖等，膨潤土由熱液蝕變而成，礦層厚可達(dá)10m左右，礦石質(zhì)量變化較大，有很純的膨潤土礦，也有含有大量方英石和蝕變的流紋巖細(xì)粒。

南非膨潤土礦床產(chǎn)于奧蘭治、開普敦、納塔爾等地，賦存于早侏羅統(tǒng)、早白堊統(tǒng)和古近系—新近系的地層中。據(jù)資料介紹，奧蘭治和開普敦的膨潤土礦床形成的地質(zhì)年代里沒有任何火山活動(dòng)，只有納塔爾的膨潤土礦床是早侏羅世的玻璃質(zhì)、珍珠巖質(zhì)、流紋質(zhì)熔巖就地蝕變而成的。

阿爾及利亞膨潤土礦床主要分布于謝里夫、奧蘭、塔夫納等地區(qū)，賦礦層位為白堊系和古近系—新近系。礦床有5個(gè)相互分隔的礦層，厚1～5m，夾于中新世火山質(zhì)粉砂巖之中，膨潤土中保留著火山灰構(gòu)造。局部還找到了硅藻土。

希臘膨潤土主要集中產(chǎn)于米洛斯島和莫洛斯島，是鈉基膨潤土的主要產(chǎn)地，主要用于鐵礦球團(tuán)、鉆井泥漿和鑄造業(yè)。

西班牙膨潤土礦床分布于阿爾梅里亞、格拉納達(dá)、卡巴納等地。阿爾梅里亞膨潤土由古近系—新近系的流紋質(zhì)和安山質(zhì)火成巖經(jīng)熱液蝕變而成，礦床規(guī)模較大，部分礦體厚度達(dá)8m以上，為鎂鈉基膨潤土。格拉納達(dá)膨潤土礦床產(chǎn)于白堊系中，為鈉基土或鈉鈣基土，其中鐵含量很高?？ò图{膨潤土礦床產(chǎn)于古近系—新近系中，賦存于白云巖和白云質(zhì)砂巖中，大部分為蒙皂石。

法國沒有大而富的膨潤土礦床，只在中部地區(qū)古近系—新近系中產(chǎn)有一些小型膨潤土和漂白土礦床。

英國膨潤土礦床分布于薩里、薩默賽特、貝德?？?、伯克郡等，含礦層位是侏羅系和白堊系。薩里和貝德?？さ呐驖櫷恋V床產(chǎn)于早白堊系鈣質(zhì)砂巖層中，與砂巖互層產(chǎn)出，由具有肥皂感的、硬的藍(lán)色粘土組成。薩默賽特地區(qū)漂白土產(chǎn)于中侏羅統(tǒng)“大鮞石巖系”中，礦層厚2m以上。伯克郡的膨潤土蒙脫石含量高，為80%～85%，厚度＞4m，產(chǎn)于下白堊統(tǒng)，與沸石、石英共生。

意大利膨潤土資源較豐富，主要分布在龐廷島、撒丁島的薩達(dá)里、卡利亞里、烏里克斯、瓦拉·羅瓦圖洛、烏里、阿爾蓋洛和西西里、恩鈉等地。該國膨潤土產(chǎn)量大，質(zhì)量好，主要供出口。

羅馬尼亞膨潤土礦床分布于奧爾達(dá)、多布羅加、托米斯特等地。含礦層位是白堊系和古近系—新近系，由火山灰、流紋巖經(jīng)熱液蝕變而成，在托米斯特的礦床中還保留著流紋巖的原始結(jié)構(gòu)。礦石有鈉基和鈣基兩種。值得注意的是，在多布羅加南部，有膨潤土和硅藻土共生的情況。

國外典型膨潤土礦床礦石化學(xué)成分綜合于表1。

表1 國外主要膨潤土礦床礦石化學(xué)成分

2 國外膨潤土礦床的時(shí)空分布規(guī)律

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，國外膨潤土礦床的形成時(shí)代主要是白堊紀(jì)、古近紀(jì)—新近紀(jì)、侏羅紀(jì)，個(gè)別國家在前寒武紀(jì)、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)等時(shí)代也有膨潤土礦形成。由于膨潤土礦的不穩(wěn)定性，有些成礦時(shí)代如前寒武紀(jì)、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)等形成的膨潤土礦能否保存下來值得商榷。

國外主要膨潤土礦床形成時(shí)代歸納于表2。

表2 國外膨潤土礦床形成時(shí)代

國外膨潤土礦床的分布是有規(guī)律的(見下圖)。國外膨潤土礦床分布可劃分為三個(gè)礦帶：

(1) 環(huán)太平洋礦帶，這是世界膨潤土的主要產(chǎn)區(qū)，也是最有遠(yuǎn)景的地區(qū)。該帶又可分為東亞帶和西亞帶，東亞帶主要是沿阿拉斯加—加拿大西部—美國西部—墨西哥—哥倫比亞—巴西—阿根廷等延展。該帶是環(huán)太平洋和加勒比造山帶的一部分，三疊紀(jì)以后有大量的鈣堿性巖漿平行板塊邊緣斷續(xù)噴出侵入，形成一系列火山—深成巖島弧，有利于膨潤土礦的形成；西亞帶沿俄羅斯東部—朝鮮—中國東北—東南沿?！_(tái)灣—菲律賓—澳大利亞—新西蘭等。該帶火山巖—侵入巖十分發(fā)育，在亞洲活動(dòng)帶陸相火山巖中，晚白堊紀(jì)和古近紀(jì)鈣堿系列巖石占60%。

國外膨潤土礦床分布略圖

(2) 環(huán)印度洋礦帶，包括緬甸—印度尼西亞西部—澳大利亞西部。環(huán)印度洋西帶包括從印度—巴基斯坦—伊朗—伊拉克—蘇丹—坦桑尼亞—贊比亞—莫桑比克—南非。全帶已探明膨潤土儲(chǔ)量占全球已探明儲(chǔ)量比例較小。

(3) 地中?！诤５V帶，包括地中海諸國(西班牙、法國、意大利和希臘)—黑海沿岸諸國(羅馬尼亞、土耳其、塞浦路斯)—伊朗北部—巴基斯坦北部—中國西部。該礦帶已探明的膨潤土儲(chǔ)量約占全球已探明儲(chǔ)量的20%左右。

3 國外膨潤土礦床的成因

膨潤土礦床的成因與成礦元素(硅、鋁、鎂、鐵、鉀、鈉等)在特定的地質(zhì)環(huán)境、構(gòu)造條件、地球物理和地球化學(xué)條件下有規(guī)律的組合有關(guān)。從資料顯示看，晚中生代和新生代大陸火山巖是膨潤土的主要成礦物質(zhì)來源。但不同地區(qū)略有不同，美洲和歐洲的膨潤土礦多數(shù)由偏中基性火山巖蝕變而成，而亞洲和大洋洲的膨潤土大部分由酸性火山物質(zhì)蝕變而成。從世界范圍來看，火山巖往往呈非常穩(wěn)定的線型分布，延伸數(shù)千公里，其走向與中生代和古生代主要褶皺系總的走向一致，并受區(qū)域性斷裂構(gòu)造控制。板塊邊緣的斷裂構(gòu)造對(duì)于深部的巖漿、熱液的形成、溝通起到十分重要的作用。世界上大部分膨潤土礦集中分布于六大板塊及次級(jí)小板塊的俯沖消亡帶與仰沖火山巖帶中。蒙脫石在漫長的地質(zhì)歷史中是一種不穩(wěn)定的礦物，它在經(jīng)受熱液、壓力的作用下容易向伊利石、綠泥石演變，在強(qiáng)烈水解作用下向高嶺土轉(zhuǎn)化。這就是世界上主要膨潤土礦都與年青的火山巖帶有關(guān)的原因。

4 結(jié)語

綜上所述，國外膨潤土礦床的地質(zhì)特征和礦床成因與我國基本相似，主要集中分布在與巖漿活動(dòng)(特別是火山活動(dòng))有關(guān)的地區(qū)，特別是與板塊俯沖帶的火山島弧有關(guān)。礦床成因類型有火山沉積型、風(fēng)化殘積型和熱液蝕變型。這些特征的總結(jié)對(duì)我國膨潤土礦的研究和找礦有著重要的借鑒作用。