和龍市福洞沸石礦床地質(zhì)特征及成因淺析

劉 吉

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033)

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)地層

福洞沸石礦位于吉林省和龍市福洞鎮(zhèn)南4．5km處，大地構(gòu)造位置處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ)、吉南臺(tái)隆(Ⅱ)、鐵嶺—靖宇—和龍臺(tái)拱(Ⅲ)、和龍斷塊(Ⅳ)北東端。礦區(qū)位于北西向構(gòu)造—福洞斷向斜盆地之東南端西南邊緣。

礦區(qū)出露地層簡(jiǎn)單，為中生界下白堊統(tǒng)長(zhǎng)財(cái)組(K1c)和新生界第四系沖積、坡積層(Q4)。礦區(qū)地層由老至新出露特征如下。

(1) 長(zhǎng)財(cái)組(K1c)。

根據(jù)巖性特征，礦區(qū)內(nèi)長(zhǎng)財(cái)組分為四層，分別如下所示。

凝灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)角礫巖層(K1c1)：該層為礦體底板，僅在礦區(qū)南部邊緣出露，厚度約90m，該層總體產(chǎn)狀與礦體產(chǎn)狀基本一致。巖性為灰綠色凝灰質(zhì)泥巖、灰綠色凝灰質(zhì)砂頁巖、淺綠色凝灰質(zhì)角礫巖。

火山碎屑角礫巖層(K1c2)：該層為礦體含礦層位，分布于礦區(qū)中部，東礦體厚度為30m，西礦體厚度為65m，此層總體走向?yàn)?0～105°，傾向?yàn)楸北蔽骱捅北睎|，傾角一般為13～25°。西礦體巖性較為復(fù)雜，該層上部為白色凝灰角礫狀沸石巖，個(gè)別為淺綠色角礫狀沸石巖；中部為豬肝色沸石化凝灰角礫巖；底部為紅褐色角礫狀沸石巖。東礦體巖性單一，皆為紅褐色角礫狀沸石巖。

砂礫巖層(K1c3)：該層為礦體頂板，僅在礦區(qū)北部?jī)蓚€(gè)礦體北側(cè)出露，厚度約20m，其產(chǎn)狀與礦體產(chǎn)狀基本一致，走向一般為80～103°，傾向?yàn)楸北蔽飨蚝捅北睎|向，傾角20°。巖性為雜色砂礫巖，主要由礫石和砂組成。

安山巖層(K1c4)：該層分布于礦區(qū)北部邊緣，厚度約30m，其產(chǎn)狀變化較大，走向一般15～145°，傾向285～55°，傾角45～57°。巖性為灰黑—深綠色，少斑結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具交織結(jié)構(gòu)，流動(dòng)構(gòu)造、塊狀構(gòu)造，斑晶由拉長(zhǎng)石構(gòu)成，其余絕大部分為基質(zhì)。

(2) 第四系沖積、坡積層(Q4)。

沖積層：分布于礦區(qū)兩大沖溝中，一般厚度為3～6m，個(gè)別處大于6m，巖性主要由砂、礫石組成，還有少量粘土。

1.2 礦區(qū)構(gòu)造

以中原溝為軸線的向斜構(gòu)造形成了礦區(qū)的基本構(gòu)造形態(tài)。礦區(qū)未見大的斷裂構(gòu)造，受區(qū)域構(gòu)造影響局部礦體內(nèi)見有短距離小錯(cuò)動(dòng)和礦體破碎帶。礦體內(nèi)部巖層層理較明顯，節(jié)理和裂隙比較發(fā)育，節(jié)理和裂隙方向無明顯的規(guī)律性，主要節(jié)理近于垂直巖層走向，地表裂隙發(fā)育，裂隙率一般4．0%～5．6%，深部裂隙不發(fā)育，整個(gè)礦床裂隙率＜3%。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅在礦區(qū)北部邊緣見有安山巖。

2 礦床特征

2.1 礦床規(guī)模及礦體特征

礦床東西長(zhǎng)1 100m，南北平均寬500m，分布面積約0．55km2。礦床被中原溝分成東、西兩個(gè)礦體。

西礦體南北長(zhǎng)600m，東西寬350m，總厚度65m，礦層厚度變化系數(shù)為47．34%。產(chǎn)狀變化不大，礦體走向100～115°，傾向北北東向，傾向13～25°，地表出露呈橢圓形，從空間上看呈似層狀，礦體中心處厚度大，沿走向兩側(cè)逐漸變薄，沿傾向延伸厚度較穩(wěn)定。

東礦體東西長(zhǎng)550m，南北寬西部為450m，東部為100m，平均寬250m，總厚度30m，礦層厚度變化系數(shù)為39%。礦體產(chǎn)狀較穩(wěn)定，其走向70～80°，傾向北北西向，傾角20～25°，地表出露呈長(zhǎng)條形，東西向展布。從空間上看呈似層狀，礦體中心處厚度大，沿走向向兩側(cè)逐漸變薄，沿傾向延伸厚度較穩(wěn)定。

2.2 礦石自然類型及物質(zhì)成分

礦石類型簡(jiǎn)單，依其結(jié)構(gòu)構(gòu)造，碎屑含量及礦物成分的不同，將礦石分為白色凝灰角礫狀沸石礦、豬肝色凝灰角礫狀沸石礦、紅褐色凝灰角礫狀沸石礦三種類型。

(1) 白色凝灰角礫狀沸石礦。

主要分布在西礦體北部。顏色呈白色、淺綠色，夾有少量肉紅色礦物顆粒。硬度不大，巖性較脆，角礫狀碎屑凝灰結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。

巖石由角礫(約占10%)、玻屑(約占40%)、晶屑(約占10%)及火山灰(約占40%)組成，除晶屑外幾乎全部蝕變?yōu)榉惺惺?5%～60%。

角礫為火山熔巖基質(zhì)和玻屑，其中火山熔巖基質(zhì)可見似珍珠狀裂理，但已被沸石交代。角礫呈棱角狀，粒徑大小不一，一般為2～4．8mm；玻屑一般呈尖角狀，粒徑大小不一，一般為0．4～2mm，分選性差，已被強(qiáng)沸石化；晶屑為中長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、透長(zhǎng)石和石英，呈尖棱角狀，粒徑大小不一，一般為0．04～2．2mm，晶體表面未受蝕變，膠結(jié)物由火山灰和玻屑組成。

(2) 豬肝色凝灰角礫狀沸石礦。

主要分布在西礦體中部。顏色呈豬肝色、紫色，巖性致密堅(jiān)硬，角礫凝灰結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。

巖石由角礫(約占60%)、晶屑(約占10%)、火山灰膠結(jié)物(約占30%)等組成，除晶屑外全蝕變?yōu)榉惺?，沸石含?0%～60%。

角礫成分以玻屑凝灰?guī)r為主，其次為火山熔巖的基質(zhì)，角礫粒徑大小不一，一般為2～8mm；膠結(jié)物為火山灰和玻屑凝灰?guī)r的砂狀碎屑；晶屑為少量斜長(zhǎng)石、透長(zhǎng)石和石英晶屑組成。

(3) 紅褐色凝灰角礫狀沸石礦。

為本礦床礦體的主要組成部分，分布在西礦體南部和整個(gè)東礦體。顏色呈紅褐色、粉紅、白色，砂礫狀凝灰結(jié)構(gòu)，流動(dòng)構(gòu)造。

巖石由角礫(約占30%)、火山灰(約占50%)、玻屑(約占15%)及晶屑(約占5%)組成，除晶屑外全部蝕變?yōu)榉惺?/p>

角礫由玻屑和流紋巖組成，其中玻屑角礫強(qiáng)烈沸石化，流紋巖則有選擇的交代，角礫呈夾角狀，粒徑大小在2．00～10．00mm，晶屑由石英、長(zhǎng)石組成，其粒徑＜2mm。玻屑、晶屑和火山灰一起組成膠結(jié)物，呈基底式膠結(jié)。沸石含量約占50%～70%，斜發(fā)沸石多和鉀長(zhǎng)石的分解物混合在一起，故礦石的顏色呈紅褐色。

上述三種類型礦石，據(jù)X-射線衍射與巖礦鑒定結(jié)果得出主要礦物為沸石、石英、長(zhǎng)石及蒙脫石。沸石含量一般為40%～60%，最高達(dá)65%，以斜發(fā)沸石為主，還有少量的絲光沸石、片沸石、蝕沸石等。東礦體沸石含量比西礦體高。一般來說隨著沸石含量的增高，蒙脫石含量也增高，而石英和長(zhǎng)石則減少。X-射線衍射分析結(jié)果見表1。

表1 斜發(fā)沸石X-射線衍射分析結(jié)果

2.3 礦石化學(xué)成分

礦區(qū)沸石巖平均化學(xué)成分結(jié)果：SiO271．36%、Al2O313．52%，硅鋁比值為5．3；CaO 2．83%、MgO 0．82%、K2O+Na2O 4．48%，K2O/Na2O比值為1．8。從以上數(shù)據(jù)分析，礦區(qū)沸石為高硅富鋁型沸石礦。礦石多項(xiàng)分析結(jié)果見表2。

礦石光譜半定量分析結(jié)果測(cè)定49種元素中僅含26種元素。這些元素中有的為家禽、家畜生長(zhǎng)所需的微量元素，即為鈣、磷、鉀、鈉、氯、鎂、銅、鐵、錳等多種元素，把沸石礦作為生產(chǎn)礦物飼料添加劑是很好的原料。光譜半定量分析見表3。

2.4 礦石質(zhì)量特征

礦石主要為凝灰角礫狀沸石巖。其中白色凝灰角礫狀沸石巖和紅褐色凝灰角礫狀沸石巖質(zhì)量最好，前者吸銨值一般＞100mmol/100g，高者可達(dá)127mmol/100g；后者吸銨值一般＞110mmol/100g，高者可達(dá)147．82mmol/100g，其次為豬肝色強(qiáng)沸石化凝灰角礫巖，吸銨值一般為80～100mmol/100g。礦石吸銨值變化系數(shù)為：西礦體12．66%；東礦體11．28%。礦石吸銨值變化幅度為西礦體變化幅度較大，東礦體質(zhì)量較穩(wěn)定。礦石質(zhì)量變化幅度見表4。

表2 礦石多項(xiàng)分析結(jié)果 (單位：%)

表3 光譜半定量分析結(jié)果 (單位：%)

表4 礦石質(zhì)量變化幅度

吸銨值沿傾向除個(gè)別地段地表和深部無變化以外，大部分深部比地表工程的樣品吸銨值高，其原因是地表與深部風(fēng)化程度不同。礦石在地表與深部質(zhì)量變化見表5。

表5 礦石在地表與深部質(zhì)量變化

采用松江水泥廠硅酸水泥熟料(強(qiáng)度在425kg/cm2以上)做膠砂強(qiáng)度比試驗(yàn)，28天膠砂強(qiáng)度比：西礦體為60．30%～87．20%。僅一個(gè)樣品由于組合進(jìn)夾層樣而低于指標(biāo)外，余者均滿足指標(biāo)要求；東礦體為65．40%～78．70%。礦體吸銨值和膠砂強(qiáng)度比平均值統(tǒng)計(jì)見表6。

礦石火山灰性試驗(yàn)所做樣品均合格：SO3含量在0．000%～0．142%，一般含量在0．004%左右，均低于指標(biāo)要求。該礦石質(zhì)量較佳。

表6 礦體吸銨值、膠砂強(qiáng)度比平均值統(tǒng)計(jì)

3 礦床成因與成礦規(guī)律

3.1 礦床成因

本區(qū)在晚侏羅世和早白堊世初時(shí)形成了福洞斷陷盆地，成為開放水系式淡水湖，沉積了較早的含煤地層。到早白堊世中期，由于燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)盆地附近火山活動(dòng)較為強(qiáng)烈，所形成的流紋巖、凝灰?guī)r、凝灰角礫巖及珍珠巖等，在水盆地中受到火山活動(dòng)所產(chǎn)生的汽液作用、成巖作用和湖水水解作用等因素，在一定的壓力、溫度、適當(dāng)水介質(zhì)的條件下，使其所含的火山玻璃蝕變脫玻而成沸石。由于火山碎屑巖玻璃成分較高，孔隙度大，水介質(zhì)活動(dòng)方便，故蝕變完全，形成沸石巖。礦石中沸石含量一般為55%～60%。在成巖與成礦過程中，還夾有少量陸源碎屑物及火山灰，其長(zhǎng)軸定向排列，顯示了沉積層理的特征。

在礦體中還夾有少量致密堅(jiān)硬的角礫凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖層，由于所含火山碎屑成分復(fù)雜，而且大部分是非玻璃質(zhì)的，所以就不易形成沸石巖，僅在所含的少量火山玻璃中產(chǎn)生沸石化。

本區(qū)的沸石巖礦化條件，有以下幾點(diǎn)。

(1) 壓力和溫度：本礦區(qū)的沸石巖密度小，主要為含水較多的斜發(fā)沸石和絲光沸石，由此可證明是在壓力一般，常溫條件下蝕變成礦的。因?yàn)楦邷馗邏簵l件下沸石可變成無水的鋁硅酸鹽礦物—長(zhǎng)石。

(2) 水介質(zhì)的條件：本區(qū)的沸石巖屬高硅沸石種類，成礦介質(zhì)為中性至弱堿性，pH值為7～9。

(3) 火山玻璃物質(zhì)：火山玻璃具有較高的自由能，成分與沸石比較接近，因而在適當(dāng)?shù)臈l件下較易經(jīng)過水化、水解、結(jié)晶三作用階段轉(zhuǎn)化成沸石，故火山玻璃為生成沸石的主要原始物質(zhì)。

根據(jù)區(qū)域和礦區(qū)的斷裂構(gòu)造，斷陷盆地，火山活動(dòng)，礦石物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等分析，該礦床成因類型為陸相火山碎屑巖沉積變質(zhì)型礦床。

3.2 成礦規(guī)律

根據(jù)本礦區(qū)礦床地質(zhì)特征、礦床成因以及和省內(nèi)其他典型礦床剖析得知，沸石礦的成礦地質(zhì)條件相似，綜合其成礦規(guī)律如下。

(1) 沸石礦受中生界以來地質(zhì)構(gòu)造所控制(區(qū)域性的深斷裂構(gòu)造控制)，中生代盆地的帶狀分布控制了成礦的主要地質(zhì)環(huán)境。本區(qū)為福洞斷陷盆地，是受中生代中期形成的西向深斷裂構(gòu)造控制的，此深斷裂構(gòu)造是與成礦有關(guān)的火山巖巖漿的主要通道，礦體賦存的部位集中在斷陷盆地的邊緣，火山口附近。

(2) 沸石礦的成礦具有明顯的受時(shí)控和層控特點(diǎn)，主要成礦時(shí)期集中在早白堊世，含礦層位為下白堊統(tǒng)底部西山坪組和長(zhǎng)財(cái)組，本礦區(qū)為長(zhǎng)財(cái)組。

(3) 含礦建造及成礦原巖的特點(diǎn)：具有工業(yè)意義的含沸石礦建造主要為含煤火山沉積碎屑巖，故下白堊統(tǒng)煤系地層是很好的找礦方向。

(4) 含礦火山碎屑巖的化學(xué)成分特點(diǎn)是高硅(SiO2一般為70%～75%)富堿(K2O+Na2O一般為6%～10%)，全玻璃質(zhì)巖石最利于成礦。

4 找礦方向和遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)

4.1 找礦方向

(1) 地層時(shí)代：中生界下白堊統(tǒng)西山坪組和長(zhǎng)財(cái)組地層為找礦方向。

(2) 斷陷盆地：斷陷盆地有利于形成淡水湖，故創(chuàng)造有利的地質(zhì)環(huán)境。

(3) 斷裂構(gòu)造：較多的斷裂構(gòu)造成為火山爆發(fā)、火山噴溢的有利通道。

(4) 火山活動(dòng)：在燕山后期巖漿活動(dòng)區(qū)，有利于形成火山碎屑的沉積。

(5) 含煤火山沉積碎屑巖，為周邊地區(qū)找尋沸石礦的重要方向。

4.2 遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)

本礦床是斷陷盆地淡水湖火山碎屑物沉積蝕變而成的，成礦地層長(zhǎng)財(cái)組在本斷陷盆地中廣泛分布，在本礦床的北部、西部長(zhǎng)財(cái)井附近皆見有沸石礦點(diǎn)出露，由此可見礦區(qū)外圍具有一定找礦遠(yuǎn)景。在福洞東南部、南陽村、南溝山村、土山子西部為很好的找礦遠(yuǎn)景區(qū)。