江蘇盱眙地區(qū)凹凸棒石粘土礦成礦條件分析

周 鑫，呂 游，蒲東鴻，丁迎軍

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心江蘇總隊(duì)，江蘇 南京 211135)

我國(guó)凹凸棒石粘土礦儲(chǔ)量約占世界的60%[1]，蘇皖地區(qū)是我國(guó)凹凸棒石粘土礦的主要產(chǎn)地，其中盱眙地區(qū)凹凸棒石粘土礦儲(chǔ)量約6 700萬(wàn)t，占全國(guó)儲(chǔ)量的70%以上[2]，是世界上最大的凹凸棒石粘土礦集區(qū)。盱眙地區(qū)發(fā)現(xiàn)凹凸棒石粘土礦時(shí)間較晚，1979年盱眙境內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)規(guī)模的凹凸棒石粘土礦床，目前盱眙地區(qū)發(fā)現(xiàn)礦床(點(diǎn))39個(gè)，包括雍小山、龍王山、黃泥山、馬腰山、楊二山、高家洼(梁家洼)等凹凸棒石粘土礦床(點(diǎn))[2-3]。

自盱眙凹凸棒粘土礦被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，眾多學(xué)者對(duì)該地區(qū)的成礦機(jī)理進(jìn)行過(guò)研究，黃光煦[4]認(rèn)為區(qū)內(nèi)湖泊相盆地的堿性沉積環(huán)境創(chuàng)造了良好的成礦環(huán)境，玄武質(zhì)火山巖碎屑物提供了成礦物質(zhì)來(lái)源；肖書(shū)明等[5]對(duì)高家洼—梁家洼礦床的研究證實(shí)了這一點(diǎn)；田煦等[6]、易發(fā)成等[7]認(rèn)為成礦物質(zhì)來(lái)源于與火山作用有關(guān)的含礦熱液；陳正國(guó)[8]通過(guò)對(duì)黃泥山礦床的研究認(rèn)為黃泥山凹凸棒石粘土礦屬風(fēng)化殘余礦床。

本文依托蔡港地區(qū)的找礦工作，對(duì)盱眙地區(qū)成礦條件進(jìn)行分析和總結(jié)，認(rèn)為新近系玄武巖的多次噴發(fā)沉積和區(qū)內(nèi)獨(dú)特的沉積環(huán)境為盱眙地區(qū)凹凸棒石粘土礦成礦提供了有利條件。

1 地質(zhì)背景

盱眙地區(qū)位于郯廬斷裂帶東側(cè)，揚(yáng)子板塊西緣，張八嶺隆起與金湖凹陷之間。大地構(gòu)造位置屬于揚(yáng)子板塊(Ⅰ級(jí))下?lián)P子板塊(Ⅱ級(jí))蘇皖前陸盆地(Ⅲ級(jí))滁巢斷塊(Ⅳ級(jí))盱眙段隆起(Ⅴ級(jí))(圖1)。

1.1 地層

盱眙地區(qū)出露地層主要為新元古界張八嶺巖群、震旦系陡山沱組、震旦系燈影組、古近系阜寧組、古近系三垛組、新近系中新統(tǒng)下草灣組、上新統(tǒng)桂五組和第四系。新近系地層呈北西—南東展布，是區(qū)內(nèi)主要的賦礦層位，巖性主要由玄武質(zhì)火山巖、火山碎屑巖和風(fēng)化沉積粘土巖組成。

新近系中新統(tǒng)下草灣組玄武巖中常見(jiàn)灰綠粘土和泥質(zhì)粉砂巖夾層，而上新統(tǒng)桂五組玄武巖常見(jiàn)磚紅色泥巖夾層，這是不同沉積環(huán)境的反映，也是區(qū)內(nèi)多次隆起和沉降的結(jié)果。

圖1 成礦地質(zhì)背景圖

1.2 構(gòu)造

盱眙地區(qū)位于蘇北凹陷西部邊緣，南鄰淮陽(yáng)山字型構(gòu)造東翼反射弧外緣，西接郯廬斷裂帶，蘇皖北西向玄武巖噴發(fā)帶斜貫本區(qū)。北西向基底斷裂及其控制的隆起和凹陷帶是區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造。

1.3 巖漿巖

盱眙地區(qū)火山巖以新近系玄武巖為主，主要沿北西向仇集—古城—八百里橋斷陷帶分布。根據(jù)巖系組合可以劃分為中新世(下草灣)和上新世(桂五)兩個(gè)噴發(fā)旋回和多次噴發(fā)韻律組，每個(gè)韻律組都是一個(gè)小的噴發(fā)—沉積旋回，這為區(qū)內(nèi)形成多層凹凸棒石粘土礦提供了可能。侵入巖僅見(jiàn)于局部地段，屬燕山晚期中酸性侵入巖，區(qū)內(nèi)巖漿巖燕山期的侵入活動(dòng)目前顯示與凹凸棒石粘土礦的成礦關(guān)系不大。

2 礦體地質(zhì)特征

盱眙地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)粘土礦床(點(diǎn))39處(圖2)[5]，其中完成詳查工作的礦床11個(gè)、完成普查或預(yù)查的礦區(qū)7個(gè)、礦點(diǎn)21處[3]，從圖2可以看出，盱眙地區(qū)凹凸棒石粘土礦床(點(diǎn))在空間分布上具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：①礦體均分布在新近系玄武巖中；②礦床(點(diǎn))多集中在玄武巖火山口附近南北兩端的邊緣部位。

盱眙地區(qū)凹凸棒石粘土礦礦體多呈層狀、似層狀，與地層產(chǎn)狀一致，呈水平產(chǎn)出，單礦體一般沿走向長(zhǎng)200～4 000m，沿傾向?qū)挾榷嗉性?00～2 000m，礦層厚度一般為2～10m，其中高家洼—梁家洼礦區(qū)礦層厚度達(dá)23m。區(qū)內(nèi)凹凸棒石粘土礦可分為六個(gè)含礦層位，根據(jù)賦礦標(biāo)高，從低往高分別編號(hào)Ⅰ-Ⅵ，其中有五個(gè)含層(Ⅰ-Ⅴ)位于下草灣組地層中，Ⅵ號(hào)礦層位于桂五組下段地層的頂部，為桂五組上下段分段標(biāo)志層。

圖2 盱眙凹凸棒石粘土礦礦點(diǎn)分布圖

(1)Ⅰ號(hào)礦層：主要分布在盱眙東部的天臺(tái)山、雍小山、前江營(yíng)一帶，整體近北東走向，呈北東至南西收斂的喇叭狀分布。礦體賦存標(biāo)高西高東低，賦存標(biāo)高集中在-62～-19m，一般礦層厚度1～4m，頂?shù)装逡阅鄮r、泥質(zhì)粉砂巖為主。

(2)Ⅱ號(hào)礦層：主要分布在盱眙東部地區(qū)，礦層西部邊界與I號(hào)礦層大致相同，南部邊界在史營(yíng)以南。礦體賦存標(biāo)高西高東低，賦存標(biāo)高集中在-77～10m，一般礦層厚度1～5m，頂?shù)装逡阅鄮r、玄武巖為主。

(3)Ⅲ號(hào)礦層：在盱眙東部雍小山、龍王山、王郢和前江營(yíng)一帶，盱眙西部打石山、龍頭山、破山口及斧頭山一帶均有分布，整體近南北走向，呈北窄南寬的梯形分布。礦體賦存標(biāo)高集中在-34～13m，一般礦層厚度1～8m，頂?shù)装逡阅鄮r、含泥砂巖為主。

(4)Ⅳ號(hào)礦層：與Ⅲ號(hào)礦層相比成礦范圍在盱眙東部擴(kuò)展到小珠山、黃泥山、高家洼一帶，整體呈近南北走向的長(zhǎng)方形分布，在盱眙地區(qū)西部，Ⅳ礦層主要分布在破山口、花果山和斧頭山一帶，近東西展布。礦體賦存標(biāo)高南高北低，賦存標(biāo)高常集中在-14～54m，一般礦層厚度1～9m，頂?shù)装逡阅鄮r、玄武巖為主。

(5)Ⅴ號(hào)礦層：位于下草灣和桂五兩期火山噴發(fā)間歇期的沉積地層上部，是區(qū)內(nèi)分布最廣，成礦最好的礦層，可分為北西向裂山—黃泥山—張家港礦帶和北東東向高家洼—龍頭山—雍小山成礦帶。Ⅴ號(hào)礦層頂板為桂五組玄武巖，底板為下草灣組玄武巖，礦體多呈灰白—青灰色，賦存標(biāo)高集中在50～70m，沿走向長(zhǎng)度為300～2 300m，沿傾向?qū)挾葹?00～1 800m，一般礦層厚度2～10m。

(6)Ⅵ號(hào)礦層：位于桂五組下段頂部，在盱眙地區(qū)廣泛分布，但一般礦層厚度較小，且礦物成分以蒙脫石為主。

3 成礦地質(zhì)條件分析

3.1 賦礦層位

盱眙地區(qū)凹凸棒石粘土礦與新近系玄武巖在空間分布上關(guān)系密切，其中Ⅰ-Ⅳ號(hào)礦層位于下草灣組地層，Ⅴ號(hào)礦層位于下草灣組地層頂部，而Ⅵ號(hào)礦層位于桂五組下段玄武巖頂部。下草灣和桂五兩期火山噴發(fā)的間歇期沉積地層的上部是區(qū)內(nèi)主要的賦礦層位。

通過(guò)對(duì)盱眙地區(qū)Ⅰ-Ⅵ號(hào)凹凸棒石粘土礦層地質(zhì)特征的分析顯示：①新近系玄武巖尤其是下草灣組玄武巖中夾層的泥巖、砂巖往往與礦體共生，這說(shuō)明在區(qū)域沉降接受陸源沉積的過(guò)程中，凹凸棒石礦化在同步進(jìn)行；②下草灣組玄武巖中常見(jiàn)還原環(huán)境沉積的灰綠粘土，桂五組玄武巖常見(jiàn)氧化環(huán)境沉積的磚紅色粘土，而礦體絕大多數(shù)分布在下草灣組玄武巖中，這暗示還原環(huán)境對(duì)凹凸棒石粘土礦成礦較為有利；③區(qū)內(nèi)的玄武巖近水平展布，且多次噴發(fā)沉積，為后期凹凸棒石粘土礦的形成提供了優(yōu)良的成礦空間。

3.2 成礦時(shí)代

通過(guò)前面的分析可知凹凸棒石礦化往往與區(qū)內(nèi)沉降接受陸源沉積同期，這就大致圈定了區(qū)內(nèi)凹凸棒石粘土礦的成礦時(shí)代，通過(guò)玄武巖的年齡可以厘定成礦時(shí)代的上下限。Ⅰ-Ⅳ號(hào)礦層位于下草灣組玄武巖中，其成礦時(shí)代應(yīng)該處于下草灣組噴發(fā)旋回；Ⅴ號(hào)含礦層位于下草灣組玄武巖與桂五組下段玄武巖之間，其成礦時(shí)代應(yīng)處于下草灣組噴發(fā)旋回和桂五噴發(fā)旋回之間；Ⅵ號(hào)含礦層位于桂五組下段玄武巖頂部，其成礦時(shí)代應(yīng)處于桂五下亞旋回和桂五上亞旋回之間。

下草灣組玄武巖K-Ar同位素測(cè)年結(jié)果顯示其成巖年齡在15.41～16.52Ma，桂五組玄武巖成巖年齡在10.89～10.32Ma[10]，即凹凸棒石粘土礦成礦時(shí)代應(yīng)該是在10.32～16.52Ma。

3.3 成礦物質(zhì)來(lái)源

在盱眙蔡港地區(qū)開(kāi)展的找礦工作顯示盱眙地區(qū)的凹凸棒石粘土礦成礦物質(zhì)與新近系玄武巖及其風(fēng)化產(chǎn)物關(guān)系密切。一是在賦存空間上，盱眙地區(qū)凹凸棒石粘土礦頂?shù)装宥酁樾鋷r以及玄武巖風(fēng)化物經(jīng)搬運(yùn)沉積形成的砂巖和泥巖，即礦體與新近系玄武巖及其風(fēng)化產(chǎn)物空間關(guān)系密切；二是巖石學(xué)方面，盱眙地區(qū)凹凸棒石粘土礦的電子顯微鏡影像中可見(jiàn)玄武巖巖屑和長(zhǎng)石板狀晶屑?xì)堄?，這說(shuō)明其在巖石學(xué)、礦物學(xué)方面與新近系玄武巖及其風(fēng)化物具有一定的繼承性(圖3)，盱眙地區(qū)玄武巖及其風(fēng)化產(chǎn)物與凹凸棒石粘土礦具有一定的物源聯(lián)系。

圖3 盱眙蔡港地區(qū)凹凸棒石粘土礦電子顯微影像圖

3.4 沉積環(huán)境

前人通過(guò)粘土地球化學(xué)、穩(wěn)定同位素、礦物學(xué)特征、巖石學(xué)特征等條件對(duì)盱眙地區(qū)凹凸棒石粘土礦的沉積環(huán)境進(jìn)行了細(xì)致的研究[9，11-15]，目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為盱眙地區(qū)成礦沉積環(huán)境為獨(dú)立的封閉內(nèi)陸盆地沉積，水體溫度和鹽度略高，水體偏堿性，成礦時(shí)整體環(huán)境呈還原性，這與筆者在盱眙地區(qū)進(jìn)行的地質(zhì)調(diào)查相符。通過(guò)礦體地質(zhì)特征可知區(qū)內(nèi)Ⅰ-Ⅵ號(hào)凹凸棒石粘土礦層頂?shù)装宄Ｒ?jiàn)泥巖和砂巖，具有明顯的陸源沉積特征，礦層基本呈水平展布但在橫向上賦礦標(biāo)高變化較大，這可能暗示在凹凸棒石粘土礦成礦期間，盱眙地區(qū)分布有若干孤立的封閉沉積盆地。

黃泥山礦區(qū)和蔡港地區(qū)凹凸棒石粘土礦及粘土夾層多呈灰綠、青灰色(圖4)，顯示其成礦時(shí)為還原環(huán)境，而頂部的蒙脫石粘土礦多為紅褐色，顯示其成礦時(shí)為氧化環(huán)境。從圖2中可看出區(qū)內(nèi)凹凸棒石粘土礦床(點(diǎn))多分布在南部和北部靠近火山口的區(qū)域，而中部未發(fā)現(xiàn)成規(guī)模的凹凸棒石粘土礦床(點(diǎn))，這很可能暗示在成礦時(shí)火山活動(dòng)提供了成礦的熱源，靠近火山口附近的區(qū)域水介質(zhì)溫度較高，滿足凹凸棒石粘土礦的成礦條件；而中部區(qū)域水介質(zhì)溫度較低，不滿足凹凸棒石粘土礦的形成條件。

圖4 盱眙黃泥山和蔡港地區(qū)凹凸棒石粘土礦體特征

4 結(jié)論

(1)新近系玄武巖尤其是下草灣組玄武巖的多次噴發(fā)沉積，為成礦提供了優(yōu)良的成礦空間，是區(qū)內(nèi)形成多層礦體的基礎(chǔ)條件。

(2)凹凸棒石礦化往往與區(qū)內(nèi)沉降接受陸源沉積同期，凹凸棒石粘土礦成礦時(shí)代大致在10.32～ 16.52Ma。

(3)從賦礦空間、巖石學(xué)特征方面綜合分析，盱眙地區(qū)新近系玄武巖及其風(fēng)化產(chǎn)物與凹凸棒石粘土礦具有一定的物源聯(lián)系。

(4)盱眙地區(qū)凹凸棒石粘土礦形成于還原條件下的孤立封閉沉積盆地，成礦時(shí)水介質(zhì)溫度較高。