雷瓊地區(qū)硅藻土礦床地質(zhì)特征與成礦規(guī)律

潘標(biāo)開(kāi)，寧思遠(yuǎn)，弓 帥，張東婷，田斌升

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心廣東總隊(duì)，廣東 廣州 510403)

硅藻土具有獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)、孔隙率高、孔體積大、質(zhì)量輕、堆積密度小、比表面積大、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸附性強(qiáng)、活性好等優(yōu)點(diǎn)，作為聚合物材料、涂料的填料和增強(qiáng)劑、化工的助濾劑、吸附劑、催化劑載體、表面活性劑以及色譜固定相或載體等方面有很高的應(yīng)用價(jià)值，近年來(lái)在聲學(xué)材料、建筑材料、涂料、保溫隔熱材料等行業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛[1]。

廣東省硅藻土礦產(chǎn)資源豐富，分布較為集中，主要分布于雷瓊地區(qū)的雷州、徐聞等地，已知硅藻土礦床3個(gè)，其中大型1個(gè)(雷州九斗洋)，小型2個(gè)(徐聞九畝、雷州卜昌)，累計(jì)查明硅藻土資源儲(chǔ)量1 942.57萬(wàn)t。硅藻土礦床成因類(lèi)型為火山湖沼相沉積型，主要產(chǎn)于第四紀(jì)中更新世晚期至更新世中期沉積的田洋組中[2-3]，屬破火山口湖泊和火山構(gòu)造洼地堆積，由一套砂質(zhì)粘土、含油腐泥巖、泥炭、膨潤(rùn)土、硅藻土等組成，厚4～200m。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，最大厚度達(dá)43m，部分伴生有泥炭、膨潤(rùn)土。礦石以灰綠色土塊狀硅藻土為主，質(zhì)量較好。底板為凝灰質(zhì)角礫巖、玄武巖，頂板為砂質(zhì)粘土和泥炭層。

本文主要對(duì)廣東省硅藻土礦的成礦地質(zhì)背景、礦區(qū)地質(zhì)特征、礦體的規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀、成礦地質(zhì)條件進(jìn)行了總結(jié)歸納，以指明廣東省內(nèi)硅藻土礦的找礦方向。

1 成礦地質(zhì)背景

硅藻土的形成條件受沉積構(gòu)造、物源及介質(zhì)條件等因素的控制[2]。由于中、新生代構(gòu)造的活動(dòng)，在大陸上產(chǎn)生了許多斷裂和差異性升降運(yùn)動(dòng)，形成了大量的斷陷盆地。第四紀(jì)雖然海陸分布和山川格局基本形成，但新構(gòu)造依然在活動(dòng)，山脈隆起，盆地沉降，堆積了巨厚的沉積，而新的盆地也在形成，因而成為硅藻堆積的良好場(chǎng)所，為硅藻的生長(zhǎng)與繁殖提供了條件。硅藻土礦床形成時(shí)代為新生代的古近紀(jì)、新近紀(jì)和第四紀(jì)。這一時(shí)期是全球性硅藻土礦的形成時(shí)期，含礦巖石組合主要由砂礫巖、碎屑粘土、頁(yè)巖、硅藻土、玄武巖互層構(gòu)成。

2 典型礦床

廣東省典型的硅藻土礦床主要包括雷州九斗洋硅藻土礦床、徐聞九畝礦區(qū)硅藻土礦床和雷州卜昌硅藻土礦床。

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

雷州九斗洋礦區(qū)系一個(gè)火山噴發(fā)后形成的負(fù)火山口湖盆，內(nèi)側(cè)開(kāi)闊、出口狹窄，呈“葫蘆”狀，長(zhǎng)約2 000m，寬約1 500m。盆地四周為火山噴出巖風(fēng)化殘坡積紅土，中間為湖沼相和湖相沉積層(圖1)，總厚40～60m，覆蓋于中更新統(tǒng)石峁嶺組火山巖之上，可分為上、下兩部分[4]，下部為中—上更新統(tǒng)田洋組，屬湖相沉積，全為硅藻層，厚5.11～42.35m。其特征自下而上為：①硅藻土礦層(I級(jí)品礦石)：呈灰綠色、淺黃色，塊狀、薄層狀，有純硅藻土，含粘土硅藻、粘土質(zhì)硅藻土層，硅藻含量一般50%～80%，厚8.70～35.15m；②硅藻粘土層(Ⅱ級(jí)品礦石)：呈淺灰綠色、灰黑色多，塊狀構(gòu)造，硅藻含量30%～45%。上部為上更新統(tǒng)下錄組，屬湖沼相堆積，巖相特征自下而上為：①泥炭層：黑褐色、棕褐色，厚1.33～6.11m，與下部田洋組呈整合接觸；②蒙脫石粘土：灰綠色，蠟狀光澤，厚1.38～6.75m；③砂質(zhì)粘土層：雜色，以粘土為主，含少量不等粒砂、玄武巖風(fēng)化紅土團(tuán)塊，厚2.45～12.76m。

圖1 雷州九斗洋硅藻土礦區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)廣東省地質(zhì)礦產(chǎn)局704地質(zhì)隊(duì)1990年，有改動(dòng))

徐聞九畝礦區(qū)地形大致屬平臺(tái)地區(qū)。玄武巖一般為淺灰褐黑色，帶有白色長(zhǎng)條狀小斑點(diǎn)，呈氣孔狀。一般在比較高的地方出露，順著斜坡逐漸往下伸展[5](圖2)，有時(shí)在海灘上和比較低洼地帶，亦有原生玄武巖出露。鐵質(zhì)結(jié)核一般為褐紅—黑色，呈結(jié)核層，粒徑一般在1～2cm。一般圍繞平臺(tái)和玄武巖的邊緣出露，分布較為廣泛，特別是在礦區(qū)的北面均有鐵質(zhì)結(jié)核分布，出露的厚度一般在0.2～0.8m。第四系堆積層，從淺井及野外調(diào)查情況來(lái)看，由上而下的順序?yàn)椋孩偌?xì)砂層，厚度達(dá)0～0.8m；②淺灰色含腐殖質(zhì)及石英細(xì)砂表土，厚達(dá)0～0.4m；③坡積鐵質(zhì)結(jié)核層，厚達(dá)0～0.8m；④灰綠色、黃色內(nèi)含有微量石英細(xì)砂的粘土層，厚達(dá)0～4m；⑤白色多孔、比重輕、干后能浮于水、孔隙內(nèi)含有植物根，并有黑色物質(zhì)所充填的硅藻土，厚達(dá)0～3m；⑥淺黃色泥質(zhì)砂層，性松脆，層理發(fā)育，層理面為褐色。此層上部有2～4mm細(xì)砂覆蓋，其厚度不明。

圖2 徐聞九畝礦區(qū)硅藻土礦區(qū)地形地質(zhì)圖(據(jù)廣東省湛江專(zhuān)員公署地質(zhì)局第6地質(zhì)隊(duì)1963年，有改動(dòng))

雷州卜昌礦區(qū)為一海灣堆積洼地，洼地四周為玄武巖風(fēng)化紅土，洼地內(nèi)為一套海相、沼澤相沉積堆積地層(圖3)，底板為玄武巖[6]。分述如下：①上更新統(tǒng)湖沼相堆積層，自下而上為粘土層(厚0.7～5.86m)、硅藻土層(厚0.5～4.8m)、泥炭層(厚0.3～2.03m)，與下伏硅藻土整合接觸；②全新統(tǒng)早期海灣相堆積層，為暗灰色淤泥質(zhì)粘土，厚0.57～1.94m；③全新統(tǒng)殘坡積層，為玄武巖風(fēng)化產(chǎn)物紅土，其間零星分布著未風(fēng)化的球狀玄武巖原巖，厚度0.4～1.70m。區(qū)內(nèi)廣泛分布喜馬拉雅期火山巖，可劃分為早、晚兩期：早期為石峁嶺組(中更新統(tǒng))，主要分布于南部地區(qū)，巖性為灰—灰黑色橄欖玄武巖、橄欖粗玄巖、伊丁石化橄欖玄武巖、蛇紋石化玄武巖及灰—灰黃色沉凝灰?guī)r、火山角礫巖等，一般由幾米至200m不等；晚期為湖光巖組(上更新統(tǒng))，主要分布于雷北地區(qū)，巖性為凝灰角礫巖、沉火山角礫巖、集塊巖、橄欖玄武巖、玄武巖、玻基玄武巖等，厚由幾米至150m不等。

圖3 雷州卜昌硅藻土礦區(qū)地形地質(zhì)圖(據(jù)廣東省地質(zhì)礦產(chǎn)局704地質(zhì)隊(duì)1988年，有改動(dòng))

2.2 礦體的規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀

雷州九斗洋礦區(qū)已知礦體1個(gè)，賦存于田洋組的泥炭層之下，呈厚層狀水平產(chǎn)出，與盆地形態(tài)基本吻合[4]。南北長(zhǎng)2 000m，東西寬1 500m，厚5.11～42.35m，平均厚度35.35m，礦體連續(xù)。受盆地玄武巖基底起伏影響，中間較薄，四周略厚，厚度變化較大。礦體層位穩(wěn)定，夾層少，僅見(jiàn)有少量的粘土及橄欖石砂礫層夾層。頂板圍巖為下錄組湖沼相堆積的砂質(zhì)粘土、蒙脫石粘土和泥炭層，底板圍巖為中更新統(tǒng)石岇嶺組氣孔狀玄武巖，地表已風(fēng)化成紅粘土。

徐聞九畝礦區(qū)已知礦體1個(gè)，出露范圍在九畝村的北面較低洼的海灣上。產(chǎn)于粘土層之下，大致呈東西方向水平層狀伸展，平均厚1.3m。頂板圍巖為全新統(tǒng)海相堆積的含石英細(xì)砂的粘土層，底板圍巖為泥質(zhì)砂層。

雷州卜昌礦區(qū)硅藻土產(chǎn)于上更新統(tǒng)湖沼相沉積層中的上部，頂板為泥炭土，底板為灰白色粘土或玄武巖。已知礦體一個(gè)，呈水平層狀，形態(tài)簡(jiǎn)單，平面近等軸狀，長(zhǎng)寬各200m左右，厚0.5～4.8m，平均厚2.42m。礦體受古地貌控制，洼地中心厚，向四周變薄尖滅。

2.3 礦石特征

雷瓊地區(qū)三個(gè)礦床硅藻土按礦石的顏色劃分，可分為灰綠色硅藻土和淺黃色硅藻土兩類(lèi)。以灰綠色類(lèi)礦石為主，淺黃色次之，但干后均以白色為主?；揖G色礦石的硅藻、碎屑礦物、鐵質(zhì)含量較淺黃色礦石略高，粘土礦物、有機(jī)質(zhì)含量略低，化學(xué)成分含量相似。

根據(jù)礦石的構(gòu)造特征，可分為塊狀硅藻土和薄層狀硅藻土。以塊狀礦石為主，約占礦石總量的70%。塊狀礦石多為灰綠色，薄層狀礦石多以淺黃色為主。塊狀礦石、薄層狀礦石，其礦物種類(lèi)和含量很相似，化學(xué)成分變化也不大。

礦石礦物組分主要由硅藻、粘土礦物、有機(jī)質(zhì)、碎屑物等組成。硅藻呈雜亂、定向或半定向分布，其間混雜有石英、長(zhǎng)石、巖屑等碎屑物，被粘土礦物松散膠結(jié)。硅藻的形態(tài)有圓棒形、圓筒形、梭形、串珠形和絲瓜形等。以圓棒形硅藻占優(yōu)勢(shì)，約占90%以上。硅藻個(gè)體大多完整，多由幾個(gè)單體連接組成出現(xiàn)，少數(shù)為單體。硅藻殼體表面可見(jiàn)較多有規(guī)律排列的小孔，硅藻之間被粘土等物質(zhì)充填。

2.4 礦床類(lèi)型

雷瓊地區(qū)硅藻土礦屬第四紀(jì)中—上更新世破火山湖相生物化學(xué)沉積型礦床[4]。新近紀(jì)中新世至第四紀(jì)更新世火山噴發(fā)后形成的相對(duì)封閉的玄武巖火山口湖盆為硅藻的生存準(zhǔn)備了良好的場(chǎng)所，硅藻死亡后其遺留殘骸經(jīng)長(zhǎng)期堆積壓實(shí)而形成硅藻土礦床[5，6]。

3 成礦規(guī)律研究

3.1 成礦地質(zhì)條件

我國(guó)硅藻土礦主要集中形成于中新世至更新世，成因主要為陸相湖泊沉積，其成礦條件如下。

(1)首先是沉積盆地。新生代以來(lái)受東部斷裂活動(dòng)、火山活動(dòng)及升降運(yùn)動(dòng)影響，形成一系列的火山盆地、斷陷盆地及山間盆地，為硅藻的生存及遺骸堆積提供了良好的場(chǎng)所[3，7]。

(2)氣候較溫暖濕潤(rùn)，雨水較充沛，湖盆常保持著一定的水量，且水深不大，一般不超過(guò)35m。這點(diǎn)可從硅藻土中常含有石英、長(zhǎng)石、云母及碳質(zhì)碎屑等，也與黃鐵礦、磷礦結(jié)核伴生，且含豐富的動(dòng)植物化石等特征得到證明。說(shuō)明該環(huán)境下硅藻可得到必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和日光。

(3)物質(zhì)來(lái)源是第三個(gè)成礦條件[3，7]。硅藻的生長(zhǎng)、繁殖過(guò)程需要水中有溶融的SiO2，且需要有長(zhǎng)期穩(wěn)定的來(lái)源。以SiO2來(lái)源區(qū)分，可以分成兩個(gè)亞類(lèi)：一是火山物源的硅藻土礦床，其硅藻形成于玄武質(zhì)火山噴發(fā)間歇期的湖盆，含礦巖系中夾有玄武巖層。我國(guó)東部地區(qū)的新生代地層廣泛發(fā)育玄武質(zhì)基性巖，硅藻土形成于噴發(fā)間歇期，火山活動(dòng)提供了豐富的可溶性SiO2物質(zhì)來(lái)源。另一亞類(lèi)是陸源沉積的硅藻土礦床，硅藻土與火山活動(dòng)無(wú)關(guān)。成礦的SiO2主要是受湖盆外圍巖石經(jīng)風(fēng)化分解、搬運(yùn)的可溶性硅質(zhì)。根據(jù)硅藻土的生存條件，其帶入湖盆的水不能含有高濃度的酸、堿及其他有毒害的物質(zhì)。高質(zhì)量的硅藻土的形成還要求帶入湖盆中的碎屑礦物很少。

廣東地區(qū)硅藻土主要分布于雷州半島喜馬拉雅期玄武巖臺(tái)地的火山口湖盆及洼地中，其形成同樣受沉積盆地、物質(zhì)來(lái)源及古地理環(huán)境三個(gè)條件控制：①雷瓊地區(qū)第四紀(jì)玄武巖臺(tái)地中發(fā)育眾多火山口，這些火山口和一些洼地積水后形成淺水湖盆，構(gòu)成成礦的良好場(chǎng)所；②基性火山噴溢活動(dòng)所形成的玄武巖類(lèi)為生物提供了豐富的可溶性SiO2；③高溫多雨的氣候條件亦有利于硅藻的大量繁殖生長(zhǎng)，從而在該區(qū)形成獨(dú)特的第四紀(jì)火山口湖硅藻土礦床。

3.2 找礦方向

隨著地質(zhì)研究和勘探工作的深入，雷州半島眾多的古火山口湖盆和積水洼地是硅藻土的找礦遠(yuǎn)景區(qū)。根據(jù)硅藻土的成礦地質(zhì)條件及成礦規(guī)律，在今后的找礦方向上應(yīng)把重點(diǎn)放在以下幾方面[8-11]。

(1)硅藻土的成礦時(shí)代為新近紀(jì)和第四紀(jì)。

(2)硅藻土礦床的形成主要受沉積盆地和玄武巖分布的控制。新近紀(jì)以來(lái)的各類(lèi)盆地，特別是一些以玄武巖為基底及有玄武巖分布地區(qū)的新生代盆地是硅藻土成礦的遠(yuǎn)景地區(qū)。

(3)受新生代以來(lái)東部斷裂活動(dòng)、火山活動(dòng)及升降運(yùn)動(dòng)影響形成一系列火山盆地、斷陷盆地及山間盆地，為硅藻的生存及遺骸堆積提供了良好的場(chǎng)所，均為找礦遠(yuǎn)景地區(qū)。

(4)氣候溫暖濕潤(rùn)，水量充沛的淺水盆地，并有玄武巖分布的地區(qū)，對(duì)硅藻土沉積是有利地帶。

(5)硅藻土常呈白色或灰白色，所以在找礦工作中應(yīng)注意觀察粘土層的顏色。