萊陽市北臧家疃膨潤土礦礦床地質特征及成因探討

胡建超

(中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100)

膨潤土礦是以蒙脫石為主要成分的粘土巖，是一種具有多種用途的礦產資源，目前已在很多領域得到應用。本文通過對萊陽市北臧家疃膨潤土礦礦床地質特征進行分析，礦床成因為早白堊紀陸相火山沉積水解蝕變型礦床。為今后該地區(qū)膨潤土礦資源調查與勘探提供參考。

1 成礦地質背景

礦區(qū)大地構造單元位于華北板塊(Ⅰ)膠遼隆起區(qū)(Ⅱ)膠萊盆地(Ⅲ)萊陽斷陷(Ⅳ)萊陽凹陷(Ⅴ)的西北部[1-2]。區(qū)域出露地層[3]主要為古元古代荊山群祿格莊組(Htl)、野頭組(Hty)；中生代白堊紀萊陽群曲格莊組(K1q)，青山群后夼組(K1h)、八畝地組(K1b)、石前莊組(K1?q)，王氏群林家莊組(K2lj)、辛格莊組(K2xg)；新生代第四紀臨沂組(Qhl)。區(qū)域內斷裂發(fā)育，主要以東西向或近東西向斷裂為主，北西向次之，北東及南北向斷裂規(guī)模較小，多屬于高角度壓扭性斷裂。礦區(qū)主要含礦地層為青山群石前莊組，為一套酸性火山熔巖—火山碎屑巖沉積建造，主要巖性為流紋質角礫凝灰?guī)r、角礫巖、凝灰?guī)r等，普遍具有膨潤土化。區(qū)內巖漿巖主要為片麻狀細粒奧長花崗巖。

2 礦區(qū)地質

2.1 地層

礦區(qū)內出露地層主要為中生代白堊紀青山群后夼組(K1h)、八畝地組(K1b)、石前莊組(K1?q)，王氏群林家莊組(K2lj)及新生代第四紀臨沂組(Qhl)(圖1)。

后夼組(K1h)主要出露于礦區(qū)北部北侯家夼一帶，在楊家屯以北亦有少量分布。主要巖性為灰白色英安質或灰褐色流紋質凝灰?guī)r，含角礫凝灰?guī)r。

八畝地組(K1b)主要出露于礦區(qū)北部楊家屯—北侯家夼一帶，主要巖性為安山巖、安山質集塊角礫巖、凝灰?guī)r。

石前莊組(K1?q)主要出露于礦區(qū)中部楊家屯—北臧家夼一帶，為一套酸性火山熔巖—火山碎屑巖沉積建造，主要巖性為流紋質角礫凝灰?guī)r、膨潤土化流紋質角礫凝灰?guī)r、膨潤土，是膨潤土礦的賦存層位。厚約300m，與下伏八畝地組(K1b)呈整合接觸關系。流紋質角礫凝灰?guī)r呈灰褐色，凝灰結構，似流紋狀、塊狀構造，角礫成分為流紋巖，火山碎屑成分為流紋質火山灰。膨潤土化流紋質角礫凝灰?guī)r呈灰褐色、灰白色，凝灰結構，似流紋狀、似層狀、塊狀構造，角礫成分為流紋巖，火山碎屑成分為膨潤土化流紋質火山灰。膨潤土呈灰白色、黃綠色、淡紅色，土狀—蠟狀光澤，泥質結構，似流紋狀、似層狀、塊狀構造，主要礦物成分為蒙脫石等粘土礦物。

白堊紀王氏林家莊組(K2lj)出露于礦區(qū)南部白藤口—北臧家疃一帶，主要巖性為灰紫色礫巖、含礫砂巖夾紫紅色細砂巖、粉砂巖。與下伏石前莊組(K1?q)呈平行不整合接觸關系，厚約225m。

第四系臨沂組(Qhl)主要分布于礦區(qū)南部北臧家疃一帶低洼處，厚0～3m，為殘坡積物，由黃色含礫砂質粘土、亞粘土組成。

圖1 北臧家疃礦區(qū)地質略圖

2.2 構造

礦區(qū)呈單斜狀構造，地層走向300～10°，傾向西，傾角5～25°。礦區(qū)南部發(fā)育3 條斷層，編號分別為F1、F2、F3，其中F2 斷層規(guī)模較大。3條斷層都位于采礦權外圍，對礦層無影響。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內分布片麻狀細粒奧長花崗巖和中生代白堊紀燕山晚期的潛流紋巖。

片麻狀細粒奧長花崗巖，分布在礦區(qū)北部，片麻狀結構，塊狀構造。潛流紋巖分布在采礦權外，礦區(qū)東部、南部，對礦層無影響。呈灰褐色，斑狀結構，塊狀構造，礦物成分主要由斑晶(10%)和基質(90%)組成，斑晶主要為自形板狀透長石和他形粒狀石英，基質為微晶的長英質組成。

3 礦床地質特征

3.1 礦層特征

礦層賦存在石前莊組(K1?q)流紋質角礫凝灰?guī)r內，沿走向控制長228.23m，沿傾向控制延深158.81m，呈似層狀產出，總體走向170°，傾向西，傾角8～12°。根據(jù)礦體出露范圍與夾層的關系將劃分了3 個礦層，其中KC02 為主礦層(表1)。

表1 礦層特征一覽表

(1)KC01 礦層特征。

位于礦床下部，分布于01 線、05 線之間。礦層呈似層狀產出，總體走向170°，傾向西，傾角8～12°。沿走向控制長228.23m，沿傾向控制延深93.18m，賦存標高+103.78～+70.00m。厚度3.90～19.80m，平均厚10.28m，厚度變化系數(shù)75.68%，厚度不穩(wěn)定。KC01 礦層在01 線厚度最大，為19.80m，由01 線往03 線、05 線方向，礦層厚度逐漸變薄。礦石蒙脫石含量50.20%。

(2)KC02 礦層特征。

位于礦床中部，分布于01 線、05 線之間。礦層呈似層狀，總體走向170°，傾向西，傾角8～12°。礦層沿走向控制長228.23m，沿傾向控制延深158.81m，賦存標高+137.60～+70.00m。厚度11.83～38.20m，平均厚16.20m，厚度變化系數(shù)64.62%。KC02 礦層在03 線ZK0301 處厚度最大，為38.20m，由3 線往01 線、05 線厚度變薄，出現(xiàn)夾層。礦石自然類型主要為灰白色膨潤土、淡紅色膨潤土，次為黃綠色膨潤土。礦石蒙脫石含量44.00%～70.00%，平均值54.15%，變化系數(shù)13.45%。

(3)KC03 礦層特征。

位于礦床頂部，分布于01 線、05 線之間。礦層呈似層狀，總體走向170°，傾向西，傾角8～12°。礦層沿走向控制長228.23m，沿傾向控制延深69.28m，賦存標高+144.19～+111.91m。厚度12.70～19.09m，平均厚15.00m，厚度變化系數(shù)19.77%，厚度穩(wěn)定。礦石自然類型主要為灰白色膨潤土、淡紅色膨潤土，次為黃綠色膨潤土礦石蒙脫石含量35.40%～64.00%，平均值51.91%，變化系數(shù)14.69%。

綜上所述，該礦層具有如下特征：①主礦層厚度變化均勻，反應膨潤土形成時成礦環(huán)境和物質供應相對穩(wěn)定；②礦層產狀變化小，說明礦體受褶皺影響小，后期構造運動不明顯；③礦層在剖面上呈似層狀重復出現(xiàn)，反應成礦作用的韻律性特點。

3.2 礦石質量

(1)礦石類型。

礦石自然類型主要為灰白色膨潤土、淡紅色膨潤土，次為黃綠色膨潤土。膨潤土呈灰白色、淡紅色、黃綠色，土狀—蠟狀光澤，泥質結構，似流紋狀、似層狀、塊狀構造，主要礦物成分為蒙脫石。按蒙脫石可交換的陽離子種類劃分為鈣基膨潤土；按蒙脫石層電荷大小劃分，為高層電荷型(切托型)膨潤土[4]。

(2)礦石結構、構造。

膨潤土呈泥質結構，由極細小(＜0.005mm)的蒙脫石等粘土礦物組成，比較致密均一的[5-9]。膨潤土呈似流紋狀構造、似層狀構造、塊狀構造。

(3)礦石礦物組分。

膨潤土礦石主要礦物為蒙脫石(35%～55%)，其次為石英(20%)、鉀長石(10%)，還有伊利石、高嶺石及晶屑、巖屑(15%～35%)等。

蒙脫石呈鱗片狀集合體，邊緣界限清晰，呈彎曲狀，晶體細小，粒徑一般為0.002～0.012mm。負突起，干涉色為2 級。蒙脫石含量最大值為70.00%，最小值為35.40%，平均值為53.23%，變化系數(shù)為13.84%。石英主要呈他形粒狀，粒徑一般為0.1～2mm，部分石英呈細脈狀。鉀長石呈他形粒狀或半自形板狀，粒徑一般為1～2mm。

(4)礦石化學成分。

礦石主要化學成分平均值為：SiO269.78%、Al2O315.17%、Fe2O31.14%、FeO 0.05%、TiO20.036%、K2O 2.81%、Na2O 1.96%、CaO 1.21%、MgO 0.81%、MnO 0.152%、SO30.016%、LOI 6.33%(表2)。

表2 化學元素分析結果表 (單位：%)

3.3 圍巖和夾石特征

礦層頂?shù)装鍑鷰r為流紋質角礫凝灰?guī)r及膨潤土化流紋質角礫凝灰?guī)r，夾層主要巖性以膨潤土化流紋質角礫凝灰?guī)r為主，蒙脫石平均含量17.60%，基本上不能搭配使用，在開采時需全部剝離。

4 礦床成因探討

北臧家疃膨潤土礦床主要位于早白堊世火山盆地邊緣， 成礦母巖主要為酸性流紋巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖等。礦區(qū)中礦石基本上保留有原巖的原始構造， 常見蝕變現(xiàn)象。除蒙脫石化外， 原巖還常見水云母化、硅化等現(xiàn)象。作者認為流紋質角礫凝灰?guī)r在沉積、成巖過程中，在富水的偏堿性條件下，火山碎屑物質中的玻璃質，經沉積、水化、水解、結晶等脫?；饔?，形成蒙脫石礦物，從而形成膨潤土礦層。礦層賦存在石前莊組(K1?q)流紋質角礫凝灰?guī)r內，為陸相火山沉積水解蝕變型礦床。

5 結論

該礦床劃分三個礦層，賦存于石前莊組(K1?q)。礦石自然類型主要為灰白色膨潤土、淡紅色膨潤土，次為黃綠色膨潤土。主要有泥質結，膨潤土呈似流紋狀構造、似層狀構造、塊狀構造，礦石礦物成分主要為蒙脫石。

在富水的偏堿性條件下，火山碎屑物質中的玻璃質，經沉積、水化、水解、結晶等脫?；饔茫纬擅擅撌V物，從而形成膨潤土礦層，為陸相火山沉積水解蝕變型礦床。