吉林省長白縣虎洞溝硅藻土礦床地質(zhì)特征及成因淺析

馬駿雨

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

0 引言

1 區(qū)域地質(zhì)背景

長白縣虎洞溝一帶位于中國東北吉林省的長白山西南麓一帶，大地構(gòu)造位置位于華北陸塊，龍崗(吉南)陸塊及其北緣陸緣活動帶[5-6]。研究區(qū)大面積出露軍艦山組玄武巖，構(gòu)成平坦的玄武巖臺地。另見少量新太古界鞍山群、古元古界老嶺巖群；新元古界青白口系、南華系、古生界寒武系、奧陶系、石炭系、新生界新近系中新統(tǒng)馬鞍山村組及新近系全新統(tǒng)Ⅰ級階地及河漫灘零星分布(圖1a)。巖漿活動主要以火山噴發(fā)巖為主，侵入巖次之。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，有以硅藻土為主的非金屬礦產(chǎn)和銅、鉬、鉛等有色金屬礦產(chǎn)和黑色金屬鐵等。區(qū)域上硅藻土礦體的形態(tài)為層狀，礦體的分布受古盆地控制，盆地的次中心地帶礦床的厚度較大，質(zhì)量好、穩(wěn)定。而長白硅藻土礦正處于大盆地的子盆地中心地帶，是硅藻土成礦的有利部位。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

研究區(qū)地層主要為中生界侏羅系中—上統(tǒng)果松組(J2-3g)、新生界新近系中新統(tǒng)馬鞍山村組(N1m)、上新統(tǒng)軍艦山組(N2j)和新近系全新統(tǒng)(Qhal)。硅藻土礦層即賦存于馬鞍山組中(圖1b)。

圖1 長白縣虎洞溝一帶硅藻土礦床地質(zhì)簡圖[據(jù)中國礦產(chǎn)地質(zhì)志·吉林卷(待刊)]Fig.1 Geological sketch map of the Hudonggou area diatomite deposit in Changbai County1.軍艦山組玄武巖；2.上新統(tǒng)；3.上侏羅統(tǒng)；4.上石炭統(tǒng)；5.奧陶系；6.寒武系；7.震旦系；8.青白口系；9.老嶺群；10.鞍山群；11.燕山早期侵入巖；12.地質(zhì)界線；13.斷層；14.馬鞍山組(含礦層)；15.馬鞍山組斑狀橄欖玄武巖；16.果松組；17.虎洞溝硅藻土礦體及編號

(1)中生界侏羅系中統(tǒng)果松組(J2-3g)：該地層大面積出露于礦區(qū)北部，面積約2.34 km2，由巨厚層狀英安質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r組成。該層為馬鞍山村組沉積基底。巖石中的角礫包括英安質(zhì)角礫、石英閃長巖角礫、英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r角礫、安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r角礫及石英單礦物角礫，角礫呈次棱角狀形態(tài)，粒度一般在2.00～8.50 mm之間。

(2)新生界新近系中新統(tǒng)馬鞍山村組(N1m)：該套地層下伏于上新統(tǒng)軍艦山組(N2j)玄武巖之下，產(chǎn)狀近于水平。露頭分布于礦區(qū)南部溝谷中，分布海拔標(biāo)高700.00～800.00 m，為一套硅藻土沉積建造。按巖石組合特征分為3段，該層厚度40.00～90.00 m。其中上段(N1m4)為區(qū)內(nèi)硅藻土礦賦存層位。與下伏地層呈平行不整合接觸。自下而上分述如下：

第一層，馬鞍山村組下段(N1m3)：該段區(qū)內(nèi)厚度14.00～18.00 m，其巖性為硅藻黏土、砂巖。

第三層，馬鞍山村組上段(N1m4)：該層為區(qū)內(nèi)主要硅藻土礦賦存層位，該層?xùn)|西向長約1.20 km，南北向?qū)?.20 km，分布面積約0.35 km2。

(3)新生界新近系上新統(tǒng)軍艦山組(N2j)：分布于礦區(qū)南部，厚度16.00～61.00 m，近水平產(chǎn)出，不整合接觸于馬鞍山村組之上，由塊狀、氣孔狀玄武巖組成，構(gòu)成玄武巖臺地。

(4)新生界新近系全新統(tǒng)(Qhal)：為Ⅰ級階地及河漫灘堆積，主要分布于山坡及溝谷中，由黏土礦物(60%)、砂及玄武巖礫石(40%)組成，厚度1.60～3.30 m。

2.2 構(gòu)造

古近紀(jì)之前，基底地層中構(gòu)造以近東西向斷裂為主，北東向斷裂次之，偶見南北向斷裂，構(gòu)成了本區(qū)斷裂構(gòu)造體系。新近紀(jì)之后，主要表現(xiàn)為喜山期構(gòu)造運動，多以正斷層性質(zhì)的滑坡形式發(fā)育在玄武巖的邊部，對礦層破壞作用不大。

研究區(qū)內(nèi)主要為一北東向新生代盆地，盆地邊緣位于夾心崗、錯草頂子?xùn)|一帶，該區(qū)位于盆地中心部位。礦區(qū)構(gòu)造簡單，地層與含礦層傾向與傾角一致，礦區(qū)地層和礦層傾向北東，傾角1°～5°，局部由于新構(gòu)造運動的影響傾角較大。

2.3 巖漿巖

研究區(qū)內(nèi)巖漿發(fā)育，分布廣泛，約占全區(qū)面積的2/3，主要由火山噴發(fā)巖為主，侵入巖次之。噴出巖大面積分布于區(qū)域內(nèi)，為新生界上新世軍艦山組玄武巖和中新世馬鞍山村組玄武巖，形成玄武巖臺地，巖性為氣孔狀、塊狀、斑狀玄武巖；侵入巖僅在區(qū)域的北西角、南西角和南部有小面積出露。由中生代早白堊世閃長巖(δK1)、二長花崗巖(ηγK1)組成。閃長巖(δK1)出露于區(qū)域的北西角，分布面積約0.30 km2。二長花崗巖(ηγK1)出露于區(qū)域的南西角和南部，南西角分布面積約3.70 km2，南部分布面積約0.10 km2。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦床賦存于新生界新近系中新統(tǒng)馬鞍山村組中，礦體頂板傾角一般在0°～4°之間，底板傾角一般在0°～5°之間，礦體總體產(chǎn)狀近于水平。礦層頂、底板為硅藻黏土、砂巖或玄武巖。礦體的形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀，在空間上嚴(yán)格受古地貌和沉積巖相控制。礦體在含礦層(N1m4)中，垂直方向具有明顯韻律。一個完整韻律組成順序自下而上為：硅藻黏土-黏土質(zhì)硅藻土-含黏土硅藻土-硅藻土-含黏土硅藻土-黏土質(zhì)硅藻土-硅藻黏土。根據(jù)硅藻土礦體賦存特征及礦體對應(yīng)關(guān)系，將區(qū)內(nèi)硅藻土礦體自下而上劃分為①、②、③號3條礦體。

(1)①號礦體：該礦體位于馬鞍山村組下部第一含礦層(N1m42)中。礦體總體傾向北西，局部傾向南東，礦體及頂?shù)装鍍A角一般在0°～3°之間，礦體底板最大傾角10°。礦體主要為硅藻黏土組成。該礦體東西向長約1.30 km，南北向?qū)捈s0.20 km，分布面積約0.33 km2。礦體由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級品硅藻土組成，質(zhì)量較好的Ⅰ級品硅藻土分布在礦體中部，兩側(cè)為Ⅱ、Ⅲ級品。

(2)②號礦體：該礦體位于馬鞍山村組中部第二含礦層(N1m44)中，礦體規(guī)模最大。礦體總體傾向北西，局部傾向南東，礦體及頂?shù)装鍍A角一般在0°～3°之間，礦體底板最大傾角7°。礦體主要為硅藻黏土組成。該礦體東西向長約1.30 km，南北向?qū)捈s0.23 km，分布面積約0.33 km2。礦體由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級品硅藻土組成，質(zhì)量較好的Ⅰ級品硅藻土分布在礦體中部，兩側(cè)為Ⅱ、Ⅲ級品。

(3)③號礦體：該礦體位于馬鞍山村組上部第三含礦層(N1m46)中，礦體規(guī)模較小。礦體總體傾向南東，礦體及頂?shù)装鍍A角一般在0°～3°之間。礦體主要為硅藻黏土組成?？刂圃摰V體東西向長約1.10 km，南北向?qū)捈s0.30 km，分布面積約0.20 km2。礦體由Ⅱ、Ⅲ級品硅藻土組成，Ⅱ級品硅藻土位于Ⅲ級品上部。

3.2 礦石質(zhì)量

礦石主要為灰綠色，生物結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)生物結(jié)構(gòu)，微層狀、塊狀構(gòu)造，單層厚1～10 mm。礦石主要礦物組分為硅藻土，成分為蛋白石，非晶質(zhì)，種屬以小環(huán)藻、直鏈藻為主，少量針桿藻，硅藻質(zhì)量分?jǐn)?shù)61.50%～94.20%，其它礦物蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～4.10%，云母質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～3.80%，綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～3.50%，石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.80%～8.40%，長石質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.10%～15.20%，菱鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～4.50%(表1)。

表1 礦石主要化學(xué)組分含量統(tǒng)計表

區(qū)內(nèi)礦石結(jié)構(gòu)特征分為三種自然類型，包括：硅藻土、含黏土硅藻土、黏土質(zhì)硅藻土，其中硅藻土為小環(huán)藻(圖2a)，藻體破損較重，環(huán)直徑0.025～0.050 mm，小孔呈環(huán)狀整齊分布，破損藻體定向分布。石英、長石、云母等較均勻零散分布硅藻間；含黏土硅藻土以小環(huán)藻為主(圖2a)，環(huán)直徑0.020～0.045 mm，藻體部分完整，小孔呈環(huán)狀整齊分布，少見單體圓筒狀直鏈藻，筒直徑0.010～0.023 mm，藻體較完整，筒壁有整齊的格子狀小孔分布，常連成長直鏈，破損狀；黏土質(zhì)硅藻土以單體圓筒狀直鏈藻為主(圖2b)，筒直徑0.01～0.03 mm，藻體較完整，筒壁可見整齊的格子狀小孔分布，常連成長鏈，少見篩狀圓篩藻，篩直徑最大可達(dá)0.04 mm。

圖2 硅藻土顯微照片F(xiàn)ig.2 Micrographs of the diatomite

礦石化學(xué)組分見表2。由表可以看出，①至③號礦體礦石有益組分SiO2均勻分布，且有害組分變化系數(shù)小，由于礦層中硅藻含量和SiO2含量成正相關(guān)[7]，總體來看，礦石硅藻含量均勻，質(zhì)量穩(wěn)定。

表2 礦石主要化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計表

3.3 礦石品級

按工業(yè)用途及各類型礦石主要化學(xué)組分劃分為Ⅰ級品、Ⅱ級品、Ⅲ級品三個品級，各品級礦石自然類型、化學(xué)組分和工業(yè)用途詳見表3(②號主礦體)。

表3 礦石自然類型與工業(yè)品級對照表(據(jù)[8])

4 礦床成因

從生物地層分析，硅藻的生長是形成硅藻土的必要條件。硅藻是一類單細(xì)胞植物，是由幾個或很多細(xì)胞個體連接成各式各樣的群體。作為浮游植物廣泛生存于海洋、淡水、泥土及潮濕的表面。硅藻土繁衍的重要條件是充足的SiO2供給[8]。硅藻的單細(xì)胞植物死亡后在一定的地質(zhì)條件下長期堆積保存，便形成了硅藻土礦床。

通過資料可知，該區(qū)構(gòu)造運動強烈。在不斷加強的燕山期構(gòu)造運動影響下，侏羅紀(jì)中酸性火山巖噴發(fā)形成了陸相火山巖及碎屑巖，經(jīng)過漫長的演化過程，于晚侏羅世末期形成了廣袤的陸相盆地，白堊紀(jì)之后，在喜馬拉雅運動導(dǎo)致斷塊升降的影響下，原有中生代陸相盆地發(fā)生沉陷，并接受了河流沖積相、濱湖相、湖相沉積，沉積盆地為硅藻的生存、遺骸的堆積提供了良好的場所，湖盆的古地理形態(tài)控制著礦體的空間形態(tài)、分布，凹處礦層變厚，凸起處礦層變薄，邊緣處礦層尖滅。新生界火山巖的噴發(fā)覆蓋在凹陷盆地之上，具有間歇火山噴發(fā)與周期性河流-湖泊相交替特征[9]。

綜上，中新世火山巖基底盆地為硅藻土提供了良好的水質(zhì)、陽光、氣候條件，間歇性的玄武質(zhì)火山噴發(fā)活動產(chǎn)生的可溶性SiO2作為豐富的物質(zhì)來源，為硅藻的生長、繁殖提供了必要的成礦物質(zhì)來源；而后期的玄武質(zhì)火山噴發(fā)活動將已形成的硅藻土礦層覆蓋，對硅藻土礦床起到了良好的保護作用，使硅藻土礦得以保存，免風(fēng)化和流失。

5 找礦標(biāo)志

(1)大面積新生代玄武巖分布區(qū)，形成的臺地地貌。

(2)新生代陸相盆地。

(3)新生界新近系中新統(tǒng)馬鞍山村組(N1m4)地層。

6 結(jié)論

本文通過對前人資料整理和野外勘查等工作，研究該區(qū)硅藻土礦床的礦體特征、礦石質(zhì)量及硅藻類型，探討該區(qū)硅藻土礦床成因，總結(jié)其找礦標(biāo)志。得出以下結(jié)論：

(1)該區(qū)硅藻土礦形成于新近紀(jì)中新世時期，是以生物沉積為主、機械沉積為輔的淡水湖泊相沉積型礦床，古環(huán)境和古盆地對硅藻土的形成具有重要意義。

(2)該區(qū)硅藻土礦床受古盆地影響，礦體總體產(chǎn)狀近于水平，相同沉積盆地內(nèi)明顯具有標(biāo)高控礦的特點，對長白地區(qū)硅藻土找礦具有重要意義。

(3)新生界馬鞍山村組在區(qū)域內(nèi)分布較廣并受北東—南西向展布的斷陷盆地控制，硅藻土找礦具有較大前景。