建昌盆地膨潤(rùn)土屬性特征研究

田彥凱

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧沈陽(yáng) 110004）

冀北—遼西地區(qū)位于華北陸塊北緣，燕山構(gòu)造帶的中東段。早白堊世該區(qū)擠壓作用減弱，NW-SE 向的伸展作用加強(qiáng)，巖石圈由縮短為主轉(zhuǎn)向伸展為主，形成了一系列NNE 向延伸的斷陷和斷隆[1]。在遼寧西部建昌—喀左—朝陽(yáng)—北票一帶形成了朝陽(yáng)中生代疊加盆—嶺系，由北票盆地、大城子—四官營(yíng)子盆地、建昌盆地、建平斷隆、瓦房子斷隆組成。盆地受NE 向基底斷裂控制，堆積了巨厚的火山巖含膨潤(rùn)土建造及碎屑巖含煤、油頁(yè)巖建造[2]。

前人對(duì)建昌盆地的構(gòu)造、地層、古生物等已經(jīng)開展了一定的研究工作，而礦產(chǎn)方面的研究相對(duì)薄弱。本文以膨潤(rùn)土礦為切入點(diǎn)，對(duì)建昌盆地膨潤(rùn)土的屬性特征進(jìn)行了分析，初步研究了膨潤(rùn)土、礦化膨潤(rùn)土的礦石屬性及理化特征。

1 地質(zhì)背景

建昌盆地位于遼寧省西部，為一總體呈NE-NNE向展布的單斜盆地。盆地東緣為馬家店正斷層和建昌逆沖斷裂，西緣為太陽(yáng)山隆起，西北接大城子—四官營(yíng)子盆地，南與要路溝—葫蘆島斷裂與山海關(guān)隆起相連；南北長(zhǎng)約60km，東西寬約15km，面積約900km2（圖1）。中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司（CNPC）對(duì)建昌盆地進(jìn)行了地震數(shù)據(jù)采集，王旖旎等對(duì)地震剖面資料進(jìn)行了重新解譯，初步恢復(fù)了盆地原型，建立了早白堊世構(gòu)造—沉積格架[3]（圖2）。認(rèn)為建昌逆沖斷裂控制了建昌盆地早期的構(gòu)造演化，馬家店正斷層控制了早白堊世火山巖、碎屑巖的沉積序列。

圖2 建昌盆地構(gòu)造樣式圖

建昌盆地中發(fā)育了較為完整的早白堊世地層，由老至新依次為義縣組、九佛堂組和冰溝組。義縣組底部為灰褐色安山巖及火山碎屑巖夾氣孔狀玄武巖，局部地段見有流紋巖和松脂巖，斷續(xù)分布在盆地西側(cè)，呈角度不整合覆蓋在土城子組砂礫巖或髫髻山組安山巖之上；中部以雜色復(fù)成分礫巖，灰黃色、灰白色砂巖為主，夾有少量的灰綠色泥巖，在盆地西側(cè)連續(xù)分布；頂部為灰褐色安山巖、青灰色角閃安山巖、安山質(zhì)玄武巖及火山碎屑巖,夾薄層角礫凝灰?guī)r,局部可見膨潤(rùn)土礦化，大面積分布于盆地中部。九佛堂組整合于義縣組之上，下部主要由凝灰?guī)r、安山巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖、砂礫巖夾灰白色砂巖組成；上部由灰綠色頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖夾粉砂巖、油頁(yè)巖，灰褐色安山巖夾凝灰?guī)r組成，是油頁(yè)巖和膨潤(rùn)土的主要賦礦層位，也是熱河生物群重要的含化石層位。冰溝組與下伏九佛堂組整合接觸，巖性為灰黃色礫巖、雜色礫巖、含礫砂巖，夾灰紫、灰綠色砂巖、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、灰綠色頁(yè)巖。

2 建昌盆地膨潤(rùn)土分布及規(guī)模

建昌盆地膨潤(rùn)土礦體主要分布在喇嘛洞—素珠營(yíng)子一帶，呈NE向似層狀產(chǎn)于早白堊系九佛堂組與中元古界接觸帶附近的凝灰?guī)r中，屬凝灰?guī)r水解型膨潤(rùn)土礦床。喇嘛洞膨潤(rùn)土礦體NW-N傾，傾向300°～13°，傾角5°～15°，走向延長(zhǎng)200～500m，傾向延伸100～300m，目前已開發(fā)利用；素珠營(yíng)子膨潤(rùn)土礦體總體NW傾，傾向315°，傾角45°，可見走向延長(zhǎng)130m，向南西隱伏于地表之下，出露最大寬度18.2m，為本次地質(zhì)找礦工作揭露。

膨潤(rùn)土礦化體主要分布在蒿子溝、石佛地區(qū)，呈近SN、NE向?qū)訝町a(chǎn)于早白堊世義縣組上部的角礫凝灰?guī)r中，屬角礫凝灰?guī)r水解型膨潤(rùn)土礦化帶。蒿子溝膨潤(rùn)土礦化體走向近南北，產(chǎn)狀75°∠20°，走向延伸1200m，出露最大寬度近70m，規(guī)模較大；石佛膨潤(rùn)土礦化體走向北東東向，產(chǎn)狀158°∠22°，出露長(zhǎng)度346m，出露最大寬度11m，均為本次地質(zhì)找礦工作揭露。

3 建昌盆地膨潤(rùn)土屬性特征研究

3.1 膨潤(rùn)土表觀特征

膨潤(rùn)土顏色多樣，呈藍(lán)色、紫紅色、黃白色、紫灰色、淡青色，凝灰結(jié)構(gòu)，風(fēng)化呈土狀，原巖為塊狀，貝殼狀斷口，臘狀光澤，細(xì)膩具滑感，具可塑性與粘結(jié)性，遇水膨脹，失水后形成龜裂或團(tuán)塊狀。

礦化膨潤(rùn)土多呈藍(lán)色、藍(lán)綠色，角礫凝灰結(jié)構(gòu)，風(fēng)化呈砂土狀，原巖為塊狀，參差狀斷口，無(wú)光澤，有砂感，可見角礫，可塑性與粘結(jié)性差，遇水弱膨脹。

3.2 膨潤(rùn)土礦石屬性

結(jié)合本次地質(zhì)找礦工作采集的膨潤(rùn)土樣品（表1）物性測(cè)試結(jié)果來(lái)看，建昌盆地膨潤(rùn)土、礦化膨潤(rùn)土可交換陽(yáng)離子ECa2+與陽(yáng)離子交換容量CEC的比值普遍高于50%，可交換陽(yáng)離子ENa+遠(yuǎn)小于可交換陽(yáng)離子ECa2+（表1），初步判定該地區(qū)的膨潤(rùn)土礦石屬性為鈣基膨潤(rùn)土。

表1 物性測(cè)試結(jié)果

3.3 膨潤(rùn)土礦物組成

通過對(duì)建昌盆地膨潤(rùn)土X射線衍射分析（表2），素珠營(yíng)子膨潤(rùn)土主要礦物成分為蒙脫石，含量70%左右，次要礦物為石英、長(zhǎng)石，基本不含其它礦物，顯示膨潤(rùn)土陸源碎屑較少，火山玻璃含量較高，脫玻水解作用較充分，礦石質(zhì)量較好。石佛、蒿子溝礦化膨潤(rùn)土蒙脫石含量普遍偏低，含量30%左右，石英、長(zhǎng)石含量相對(duì)較高，基本在55%以上，此外，還見有少量的高嶺石、角閃石，顯示陸源碎屑、火山巖碎屑含量較高，占主導(dǎo)地位，火山玻璃含量低，膨潤(rùn)土礦化差。

表2 X射線衍射分析結(jié)果

3.4 膨潤(rùn)土DAT曲線特征

膨潤(rùn)土DAT曲線（圖3）第一吸熱峰為雙峰，可視為鈣基膨潤(rùn)土的特征曲線[4]。主峰是逸出大量吸附水和層間水，吸收熱量所造成的；溫度略高的復(fù)峰是脫去晶層鈣離子周圍束縛的水分子，消耗熱能所造成的。素珠營(yíng)子膨潤(rùn)土第一吸熱峰溫度較之石佛、蒿子溝礦化膨潤(rùn)土要高，說(shuō)明素珠營(yíng)子膨潤(rùn)土比石佛、蒿子溝礦化膨潤(rùn)土含水量多，粘性大。

圖3 不同膨潤(rùn)土的差熱曲線

膨潤(rùn)土DAT曲線第二吸熱峰是脫去結(jié)晶水消耗熱能所造成的。第二吸熱峰出現(xiàn)的早晚，可用于評(píng)價(jià)膨潤(rùn)土耐熱性能的優(yōu)劣。素珠營(yíng)子膨潤(rùn)土脫去結(jié)晶水的溫度普遍在700℃左右，石佛、蒿子溝礦化膨潤(rùn)土脫去結(jié)晶水的溫度在500℃左右，說(shuō)明礦化膨潤(rùn)土鐵、鎂含量較高，雜質(zhì)較多，耐熱性能差，致使第二吸熱峰溫度偏低。

膨潤(rùn)土DAT曲線第三吸熱峰是蒙脫石結(jié)構(gòu)徹底破壞，生成非晶質(zhì)無(wú)水蒙脫石的溫度。在第三吸熱峰之后，膨潤(rùn)土?xí)３３霈F(xiàn)一個(gè)放熱峰，而礦化膨潤(rùn)土則沒有，這也是區(qū)別膨潤(rùn)土礦化程度的標(biāo)志。

3.5 膨潤(rùn)土其他理化特性

素珠營(yíng)子膨潤(rùn)土吸藍(lán)量75.0～123.8mmol/100g，平均97.2mmol/100g；膠質(zhì)價(jià)含量67.0～76.0mL/15g，平均71.8mL/15g；膨脹倍數(shù)7.0～7.5mL/g，平均7.2mL/g。石佛、蒿子溝礦化膨潤(rùn)土吸藍(lán)量28.8～47.5mmol/100g，平均38.6mmol/100g；膠質(zhì)價(jià)含量35.0～40.0mL/15g，平均37.6mL/15g；膨脹倍數(shù)3.6～4.0mL/g，平均3.8mL/g。不難看出，素珠營(yíng)子膨潤(rùn)土的各種理化指標(biāo)基本是石佛、蒿子溝礦化膨潤(rùn)土的兩倍，膠質(zhì)價(jià)、膨脹容與吸藍(lán)量呈正向相關(guān)。相較于優(yōu)質(zhì)的建平膨潤(rùn)土，建昌盆地膨潤(rùn)土的親水性、分散性、膨脹性和潤(rùn)滑性均有一定差距，更傾向于與黑山膨潤(rùn)土理化性質(zhì)一致，更適合鑄造用或冶金球團(tuán)用。

4 結(jié)論

（1）建昌盆地是中生代晚期形成的伸展型斷陷盆地，建昌逆沖斷裂控制了盆地早期的構(gòu)造演化，馬家店正斷層控制了早白堊世火山巖、碎屑巖的沉積序列。

（2）建昌盆地膨潤(rùn)土礦體主要賦存于早白堊系九佛堂組與中元古界接觸帶附近的凝灰?guī)r中，屬凝灰?guī)r水解型膨潤(rùn)土礦床。膨潤(rùn)土多呈似層狀NE向展布，地表出露的雜色凝灰?guī)r是其找礦的直接標(biāo)志。

（3）從膨潤(rùn)土的表觀特征、礦石屬性、礦物組成、DAT 曲線特征和其他理化特性可知，建昌膨潤(rùn)土屬鈣基膨潤(rùn)土，土中含有少量的陸源碎屑物質(zhì)，耐熱性能較好，適于鑄造用或冶金球團(tuán)用。