蘇皖蘇皖號(hào)凹凸棒石粘土礦床號(hào)粘土礦層特征與成因分析

蘇皖蘇皖號(hào)凹凸棒石粘土礦床號(hào)粘土礦層特征與成因分析

0非金屬礦體形態(tài)結(jié)構(gòu)及微量元素的特點(diǎn)高家洼-王家灘凹凸混凝土夾土礦位于縣城南部，面積約1.8公里。凹凸棒石粘土是具有特殊纖維狀晶體形態(tài)結(jié)構(gòu)和獨(dú)特吸附、膠體、充填等特性的稀有非金屬礦,并含有豐富的微量元素。因其生產(chǎn)加工工藝簡(jiǎn)單,產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng),具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,近來(lái)得到了地方政府的重視和培育。通過(guò)分析高家洼—梁家洼凹凸棒石粘土的成礦特征和礦床成因的研究,對(duì)今后在成礦帶內(nèi)尋找新的礦床,具有重要的理論價(jià)值和找礦意義。1下系和上新統(tǒng)三垛組巖組構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)特征高家洼—梁家洼凹凸棒石粘土礦位于蘇皖凹凸棒石粘土成礦帶的北部邊緣,在區(qū)域構(gòu)造上,成礦帶位于郯廬深斷裂帶以東,張八嶺隆起與金湖凹陷之間(圖1)。區(qū)內(nèi)出露地層主要為上元古界震旦系上統(tǒng)、新生界第三系。震旦系上統(tǒng)陡山沱組(Z2d)為一套淺變質(zhì)巖,由千枚狀粉砂巖、千枚狀頁(yè)巖、薄層泥灰?guī)r、薄層灰?guī)r組成;燈影組(Z2dn)由中厚層含硅質(zhì)、灰質(zhì)白云巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、千枚狀頁(yè)巖、薄層砂巖組成;下第三系漸新統(tǒng)三垛組由砂巖、泥巖、砂礫巖組成;上第三系中新統(tǒng)下草灣組由玄武巖、泥巖、砂巖及粘土組成;上第三系上新統(tǒng)桂五組由玄武巖夾1層～2層泥巖(局部相變?yōu)檎惩?組成。蘇皖成礦帶凹凸棒石粘土礦即賦存于下草灣組、桂五組,其中下草灣組中見有Ⅰ層～Ⅴ層粘土礦,桂五組中見有Ⅵ、Ⅶ兩層凹凸棒石粘土礦。區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為北北東向斷裂及其控制的隆起和凹陷帶構(gòu)成。巖漿巖主要為沿北西向方山—女山斷裂帶噴發(fā)的玄武巖及燕山晚期受北北東向和北西向構(gòu)造帶所控制的淺成相閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、中—淺成相花崗斑巖、石英正長(zhǎng)斑巖等小巖枝、巖株、巖墻。2下草灣組巖相特征礦區(qū)地表出露及鉆孔揭露的地層為下第三系漸新統(tǒng)三垛組上段及上第三系中新統(tǒng)下草灣組。三垛組上段:為內(nèi)陸河湖相紅色碎屑巖。巖性為紫紅色、磚紅色、黃褐色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、砂礫巖。下草灣組:為一套河湖相沉積建造,可分為兩個(gè)巖性段。下段巖性為灰白、灰黃、灰綠、磚紅等雜色砂質(zhì)礫巖、礫質(zhì)砂巖、泥質(zhì)礫巖、泥巖、粘土,局部見有透鏡狀Ⅳ號(hào)粘土礦層;上段巖性主要為灰白、淺灰白色、青灰色凹凸棒石粘土、膨潤(rùn)土、粉砂質(zhì)粘土、粉砂等,為Ⅴ號(hào)粘土礦層賦存部位。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單,地層傾角平緩,呈近水平層狀,受沉積斷陷湖盆所控制,未見巖漿巖(圖2)。3地層地質(zhì)特征礦區(qū)內(nèi)見有兩層粘土礦層,相當(dāng)于區(qū)域成礦帶中的Ⅳ、Ⅴ號(hào)粘土礦層(圖3)。Ⅳ號(hào)粘土礦層呈透鏡狀,僅在7線附近見有,分布范圍較小,厚1.77m,為膨潤(rùn)土礦。Ⅴ號(hào)粘土礦層呈層狀、似層狀,產(chǎn)狀與地層基本一致,近于水平,略具微波狀。礦層穩(wěn)定,北東—南西向控制長(zhǎng)800m,北西—南東向控制長(zhǎng)最大1262.77m,厚1.18m～23.11m,平均厚9.17m。Ⅴ號(hào)礦層又分為上下2個(gè)分礦層(即Ⅴ1下部分礦層、Ⅴ2上部分礦層),兩分礦層之間見有厚度不等的粉砂層,局部為粘結(jié)粉砂與粉砂質(zhì)粘土互層或相變?yōu)榉凵百|(zhì)粘土,Ⅴ2分礦層的上部見有厚0.21m～1.40m不等的蛋白石層。Ⅴ號(hào)粘土礦層與頂板界線清晰,與底板無(wú)明顯界線,多存在漸變關(guān)系(巖性互混)。開采塘口礦層中發(fā)掘出大量脊椎動(dòng)物化石碎片。并且可見到水平層理和細(xì)砂、渾圓狀石英礫等“陸源”碎屑。3.1礦石的礦物成分礦層內(nèi)見有凹凸棒石粘土礦、膨潤(rùn)土礦兩種礦石自然類型,以凹凸棒石粘土礦為主,占礦石總資源量的86%。凹凸棒石粘土礦:淺灰色帶綠色,干后呈白色帶黃色,含水時(shí)呈肥皂狀光澤,干燥呈土狀光澤,塊狀構(gòu)造。偏光顯微鏡下,主要為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)、顯微聚纖維狀變晶結(jié)構(gòu)。凹凸棒石呈纖維狀、拉長(zhǎng)的片狀、氈狀,不均勻分布于蒙脫石集合體中,與蒙脫石界線不清楚。電鏡下,凹凸棒石呈完好的纖維狀晶體,其集合體呈交織狀或束狀或呈蒙脫石花瓣?duì)罴傧蟆?jù)X衍射分析及薄片鑒定,礦石的礦物成分主要為凹凸棒石(最高含量達(dá)60%)、蒙脫石、水云母,次為方解石、石英、長(zhǎng)石、白云石,微量礦物為鋯石、磁鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦、榍石、電氣石、蛋白石、玉髓、伊丁石等。膨潤(rùn)土礦:灰綠色,塊狀構(gòu)造。偏光顯微鏡下,為含粉砂泥狀結(jié)構(gòu)、顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)。蒙脫石呈顯微鱗片狀,集合體呈團(tuán)粒狀、拉長(zhǎng)的扁豆?fàn)?、不?guī)則條紋狀,輪廓界線不清,表面混濁。電鏡下,蒙脫石呈花瓣?duì)?礦物邊緣呈卷曲狀、突刺狀或渦旋狀。礦石的礦物成分主要為蒙脫石、水云母、粘土礦物總量70%～80%,次為凹凸棒石、方解石、石英、長(zhǎng)石、滑石等。3.2礦物與礦物相對(duì)比為5.礦區(qū)內(nèi)礦石的化學(xué)組成(表1)與礦石類型及其的礦物組成密切相關(guān)。凹凸棒石粘土礦化學(xué)成分以SiO2、MgO、Al2O3為主,并含有一定量的Fe2O3,膨潤(rùn)土礦以SiO2、Al2O3、Fe2O3為主,MgO含量相對(duì)凹凸棒石粘土礦較低。上述兩種礦石化學(xué)成分的平均值與鄰近龍王山、雍小山、黃泥山礦區(qū)凹凸棒石粘土礦、龍王山頂?shù)装逍鋷r化學(xué)成分的對(duì)比見圖4。從圖4中可以看出,此礦區(qū)凹凸棒石粘土礦與鄰近礦區(qū)化學(xué)成分變化趨勢(shì)基本一致,而膨潤(rùn)土礦與凹凸棒石粘土礦有一定的差異。膨潤(rùn)土礦與玄武巖的化學(xué)成分變化趨勢(shì)基本一致,表明兩者之間有成因關(guān)系。3.3礦石的物理性能和技術(shù)性能粘土礦石的質(zhì)量主要取決于礦石的物化性能和工藝性能,亦即礦石的吸附性能和膠體性能。礦層內(nèi)各類型礦石物性測(cè)試結(jié)果見表2。4鉆床材料4.1礦層及夾層粘土區(qū)域地質(zhì)資料表明,盱眙地區(qū)中新世下草灣期除了佛窩隆起帶外,幾乎全是沉積區(qū),并形成了河橋—興隆(西側(cè))和穆店—蓮塘(東側(cè))兩個(gè)沉積中心區(qū)。礦區(qū)位于隆起帶的東側(cè),東沉積中心區(qū)的西北邊緣部位(圖5)。礦區(qū)及周圍未見玄武巖,而鄰近龍王山、白虎山均有玄武巖,說(shuō)明形成本礦區(qū)凹凸棒石粘土含礦層的物質(zhì)主要來(lái)源于鄰區(qū)玄武巖火山碎屑或富鎂的玄武巖。礦層內(nèi)方解石、粉砂級(jí)石英碎屑(外來(lái)碎屑物質(zhì))含量較高,亦表明成礦物質(zhì)經(jīng)搬運(yùn)、堆積改造而成。從礦區(qū)內(nèi)礦層及夾層粘土的微量元素Sr/Ba比值(表3)可以看出,凹凸棒石粘土層形成時(shí)水體的鹽度較低,而膨潤(rùn)土形成時(shí)鹽度較大,表明形成凹凸棒石粘土的水體是淡水,屬內(nèi)陸湖盆沉積環(huán)境。含礦層pH值測(cè)定結(jié)果揭示了凹凸棒石粘土形成時(shí)的水體的pH值在8.3左右,膨潤(rùn)土形成時(shí)的pH值在8.5左右,這一現(xiàn)象說(shuō)明了凹凸棒石粘土與膨潤(rùn)土形成的水體環(huán)境不同。4.2盆地內(nèi)沉積相通過(guò)上述分析,凹凸棒石粘土礦的成因簡(jiǎn)述如下:①成礦物質(zhì)主要來(lái)源于玄武質(zhì)火山碎屑或富鎂的玄武巖。②古地理?xiàng)l件是中新世以來(lái)形成的準(zhǔn)平原地貌,發(fā)育著內(nèi)陸淡水湖盆。當(dāng)玄武質(zhì)火山碎屑或富鎂的玄武巖在表生作用條件下發(fā)生分解和粘土化,并經(jīng)搬運(yùn)至盆地內(nèi)沉積起來(lái)。③凹凸棒石粘土礦形成的機(jī)理。上述湖盆的沉積物,在半干旱的條件下,經(jīng)潛水及地表水的作用發(fā)生水解,在堿性介質(zhì)中重新組合形成蒙脫石、水云母等粘土礦物。當(dāng)環(huán)境中MgO、SiO2濃度增加,Al2O3濃度相對(duì)減少時(shí),蒙脫石礦物相將不穩(wěn)定,發(fā)生向凹凸棒石礦物相的轉(zhuǎn)變。在掃描電鏡下,可見到凹凸棒石呈清晰的蒙脫石花瓣?duì)罴傧?說(shuō)明凹凸棒石是由蒙脫石轉(zhuǎn)化而來(lái)。