信陽上天梯一帶珍珠巖礦地質(zhì)特征

鄧 峰，王朝暉，周世全

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，河南 南陽 473000）

1 概況

信陽上天梯珍珠巖礦區(qū)位于河南信陽與羅山交界處，隸屬于五里店鎮(zhèn)與青山鄉(xiāng)管轄。該區(qū)是我國一個集珍珠巖、鈣、鈉基膨潤土、沸石與含堿玻璃原料疊置共生的復(fù)合型重要非金屬礦產(chǎn)地。礦區(qū)交通方便，與寧西、京廣鐵路相鄰，與京、廣、滬、陜高速公路貫通，原料、成品經(jīng)鐵路、公路可運達全國各地。

珍珠巖包括黑曜巖和松脂巖，為火山噴發(fā)的酸性熔巖，經(jīng)急驟冷卻形成的玻璃質(zhì)巖石。該區(qū)產(chǎn)出的珍珠巖與其制品具容重輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性好、使用溫度范圍廣、防潮、防火、防水、防輻射、無味、保溫、吸音等特性，廣泛應(yīng)用于國防、建筑、化工、石油、冶金、機械、運輸、造船、農(nóng)業(yè)，多種助濾劑等工業(yè)部門。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

上天梯珍珠巖礦床位于我國大別—秦嶺典型復(fù)合大陸中央造山系的東部。該區(qū)處于信陽—霍山中生代火山噴發(fā)帶的東部，珍珠巖自西至東展布于信陽、石山口、潑河近東西向延伸的三個火山盆地內(nèi)，盆地配置于信陽群變質(zhì)巖系之上，盆地是大別—秦嶺造山帶主造山期強烈的陸內(nèi)造山作用減弱后，北緣進入后造山階段伸展、伴隨走滑機制條件下形成的。

區(qū)內(nèi)主要巖石地層單元有中元古界信陽群，包括龜山組、南灣組的一套變質(zhì)巖系，厚約1000～5000m，厚度變化大；下白堊統(tǒng)陳棚組火山熔巖及火山碎屑巖類、火山—沉積碎屑巖類及次火山巖系，厚約500～1000m，上部為珍珠巖的產(chǎn)出層位，不整合在信陽群之上；上白堊統(tǒng)周家灣組砂巖、砂礫巖、礫巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)石膏，厚約400～1300m，不整合于陳棚組之上，其次為第四系泥土、砂礫石、砂土等。珍珠巖火山巖帶南部倚靠龜山—梅山東西向大斷裂，北部與信陽—羅山盆地相鄰，由于北東向斷裂的發(fā)育，且疊加交錯于大斷裂之上，將火山巖帶形成自西向東分布的三個斷陷型火山盆地。盆地基底信陽群組成與大斷裂基本同向的復(fù)式向斜，并派生一些小型的背向型構(gòu)造，在大斷裂帶附近，則伴隨北東向斷裂和近東西向斷裂的發(fā)育。在一定程度上破壞了整個珍珠巖礦帶的完整性。

3 礦床地質(zhì)特征及成因討論

3.1 含礦地層

珍珠巖產(chǎn)于下白堊統(tǒng)陳棚組的上部，陳棚組為一套酸性火山巖、火山碎屑巖，含少量陸源沉積巖、次火山巖。在大別山北麓廣泛分布，主要出露在信陽游河堯凹沖、平橋、五里店、羅山青山店、仙橋至光山陳棚等地。巖石類型復(fù)雜，下部為皇城山段，主要為凝灰?guī)r類；中段為上天梯段，為火山—沉積碎屑巖類；上段稱為楊家灣段，為流紋巖—珍珠巖建造，屬陳棚組末期大規(guī)?；鹕絿娨绲幕鹕饺蹘r產(chǎn)物，是珍珠巖的唯一賦存層段，自西向東分布于信陽的游河堯凹沖、平橋蔡家牌坊、羅山青龍寨等地。在平橋楊家灣、馬鞍山最發(fā)育，劉家沖一帶厚約227.14m。

該套火山雜巖位于東西向的構(gòu)造帶上，活動形式早期以噴發(fā)為主，間有火山侵入，中期為火山沉積，后期則以火山噴溢為主。形成火山噴發(fā)、火山沉積、火山噴溢三個旋回。

3.2 礦體地質(zhì)特征

珍珠巖礦體均產(chǎn)于楊家灣段上部的酸性熔巖帶內(nèi)，與流紋巖、膨潤土、沸石礦緊密共生。構(gòu)成多元復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。礦區(qū)內(nèi)主要珍珠巖礦體有7個，其次尚有局部分布的小型礦體。珍珠巖礦體受古地形與熔巖流的控制而呈似層狀、舌狀、豆莢狀及囊狀等形態(tài)。位于熔巖體的中上部，礦體各不相連，并呈近東西向串珠狀展布，平面上呈“Z”字型，最大的4、7號兩礦體則位于“Z”字型的轉(zhuǎn)折端。

4、7號礦體長度分別為1400m和1500m，寬度在300～800m，厚度最大在102m，其他礦體一般長50～800m，寬50～570m，厚度在10～60m，礦體一般傾向北東，緩傾產(chǎn)出，傾角一般7～15°，與圍巖呈平行和凹凸?fàn)罱佑|，厚度一般中間厚兩邊薄。礦體在南部、中部一般出露于地表，局部被流紋巖及少量沸石巖、膨潤土透鏡體覆蓋。而北部多被上白堊統(tǒng)周家灣組砂礫巖超覆其上。礦體的底板直接為脫?；纬傻呐驖櫷梁湍屹|(zhì)頁巖、沸石巖。珍珠巖內(nèi)見有流紋巖和凝灰質(zhì)巖石和其他巖石的捕擄體，且在局部分布大量圍巖捕擄體，并有燧石巖、膨潤土及強脫玻化珍珠巖的夾石，而影響礦石的質(zhì)量。礦體與流紋巖接觸處，常發(fā)育強烈的柱狀節(jié)理，產(chǎn)狀與流線方向一致。節(jié)理面上發(fā)育一層白色脫?；a(chǎn)物—膨潤土薄膜。

3.3 珍珠巖的特征

珍珠巖由酸性火山玻璃組成，是一種特殊的變種，一般呈灰白、灰色、深灰、灰黑色，深部顏色較深。礦石具典型的珍珠結(jié)構(gòu)，即由冷縮形成的弧形、圓形裂紋構(gòu)成的大小不同的珍珠巖組合體。有時具纖維狀、流動狀、角礫狀構(gòu)造、玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)。一般珍珠直徑在1～5cm，斷口具強玻璃光澤，半透明至透明。少量微透明至不透明。貝殼狀斷口。硬度一般在5～6，比重2～2.5，具有較高的耐火度，一般在1200～1360℃，珍珠巖構(gòu)造強烈發(fā)育部分，弧狀裂紋呈線狀排列，而形成明顯的流線。應(yīng)視為珍珠狀結(jié)構(gòu)的定向排列，且橫斷面仍具珍珠狀結(jié)構(gòu)。珍珠巖在堿性水介質(zhì)作用下產(chǎn)生脫?；?，而后期的低溫?zé)嵋菏蛊洚a(chǎn)生硅化蝕變的珍珠巖，在礦區(qū)的北部與流紋巖的接觸帶附近最為明顯。

3.4 珍珠巖的礦物、化學(xué)成分

3.4.1 礦物成分

珍珠巖主要由酸性火山玻璃組成，含少量石英、斜長石，石英斑晶呈自形，內(nèi)部裂紋發(fā)育，包裹有玻璃質(zhì)和斜長石小晶體，且被溶蝕。斜長石多為中更長石，呈自形板狀、板柱狀，具鈉長石雙晶和環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)，多被溶蝕，石英、長石呈斑晶或雛晶出現(xiàn)。含量約10%，斑晶表面常發(fā)育裂隙，在脫?；^程中，出現(xiàn)隱晶質(zhì)石英，有時可構(gòu)成極細脈狀條帶，而蒙脫石、沸石在其中的含量則隨著脫?；潭鹊脑鰪姡坑缮僮兌?，一般在10%左右。強脫?；瘯r，則蝕變?yōu)榕驖櫷?，它們與膨脹倍數(shù)呈反消長關(guān)系。副礦物有迪開石、黑云母、云母及微量塵埃狀金屬礦物赤鐵礦、磁鐵礦等，均呈微粒狀、不規(guī)則狀、線狀集合體分布，緊密與長石、石英雛晶或斑晶伴生。并呈互層狀出現(xiàn)。長石、石英斑晶的存在，不利于礦石的膨脹性。沸石呈淺褐色，不規(guī)則狀零星分布在玻璃質(zhì)或珍珠巖裂隙中。局部富集可形成透鏡狀沸石礦體。

3.4.2 化學(xué)成分

珍珠巖的化學(xué)成分與蝕變的強弱程度有著重要的關(guān)系(表1)。

由表1可知，珍珠巖主要化學(xué)成分為SiO2，且各類珍珠巖變化不大，一般70.65%～72.85%，平均71.29%，而脫玻化珍珠巖SiO2略低。Al2O3一般12.31%～13.52%，平均13.03%，最高15.52%。K2O+Na2O值一般6.20%～7.96%，最高8.0%，平均值7.37%。且K2O＞Na2O，差值一般1.35%～2.29%，最大2.60%，最小0.76%，K2O/Na2O的比值偏高，一般1.58～1.99，最大2.44，最小1.43。Fe2O3除個別外，多＜1%。FeO多＜0.5%，F(xiàn)e2O3+FeO多＜1.50%。目前，一般認為，當(dāng)Si O2含量在70%、K2O+Na2O含量5%～8%、Fe2O3含量＜1%等指標時，珍珠巖的膨脹性能較好。礦石中含鐵量過高，可降低膨脹的效果，影響制品的顏色，故其含量不宜超過1%。而水是引起珍珠巖膨脹的內(nèi)在因素。

表1 珍珠巖化學(xué)成分(%)

3.5 珍珠巖的自然類型及品級

3.5.1 珍珠巖的自然類型

珍珠巖的自然類型主要是根據(jù)它的脫?；潭?、蝕變作用等將其劃分為三種類型：珍珠巖、蒙脫石化珍珠巖、硅化珍珠巖。

按照珍珠巖的結(jié)構(gòu)，可將其分成：含斑晶珍珠巖、流紋狀珍珠巖、角礫狀珍珠巖。

3.5.2 珍珠巖品級的劃分

珍珠巖品級的劃分，主要是根據(jù)膨脹性能與脫?；潭葲Q定的，膨脹性是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，是評價珍珠巖工藝性能的標準。因此，依據(jù)礦區(qū)的實際，結(jié)合國內(nèi)典型珍珠巖品級的劃分，將其品級劃分為三種(見表2)。

表2 珍珠巖品級劃分

3.6 珍珠巖的蝕變特征

珍珠巖的蝕變作用，主要是在脫?；^程中與后期熱液蝕變作用形成的。主要有蒙脫石化、沸石化，其強度隨著脫?；潭鹊牟煌胁町悺Ｃ擅撌窃谡渲閹r脫?；^程中，原地形成的次生蝕變產(chǎn)物。一般與珍珠巖緊密共生產(chǎn)出，多分布在珍珠巖層的下部。沸石化主要分布在頂部與下部，沸石礦體主要分布在珍珠巖中，尤其在珍珠巖與流紋巖的接觸帶及附近，且其中亦見有珍珠巖殘留體，向深部驟然減少。硅化作用可分為兩期：早期硅化主要表現(xiàn)為珍珠巖的大量脫玻化，其所產(chǎn)出的SiO2大部分生成蒙脫石，剩余的SiO2呈膠體狀態(tài)遷移，在珍珠巖的裂紋和流線面中，形成燧石巖、隱晶質(zhì)石英或蛋白石。晚期的硅化系后期低溫?zé)嵋何g變作用的產(chǎn)物，在珍珠巖內(nèi)及其與流紋巖的接觸帶附近，形成脈狀或塊狀的石英，充填于巖石的裂隙中和碎裂帶內(nèi)。

3.7 珍珠巖成因分析

上天梯區(qū)珍珠巖礦床處于華北與楊子板塊的接合地帶，秦嶺—大別山造山帶的西部北緣火山巖帶北緣，是造山帶后造山階段的重要組成部分。在主造山期強烈的陸內(nèi)造山作用減弱后，北緣進入后造山期的伸展、走滑環(huán)境中，形成了大規(guī)模的火山巖帶。陳棚組火山活動經(jīng)歷了從噴發(fā)—平息—噴溢的三個階段。早期包括火山管道相、火山噴發(fā)相、次火山相。第一次大規(guī)模的火山噴發(fā)，形成了一套熔結(jié)凝灰?guī)r、晶屑玻屑凝灰?guī)r及次火山巖等巖石。第二階段為火山寧靜階段，產(chǎn)生一套細—粗碎屑沉積、火山碎屑沉積。第三階段是陳棚組晚期大規(guī)模的火山噴溢活動，形成了包括火山通道相、火山噴溢相的流紋斑巖、珍珠巖及蝕變巖石等產(chǎn)物。在火山活動過程中，東部上天梯一帶，形成并持續(xù)完善上天梯塌陷火山洼地，并形成了一套堿性較高的流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r和火山碎屑與陸源碎屑沉積物。隨后于洼地內(nèi)堆積了一套流紋巖和珍珠巖同源的酸性火山熔巖組合。

珍珠巖是一種火山噴發(fā)的酸性熔巖，當(dāng)飽和或過飽和的氣相、液相揮發(fā)分酸性巖漿，在強大的壓力下，使其沿構(gòu)造面在早白堊世塌陷湖盆中，水下噴發(fā)或噴出地表，其內(nèi)部含有的大量氣液成分無法溢出，與冷空氣或直接進入水中，熔巖流溫度迅速驟降，急劇冷卻凝固，形成具有特殊裂隙結(jié)構(gòu)的玻璃質(zhì)體。熱脹冷縮，玻璃質(zhì)的熔體被分割成圓形或弧形的珍珠裂隙結(jié)構(gòu)的集合體——珍珠巖。

綜上所述，本區(qū)珍珠巖的形成，可以概括為三個階段：第一階段，在陳棚組早期，于信陽上天梯一帶，形成上天梯塌陷火山洼地或火山湖的基礎(chǔ)上，晚期進一步完善，且發(fā)生火山噴發(fā)，堆積了近水平發(fā)育的凝灰質(zhì)頁巖和凝灰?guī)r類；第二階段，在上天梯塌陷火山洼地或火山湖，發(fā)生以噴溢形式大量酸性巖漿噴溢，至水中或地表后，巖漿驟冷形成珍珠巖和流紋巖。且由于巖漿的粘稠堵塞通道和壓力作用，在通道中發(fā)生隱爆，形成角礫狀珍珠巖；第三階段，在火山活動間隙期間，塌陷洼地內(nèi)或大氣降水補給的地下水，在低溫和堿性環(huán)境中，珍珠巖產(chǎn)生脫?；饔茫煌课恍纬膳驖櫷粱?、沸石化珍珠巖或膨潤土、沸石巖。

4 結(jié)語

信陽上天梯一帶珍珠巖，是我國重要的復(fù)合型非金屬礦產(chǎn)地。礦床達特大型規(guī)模，資源量在億噸以上。在我國約20個省、市的產(chǎn)地中，居第二位。該區(qū)開采條件優(yōu)良，礦石加工程序簡便，目前已成為我國珍珠巖原料和制品的主要產(chǎn)地。年產(chǎn)珍珠巖礦砂約30萬t，約占我國總產(chǎn)量(60萬t)的1/2，并有我國最大的膨脹珍珠巖生產(chǎn)線。該區(qū)既是珍珠巖加工、開采、銷售的生產(chǎn)礦山，又是膨潤土、沸石、含堿玻璃原料、珍珠巖綜合性產(chǎn)地。故在我國眾多同類型礦產(chǎn)地中，信陽上天梯一帶非金屬礦產(chǎn)地，對我國現(xiàn)代化建設(shè)，發(fā)展地域經(jīng)濟，建設(shè)小康社會，具有重要的現(xiàn)實意義。

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