河南省信陽上天梯鈣質(zhì)膨潤土礦床地質(zhì)特征及成礦規(guī)律研究

史亮，原妲麗

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南鄭州 450002）

上天梯非金屬礦區(qū)于上世紀(jì)70年代建立，探明的非金屬礦資源儲量位于全國前列［1-2］。上天梯膨潤土礦床大地構(gòu)造位置處于昆侖-秦嶺地槽褶皺帶東延部位，大別山隆起北側(cè)，北部跨中、新生代信（陽）—羅（山）盆地南緣，位于河南省南部信陽市平橋區(qū)和羅山縣交界處［3-4］。本次可通過對信陽上天梯膨潤土礦區(qū)礦床地質(zhì)特征的詳細(xì)歸納，進(jìn)一步總結(jié)礦床成礦規(guī)律，提高對本區(qū)膨潤土礦的研究程度。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

區(qū)域內(nèi)出露的地層主要為中生界白堊系，巖層大致呈近東-西向展布。區(qū)內(nèi)第四系發(fā)育，基巖出露面積較小。東秦嶺-大別造山帶構(gòu)造復(fù)雜，對巖漿巖和礦產(chǎn)分布具有明顯的控制作用。區(qū)內(nèi)北西西向龜（山）-梅（山）斷裂、桐（柏）-商（城）斷裂和定遠(yuǎn)-八里販斷裂縱貫全區(qū)，具長期活動性和繼承性，且與近南北向斷裂構(gòu)成網(wǎng)格狀構(gòu)造體系，控制著該區(qū)不同沉積建造、變質(zhì)相帶、巖漿巖帶的展布［5-8］見圖1。

圖1 區(qū)域斷裂構(gòu)造簡圖Fig.1 Regional fracture structure diagram

龜山-梅山斷裂（簡稱龜梅斷裂）西接陜西商丹斷裂，為一條強(qiáng)弱應(yīng)變域呈左行書斜式排列的韌性剪切帶，構(gòu)成北秦嶺造山帶與中秦嶺陸棚陸坡帶的分劃界線［7-8］。八里畈斷裂為中秦嶺陸棚陸坡帶與大別高壓-超高壓變質(zhì)帶的界線斷裂，發(fā)育寬度變化很大的角閃質(zhì)、長英質(zhì)糜棱巖帶［9］。桐柏-商城斷裂為泥盆系南灣組與震旦系-奧陶系下統(tǒng)肖家廟巖組之間的邊界斷裂［10］。北東向、南北向斷裂橫切北西向構(gòu)造帶的北東、南北斷裂發(fā)育。一系列北東向斷裂與北西向龜-梅斷裂交匯控制了中生代火山活動中心，是火山盆地邊緣斷裂；與桐-商斷裂交匯控制了靈山、新縣、商城三大花崗巖體的侵位，造成了大型花崗巖巖基東西向成帶、單個巖體軸向北東的就位特征。區(qū)內(nèi)北西向和橫切造山帶的北東向斷裂控制了中生代火山-侵入巖漿活動，也控制了區(qū)內(nèi)與中生代巖漿作用有關(guān)礦床的展布［10-12］。

2 礦床地質(zhì)特征

上天梯礦區(qū)出露地層主要有白堊系陳棚組喻樓段以及白堊系周家灣組見圖2。礦區(qū)總體構(gòu)造格架為傾向北東的緩傾斜的單斜構(gòu)造。礦區(qū)中部楊家灣礦段為NEE向傾伏，開闊的傾伏向斜構(gòu)造，盆狀凹陷是礦區(qū)的重要控巖構(gòu)造。斷裂構(gòu)造相對發(fā)育，主要發(fā)育有F8、F22斷裂。

F8斷層為礦區(qū)最大的斷裂構(gòu)造，屬壓扭性斷層，總體走向?yàn)槟衔?北東向，具明顯的反“S”形的彎曲形態(tài)。F8斷層西盤相對上升，東盤下降。斷層造成地層平面斷距1.5 km～2km。F22斷層屬隱伏斷層，位于F8斷層?xùn)|南側(cè)一帶，呈北東-南西走向，緊靠熔巖盆，控制了熔巖盆西端的形態(tài)，屬熔巖形成之前的斷裂構(gòu)造，對珍珠巖及膨潤土礦體沒有破壞作用。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.2 Mining area geological structure diagram

褶皺構(gòu)造主要發(fā)育為馬鞍山-軍沖傾伏向斜構(gòu)造，為北東東傾伏的、開闊的傾伏向斜構(gòu)造，南翼地層為K1C4-1-K1C4-3，北翼地層被F8斷層切斷，楊家灣火山熔巖盆的空間分布和形態(tài)與此向斜構(gòu)造相吻合。上天梯礦區(qū)巖漿活動頻繁，隨著巖漿侵入、火山噴發(fā)，形成酸性—基性的侵入巖和火山巖類。地表出露的侵入巖主要是海西期中粒斜長花崗巖。

上天梯鈣質(zhì)膨潤土礦體主要賦存于白堊系下統(tǒng)陳棚組楊家灣段（K1C5）火山熔巖內(nèi)的膨潤土礦空間上，與賦存于晚白堊世周家灣組的沉積型膨潤土礦互相迭置共生，并與流紋巖共同組成火山熔巖體。熔巖體斷面形態(tài)呈“盆”狀，故稱“熔巖盆”見圖3，熔巖盆的形態(tài)受巖漿溢出前古地形的控制。

熔巖盆平面位置處于陳棚組上天梯段凝灰質(zhì)頁巖的頂部，即其底板全為凝灰質(zhì)頁巖。熔巖盆之上覆蓋有白堊系上統(tǒng)周家灣組砂礫巖和粘土巖，二者呈不整合接觸關(guān)系。膨潤土礦層一般位于熔巖盆底部、頂部和邊部，形成熔巖盆的“盆底”和“盆邊”見圖3；珍珠巖處于熔巖盆的中部，往往被膨潤土礦層所圍包，礦體形態(tài)呈巖“盆”狀；流紋巖多位于熔巖盆頂部，成為珍珠巖、膨潤土的蓋層。上天梯礦區(qū)范圍內(nèi)分布著大小三個熔巖盆，鈣質(zhì)膨潤土礦體與珍珠巖礦體共生于楊家灣熔巖盆內(nèi)，各礦體大小不等，鈣質(zhì)膨潤土最大礦體為P-6礦體見圖4。礦石結(jié)構(gòu)簡單，常見結(jié)構(gòu)為變余凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)、殘余玻屑結(jié)構(gòu)、沉凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)、顯微微晶結(jié)構(gòu)。礦石以塊狀構(gòu)造為主，偶見珍珠狀構(gòu)造。上天梯礦區(qū)內(nèi)的蝕變主要表現(xiàn)為酸性火山玻璃質(zhì)的水解、脫?；头惺?。

圖3 146勘探線剖面示意圖Fig.3 146 exploration line profile sketch

圖4 P-6礦體剖面示意圖Fig.4 P-6 orebody profile sketch

4 成礦規(guī)律研究

4.1 礦體時間分布規(guī)律

信陽地區(qū)膨潤土礦有兩類成因，成礦時代也有所不同。酸性熔巖水解型膨潤土礦位于珍珠巖底部，由珍珠巖水解脫玻形成，成礦時代同珍珠巖，鉀—?dú)宸y定巖石年齡為122.7Ma［10］。

4.2 礦體空間分布規(guī)律

信陽地區(qū)膨潤土礦均產(chǎn)于大別山北麓中生代火山巖帶西部，其大地構(gòu)造位置處秦嶺褶皺系東段，大別隆起北側(cè)。目前所發(fā)現(xiàn)的珍珠巖、沸石、膨潤土礦均產(chǎn)于中生界白堊系下統(tǒng)陳棚組和上統(tǒng)周家灣組火山巖中。中生代火山巖系分布區(qū)是尋找珍珠巖、膨潤土等非金屬礦產(chǎn)的前提。中生代火山沉積盆地是礦床產(chǎn)出的主要構(gòu)造條件，上天梯礦區(qū)位于信陽盆地邊緣，受火山機(jī)構(gòu)控制明顯，珍珠巖、巖溶型沸石及鈣質(zhì)膨潤土多分布在火山口或其附近，屬火山頸相或近火山口相。

鈣質(zhì)膨潤土礦主要賦存于陳棚組上天梯段及楊家灣段，是珍珠巖脫玻后原地形成的次生蝕變礦產(chǎn)（雙橋段膨潤土系安山巖脫玻形成），礦體展布與珍珠巖一致呈近東西向展布，沿F8斷層?xùn)|側(cè)往南延伸，折向正東，總體呈“Z”字型串珠狀排列。其礦體一般分布在珍珠巖與圍巖的上、下接觸帶；分布在上接觸帶的膨潤土的蓋層有砂礫巖，沸石礦、流紋巖等，底板是珍珠巖；分布在下接觸帶的膨潤土礦體皆以凝灰質(zhì)頁巖為底板，局部包裹有脫玻化、強(qiáng)脫?；渲閹r和流紋巖。上部膨潤土與流紋巖呈過渡接觸關(guān)系。膨潤土礦體的形態(tài)多樣，有似層狀、盆殼狀、舌狀、透鏡狀等。頂、底板膨潤土與珍珠巖及圍巖接觸帶產(chǎn)狀一致，與小斷裂有關(guān)的膨潤土與斷層的產(chǎn)狀一致。膨潤土礦的分布規(guī)律與珍珠巖的脫玻化規(guī)律相同。

5.3 礦床共生規(guī)律

豫南大別山北麓中生代火山巖形成的珍珠巖、膨潤土、沸石、含堿玻璃原料礦床同屬于酸性巖漿噴溢的產(chǎn)物。早白堊世火山活動的晚期，以裂隙式火山噴溢為主，形成了流紋巖、珍珠巖?；鹕絿姲l(fā)形式是裂隙式—中心式，所以沿龜山一梅山斷裂的兩側(cè)形成一個個的噴發(fā)中心，火山巖呈近東西向展布，形成的礦床呈串珠狀排布的特點(diǎn)。大別山北麓在燕山期轉(zhuǎn)為大陸邊緣活動帶，形成中生代斷陷盆地，并伴有強(qiáng)烈的火山活動，形成區(qū)域性陸相火山建造，是礦床形成的基礎(chǔ)。上天梯礦區(qū)與中生代火山巖有關(guān)的非金屬礦產(chǎn)為中生代火山巖的專屬性礦產(chǎn)，均賦存于中-酸性火山巖，往往是多種礦產(chǎn)疊置共生一起，甚至頂、底毗鄰，形成綜合性礦床，大多數(shù)礦產(chǎn)有多種成因和多個賦存層位。主要成因類型有火山熔巖型、火山熔巖蝕變型、火山碎屑巖型、火山巖脫?；g變型和沉積型。各非金屬礦產(chǎn)之間有“因果”關(guān)系和“裙帶”關(guān)系。一種礦產(chǎn)受后期蝕變可能轉(zhuǎn)化為另一種礦產(chǎn)。如珍珠巖蝕變可生成沸石礦和鈣質(zhì)膨潤土礦，沸石礦和含堿玻璃原料脫?；尚纬赦c質(zhì)膨潤土，鈉質(zhì)與鈣質(zhì)膨潤土可互相自然改型等。按照上述礦床的共生規(guī)律，往往找到一種非金屬礦產(chǎn)，也同時存在找到共生的其他非金屬礦產(chǎn)的可能。

5.3 成礦物質(zhì)來源分析

與珍珠巖有關(guān)的鈣質(zhì)膨潤土是酸性火山玻璃在堿性水介質(zhì)條件下脫?；擅撌┑漠a(chǎn)物［13-14］，礦區(qū)內(nèi)鈣質(zhì)膨潤土礦體多產(chǎn)于珍珠巖與下覆凝灰質(zhì)頁巖的接觸處，或第三系砂礫巖的下部，凝灰質(zhì)頁巖屬隔水層，在其上部易蓄存水介質(zhì)，砂礫巖是水盆地的沉積產(chǎn)物，這些部位就為珍珠巖的全脫?；峁┝顺渥愕乃橘|(zhì)條件。以中-酸性火山玻璃或碎屑為主的巖石是膨潤土礦層的先決物質(zhì)條件。前期，火山噴發(fā)大量火山灰沉積形成凝灰?guī)r，由于堿性水介質(zhì)的長期侵蝕、水解形成鈉質(zhì)膨潤土礦；后期，由于火山噴溢，酸性熔巖形成珍珠巖，而后經(jīng)過脫玻化作用，使玻璃質(zhì)分解，形成鈣質(zhì)膨潤土礦。

礦區(qū)內(nèi)膨潤土pH值在7.6～9.8之間，在此穩(wěn)定堿性水介質(zhì)環(huán)境中，酸性火山玻璃水解并凝聚形成具有高氧化—還原電位的硅鋁溶膠，并從珍珠巖中萃取出堿金屬離子Na+，K+及OH-，在開放體系堿性環(huán)境，溶液（或溶膠）中鋁硅陰離子團(tuán)和介質(zhì)中堿土金屬離子Ca2+，Mg2+結(jié)合，在原地脫水形成鈣質(zhì)蒙脫石。Na+，K+及OH-在火山玻璃水解時進(jìn)入溶液，使介質(zhì)的pH值升高，增加了介質(zhì)的水化學(xué)勢，使火山玻璃的水解和蒙脫石的形成速變加快，珍珠巖脫玻形成膨潤土后，堿金屬被帶出珍珠巖而進(jìn)入水溶液，堿土金屬進(jìn)入膨潤土。野外觀察到膨潤土呈變余珍珠構(gòu)造，膨潤土分布在珍珠狀裂隙中，都說明酸性火山玻璃的水解及膨潤土的形成是在原地進(jìn)行的。

5 結(jié)論

本文通過對信陽上天梯鈣質(zhì)膨潤土礦床進(jìn)行研究，總結(jié)出如下結(jié)論：

（1）鈣質(zhì)膨潤土礦賦存于中生界白堊系下統(tǒng)陳棚組和上統(tǒng)周家灣組地層中，成礦作用主要受酸性巖漿噴溢、火山巖脫玻化蝕變和沉積等作用控制，膨潤土礦的形成、分布和富集與中生代火山巖、火山基底地層巖性及成礦時期的微地貌的分布有關(guān)。

（2）礦石具變余凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)、殘余玻屑結(jié)構(gòu)、沉凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)、顯微微晶結(jié)構(gòu)；礦石化學(xué)成分在不同埋深存在較明顯差異，地表礦化強(qiáng)于深部，礦質(zhì)（蒙脫石含量）與化學(xué)成分關(guān)系極為密切。另外，各層之間也存在一定差異。

（3）成礦物質(zhì)來源主要是以中生界白堊系中-酸性火山玻璃或玻屑為主的巖石，經(jīng)過脫玻化作用和沉積作用而形成膨潤土。

（4）通過上天梯膨潤土礦床地質(zhì)特征的系統(tǒng)歸納，詳細(xì)分析了膨潤土礦的控礦因素，初步總結(jié)了膨潤土礦成礦規(guī)律。

通過本文成礦規(guī)律總結(jié)，為上天梯膨潤土礦成礦體系的建立做了有益的補(bǔ)充，為上天梯膨潤土礦擴(kuò)大找礦成果指明了方向。