新疆奇臺(tái)縣西黑山膨潤(rùn)土礦Ⅳ礦地質(zhì)特征與礦床成因探討

鄭曉陽(yáng)

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心新疆總隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830000)

膨潤(rùn)土礦是當(dāng)今世界上應(yīng)用范圍和經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的非金屬礦產(chǎn)資源之一，有“萬(wàn)能土”之美稱(chēng)，廣泛用于石油、冶金、鑄造、鉆井、建筑、造紙、紡織、印染、陶瓷、機(jī)械、園藝、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等行業(yè)。近年來(lái)需求量不斷上升，在生態(tài)環(huán)保領(lǐng)域有較大的應(yīng)用前景[1]。

本文對(duì)新疆奇臺(tái)縣西黑山膨潤(rùn)土礦Ⅳ礦[2]地質(zhì)特征、礦體特征、礦石質(zhì)量、礦石類(lèi)型及蒙脫石特征進(jìn)行了分析，對(duì)礦床成因進(jìn)行探討。該膨潤(rùn)土礦床蒙脫石平均含量73.69%，為市場(chǎng)稀缺的鈉基膨潤(rùn)土礦，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)。本礦床為典型的中酸性火山巖水解自變質(zhì)型膨潤(rùn)土礦床，區(qū)域內(nèi)分布的大面積中酸性火山巖為膨潤(rùn)土成礦提供成礦母巖[3]，本礦區(qū)外圍具有很好尋找同類(lèi)型膨潤(rùn)土礦床的找礦前景。

1 區(qū)域成礦背景

區(qū)域大地構(gòu)造位置屬天山—興安地槽褶皺區(qū)(Ⅰ)，位于準(zhǔn)葛爾褶皺帶和準(zhǔn)葛爾拗陷區(qū)交接地帶，屬準(zhǔn)葛爾拗陷區(qū)(Ⅱ2)的將軍戈壁拗陷(Ⅲ3)。地層區(qū)劃屬天山—興安區(qū)，東準(zhǔn)葛爾分區(qū)(Ⅱ1)的卡拉麥里小區(qū)(Ⅱ12)和準(zhǔn)葛爾盆地分區(qū)(Ⅱ2)的將軍廟小區(qū)Ⅱ21。

區(qū)內(nèi)出露地層主要為下石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組(C1b)、中石炭統(tǒng)石錢(qián)灘組(C2s)，下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)、中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)，新近系獨(dú)山子組(N2d)、第四系烏蘇群(Q2)、新疆群(Q3)、全新統(tǒng)(Q4)。區(qū)內(nèi)未見(jiàn)有侵入巖出露。

區(qū)域內(nèi)有已知的膨潤(rùn)土礦點(diǎn)6 處，編號(hào)分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ(圖1)，礦層均位于下石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組(C1b)的火山巖地層中，按巖性組合特征可分為兩個(gè)巖性段。其中，上段(BTb)為一套灰黑、灰褐色杏仁狀橄欖玄武巖、杏仁狀玄武安山巖；下段(BTa)為一套雜色熔結(jié)玻屑凝灰?guī)r、火山角礫巖、杏仁狀支山玄武巖、杏仁狀安山巖，在西黑山一帶，膨潤(rùn)土礦層位于巴塔瑪依內(nèi)山組下段火山巖的頂部。

區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造主要為西黑山背斜，由巴塔瑪依內(nèi)山組組成，為短軸背斜，兩翼有相同等級(jí)的向斜，受斷裂破壞，形態(tài)復(fù)雜；區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要為北西向、北東向、東西向三組后期斷裂，貫穿整個(gè)巴塔瑪依內(nèi)山組地層。區(qū)內(nèi)構(gòu)造直接起到破壞膨潤(rùn)土礦體的作用，致使區(qū)域內(nèi)膨潤(rùn)土礦體分布顯得比較凌亂。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層主要為下石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組下段(C1ba)、上石炭統(tǒng)石錢(qián)灘組(C2s)(圖2)。

下石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組下段(C1ba)為一套火山巖地層，該套火山巖為中酸性火山巖，是礦區(qū)膨潤(rùn)土礦成礦的物質(zhì)來(lái)源。其底部巖性以灰綠色蝕變安山質(zhì)火山角礫巖為主，火山角礫結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由火山角礫、晶屑、巖屑和火山塵組成。礦區(qū)北部見(jiàn)灰白色中酸性含角礫巖屑凝灰?guī)r，呈灰白色，含角礫巖屑凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由晶屑、巖屑、玻屑火山塵組成；其頂部巖性為膨潤(rùn)土礦層(C1ba(bent))，呈獨(dú)立的大小不等、形態(tài)不規(guī)則的透鏡體分布于礦區(qū)，巖性為灰色、深灰色、灰黑色、灰白色、灰紅色、灰綠色等雜色膨潤(rùn)土礦。其中，礦區(qū)南部的膨潤(rùn)土礦層呈北西—南東向延展，產(chǎn)狀213～260°∠17～33°，礦區(qū)北部膨潤(rùn)土礦層近東西向延伸，產(chǎn)狀320～10°∠8～68°，礦層傾角受古地貌特征和成礦條件影響深部有逐漸變緩趨于水平的特征。

上石炭統(tǒng)石錢(qián)灘組(C2s)按巖性可分為砂礫巖層(C2s(scg))和砂巖層(C2s(slt))，該組地層受風(fēng)化剝蝕影響，零星分布于礦區(qū)的北東部、南西部及中部，出露面積較小，呈透鏡狀，整體北西—南東向延伸，產(chǎn)狀10～35°∠6～22°。與下伏地層下石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組上段(C1ba)呈角度不整合接觸。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，礦體呈似層狀近水平產(chǎn)出，層間褶皺發(fā)育，但對(duì)礦體整體影響不大。礦區(qū)內(nèi)的膨潤(rùn)土礦體分布及各礦體形態(tài)、規(guī)模主要與古地形地貌盆地的基底有關(guān)。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

按礦體自然出露形態(tài)的分布情況，劃分為7 個(gè)礦體(表1)。7 個(gè)礦體中①號(hào)礦體規(guī)模最大，③、⑥、⑦號(hào)礦體規(guī)模中等，②、④、⑤號(hào)礦體規(guī)模較小；礦體均位于下石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組下段(C1ba)中酸性火山巖頂部。其中①號(hào)礦體底板為灰白色中酸性含角礫巖屑凝灰?guī)r，其余礦體底板灰綠色蝕變安山質(zhì)火山角礫巖，各礦體底板巖性即為成礦母巖。各礦體分布形態(tài)受底板巖性及古地理地貌特征影響較大，深部形態(tài)多呈“船”型，礦層厚度變化較大，出露邊界極不規(guī)則(圖3)。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

表1 礦體基本特征一覽表

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石自然及工業(yè)類(lèi)型

礦石自然類(lèi)型：根據(jù)成礦母巖巖性特征及礦石顏色的不同，將礦區(qū)內(nèi)礦石分為兩個(gè)自然類(lèi)型，其中①號(hào)礦體為灰黑、灰白色膨潤(rùn)土礦；其余②、③、④、⑤、⑥、⑦號(hào)礦體為灰色、灰紅色膨潤(rùn)土礦。

礦石工業(yè)類(lèi)型：礦石中可交換性陽(yáng)離子以E(Na+)為主，E(Na+)/QCEC×100%≥50%，且礦石中除蒙脫石外，不含其他粘土質(zhì)礦物，因此本膨潤(rùn)土礦床礦石工業(yè)類(lèi)型為蒙脫石型—鈉基膨潤(rùn)土。

3.2.2 礦石礦物組成

礦石礦物組成按兩種自然類(lèi)型分述如下。

灰黑、灰白色膨潤(rùn)土(圖4a)：礦石呈灰黑、灰白色，土狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石具油脂光澤，強(qiáng)滑感，粘性強(qiáng)，遇水快速分解，在水中呈懸浮狀；風(fēng)化后呈疏松土狀，外觀特征呈爐渣狀、豆腐渣狀。礦石成分以蒙脫石為主，含量為85%～90%，含少量石英，局部見(jiàn)礦石裂隙中夾少量次生石膏片狀晶體。

灰白、灰紅色膨潤(rùn)土(圖4b)：礦石呈灰色、灰紅色，土狀結(jié)構(gòu)，局部具角礫狀結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。礦石具油脂光澤，有滑感，礦石由硬質(zhì)和軟質(zhì)兩部分組成，塊度不等。硬質(zhì)角礫不均勻的散布礦石中，成分為火山角礫；軟質(zhì)部分主要為粘土礦化火山物質(zhì)。干燥、風(fēng)化后易碎裂呈爐渣狀。礦石成分主要為蒙脫石(50%～70%)、石英(20%～30%)、長(zhǎng)石(10%～20%)。

3.2.3 礦石化學(xué)成分

礦石化學(xué)成分按兩種自然類(lèi)型敘述見(jiàn)表2。

3.2.4 礦石理化性能

該膨潤(rùn)土礦床具有高吸藍(lán)量、高蒙脫石含量、高膠質(zhì)價(jià)、高膨脹容、高pH 值等特點(diǎn)，為典型的鈉基膨潤(rùn)土礦(表3)。

圖3 礦區(qū)典型剖面簡(jiǎn)圖

圖4 灰黑、灰白色膨潤(rùn)土(a)及灰白、灰紅色膨潤(rùn)土(b)

表2 礦石化學(xué)成分一覽表

表3 礦石理化性能一覽表

4 礦床成因探討

4.1 礦床成因類(lèi)型劃分

該膨潤(rùn)土礦床賦存于下石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組下段(C1ba)，主要巖性為安山質(zhì)火山角礫巖和蝕變中酸性含角礫巖屑凝灰?guī)r，其頂部為膨潤(rùn)土礦層。根據(jù)膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分單一及礦石中包裹火山巖角礫與碎塊等特征，說(shuō)明成礦物質(zhì)來(lái)源于其底部的中酸性火山巖。根據(jù)礦區(qū)膨潤(rùn)土礦床巖石、礦物組合特征及礦體形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模、礦石質(zhì)量特征，礦區(qū)內(nèi)膨潤(rùn)土礦床為典型的中酸性火山巖水解自變質(zhì)型膨潤(rùn)土礦床[4-8]。

4.2 成礦機(jī)理

該膨潤(rùn)土礦床的成礦機(jī)理與古地貌(古地形)、古氣候(成礦環(huán)境)、古氣象(大氣降水)有關(guān)。①首先下石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組下段(C1ba)底部的中酸性火山巖為其提供成礦物質(zhì)來(lái)源；②其次濕潤(rùn)的古氣候條件為其提供有利的成礦環(huán)境，成礦的水體介質(zhì)主要來(lái)源于大氣降水；③礦床的礦體形態(tài)常不規(guī)則，其形態(tài)、規(guī)模、礦化程度受古地形、古地貌及水介質(zhì)條件的限制。地形低洼相對(duì)封閉的地貌環(huán)境，大氣降水充沛、有利于水體聚集、溫潤(rùn)潮濕的氣候條件有利于中酸性火山巖水解、自變質(zhì)成礦。

4.3 找礦潛力

本礦區(qū)膨潤(rùn)土礦床成礦條件與古地貌、古氣候、古氣象(大氣降水)直接相關(guān)，因此在中酸性火山巖比較發(fā)育、地勢(shì)較低、地形相對(duì)舒緩的地區(qū)是找尋中酸性火山巖水解自變質(zhì)型膨潤(rùn)土礦床的有利地段。地表土質(zhì)松軟，外觀具有明顯的豆腐渣狀、爐渣狀特征的火山巖發(fā)育區(qū)可直接作為找礦標(biāo)志。

西黑山一帶下石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組下段(C1ba)中酸性火山巖分布范圍廣，且地勢(shì)條件有利于膨潤(rùn)土成礦。因此，在礦區(qū)外圍尋找同類(lèi)型膨潤(rùn)土礦床有很大的找礦前景。