苏皖苏皖号凹凸棒石粘土矿床号粘土矿层特征与成因分析

苏皖苏皖号凹凸棒石粘土矿床号粘土矿层特征与成因分析

0非金属矿体形态结构及微量元素的特点高家洼-王家滩凹凸混凝土夹土矿位于县城南部，面积约1.8公里。凹凸棒石粘土是具有特殊纤维状晶体形态结构和独特吸附、胶体、充填等特性的稀有非金属矿,并含有丰富的微量元素。因其生产加工工艺简单,产品市场竞争力强,具有良好的社会经济效益,近来得到了地方政府的重视和培育。通过分析高家洼—梁家洼凹凸棒石粘土的成矿特征和矿床成因的研究,对今后在成矿带内寻找新的矿床,具有重要的理论价值和找矿意义。1下系和上新统三垛组岩组构造运动学特征高家洼—梁家洼凹凸棒石粘土矿位于苏皖凹凸棒石粘土成矿带的北部边缘,在区域构造上,成矿带位于郯庐深断裂带以东,张八岭隆起与金湖凹陷之间(图1)。区内出露地层主要为上元古界震旦系上统、新生界第三系。震旦系上统陡山沱组(Z2d)为一套浅变质岩,由千枚状粉砂岩、千枚状页岩、薄层泥灰岩、薄层灰岩组成;灯影组(Z2dn)由中厚层含硅质、灰质白云岩、灰岩、白云质灰岩、千枚状页岩、薄层砂岩组成;下第三系渐新统三垛组由砂岩、泥岩、砂砾岩组成;上第三系中新统下草湾组由玄武岩、泥岩、砂岩及粘土组成;上第三系上新统桂五组由玄武岩夹1层～2层泥岩(局部相变为粘土)组成。苏皖成矿带凹凸棒石粘土矿即赋存于下草湾组、桂五组,其中下草湾组中见有Ⅰ层～Ⅴ层粘土矿,桂五组中见有Ⅵ、Ⅶ两层凹凸棒石粘土矿。区内构造主要为北北东向断裂及其控制的隆起和凹陷带构成。岩浆岩主要为沿北西向方山—女山断裂带喷发的玄武岩及燕山晚期受北北东向和北西向构造带所控制的浅成相闪长岩、闪长玢岩、中—浅成相花岗斑岩、石英正长斑岩等小岩枝、岩株、岩墙。2下草湾组岩相特征矿区地表出露及钻孔揭露的地层为下第三系渐新统三垛组上段及上第三系中新统下草湾组。三垛组上段:为内陆河湖相红色碎屑岩。岩性为紫红色、砖红色、黄褐色泥质粉砂岩、粉砂岩、砂砾岩。下草湾组:为一套河湖相沉积建造,可分为两个岩性段。下段岩性为灰白、灰黄、灰绿、砖红等杂色砂质砾岩、砾质砂岩、泥质砾岩、泥岩、粘土,局部见有透镜状Ⅳ号粘土矿层;上段岩性主要为灰白、浅灰白色、青灰色凹凸棒石粘土、膨润土、粉砂质粘土、粉砂等,为Ⅴ号粘土矿层赋存部位。矿区内构造简单,地层倾角平缓,呈近水平层状,受沉积断陷湖盆所控制,未见岩浆岩(图2)。3地层地质特征矿区内见有两层粘土矿层,相当于区域成矿带中的Ⅳ、Ⅴ号粘土矿层(图3)。Ⅳ号粘土矿层呈透镜状,仅在7线附近见有,分布范围较小,厚1.77m,为膨润土矿。Ⅴ号粘土矿层呈层状、似层状,产状与地层基本一致,近于水平,略具微波状。矿层稳定,北东—南西向控制长800m,北西—南东向控制长最大1262.77m,厚1.18m～23.11m,平均厚9.17m。Ⅴ号矿层又分为上下2个分矿层(即Ⅴ1下部分矿层、Ⅴ2上部分矿层),两分矿层之间见有厚度不等的粉砂层,局部为粘结粉砂与粉砂质粘土互层或相变为粉砂质粘土,Ⅴ2分矿层的上部见有厚0.21m～1.40m不等的蛋白石层。Ⅴ号粘土矿层与顶板界线清晰,与底板无明显界线,多存在渐变关系(岩性互混)。开采塘口矿层中发掘出大量脊椎动物化石碎片。并且可见到水平层理和细砂、浑圆状石英砾等“陆源”碎屑。3.1矿石的矿物成分矿层内见有凹凸棒石粘土矿、膨润土矿两种矿石自然类型,以凹凸棒石粘土矿为主,占矿石总资源量的86%。凹凸棒石粘土矿:浅灰色带绿色,干后呈白色带黄色,含水时呈肥皂状光泽,干燥呈土状光泽,块状构造。偏光显微镜下,主要为泥质结构、显微鳞片变晶结构、显微聚纤维状变晶结构。凹凸棒石呈纤维状、拉长的片状、毡状,不均匀分布于蒙脱石集合体中,与蒙脱石界线不清楚。电镜下,凹凸棒石呈完好的纤维状晶体,其集合体呈交织状或束状或呈蒙脱石花瓣状假象。据X衍射分析及薄片鉴定,矿石的矿物成分主要为凹凸棒石(最高含量达60%)、蒙脱石、水云母,次为方解石、石英、长石、白云石,微量矿物为锆石、磁铁矿、褐铁矿、赤铁矿、榍石、电气石、蛋白石、玉髓、伊丁石等。膨润土矿:灰绿色,块状构造。偏光显微镜下,为含粉砂泥状结构、显微鳞片变晶结构。蒙脱石呈显微鳞片状,集合体呈团粒状、拉长的扁豆状、不规则条纹状,轮廓界线不清,表面混浊。电镜下,蒙脱石呈花瓣状,矿物边缘呈卷曲状、突刺状或涡旋状。矿石的矿物成分主要为蒙脱石、水云母、粘土矿物总量70%～80%,次为凹凸棒石、方解石、石英、长石、滑石等。3.2矿物与矿物相对比为5.矿区内矿石的化学组成(表1)与矿石类型及其的矿物组成密切相关。凹凸棒石粘土矿化学成分以SiO2、MgO、Al2O3为主,并含有一定量的Fe2O3,膨润土矿以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主,MgO含量相对凹凸棒石粘土矿较低。上述两种矿石化学成分的平均值与邻近龙王山、雍小山、黄泥山矿区凹凸棒石粘土矿、龙王山顶底板玄武岩化学成分的对比见图4。从图4中可以看出,此矿区凹凸棒石粘土矿与邻近矿区化学成分变化趋势基本一致,而膨润土矿与凹凸棒石粘土矿有一定的差异。膨润土矿与玄武岩的化学成分变化趋势基本一致,表明两者之间有成因关系。3.3矿石的物理性能和技术性能粘土矿石的质量主要取决于矿石的物化性能和工艺性能,亦即矿石的吸附性能和胶体性能。矿层内各类型矿石物性测试结果见表2。4钻床材料4.1矿层及夹层粘土区域地质资料表明,盱眙地区中新世下草湾期除了佛窝隆起带外,几乎全是沉积区,并形成了河桥—兴隆(西侧)和穆店—莲塘(东侧)两个沉积中心区。矿区位于隆起带的东侧,东沉积中心区的西北边缘部位(图5)。矿区及周围未见玄武岩,而邻近龙王山、白虎山均有玄武岩,说明形成本矿区凹凸棒石粘土含矿层的物质主要来源于邻区玄武岩火山碎屑或富镁的玄武岩。矿层内方解石、粉砂级石英碎屑(外来碎屑物质)含量较高,亦表明成矿物质经搬运、堆积改造而成。从矿区内矿层及夹层粘土的微量元素Sr/Ba比值(表3)可以看出,凹凸棒石粘土层形成时水体的盐度较低,而膨润土形成时盐度较大,表明形成凹凸棒石粘土的水体是淡水,属内陆湖盆沉积环境。含矿层pH值测定结果揭示了凹凸棒石粘土形成时的水体的pH值在8.3左右,膨润土形成时的pH值在8.5左右,这一现象说明了凹凸棒石粘土与膨润土形成的水体环境不同。4.2盆地内沉积相通过上述分析,凹凸棒石粘土矿的成因简述如下:①成矿物质主要来源于玄武质火山碎屑或富镁的玄武岩。②古地理条件是中新世以来形成的准平原地貌,发育着内陆淡水湖盆。当玄武质火山碎屑或富镁的玄武岩在表生作用条件下发生分解和粘土化,并经搬运至盆地内沉积起来。③凹凸棒石粘土矿形成的机理。上述湖盆的沉积物,在半干旱的条件下,经潜水及地表水的作用发生水解,在碱性介质中重新组合形成蒙脱石、水云母等粘土矿物。当环境中MgO、SiO2浓度增加,Al2O3浓度相对减少时,蒙脱石矿物相将不稳定,发生向凹凸棒石矿物相的转变。在扫描电镜下,可见到凹凸棒石呈清晰的蒙脱石花瓣状假象,说明凹凸棒石是由蒙脱石转化而来。