临江市双山子硅藻土矿床地质特征及成因浅析

杨殿宇，齐 美，李 鑫，宁传奇

（1.中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033；2.紫金矿业集团股份有限公司东北亚矿产地质勘查院，吉林 长春 130033）

矿区位于临江市135°方位，直线距离约36km，行政区隶属吉林省临江市六道沟镇。矿区西偏北距六道沟镇约10km，省道S303自六道沟镇通过，其间由水泥公路相连，交通便利。矿区属北寒温带大陆性季风气候，年平均降水量766.5mm，年平均气温4.6℃。矿区地处长白山脉南麓玄武岩熔岩台地，地形较平坦，北部偏高，属浅切割低山区，沟谷多呈“V”字形。

1 区域地质概况

矿区大地构造位置位于中朝准地台(Ⅰ)、辽东台隆(Ⅱ)、营口—宽甸台拱(Ⅲ)，长白断块(Ⅳ)的南西端。

区域内地层由老至新如下：中元古界老岭岩群大栗子组(Pt2dl)、中上侏罗统果松组(J2～3g)、上侏罗统林子头组(J3l)、中新统马鞍山组(N1m)、上新统船底山组(N1c)、第四系全新统(Q4)。马鞍山组(N1m)为硅藻土含矿层位。

区域内为一呈北东向展布的新生代断陷盆地，盆地中心在长白虎洞沟、新北岗一带，本区处于区域断陷盆地的北部，其中形成许多小的盆地，构成“盆中盆”，其规模不大，硅藻土矿层即赋存于各个小盆地之中。

2 矿区地质特征

矿区地层简单，出露有中上侏罗统果松组(J2～3g)、中新统马鞍山组(N1m)和上新统船底山组(N1c)。矿区地层由老至新分述如下:

(1)中上侏罗统果松组(J2～3g)。

岩性为英安质凝灰角砾岩，主要由英安质凝灰岩角砾和长石、石英、云母及火山灰胶结物组成，角砾呈次圆状、次棱角状和棱角状形态，粒度多在2.50～10.00mm之间。

(2)中新统马鞍山组(N1m)。

该层大部分下伏于船底山组玄武岩之下，产状近于水平。露头分布于矿区西部的坡地及沟谷中，为一套硅藻土沉积建造。该层是区内硅藻土矿赋存层位。

(3)上新统船底山组(N1c)。

该层在矿区内呈北东向分布，北部变宽。控制厚度3.29～47.70m，近水平产出，不整合于马鞍山组之上，由块状和气孔状拉斑橄榄玄武岩组成。

3 矿层地质特征

硅藻土矿层主要矿物组分为硅藻，成分为蛋白石，种属以圆筛藻、直链藻为主，少量羽纹藻，硅藻含量在65%～98%之间；其他矿物为粘土质及碳酸盐，分别呈显微鳞片状、泥粉晶状，均匀分布在硅藻间，铁染呈黄褐色；此外还有少量石英、长石及铁质，石英、长石呈微粒状、棱角状，粒径0.01～0.09mm。

矿石结构为生物结构、泥质生物结构，构造为微层状、块状构造，单层厚1～10mm。矿石化学成分主要由有益组分SiO2，有害组分Al2O3、Fe2O3、CaO、烧失量组成。

3.1 矿层特征

矿层赋存于中新统马鞍山组中，呈较规则的层状。矿体的形态、规模、产状、矿层在空间上的分布严格受古地貌和沉积岩相控制。当沉积条件发生变化时，矿层则向不稳定一侧由厚变薄直至尖灭。

当硅藻土矿层发育较完整时，垂向上矿石类型变化明显，一般中间为硅藻土，向两侧依次为含粘土硅藻土、粘土质硅藻土、硅藻粘土。一个完整韵律从下至上为：硅藻粘土→粘土质硅藻土→含粘土硅藻土→硅藻土→含粘土硅藻土→粘土质硅藻土→硅藻粘土，其间为渐变关系。

根据硅藻土赋存特征，将区内硅藻土矿层自下而上分为两个矿层，即①、②号矿体(层)。其中①号矿体(层)为主要工业矿体(层)。

①号矿体(层)：位于含矿层(N1m4)下部，矿体规模较大，资源储量占全区的57.71%，优质硅藻土赋存于该矿层中。矿体赋存标高+736.48～+787.26m埋藏深度6.81～72.21m。控制矿层南北长1260m，东西宽570m，单工程控制矿层最大厚度17.94m，最小厚度1.15m，平均厚度8.53m，呈现西部低东部高趋势。矿层顶底板均为硅藻粘土，局部与②号矿层直接接触。矿石呈灰白色、浅灰色，自然类型为硅藻土、含粘土硅藻土、粘土质硅藻土。矿层由Ⅰ级品硅藻土层、Ⅱ级品硅藻土层、Ⅲ级品硅藻土层组成。

②号矿体(层)：位于含矿层(N1m4)上部，储量占全区的42.29%。矿层赋存标高736.48～802.52m，埋藏深度5.59～59.47m。矿体分布范围广泛，但矿石质量较差，本次详查，钻孔中均未见Ⅰ级品硅藻土，Ⅱ级品硅藻土仅有钻孔ZK0901、ZK0505两个钻孔控制，其余钻孔中仅见Ⅲ级品硅藻土。控制矿层南北长1260m，东西宽570m，控制矿层最大厚度8.58m，最小厚度0.68m，矿层平均厚度4.40m。

各矿体矿石平均品位详见表1。

表1 各矿体矿石平均品位

3.2 矿石类型、品级及工业用途

按矿石组分将矿石分为三种自然类型：硅藻土、含粘土硅藻土、粘土质硅藻土，各类型矿石特征如下。

(1)硅藻土：为Ⅰ级品矿石，主要为白色、灰白色、灰绿色，以灰绿色为主，硅藻含量约占90%以上，粘土矿物约占5%，少量碎屑矿物及磁铁矿物，有时可见植物化石。生物结构，微层状或块状构造，单层厚1～5mm，质轻，疏松细腻，湿润时似豆渣状，干燥时似白土状。

镜下特征：具硅藻生物结构，硅藻95%～98%，粘土质1%～4%，石英、长石、铁质含量≤1%。

硅藻：无色，体积微小，主要为圆筛藻和直链藻及碎片。圆筛藻呈圆盘形筛状，直径0.01～0.042mm；直链藻，藻体圆柱状，长0.01～0.15mm，直径0.007～0.14mm，由许多小圆盘、圆柱形藻胞叠置而成的链状，壳面有网格状小孔；成分为蛋白石，均质性，不规则分布。

此外，有少量粘土质及微量石英、长石，粘土质呈显微鳞片状，石英、长石微小粒状，分散在硅藻间；铁质，黑红色，微粒状、浸染状于硅藻中。

(2)含粘土硅藻土：为Ⅱ级品矿石，以灰绿色为主，白色、灰白色为辅，硅藻含量约占90%，粘土含量约占10%，其他为碎屑矿物及磁铁矿物；生物结构，微层状构造，微层厚一般3～10mm，质感较轻，固结差。

镜下特征：岩石具硅藻生物结构。硅藻80%～90%，粘土10%～15%，石英、长石、铁质少量。

硅藻：无色，体积微小，主要为圆筛藻和直链藻及硅藻碎片。直链藻，藻体圆柱状，长0.01～0.10mm，直径0.007～0.02mm，由许多小圆盘、圆柱形藻胞叠置而成的链状，壳面有网格状小孔；圆筛藻呈圆盘形筛状，直径0.01～0.04mm。硅藻成分为蛋白石，均质性，不规则分布。

(3)粘土质硅藻土：为Ⅲ级品，属一般矿石，质量较差，以灰、灰绿色为主，硅藻含量约占65%～70%，粘土含量约占25%左右，含少量碎屑矿物及磁铁矿物；生物结构，块状构造，湿润状态粘性较强，干燥后较坚硬。

镜下特征：岩石具硅藻生物结构，硅藻65%～70%，粘土25%，2%～3%石英、长石和少量铁质。

硅藻：体积微小，主要是直链藻和圆筛藻及碎片。直链藻，藻体圆柱状，长0.01～0.10mm，直径0.008～0.02mm，由许多圆盘藻胞叠置而成的链状体，壳面有网格状小孔；圆筛藻呈圆盘形筛状，直径0.01～0.042mm；成分为蛋白石，均质性，不规则分布。

从电子扫描镜检测结果可以看出，硅藻土和含粘土硅藻土中以圆筛藻为主，少量直链藻，藻体较完整；粘土质硅藻土以直链藻为主、圆筛藻次之，藻体较破碎。

按工业用途及各类型矿石主要化学组分划分为Ⅰ级品、Ⅱ级品、Ⅲ级品三个品级，各品级矿石自然类型、化学组分和工业用途等详见表2。

表2 不同类型矿石基本特征

3.3 矿石物理性能

按矿石自然类型系统的测试了矿石的物理性能，矿石物性特征详见表3。

表3 矿石物性测试结果

硅藻土矿石的质量是以硅藻土的矿物成分作为评价标准的，而其用途则取决于硅藻的种属。圆盘形硅藻为主的硅藻土用于制作助滤剂效果最佳，圆柱形硅藻为主的硅藻土用于制作催化剂载体、化肥包裹剂、保温隔热材料效果最好。本区硅藻土从矿石成分及扫描电镜测试看，以圆筛藻为主的Ⅰ、Ⅱ级品矿石为制造助滤剂的优质矿石，而以直链藻、管形藻为主的Ⅲ级品矿石是制作催化剂载体、化肥包裹剂、建筑用保温、隔热材料的最佳矿石。

4 矿床成因及找矿方向

4.1 矿床成因

(1)硅藻土矿床形成环境。

古地理环境是硅藻土矿床成矿的首要条件。新生代以来形成的内陆相湖泊、山间盆地为硅藻的生存、遗骸的堆积提供了良好的先决条件。硅藻为淡水种属，是在气候温暖湿润、雨水较充沛，能使湖盆长期保持稳定水位的淡水环境下生长—繁殖—死亡—沉积的。从硅藻的生存条件来看，带入湖盆的水不能有高浓度的酸、碱及其他有毒有害物质，优质硅藻土的形成同时要求带入湖盆的碎屑矿物很少，是以生物沉积为主、机械沉积为辅的沉积类型。

(2)湖盆的古地貌形态对成矿的控制。

沉积盆地是硅藻土成矿的重要条件。沉积盆地为硅藻的生存、遗骸的堆积提供了良好的场所，湖盆的古地理形态控制着矿体的空间形态、分布，凹处矿层变厚，凸起处矿层变薄，边缘处矿层尖灭。

(3)玄武岩的喷发与硅藻土形成。

硅藻的生长、繁殖需要水中有丰富的可溶SiO2，矿区内新生代玄武岩广泛发育，间歇性的玄武质火山喷发活动为可溶性SiO2提供了丰富的物质来源，为硅藻的生长、繁殖提供了必要的营养物质；而后期的玄武质火山喷发活动将已形成的硅藻土矿层覆盖，对硅藻土矿床起到了良好的保护作用。

4.2 找矿方向

新生代陆相盆地、大面积新近系玄武岩形成台地地貌、中新统马鞍山组地层。

5 结语

临江市双山子硅藻土矿的形成与岩相古地理、玄武岩分布、含矿层位等密切相关。通过对临江市五道沟镇硅藻土矿的地质勘查工作，认为该硅藻土矿矿石质量较好，易选、埋藏浅、覆盖层薄、产状平缓且矿层稳定。其经过选矿加工的终端产品因其具有特殊的孔隙结构，优良的物化性能，可用作助滤剂，以净化药物、酒类、各种油料。另外还可以用作石油化学工业催化剂载体及隔音、隔热材料等。

此次勘查工作，对双山子硅藻土矿床充分理解与分析，在以后勘查与其相类似的硅藻土矿床具有借鉴意义。双山子硅藻土矿如合理地开发利用，有利于调整当地硅藻土工业布局，改善临江市的硅藻土工业结构，进一步促进该地区的经济发展建设。