辽宁省二道河膨润土矿床地质特征及成因探讨

刘殿鹤　张雪花辽宁省有色地质局勘察研究院，辽宁沈阳，110013

辽宁省二道河膨润土矿床地质特征及成因探讨

刘殿鹤*张雪花
辽宁省有色地质局勘察研究院，辽宁沈阳，110013

提 要 二道河膨润土矿床位于辽宁西部紫都台-于寺盆地北东缘义县期火山断陷盆地内，矿体赋存于义县组沉凝灰岩及流纹质熔结凝灰岩、珍珠岩等中酸性火山碎屑岩中。矿区共发育70多条层状、似层状膨润土矿体。主要矿石矿物为蒙脱石，具改型特征。浅部主要为钙基膨润土，200m标高以下向钠基膨润土转变。经综合研究认为，该矿床属典型的以后期表生风化淋滤型作用为主的复成因矿床。

关键词膨润土矿床 地质特征 成因探讨 辽宁省二道河

二道河膨润土矿床行政区划隶属于辽宁省阜蒙县太平乡。大地构造位置处于中朝准地台内蒙地轴旧庙断凸内【1】，中生代紫都台-于寺盆地的北东缘。受区域构造应力体制的控制作用，在辽西形成了一系列北东、北北东向展布的中生代盆地内堆积了大量侏罗系、白垩系火山岩及火山碎屑沉积建造，其中义县组火山岩为膨润土矿床的形成提供了必要的母岩条件。近年来，研究学者们对于盆地内的地层古生物特征【2】、区域构造【3～5】以及火山活动【6～9】等方面进行了详尽的研究，逐渐趋向于一种共识，即义县组火山岩由早至晚呈现由早期偏基性向晚期偏酸性的演化趋势，划分为上、下两个亚旋回，其中每个大的火山喷发亚旋回间又夹杂着代表火山活动间歇期的(沉积)火山碎屑岩。本文即针对与膨润土矿成矿关系密切的早白垩统义县组中酸性火山岩、沉积火山碎屑岩进行详细分析，通过对义县组岩性特征、地层划分及其与膨润土矿赋存关系的研究，对二道河膨润土矿床的地质特征及成因做一简要探讨。

1 矿区地质概况

1.1 地层特征

经地质调查研究发现，二道河膨润土矿体严格受义县组层位控制，因此，对于矿区内地层叠置的分布规律研究尤为重要。经详细地质填图工作，矿区出露地层（图1）由老至新依次为太古宇建平群小塔子沟组（ArJnx）黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩夹磁铁石英岩，下白垩统义县组（K1y）珍珠岩、流纹质熔结凝灰岩、沉凝灰岩（由晶屑、玻屑、火山灰等粒度细小物质组成）、凝灰质砂砾岩、安山岩，中白垩统孙家湾组（K2S）凝灰质砾岩夹凝灰质砂岩及第四系（Q）。

按岩性、组构特征和产出状态，由下至上将本区义县组划分为三个岩段（图2）：

第一岩段（K1y1）：岩性主要为沉凝灰岩夹凝灰质砾岩、凝灰质砂岩，主要分布于盆地斜坡前缘，直接覆盖在小塔子沟组片麻岩之上；矿体主要呈薄层状赋存于沉凝灰岩中，个别产于凝灰质砂岩中。

第二岩段（K1y2）：岩性以棕红色流纹质玻屑、晶屑熔结凝灰岩（图3a）、灰黑色珍珠岩为主（图3b）、其次为灰绿色安山岩及凝灰质火山角砾岩等，覆盖在第一岩段之上；其中珍珠岩与流纹质熔结凝灰岩空间上密切共生，构成本岩段的赋矿围岩，凝灰质角砾岩则沿喇嘛山流纹质熔结凝灰岩外缘呈薄层分布，厚约2～10m；另在矿区中部深处可见厚约60m的灰绿色火山角砾岩，粒径一般为2～40mm，基质成分主要为凝灰质，碳酸盐化等热液蚀变作用沿节理裂隙非常发育，蒙脱石化强烈，推测当时存在较强的火山喷发作用，在热液作用下，该岩段内形成了较好的膨润土矿体，最厚可达30m；该岩段代表了火山活动时期的产物，在地貌上呈明显的正地形，主要分布在赵家窝棚—扣堡村北部—喇嘛山—新丘东山—大脑袋山一线，区域上形成一条北西向展布的中酸性火山岩带，向北西延伸至太平乡膨润土矿区，南东则延至西哈尔套街膨润土矿区，部分膨润土矿体喇嘛山及东山地表出露。

第三岩段（K1y3）：岩性为玫瑰红色沉凝灰岩（图3c、图3d）夹凝灰质砾岩，在地表可见膨润土矿（化）体露头；沉凝灰岩蒙脱石化最为强烈，其次凝灰质砾岩中的大量火山细碎屑基质也不同程度的发生了蒙脱石化作用；本岩段在本区覆盖面积最大，沉积地层也最厚，其中赋存的膨润土矿体数量最多，尤其靠近地表浅部，矿化非常强烈，矿体厚度巨大，蒙脱石含量较高。主要分布在矿区的中部及西南部。

图2　二道河矿区下白垩统义县组典型剖面地层柱状图Fig 2 Stratigraphic division map of Lower Cretaceous Yixian Formation in Erdaohe area

1.2 构造特征

区内褶皱构造不发育，地层总体呈北西走向，倾向南西，为单斜构造。盆地内地层整体为一套向南西倾斜，倾角较缓的单斜构造。

矿区在平面上位于北北东向展布的紫都台-于寺盆地的北东缘，纵向上总体向南西倾伏，由矿区内北西—南东向流纹质熔结凝灰岩、珍珠岩酸性火山岩带展布特征推测北东侧盆缘存在一隐伏断裂，早白垩世义县组沉积期强烈的火山活动即沿此断裂带喷发，既为火山喷发提供了通道，同时为火山物质提供了充足的赋存空间。

1.3 岩浆岩

区内岩浆岩主要为花岗岩，均侵入于片麻岩中，呈肉红色，花岗结构，块状构造，矿物成分主要为微斜长石，多呈半自形-他形晶，其次为斜长石和石英，角闪石等暗色矿物约占2%～5%。时代为燕山早期。总体来看，本区岩浆岩对膨润土成矿无明显的影响。

图3　义县组岩石典型结构构造特征Fig 3 The Yixian Formation of typical structural features of rock

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

二道河膨润土矿区共发育70多条矿体，均无一例外地赋存于下白垩统义县组（K1y）中，其中大多数规模较大的膨润土矿体均产于地表浅部的第三岩段沉凝灰岩中，其次在第二岩段流纹质熔结凝灰岩、珍珠岩中，少部分赋存于底部第一岩段的沉凝灰岩夹凝灰质砾岩、凝灰质砂岩中。

矿体与地层呈整合接触，严格受地层层位控制，呈层状、似层状、单层缓倾斜产出。膨润土矿层（体）规模较大，走向最长可达2km，宽度可达0.6km，整体厚度在1～7m之间。矿体总体倾向220°，靠近矿区北东部盆地因基底边缘处坡度较陡倾角相对较大，最大可达27°，向西南方倾角逐渐变缓，平均在2～5°左右（图4）。

第一岩段及第三岩段中矿体围岩主要为沉凝灰岩，珍珠岩及流纹质熔结凝灰岩则构成了第二岩段内膨润土矿体的围岩。各岩段空间上由底至顶，平面由北东至南西基本呈平行带状展布，呈现出沉积作用—火山作用—沉积作用交替发育的韵律特征。综合矿区整体特征可以看出，膨润土矿体由地表向深部呈现出厚度减薄、数量减少的趋势（图4）。

图4　A-A’ 剖面示意图Fig .4 A-A’ Section sketch map

2.2 矿石矿物特征

矿石以白色、浅黄绿色为主，浅粉红色、浅灰绿色次之。在地表及浅部多呈坚硬粘土状。从粒度上看，主要为显微鳞片状、层状及块状构造，均具蜡状光泽，贝壳状断口明显，手感滑润，遇水膨胀、溶解，风化后易散解、碎裂等。

根据基本分析成果，本区钙基膨润土蒙脱石含量在40.00%～95.00%之间，钠基膨润土蒙脱石含量介于41%～70%之间。

据可交换的阳离子种类将本区膨润土矿分为钙基及钠基膨润土两种类型，地表及浅部发育钙基膨润土，在200m标高向下钠基膨润土逐渐增多，二者在空间上呈渐变过渡关系。产生改型的原因可解释为富含钙离子和钠离子的碱性地表水向下逐渐渗透，溶液中钙离子含量高，但溶解度低于钠离子，更易从溶液中析出，从而在浅部形成了规模较大的钙基膨润土矿层（体）；相反钠离子更易随水溶液渗透到深部，在封闭性良好的汇水盆地中，ENa+得到较好的保存，形成钠基膨润土矿体。

据X射线衍射分析，本区膨润土矿层（体）主要矿物成分为蒙脱石，含量一般在60.20%～77.60%之间，其次为石英，含量一般在13.00%～34.40%，含少量斜长石及方解石，含量一般小于10%。

化学全分析结果表明，膨润土主要由含水铝硅酸盐矿物组成，其化学组分主要为SiO2、Al2O3和H2O，其次为MgO、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O、TiO2等，化学成分具体含量参见表1。

本区矿石的物化性能测试结果如表2所示。

表1　矿石化学成分全分析Table 1 Chemical composition of ores total analysis

表2　矿石物化性能平均统计表Table 2 Ore physicochemical properties of average statistics

3 矿床成因研究

3.1 控矿因素

（1）构造盆地 相适宜的构造盆地环境可以为火山物质的堆积提供大量的可容空间，而利于物质堆积保存的可容空间是膨润土矿形成的前提条件。辽西中生代发育的一系列北东向断陷盆地为膨润土成矿母岩提供了充足的利于保存的空间。早白垩世义县期强烈的火山活动沿盆缘断裂带喷发，适宜的火山喷发与构造活动为后期成矿作用提供了充足的物质来源与赋矿空间。

（2）层位与岩性 研究表明，本区具工业意义的膨润土矿体均严格受层位控制，与义县期火山活动喷发的大量的火山灰、火山熔岩流密切相关。总体来说，第一岩段与第三岩段主要岩性为沉凝灰岩夹凝灰质砂砾岩，沉凝灰岩矿化均匀强烈，凝灰质砂砾岩内凝灰质基质矿化较为强烈。它们均由大量的玻屑、晶屑等细火山碎屑物质组成，对于成矿非常有利。第二岩段内的珍珠岩与流纹质熔结凝灰岩因其含有较高的火山玻璃质，受热液蚀变作用影响，同样是本区膨润土矿的关键层位。

笔者针对本区第三岩段内的膨润土矿体累计厚度及蒙脱石含量进行了统计分析，由厚度等值线图（图5）表明，矿体厚度中心主要位于矿区的中部及南东部，而在蒙脱石含量等值线图（图6）中，蒙脱石含量较高的部位位于矿区的中部以及西部，与矿体最厚的部位略有差异，但大体上是吻合的，从中我们可以看出，当时在沉积第三岩段时，地貌上北东高、南西低的优势地形为火山物质的堆积提供了充足的可容空间，在矿区中部得以沉积厚度巨大的沉凝灰岩等火山碎屑物质，为矿区形成大规模膨润土矿体创造了物质前提。

图6　膨润土矿体蒙脱石含量等值线图Fig.6 Contour map of bentonite ore montmorillonite content

（3）水化学条件 水化学条件在本区膨润土矿、珍珠岩的形成过程中起着至关重要的作用，由矿区内沉凝灰岩具有明显的水平微层理来看，几乎所有的层状矿体及其成矿母岩初始阶段均在解度最大的环境，非常有利于火山玻璃物质的水解与蒙脱石等粘土矿物的形成。因此，地表富含碱性水体的水化学条件是形成膨润土矿的重要的外部条件。

3.2 成矿机理

本区厚度巨大、延伸稳定的膨润土矿体均无一例外的赋存在地表浅部，矿体向深部厚度具有非常明显变薄的趋势，同时，本矿床赋矿围岩主要为沉凝灰岩及流纹质熔结凝灰岩、珍珠岩，初始成矿作用分别属于沉积火山碎屑岩—再造型及火山熔岩—再造型【10】，实际上从火山灰进入湖盆水体时既已发生了蒙脱石化作用，在成岩后期及被掩埋后继续受地表水溶液及上部水体的下渗淋滤作用，叠加改造作用使得蒙脱石化进一步富集增强，最终形成了厚度相对巨大，平面上延伸稳定，蒙脱石含量较高的膨润土矿床。因此，可将本矿床成矿期大致归纳为三期，分述如下（图7）。

图7　膨润土矿床成矿作用简图Fig.7 The Mineralizationsketch of Bentonite deposit

4 结 语

二道河膨润土矿床严格受下白垩统义县组地层层位控制，由下至上据沉积火山碎屑岩及中酸性火山熔岩划分的三个岩段，反应了火山喷发期与火山活动间歇期交替变化的特征。由矿区矿体的产出特征及赋存规律可以看出，矿体主要发育在地表浅部的第三岩段沉凝灰岩内，其次为第二岩段流纹质熔结凝灰岩、珍珠岩以及第一岩段沉凝灰岩内。矿体由下至上总体具有平面分布广、厚度变厚、蒙脱石矿化强烈的变化趋势。表明火山碎屑物质及火山熔岩形成初期既已发生的蒙脱石化作用，在后期地表水风化淋滤及地下水体下渗改造作用又进一步的富集成矿。纵观矿体的典型特征，表明矿体（层）的形成具有多期次叠加性，综合分析认为，本矿床属典型的以后期表生风化淋滤型作用为主的复成因矿床。

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综述

GEOLOGICAL CHARACTERISTICS AND GENESIS DISCUSSION OF ERDAOHE BENTONITE DEPOSIT IN LIAONING PROVINCE

Liu Dianhe Zhang Xuehua Exploration and Research Institute of the Bureau of Non-ferrous Geology of Liaoning Province，Shenyang, Liaoning, 110013

Abstract

Erdaohe bentonite deposit is located in the Yixian period vocanic graben basin,the north～esath of Zidutai～Yusi basin in the westen of Liaoning province .The ore body is within the sedimentary tuff and rhyolitic ignimbrite and pearlite which belong to intermediate～felsic volcanic rocks .There are more than 70 bedded ore～body bentonite ore body In the mining area. The primary mineral is montmorillonite with modified features. The calcium base bentonite mainly exists in the shallow, Changing to the sodium base bentonite In the following 200m elevation. After comprehensive study. The deposit belongs to the typical supergene period weathering leaching type dominated complex deposit.

Keywords:bentonite deposit; Geological characteristics; genesis discussion; Liaoning erdaohe

中图分类号：P619.255

文献标识码：A

文章编号：1006–5296（2015）02–0085–08

收稿日期：2014-04-03；改回日期：2015-04-14

* 第一作者简介：刘殿鹤（1985～），男，地质学专业，硕士，工程师