山西省大同县西沙窝矿区连续玄武岩纤维矿矿物学特征及其矿床研究

高志平

（山西省第一水文地质工程地质队，山西 太原 030000）

研究区内位于大同县瓜园乡，册田水库北部的鱼儿涧～西沙窝村一带，交通情况便利，面积约9.06km2。本次工作通过对区内连续玄武岩纤维矿进行勘查、采样分析，研究该矿矿物学特征及其矿床为下一步勘查研究工作提供资料和依据。

1 矿区地质概况

研究区位于华北地台北中部燕山沉降带西缘、山西隆起带东缘，具体位于桑干河新断陷盆地后所凹陷北部。桑干河新断陷盆地西北以口泉大断裂为界，南东分别以六棱山北麓断裂、麻峪口断裂为边界，进一步可划分为怀仁凹陷、黄花梁陷隆与后所凹陷。后所凹陷西部为黄花梁陷隆，东部为恒山隆起，受西部大同～郑庄～山阴断裂与东部的六棱山北麓断裂控制，走向NEE，自上新世以来沉积厚度达1500m，其中新近系厚1100m，第四系厚400m。

区内东部丘陵顶部广泛出露玄武岩，为“册田玄武岩（ctβ）”，出露面积约5.60km2；根据地质填图与钻探成果，推断研究区玄武岩分布于西部的河湾沟以东，本次工作中最大厚度达18.74 m。根据区内玄武岩分布特征、区域地质资料，推断火山口位于研究区外北部，岩浆由北向西南漫流。

研究区玄武岩矿上部为第四系上更新统峙峪组（Q3S)次生黄土，下部为泥河湾组（Qpn），且部分钻孔玄武岩下部地层有受烘烤的迹象；玄武岩底部附近揭露有灰绿、黄绿色粉质粘土、粉土、细砂，结合研究区地貌特征，可与“鹅毛口西剖面”、“许家窑遗址剖面”中的“灰绿层”进行比对。根据玄武岩矿上下松散层时代、区域火山活动，确定研究区玄武岩矿时代为第四系上更新统早期。

2 连续玄武岩纤维矿矿物学特征

2.1 玄武岩特征及熔融析晶性能研究

本次试验采用粉末样品的热重-差示扫描量热（DSC）分析，确定玄武岩矿石熔融和析晶温度，为玄武岩制备提供理论依据[1]。DSC试验采用Mettler Toledode的TGA/DSC仪器，温度范围室温～1600℃，分辨率为0.1μW，加热速率为10℃/min，气氛流速为100 mL/min。

本次试验选取了ZK2415-H5，ZK2415-H7，ZK2415-H9，三个玄武岩矿物样品进行试验，样品的TG曲线，主要出现了2个主要失重段，表现不同程度的波动：①第一个失重段温度为室温～325℃，主要为样品本身吸附水和结晶水的挥发导致失重；②第二个失重段温度为＞1225℃，主要为样品中碱性化合物的分解带走一部分物质导致失重。

由于本次玄武岩取样试验中未进行碳酸盐类和硫酸盐类的测试，通过化验数据烧失量比较低，判断玄武岩中碳酸盐类矿物成分很少；通过化验数据中将化学全分析元素相加，判断玄武岩中硫酸盐类矿物成分较少，其失重不明显。

与TG曲线相对应，样品的DSC曲线，主要出现了3个主要吸热谷和1个放热峰[1]。第一个吸热谷（谷底最低值分别约为293.5℃、391℃、293.5℃）主要为样品本身吸附水和结晶水的失去引起的；第二个吸热谷（谷底最低值分别约为1069℃、1064.5℃、1070.5℃）包含两个反应过程，其中碳酸盐类矿物分解（325℃～625℃）产生吸热，而且曲线下降较缓，说明分解吸热的速度慢；625℃～1072℃TG曲线未见明显失重；第三个吸热谷（谷底最低值分别约为1249℃、1225℃、1253.5℃）对应的TG曲线失重，根据数据分析该阶段为样品中硫酸盐分解吸热，这个吸热峰较平缓，说明分解吸热的速度一般，样品中硫酸盐很少，失重不明显。由玄武岩三个样品的差热分析[1]可得如下结论：玄武岩原矿包含钠的硅酸盐、硅铝酸盐等矿物，其中碳酸盐类是通过化验中烧失量数值判断其含量很少，硫酸盐类成分是通过样品全分析进行计算，得出硫酸盐含量很少，与化学全分析试验结果吻合。

2.2 玄武岩的熔融高温粘度性能研究

本次试验采用粉末样品的灰粘度分析，确定玄武岩矿石高温粘度，为玄武岩制备提供理论依据[2]次灰粘度试验采用美国THETA高温粘度计仪器，温度范围24℃～1525℃，采用的是直接升温至1525℃，缓慢降温观察其玄武岩熔体粘度变化。

通过温度-粘度曲线，从而确定粘度与温度的关系，为以后生产拉丝提高温度依据。本次试验选取了ZK2415-H5，ZK2415-H7，ZK2415-H9，三个玄武岩矿物样品进行试验，从实验所测三个不同样品温度～粘度曲线，粘度强烈的依赖于温度而变化，随着温度的降低而升高，整体曲线无明显拐点，类似于玻璃体。

根据实验数据可知，在1100℃时曲线截止，说明样品粘度很大状态处于固态状，在1525℃时，样品粘度小，说明基本处于液态状。本次化验室随机选取ZK2415-H7熔融性试验，分析结果如下：

表1 ZK2415-H7熔融性试验

可以看出样品ZK2415-H7灰熔融性在1120℃处于DT（固态），在1160℃处于ST（软化状），在1166℃处于HT（半球状），在1180℃处于FT（流动状）。其1180℃流动状，但是并不能确定样品中所有物质全部融化。

2.3 玄武岩纤维原料开发

玄武岩纤维的生产工艺和设备与原料有很大的关系，在玄武岩纤维产业化过程中选择生产原料时，必须要经过充分的研究与开发。现在将玄武岩的平均值数据与以上三个要求进行比较。（见表2）

研究区中玄武岩矿的数据均符合要求。

表2 玄武岩的平均值数据与俄罗斯多莫诺夫原料要求比较

3 玄武岩矿床特征

矿体厚度由西北至东南逐渐变厚，据全矿区11个见矿工程控制点统计，矿体厚度平均厚度10.44 m，厚度变化系数41.90%，达到可采厚度面积约4.22km2。

区内玄武岩矿为熔岩流相，深灰色、紫红色，斑状结构，斑晶成分橄榄石，呈黄及黄绿色，大小0.5mm～1mm，含量5%左右，基质微晶结构，成分橄榄石及暗色矿物。