国外膨润土矿床地质特征概述

2018-06-28章少华王美琴

中国非金属矿工业导刊 2018年2期

章少华，王美琴，杜鹏

（1.中国非金属矿工业有限公司，北京 100035；2.浙江同济科技职业学院，浙江杭州 311231；3.中材地质工程勘查研究院有限公司，北京 100102）

膨润土矿床是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土矿床，有钠基、钙基、镁基、氢铝基等矿床类型，主要应用于石油、钻探、铸造、冶金、化工、食品加工、环保等领域，有“万能土”的美誉。

1 世界各国膨润土矿床地质特征

世界上很多国家都产出膨润土矿床。美国是世界上最大的膨润土资源国和生产国之一，膨润土矿床主要赋存于白垩系和古近系—新近系含矿建造中，已探明矿床150多处。到2016年，已查明资源总量8亿t，其中钠基膨润土储量约1.5亿t，居世界首位。膨润土资源主要集中产于怀俄明州及蒙大拿州，其次为南达科他、德克萨斯、加利福尼亚、科罗拉·多及亚利桑那等地。怀俄明膨润土(钠基)产在白垩纪海相地层内，呈舌状分布，延伸稳定，其中3/4以上位于下白垩统莫里页岩组，部分产于上白垩统的非海相地层弗朗蒂尔组页岩中，局部与煤系地层共生。莫里组由致密坚硬的黑色页岩组成，约含膨润土100多层，厚度不一，多数矿层厚度在0.6～1.5m，具有工业意义的矿层有7层。膨润土外观呈淡黄、绿色等，按粒度分为粘土—砂质和粉砂质两种，矿层与底板页岩界线清楚，与上覆地层渐变或呈相互混杂状态。矿石蒙脱石含量较高，含沸石、长石、石英、黑云母等，高岭石少见，没有方英石。矿床属海相火山沉积型，成矿母岩为白垩系粗安质火山灰及凝灰岩，经风、水流搬运沉积于海盆中形成。部分产于弗朗蒂尔组的矿层为陆相成因。怀俄明膨润土以储量多、质量好著称于世，是海相层状膨润土矿床的典型代表，所产膨润土主要用于钻井泥浆、铁矿球团及铸造。亚利桑那州和加利福尼亚州的膨润土产于古近系—新近系中，也由粗安质火山岩蚀变而成，可生产酸性白土，用于精炼石油。

加拿大膨润土含矿建造与美国相似，矿床也产于白垩系和古近系—新近系地层中，主要分布于阿尔伯塔州等地，矿层产状近水平，厚2～3m，最多有11层，其中6层经济价值较大。膨润土由火山灰蚀变而成，含镁较高，钙的含量有变化，非粘土物质主要为黄钾铁矾、石英、长石、云母及黑色碳质颗粒，可产出大型矿床。

墨西哥多数矿床产于古近系—新近系沉积地层，主要为钙基膨润土，分布于瓜达卢佩、帕布洛等地，原岩为火山质泥岩、砂岩和砾岩，经热液蚀变而成。

巴西也有膨润土矿床产出，含矿地层为白垩系，含矿建造为含石灰岩的沉积岩系，分布于米纳斯吉拉斯州等地，由火山灰在湖泊相沉积环境中分解而成。

阿根廷膨润土矿床产于门多萨省、圣胡安省和普塔哥尼亚省等地，含矿地层为三叠系和古近系—新近系，膨润土主要由蒙脱石组成，含有石英、云母和高岭土等杂质。

日本膨润土有两种：一种是钠基膨润土；一种是酸性白土。钠基膨润土主要分布于本州群马县、山形县和北海道，膨润土矿床主要产于山形县、群马县、福岗、宫城、新泻等地。矿床多为绿凝灰岩沉积、热液蚀变型，常与沸石、埃洛石等共生。日本膨润土产品主要用于铸造、土木工程、钻井泥浆等。

印度膨润土矿床主要分布于拉贾斯坦邦、查谟、克什米尔、卡塔哈、旁遮普、古吉拉特等地，含矿层位主要在侏罗系和古近系—新近系中，由火山玻璃蚀变而成。矿石类型有钠基膨润土、漂白土等，矿层厚度1～3m，钠基膨润土质量优良。在相同的层位中产有较纯的凹凸棒石矿床。

巴基斯坦膨润土矿床产在米尔普尔、比姆巴尔、杰卢姆、西瓦里克和拉瓦尔品第等地，时代为古近纪—新近纪，矿床在粘土和砂岩中呈层状产出，厚度1～2m，矿床规模较小，都是钙基土，没有钠基土。

土耳其产出优质钠基膨润土矿床，赋存于白垩系地层中，分布于土耳其东北部的托卡特—雷沙迪耶一带，质量与美国的怀俄明膨润土相似，储量1 500万t以上。也有海泡石、凹凸棒石矿床产出。

塞浦路斯膨润土矿产于与特罗多斯枕状熔岩流的接触带或其附近的沉积物中，尤其是在白垩系的匹拉佩地(Perapedhi)组中，并常伴有含棕土的页岩，矿床分布于潘塔科摩附近，距利马索尔约15km，为较厚的平卧的钙基膨润土，其中含有5%～10%的伊利石。

土库曼斯坦的奥格兰雷地区的膨润土矿床为钠基土，储量较大，质量仅次于美国怀俄明。矿床成因以沉积和热液蚀变型的矿床为主，应用于铁矿球团、钻井泥浆及铸造业。

亚美尼亚的萨里纠赫地区的膨润土也是仅次于美国的钠基膨润土的产地，优质膨润土多以沉积和热液蚀变型的矿床为主，应用领域主要为铁矿球团，钻井泥浆及铸造业。

澳大利亚膨润土分布于昆士兰、新南威尔士、博格布里等地，含矿地层为二叠—三叠系煤系地层、侏罗系和古近系—新近系中。新南威尔士的膨润土产于二叠—三叠系的煤系地层中，有一定规模，含一定数量的伊利石、蒙脱石混层。侏罗系和古近系—新近系中的膨润土是粗面岩、安山岩、集块岩蚀变的产物，厚度可达2～3m。

新西兰膨润土矿床在北岛、南岛、克莱斯特切奇等地均有产出，分布较广，含矿层位有白垩系和古近系—新近系，矿床成因主要为火山灰沉积蚀变作用。

莫桑比克膨润土矿床分布在劳伦哥马库斯一带，含矿层位是早侏罗世，含矿岩石是珍珠岩、流纹岩等，膨润土由热液蚀变而成，矿层厚可达10m左右，矿石质量变化较大，有很纯的膨润土矿，也有含有大量方英石和蚀变的流纹岩细粒。

南非膨润土矿床产于奥兰治、开普敦、纳塔尔等地，赋存于早侏罗统、早白垩统和古近系—新近系的地层中。据资料介绍，奥兰治和开普敦的膨润土矿床形成的地质年代里没有任何火山活动，只有纳塔尔的膨润土矿床是早侏罗世的玻璃质、珍珠岩质、流纹质熔岩就地蚀变而成的。

阿尔及利亚膨润土矿床主要分布于谢里夫、奥兰、塔夫纳等地区，赋矿层位为白垩系和古近系—新近系。矿床有5个相互分隔的矿层，厚1～5m，夹于中新世火山质粉砂岩之中，膨润土中保留着火山灰构造。局部还找到了硅藻土。

希腊膨润土主要集中产于米洛斯岛和莫洛斯岛，是钠基膨润土的主要产地，主要用于铁矿球团、钻井泥浆和铸造业。

西班牙膨润土矿床分布于阿尔梅里亚、格拉纳达、卡巴纳等地。阿尔梅里亚膨润土由古近系—新近系的流纹质和安山质火成岩经热液蚀变而成，矿床规模较大，部分矿体厚度达8m以上，为镁钠基膨润土。格拉纳达膨润土矿床产于白垩系中，为钠基土或钠钙基土，其中铁含量很高。卡巴纳膨润土矿床产于古近系—新近系中，赋存于白云岩和白云质砂岩中，大部分为蒙皂石。

法国没有大而富的膨润土矿床，只在中部地区古近系—新近系中产有一些小型膨润土和漂白土矿床。

英国膨润土矿床分布于萨里、萨默赛特、贝德福郡、伯克郡等，含矿层位是侏罗系和白垩系。萨里和贝德福郡的膨润土矿床产于早白垩系钙质砂岩层中，与砂岩互层产出，由具有肥皂感的、硬的蓝色粘土组成。萨默赛特地区漂白土产于中侏罗统“大鲕石岩系”中，矿层厚2m以上。伯克郡的膨润土蒙脱石含量高，为80%～85%，厚度＞4m，产于下白垩统，与沸石、石英共生。

意大利膨润土资源较丰富，主要分布在庞廷岛、撒丁岛的萨达里、卡利亚里、乌里克斯、瓦拉·罗瓦图洛、乌里、阿尔盖洛和西西里、恩钠等地。该国膨润土产量大，质量好，主要供出口。

罗马尼亚膨润土矿床分布于奥尔达、多布罗加、托米斯特等地。含矿层位是白垩系和古近系—新近系，由火山灰、流纹岩经热液蚀变而成，在托米斯特的矿床中还保留着流纹岩的原始结构。矿石有钠基和钙基两种。值得注意的是，在多布罗加南部，有膨润土和硅藻土共生的情况。

国外典型膨润土矿床矿石化学成分综合于表1。

表1 国外主要膨润土矿床矿石化学成分

2 国外膨润土矿床的时空分布规律

据资料统计，国外膨润土矿床的形成时代主要是白垩纪、古近纪—新近纪、侏罗纪，个别国家在前寒武纪、二叠纪、三叠纪等时代也有膨润土矿形成。由于膨润土矿的不稳定性，有些成矿时代如前寒武纪、二叠纪、三叠纪等形成的膨润土矿能否保存下来值得商榷。

国外主要膨润土矿床形成时代归纳于表2。

表2 国外膨润土矿床形成时代

国外膨润土矿床的分布是有规律的(见下图)。国外膨润土矿床分布可划分为三个矿带：

(1) 环太平洋矿带，这是世界膨润土的主要产区，也是最有远景的地区。该带又可分为东亚带和西亚带，东亚带主要是沿阿拉斯加—加拿大西部—美国西部—墨西哥—哥伦比亚—巴西—阿根廷等延展。该带是环太平洋和加勒比造山带的一部分，三叠纪以后有大量的钙碱性岩浆平行板块边缘断续喷出侵入，形成一系列火山—深成岩岛弧，有利于膨润土矿的形成；西亚带沿俄罗斯东部—朝鲜—中国东北—东南沿海—台湾—菲律宾—澳大利亚—新西兰等。该带火山岩—侵入岩十分发育，在亚洲活动带陆相火山岩中，晚白垩纪和古近纪钙碱系列岩石占60%。

国外膨润土矿床分布略图

(2) 环印度洋矿带，包括缅甸—印度尼西亚西部—澳大利亚西部。环印度洋西带包括从印度—巴基斯坦—伊朗—伊拉克—苏丹—坦桑尼亚—赞比亚—莫桑比克—南非。全带已探明膨润土储量占全球已探明储量比例较小。

(3) 地中海—黑海矿带，包括地中海诸国(西班牙、法国、意大利和希腊)—黑海沿岸诸国(罗马尼亚、土耳其、塞浦路斯)—伊朗北部—巴基斯坦北部—中国西部。该矿带已探明的膨润土储量约占全球已探明储量的20%左右。

3 国外膨润土矿床的成因

膨润土矿床的成因与成矿元素(硅、铝、镁、铁、钾、钠等)在特定的地质环境、构造条件、地球物理和地球化学条件下有规律的组合有关。从资料显示看，晚中生代和新生代大陆火山岩是膨润土的主要成矿物质来源。但不同地区略有不同，美洲和欧洲的膨润土矿多数由偏中基性火山岩蚀变而成，而亚洲和大洋洲的膨润土大部分由酸性火山物质蚀变而成。从世界范围来看，火山岩往往呈非常稳定的线型分布，延伸数千公里，其走向与中生代和古生代主要褶皱系总的走向一致，并受区域性断裂构造控制。板块边缘的断裂构造对于深部的岩浆、热液的形成、沟通起到十分重要的作用。世界上大部分膨润土矿集中分布于六大板块及次级小板块的俯冲消亡带与仰冲火山岩带中。蒙脱石在漫长的地质历史中是一种不稳定的矿物，它在经受热液、压力的作用下容易向伊利石、绿泥石演变，在强烈水解作用下向高岭土转化。这就是世界上主要膨润土矿都与年青的火山岩带有关的原因。