赤峰宁城膨润土矿地球化学特征及成因研究

金翠叶 莎茹拉 任晓辉 侯艺飞 王红凯

摘要：本文对赤峰宁城地区的膨润土矿进行采样、处理、分析，进而对数据加以讨论，发现该矿体的元素分布特征，并得出其地球化学特征与矿体成因之间的联系.从野外产状来看，该矿体为火山熔岩蚀变型矿床，蒙脱石矿物形态为透镜状，矿体呈致密块状，矿石呈灰白色、黄绿色等多种颜色;由X射线衍射（XRD） 分析得出该矿体主要矿物与次要矿物的分布规律，通过主量元素、微量元素与稀土元素分析，得出膨润土矿不同元素的富集与亏损形式亦有一定差别.

关键词：赤峰宁城;膨润土;火山熔岩;地球化学特征

中图分类号：P632  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）07-0029-04

赤峰市膨润土资源处于全国前列，但由于社会、经济、技术、地理位置等多种原因，对其研究程度少，开发水平较低，尽管有些矿山已开采了十几年，但仍存在资源综合利用低，浪费较严重的现象.赤峰市的膨润土矿资源多，规模大，但对其研究程度远低于国内研究水平，因此对其地球化学特征和成因研究有利于该类型矿床的分类开发和深加工技术的选择提供一定的理论依据.

1 地质概况

内蒙古膨润土矿储量大，资源丰富，其矿床分布主要集中在赤峰市的宁城县境内，前人对该地区膨润土矿床的形成与演化主要有以下几点认识，据刘锦等研究[1]，宁城膨润土集中分布在南部地区宁城—平泉火山盆地内，矿床主要为白垩统义县组中酸性熔岩蚀变型;陈敏等认为赤峰地区膨润土矿属中酸性火山岩建造成矿系列之中酸性火山岩岩浆蚀变成矿亚系列[2];据赵智利等研究[3]，赤峰松山区膨润土矿产于上侏罗统白音高老组地，其地质特征受中生代晚期陆相火山—沉积盆地控制，在低温、低压、碱性环境中形成，为典型的淡水湖相火山—沉积型膨润土矿床;李艳兵等对大青山东段膨润土矿床的研究发现，赤峰宁城地区的膨润土矿是由碱性溶液沿熔岩裂隙蚀变交代形成的怀俄明型膨润土矿床[4];王克勤等对辽西膨润土矿床的成因研究，认为该地区膨润土矿床主要岩石类型为熔岩、火山碎屑岩，经热液蚀变成矿，蚀变带的岩石基本类型为玻屑凝灰岩，主要的蚀变类型为蒙脱石化作用和硅化作用[5，6].

根据以往的研究，宁城地区的膨润土主要是钙基膨润土，钠基膨润土的分布较少.然而，在相同的地层环境中，矿体从上到下的垂直分布可以表示上部为钙基膨润土的浅表面，深入地下（潜水面下方）可逐渐转变为钠基膨润土，这种分带特征形成是由于酸性水浸出后膨润土矿物的自然改性而成[8].据李艳冰等人介绍[9]，成矿矿石，成矿作用和成矿微环境在膨润土矿的成因控制中起到了一定的作用，成矿原岩主要影响矿体的规模、形状、成因和矿石质量;多阶段矿化的复合叠加可以导致不同类型和不同矿物组合的产出;成矿微环境引起成矿系列中不同矿物之间的转化，例如当水介质pH=8～10时，沸石可替代火山玻璃形成高硅沸石，沸石可进一步转化为蒙脱石是有益的，但如果水性介质保持高 H+/（Na++Ca2+）比例，火山玻璃可以直接形成蒙脱石而不经过高硅沸石阶段，反之亦然，形成含有Ca2+，Na+的高硅沸石.宁城地区膨润土矿形成于富水环境，由于低H+/（Na++Ca2+）比值，成矿过程极有可能从火山玻璃直接形成蒙脱石矿物.

2 采样位置

本次采样地点位于赤峰市宁城县五化镇周边（图1），其行政位置位于赤峰市南部与辽宁省西部交界处.在以往的数据[1]中，该区域在白垩纪早期具有火山活动，义县组火山岩广泛分布.多循环多级火山活动形成的火山岩以钙碱性系列中酸性岩石为主，岩石组合为安山岩–英安岩–流纹岩.形成的膨润土矿类型主要为中酸性熔岩蚀变型，矿床生产空间位于上白垩统流纹岩、安山岩、流纹岩和下白垩统义县组的英安岩层均为薄层或透镜状流纹岩火山角砾岩熔岩和熔岩角砾岩.矿体形态呈层状或透镜状，矿体与围岩之间没有明显的边界，呈现逐渐过渡的关系.在垂直分布中可以看到明顯的分区，从上到下，依次是珍珠岩带，沸石-硅化带，硅化-沸石-蒙脱石带和强硅化带.膨润土矿体主要产于硅化-沸石-蒙脱石带中，主要矿物为蒙脱石，伴随矿物有斜发沸石，丝光沸石，石英和碳酸盐等成分.

3 样品采集和分析方法

3.1 样品采集

本次采样地点位于赤峰市宁城县五化镇周边，样品是从周边一座正在开采的膨润土矿体的剖面中采取的，从两条剖面中共采了15件样品，采样位置及相关剖面简图见图2，图3.

矿体自上而下有明显的分带性，顶层被块状肉红色火山岩所覆盖，厚度约2米左右，下部粘土层与火山岩之间有一层灰色网纹状土.自上而下矿物粒度由粗到细，下部粘土层呈多种颜色，主要以灰白色为主，局部呈现红、紫、绿等其他颜色.野外观察初步判断该地点膨润土矿粒度较细，手摸有滑感，居前人研究，下部粘土矿主要矿物为蒙脱石，含量可达60%～70%[6]，膨润土矿中属于质量较好的矿种.

3.2 分析方法

本文于出野外实际勘查的基础上，利用XRD、XRF、ICP-MS等现代分析仪器对该膨润土矿样品进行测试工作.X射线衍射分析是在合肥工业大学的丹东浩元公司生产的DX-2700型号X射线粉末衍射仪上进行测试的，其主要参数：管电压，10-60kV;管电流，5-80mA;金属管Cu靶;扫描范围4°～60°，扫描步进角0.02°，扫描单位计数时间0.3s.X射线荧光光谱分析是在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室进行分析，仪器型号为Thermo-9900，操作过程为，取3g～10g粉末样品放入平板模具上的直径为35mm的塑料环中，加30t压力成型;压出厚度为2mm～4mm，表面平整无裂痕的模块.ICP-MS分析同在南京大学采用Finnigan MAT厂家生产的高分辨电感耦合等离子质谱ICPMS（HIGH RESOLUTION-ICPMS）测试，仪器型号ELEMENT 2，仪器参数：Extraction-2000、Cool gas 14.0 l/min、Auxiliary Gas 0.8 l/min、Sample Gas 1 l/min、Plasma Power 1350 W、 Resolution 300， 4000 and 10000 M/ΔM、Run 3、Pass 6、灵敏度：In 1ppm >1E8cps.

4 地球化学特征

4.1 XRD分析

从X射线衍射结果来看（图4），整个剖面可分三层，上部为火山岩主要矿物有石英、方解石;次要矿物为钙长石、沸石;中部为从火山岩至黏土矿层的过渡带，主要矿物有石英、方石英;次要矿物为钙长石、钠长石、蒙脱石、斜发沸石;下部为粘土层，主要矿物为石英和方石英;次要矿物有钠长石、蒙脱石、正长石、微斜长石等.粘土层样品中膨润土矿的主要成分为蒙脱石，其主衍射峰高而尖锐，衍射图谱上d（001）面网间距在15.28～15.71之间，由此可推断该矿中的蒙脱石应为钙基蒙脱石.由样品中含方石英可推断该膨润土矿原岩为火山岩.样品中长石的演化序列从上至下为钙长石—（钙长石+钠长石）—（钠长石+正长石+微斜长石），由此可见上部岩层应为中性安山岩，中部为钙碱性火山岩，底部为酸性火山岩.

4.2 主量元素分析

对矿点垂直剖面样品的主量元素分析来看（图5），随着SiO2含量的递增，TiO2、Al2O3、Fe2O3、MnO、MgO、CaO等元素含量递减，Na2O、K2O含量递增.说明矿体顶部可能是基性火山熔岩，自上而下逐渐过渡为酸性岩石，这与XRD分析结论一致.粘土矿物类型从上部钙基膨润土过渡到钠基膨润土.

4.3 微量元素分析

对矿点样品的微量元素分析结果如图6，总体特征为该矿点轻稀土元素含量较高，相对富集大离子亲石元素Sr及高场强元素Zr，显示岛弧火山岩的特点.含钙造岩矿物偏贫，指示安山质熔浆的物源主要为地壳物质[11].

4.4 稀土元素分析

对矿点样品的微量元素分析结果如图7，其特征为全部样品中轻稀土元素富集，指示该矿形成环境为陆壳环境.Ce和Nd元素显示正异常，说明成矿过程中有水作用参加，由于生物作用活跃，有机质发育而产生局部相对还原的环境，使Ce3+难以氧化成Ce4+，致使出现Ce元素的正异常情况.

5 成因分析

综上所述，宁城地区膨润土矿体的成矿原岩为中基性安山岩与酸性流纹岩混合物.主要原因如下：1）由XRD分析可知：上部火山岩主要矿物有石英、方解石;次要矿物为钙长石、沸石;中部粘土矿主要矿物有石英、方石英;次要矿物为钙长石、钠长石、蒙脱石、斜发沸石;下部粘土矿主要矿物为石英和方石英;次要矿物有钠长石、蒙脱石、正长石、微斜长石等;2）由主量元素分析可知：随着SiO2含量的递增，TiO2、Al2O3、Fe2O3、MnO、MgO、CaO等元素含量递减，Na2O、K2O含量递增.说明矿体顶部可能是基性火山熔岩，自上而下逐渐过渡为酸性岩石;3）由微量元素分析可知：该矿点轻稀土元素含量较高，相对富集大离子亲石元素Sr及高场强元素Zr;4）由稀土元素分析可知：全部样品中轻稀土元素富集，指示该矿形成环境为陆壳环境.由Ce和Nd元素的正异常，可推断成矿过程中有水作用参加.

6 结论

本文对宁城地区膨润土矿进行矿物与地球化学分析，得出膨润土矿体的元素分布与成因机制有密切联系.其总体特征为矿体上部以火山岩为主，含有石英、方解石等矿物;中部为粘土矿物与火山碎屑物互层，主要矿物有石英、方石英;次要矿物为钙长石、钠长石、蒙脱石、斜发沸石;下部为粘土矿物层;蒙脱石含量自上而下逐漸增加.综上所述，认为该矿点的膨润土矿成因类型应为火山熔岩风化淋滤蚀变型矿床.

参考文献：

〔1〕刘锦，王宇林，闫楠，等.赤峰地区中生代火山岩中非金属成矿系列研究[J].地质找矿论丛，2011， 26（3）：289-294.

〔2〕陈敏，张寿庭，王帅成.赤峰地区与中生代火成岩有关的非金属矿床成矿系列[J].中国非金属矿工业导刊，2010（6）：44-5.

〔3〕赵智利.赤峰市松山区三家膨润土矿地质矿产特征及成因[J].工程技术，2014（3）：158-160.

〔4〕李艳兵，王克勤，陈相花等.大青山东段火山成因膨润土矿床中蒙脱石的矿物学特征研究[J].建材地质，1997（4）：2-8.

〔5〕王克勤，杨越.辽西火山岩型膨润土矿床成矿作用的研究[J].地质与勘探，2000，36（1）：6-9.

〔6〕王克勤，陈相花.内蒙古宁城火山熔岩蚀变改造型膨润土矿床成矿作用的研究[J].建材地质，1996，84（2）：5-11.

〔7〕郭洪中，张招崇.辽宁西部中生代火山岩的基本特征[J].岩石矿物学杂志，1992（3）：194-204.

〔8〕汪立今，宋来忠，张娜.新疆巴里坤膨润土矿的矿物学及地质特征研究[J].矿物学报，2006，26（1）：69-72.

〔9〕沙鑫，汪立今，宋来忠.新疆巴里坤膨润土矿晚古生代哈尔加乌组安山岩地球化学特征及成因分析[J].矿物岩石地球化学通报，2013，32（6）：769-773.

〔10〕再比热·迪力穆拉提，木合塔尔·扎日.新疆巴里坤膨润土矿火山岩的岩石化学特征及形成环境判别[J].西部探矿工程，2013，（4）：109-112.

〔11〕谢渊，王剑，李令喜.鄂尔多斯盆地白垩系粘土矿物的分布特征及其沉积-成岩环境意义[J].地质通报，2010，29（1）：93-104.