吉林临江石门子硅藻土矿床地质特征及成因浅析

王 健

(中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033)

硅藻土俗称山粉、化石粉或放射虫粉，是一种重要的非金属矿产[1]。硅藻土由硅藻遗骸组成，通常呈浅黄色或浅灰色，质软，多孔而轻。主要工业用途常为保温材料、过滤材料、填料、研磨材料、水玻璃原料、脱色剂及硅藻土助滤剂、催化剂载体等。吉林省临江市是全国少有的优质硅藻土矿富集地，先后有多家地勘单位对临江市硅藻土矿床进行了勘查工作，但未对临江市石门子硅藻土矿床进行过系统的研究。本文通过对该矿床的成矿地质背景，矿床地质特征及矿床成因进行系统的总结分析，讨论矿床的形成机制，为该区硅藻土找矿提供有益借鉴。

1 成矿地质背景

本区为长白山陆缘火山盆岭叠加构造带(I-3)、太平岭—老岭火山—沉积隆盆带(I-35)、长白山盆地(I-3510)南西端，所处地层分区划分为吉南—辽东地层分区、通化地层小区。区内构造简单，岩浆活动以喷发岩为主，侵入次之(图1)。

图1 临江地区大地构造分区略图

1.1 区域地层

区域内地层从老到新分布有：中元古界老岭群珍珠门组(Pt2z.)及大栗子组(Pt2dl.)，中生界侏罗系果松组(J2-3g)、新生界新近系马鞍山村组(N1m)及军舰山组(N2j)、第四系更新统。军舰山组玄武岩在区域内分布面积约占全区面积的60%以上，构成平坦的玄武岩台地。马鞍山村组分布于区域中部，不整合覆盖于侏罗系果松组之上，由四套沉积层马鞍山村组夹三层玄武岩组成。马鞍山村组第四段(N1m4)由砂层、硅藻粘土、硅藻砂土、粉砂质粘土组成，是硅藻土主要赋存层位，厚115.25～182.76m；第三段(N1m3)由砂、粉砂质粘土、含藻粘土、硅藻土组成，层位不稳定，硅藻土厚度0～0.35m，硅藻土矿层的分布不具工业意义；第二段(N1m2)由粉砂质粘土、含砾细砂—粗砂，含兰铁矿；第一段(N1m1)为砂砾岩层。三层玄武岩均为斑状玄武岩。军舰山组分布在700m标高以上，出露于地表，厚度36.60～102.40m，由灰黑色致密块状、气孔状玄武岩及斑状橄榄玄武岩组成[2]。

1.2 区域构造

区域内发育的盆地构造呈北东向新生代盆地，盆地边缘位于夹心岗、错草顶子东一带，中心部位在长白虎洞沟、新北岗一带。古近系—新近系继承了前下部地层中构造形式，表现为近东西向断裂为主，北东向断裂次之，偶见南北向断裂，它们共同构建了本区断裂构造体系。古近系—新近系以后主要表现为喜山期构造运动，多以滑坡形式发育在玄武岩的边部，对矿层破坏作用不大。

1.3 区域岩浆岩

区域岩浆岩以火山喷出岩为主，侵入岩次之。新生代喷出岩多见，占区域内总面积60%，中生代喷出岩少见；侵入岩为燕山期侵入岩，分布于工作区北部。

火山喷出岩为新生代喷出岩，据压覆关系确定喷出的先后顺序分新近系玄武岩和第四系更新统玄武岩。新近系玄武岩为橄榄斑状气孔玄武岩，岩石呈灰黑色；第四系下更新统玄武岩由橄榄玄武岩组成，岩性特征同新近系玄武岩。岩石呈灰黑色—暗绿色，具有显微斑状结构，基质为灰绿结构。斑晶为斜长石和橄榄石，含量20%，基质由斜长石、辉石、橄榄石、磁铁矿的隐晶质及金属矿物组成。

2 矿区地质特征

2.1 地层

研究区地层为中生界中上侏罗统果松组(J2-3g)、新生界新近系中新统马鞍山村组(N1m)、上新统军舰山组(N2j)，硅藻土矿床赋存于马鞍山村组(N1m)。

(1)中生界中上侏罗统果松组(J2-3g)：主要出露于研究区东部及南部，主要由英安质含角砾晶屑凝灰岩组成。与马鞍山村组呈角度不整合接触关系，为马鞍山村组沉积基底。

(2)新生界新近系中新统马鞍山村组(N1m)：主要出露于研究区中东及中南部，为一套硅藻土沉积建造，按岩石组合分为3段：①马鞍山村组下段 (N1m3)，钻孔基本未控制到该层，仅地表有零星出露，由砂、粉砂、粘土、硅藻土及硅藻粘土组成，层位不稳定；②马鞍山村组中段(βN1)，似斑状玄武岩，灰黑色、细粒结构、似斑状构造、块状构造；③马鞍山村组上段(N1m4)，该层为区内硅藻土矿主要赋存层位，由砂质粘土、泥质粉砂层、硅藻粘土、粘土质硅藻土、硅藻土组成，层厚2～17m，以ZK101为代表自上而下分别为7层(表1)。

我们的工作还存在不少局限。首先，研究中没有用人类的死亡，而是通过木偶剧表演的动物死亡事件来做的研究，其场景和感受可能跟现实生活中遭遇到死亡事件有所不同。未来的研究需要解决这一可能带来偏差的问题，尝试新的测量方式。由于许多儿童的第一次死亡经历是家庭宠物的死亡(Inagaki & Hatano, 1993)，后面的研究可考虑将这种经历纳入实验设计中。

表1 马鞍山村组沉积层第四段(N1m4)硅藻土含矿层特征表

(3)新近系上新统军舰山组(N2j)：主要出露研究区北部及中部，出露面积大，不整合于马鞍山村组之上。由块状玄武岩组成。

2.2 构造

矿区构造受盆地构造控制，为单斜构造。地层与含矿层倾向与倾角一致，地层和矿层倾向北东，倾角1°～5°，局部地段受新构造运动的影响倾角较大(15°～20°)。构造主要为喜山期构造断裂，在发生断裂地段多形成滑坡，使含矿层与上覆玄武岩明显下落，属正断层性质。断距少者几米，多者20～30m。

2.3 岩浆岩

区内所见岩浆岩分布广泛，喷出岩大面积分布于区域内，由老至新有新近系中新统马鞍山村组中段玄武岩和军舰山组玄武岩。岩性为气孔状、块状、斑状玄武岩。硅藻土矿床的形成伴有火山喷发活动，不少学者认为硅藻土的成矿物质来源于火山喷发产生的SiO2[3]。

3 矿床地质特征

3.1 矿床特征

硅藻土矿床主要赋存于新生界新近系马鞍山村组第四段(N1m4)，厚度12.8～17.8m，产状一般1°～5°，硅藻土矿层分布标高在743～769m，中间有非矿夹石，夹石为粘土质硅藻土、硅藻质粘土、粘土及粉砂层。基本保存了原始古盆地的雏形，在地貌上有明显标志，上部地层新生界新近系军舰山组(N2j)玄武岩为马鞍山村组(N1m)形成了台阶式地貌。马鞍山村组第三段(N1m3)硅藻土厚度0～0.35m，层位不稳定，硅藻土矿层的分布不具工业意义。

硅藻土矿层在垂直关系上，中部质纯，硅藻土集中呈小韵律性，而向上或向下其粘土与碎屑含量则明显递增。在横向上，在沉积环境不稳定地段，逐渐变为粘土质硅藻土与含硅藻粘土互层(图2)。

图2 临江市石门子硅藻土矿床地质图

3.2 矿层特征

矿层位于马鞍山村组第四段(N1m4)，矿层长1 400m，宽375～770m，产状平缓，倾角1°～5°，局部达10°。底板标高743～769m，中部距地表垂深85m±。层位稳定，单工程厚度12.8～17.8m，平均厚度15.05m，连续性较好，厚度变化系数42%。

矿层主要由硅藻土、含粘土硅藻土及粘土质硅藻土组成。呈灰白—灰黄—黄绿色；边部为白—灰白色，中部为灰黄—黄绿色，质较纯、疏松，其中含粘土碎屑及局部铁染现象，并含有机质碎屑等。单层厚度≥0.5m，矿层在稳定地段中部为硅藻土，上下多为含粘土硅藻土。矿石垂直分布为中部质纯，硅藻土集中呈小韵律性，而向上或向下其粘土与碎屑含量则明显递增；矿石水平分布在沉积环境不稳定地段，逐渐变为粘土质硅藻土与含硅藻粘土互层。

3.3 矿石类型

根据矿石中硅藻、粘土及矿石碎屑的相对含量，划分以下三种矿石类型：硅藻土(图3)、含粘土硅藻土、粘土质硅藻土。

图3 硅藻土镜下照片

硅藻土即Ⅰ级品矿石，呈白—灰白—灰黄色。生物结构，块状构造及显微构造。质轻、疏松细腻，多孔隙。湿润状态下呈似豆腐渣状，干燥时捻成粉末。硅藻含量85%±，以圆盘形圆筛藻为主，粒径25～30μm。其次，有细粒分散状粘土结构，含量＜5%，矿石碎屑1%±，含少量磷酸盐与黄铁矿结核，局部裂除有铁质氧化物呈淋滤充填。

含粘土硅藻土即Ⅱ级品矿石，灰白—浅灰色，细层状构造，层理由富藻层和泥质微细组成。生物结构，块状构造。硅藻含量75%～80%，以圆盘形为主。粒径25～30μm，少量呈圆筒形，粘土矿物含量5%～25%，矿物碎屑含量20%±。

粘土质硅藻土即Ⅲ级品矿石，灰白—灰黄—浅黄绿色，生物泥质结构，块状构造。硅藻含量70%±，以圆盘形为主，粒径25～30μm，其次由舟形及棒形藻，藻体破碎，粘土矿物含量＞25%，矿物碎屑含量5%～8%。

3.4 矿石品级与化学成分

对各品级矿石样品化学成分进行了统计(表2)，硅藻土(I级品)SiO2含量平均为88.11%，资源量占2.19%；含粘土硅藻土(II级品)SiO2含量平均为86.09%，资源量占26.90%；粘土质硅藻土(III级品)SiO2含量平均为72.84%，资源量占70.91%，由于矿层中硅藻含量和SiO2含量成正相关[4]。矿体以Ⅲ级品为主，Ⅱ级品、Ⅲ级品近水平层状分布于其中。各品级矿石的矿石品位基本稳定。

表2 马鞍山村组沉积层第四段(N1m4)矿石有益组分含量变化统计表 (单位：%)

3.5 矿层围岩及夹石

矿层围岩分为两种类型。一种为含矿围岩，一般为硅藻粘土、少数为粉砂质粘土及砂层，顶底板与矿层之间呈渐变过渡、整合接触关系；另一种为非含矿围岩即玄武岩，亦为矿层保护层。

夹层为分为两种类型。一种为含矿夹层，即有益、有害组分低于工业指标要求的硅藻粘土，化学成分含量：SiO260%～70%，Fe2O35%～8%，Al2O312%～ 15%，CaO 1%，烧失量7%±，岩性特征与含矿围岩基本相同；另一种为矿层中间夹杂少量的砾岩，致密块状、气孔状玄武岩组成，由黄色粘土胶结而成。

4 矿床成因浅析

(1)沉积岩性、岩相特征。

该矿床赋存于新近系中新统马鞍山村组上部(N1m4)，岩性组合为砂—粉砂、粉砂质粘土、硅藻土层(矿层)，从生物地层分析，具淡水湖泊相沉积建造特征。硅藻土的沉积环境需求一个稳定和光合作用等因素制约，硅藻周期沉积形成了小型韵律构造(微层状构造，层理厚度1～2m)。硅藻土矿的形成在湖泊相沉积环境中淡水藻类繁殖，气侯温暖，便形成了以生物化学沉积为特点的硅藻土矿[5]。硅藻为淡水属种，表明是在稳定淡水环境下生存、死亡后沉积的，以生物沉积为主的内陆淡水湖泊相沉积类型。

(2)湖盆的古地貌形态对成矿的控制。

硅藻土矿的沉积形成除古气候、古构造条件外，硅藻土繁衍重要条件是充足的SiO2供给[6]，部分学者认为硅藻土的成矿物质来源于火山喷发物中富集的SiO2[7]，据统计，玄武岩地区地下水中SiO2的浓度比花岗岩地区高5倍[8]。使硅藻在玄武岩喷发的间歇阶段大量堆积下来[9]。该矿床的形成与古气候、古构造条件密切相关。在早白垩纪至古近纪—新近纪，本区处于长期风化剥蚀状态，古近纪末已基本处于夷平状态，新近纪开始，长时间凹陷并徐徐下降，形成深度不大的内陆大型湖盆地，盆地构造为硅藻土矿床的沉积提供了有利的古地理条件。湖盆的古地理形态控制着矿体的空间形态，凹处矿层变厚，凸起处矿层变薄，边缘矿层尖灭。

(3)玄武岩的喷发与硅藻土的形成。

该矿床在新近纪末硅藻土沉积之后，第四纪火山喷发形成大规模玄武岩覆盖于其上，对硅藻土沉积层起到保护作用，使硅藻土壳体保存下来。矿床类型对于区域构造环境却有明显的选择性[10]。硅藻土矿床与上部玄武岩空间形态及分布一致，说明上部的玄武岩控制硅藻土矿的展布，有些学者认为是上部玄武岩对硅藻土沉积层提供保护作用[11]。硅藻土矿体的形态为层状，矿体的分布具有一定的规律，在凹陷盆地形成及发展过程中，初期和早期底部凸凹不平，以河床相、山麓相陆源碎屑沉积为主，生物沉积少，火山岩的喷发覆盖在凹陷盆地之上，具有间歇火山喷发与周期性河流湖泊相交替特征[12]。

综上，本矿床成因属内陆淡水湖泊相生物沉积矿床。在本区玄武岩面积性分布区域台地地貌内，开展重力勘探，结合磁法工作，寻找中—新生代火山凹陷盆地构造，进一步查明新生界新近系马鞍山村组(N1m)赋存层位的分布特征，预期发现质量更好、规模更大的硅藻土矿床。

5 结论

(1)该区硅藻土矿床赋存于新生界新近系马鞍山村组(N1m)沉积层第四段(N1m4)，由1条硅藻土矿层构成，矿层长1 400m，宽375～770m，层位稳定，平均厚度15.05m。I级品硅藻土SiO2含量平均为88.11%，资源量占2.19%；Ⅱ级品含粘土硅藻土 SiO2含量平均为86.09%，资源量占26.90%；Ⅲ级品粘土质硅藻土SiO2含量平均为72.84%，资源量占70.91%。矿体以Ⅲ级品为主，Ⅱ级品、Ⅲ级品近水平层状分布于其中，各品级矿石矿石品位是基本稳定。

(2)该区硅藻土矿床受盆地构造控制，构造形式为单斜构造，矿体总体产状近于水平，玄武岩控制着硅藻土矿的展布，对该区硅藻土找矿具重要意义。

(3)该区硅藻土矿床属内陆淡水湖泊相生物沉积矿床。