河北围场密林沟伊利石矿地质特征及成因探讨

王立考，李凤友，田 贺，王 政

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队，河北 保定 071051 2.承德市地质队，河北 承德 067000)

伊利石是一种富钾的含结构水的层状铝硅酸盐粘土矿物，提纯后可广泛应用于橡胶、涂料、塑料、造纸、陶瓷、玻璃等多个领域。我国伊利石主要分布在河北承德、沙河，河南平顶山，浙江瓯海，吉林安图，福建宁德等地区，已探明的伊利石资源分布不均，质量也存在较大差异，资源相对稀缺。预测未来较长一段时间，市场将维持对伊利石矿较为旺盛的需求[1]。

目前承德现有一个采矿权，生产规模为4.50万m3/年。企业开采指标为Al2O3≥12%，Fe2O3≤4%、白度≥70，经选矿加工后主要产品为高档陶瓷、涂料填料、橡胶填料等3 种用途。本次通过在已知矿权外围进行野外地质调查和综合研究，总结了成矿地质特征，初步查明密林沟伊利石矿赋存于中生界上侏罗统张家口组火山碎屑岩石中，呈层状似层状产出，与地层产状基本一致，层位稳定，矿床规模较大，认为矿床成因属热液蚀变型伊利石矿床。本文旨在为寻找同类矿体提供科学依据。

1 成矿地质背景

围场密林沟伊利石矿大地构造位置处于围场—康保深断裂以北，中朝准地台上内蒙地轴内，围场拱断束中上黄旗岩浆岩亚带与半截塔中断凹的交汇部位，西龙头早白垩世断陷盆地Ⅳ级火山机构，龙潭沟破火山Ⅴ级火山机构。火山早期为张家口组二段流纹质火山碎屑岩夹火山熔岩，晚期为张家口组三、四段火山—沉积碎屑岩和火山碎屑岩。

区域上出露地层主要有中生界侏罗系张家口组，白垩系义县组、九佛堂组，新生界新近系仅有汉诺坝组及第四系冲积、冲洪积。

受康保—围场深断裂的影响，区域上次级断裂构造较为发育，断裂以北东向为主，北西向次之；断层性质以正断层为主，逆断层及性质不明断层次之。规模最大的为西山—南大山断裂，其长约12km；余之断裂规模较小。受火山机构影响，发育环状、放射状断裂，多为潜火山岩充填或形成沟谷。断裂构造未波及到区内的伊利石粘土矿体。

侵入岩出露面积小，中生代、晚古生代、元古代侵入岩均有出露。主要岩体有二长花岗岩、正长斑岩、花岗闪长岩、花岗岩、石英二长岩及安山岩。侵入岩对矿体没有影响。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质

矿区处于龙潭沟破火山机构，为张家口组、义县组火山岩组成的Ⅴ级穹状火山构造。火山活动以中心式为主，围绕火山喷发中心呈环状、半环状分布，总体岩层呈围斜内倾，地层倾角较缓，一般为17°～25°。地层出露较简单，侏罗系张家口组仅出露二段、四段地层，四段不整合于二段之上。上部与白垩系义县组呈整合接触。张家口组二段主要为流纹质熔结含角砾凝灰岩夹少量石英粗面质熔结凝灰岩、粗安岩。张家口组四段主要为伊利石化流纹质熔结角砾凝灰岩夹沉角砾凝灰岩，局部石英粗面质熔结角砾凝灰岩。

早白垩世义县组主要分布于矿区西北和北部，主要为深灰、灰紫色玄武安山岩、辉石安山岩及安山岩，近火口部位为安山质集块角砾熔岩等。该组整合或局部斜切超覆于张家口组四段之上。

矿区内断裂构造不发育，受火山机构影响，发育环状、放射状断裂，多为潜火山岩充填或形成沟谷。仅在矿区东南部见一北东向近弧形展布的正断层，未对矿体造成破坏。

矿区内岩浆岩不发育，主要呈岩株、岩墙充填于火山口、火山断裂等火山机构中，为火山活动的产物。仅在矿区中部出露有张家口期流纹斑岩和义县期粗安斑岩。张家口期流纹斑岩将矿体隔断。

2.2 矿体特征

伊利石矿体赋存在晚侏罗世张家口组四段下部，呈层状、似层状产出，被充填于破火山口的潜火山岩—流纹斑岩隔断分为南北两个矿体。北侧I 矿体地表出露长约2 380m，厚度平均37.37m，倾向89°～91°，倾角17°～25°，由北而南倾角变缓。矿体平均品位：Al2O319.57%、Fe2O33.20%、白度73.5。南侧Ⅱ矿体地表出露长约2 800m，厚度平均43.92m 左右，倾向346°～21°，倾角15°～20°，矿体产状逐渐由倾向北东变为倾向北西。矿体平均品位：Al2O313.70%、Fe2O31.23%、白度73.5。

矿体顶底部均为伊利石化凝灰岩，经化验分析围岩的伊利石含量、Al2O3、Fe2O3含量情况与圈定的矿体差别不大，只是围岩的白度达不到产品的要求。矿体大部分地表裸露，抗风(氧)化能力比较强，地表矿体风(氧)化较浅，风(氧)化深度1 ～2m左右，向下为原生矿石。

图1 围场密林沟伊利石矿地质简图

2.3 矿石特征

(1)矿石类型。

矿石自然类型主要为石英—伊利石型[2]。根据矿石软硬程度、可塑性，划分为硬质矿石、半软质及软质矿石三种类型，以后两种类型为主。

矿石呈白色、灰白色，结构致密，块状构造，局部薄层状构造，也见角砾状构造(图2、图3)。硬质矿石可明显分辨其层理，半软质、软质矿石层理不明显。矿物成分主要由伊利石、石英、少量的长石、微量的绢(白)云母和沸石，偶见绿泥石。

图2 偏光显微镜镜下的观察

图3 矿石的XRD 图谱

(2)矿物组成和化学成分。

综合岩矿鉴定结果、XRD 分析结果、SEM 分析、差热分析结果可知，原矿的矿物组成以及半定量分析的含量分别为：伊利石41.32%，石英43.38%，高岭石7.88%，长石6.90%，白云母1.10%，有微量的绢(白)云母、沸石、绿泥石。

原矿石化学成分为：SiO263.02%～76.14%、Al2O312.55% ～25.23%、Fe2O30.05% ～0.87%、TiO20.06%～0.26% CaO 0.016%～0.17%、MgO 0.27% ～0.66%、K2O 2.15% ～4.16%、Na2O 0.10% ～0.38%、MnO 0.025% ～0.044%、SO30.04% ～0.07%、LOS 1.33% ～5.07%；矿 石pH值为6 ～7.5，水分3%～7%。

(3) 矿石物化性能。

原矿石呈白色、灰白色、浅灰绿色、浅黄色。200 目自然白度70.4 ～78.60，经1 100℃煅烧白度为71.6 ～81.20；硬质矿石莫氏硬度为4 度，水浸不易崩解；软质矿石莫氏硬度为2 度，水浸易崩解，可塑性较强，塑性指数10.5 ～17.5。

矿石差热分析结果(图4)显示与标准图谱特征明显一致，在130℃和600℃左右有两个明显的的吸热谷，130℃左右低温吸热谷为伊利石排除吸附水所致，600℃左右的吸热谷为伊利石排除羟基水所致，较标准绢云母的极值温度 (775 ～ 850℃) 略低，说明水化尚不太强烈[4-5]。

图4 矿石的差热曲线

2.4 围岩矿化蚀变特征

矿体的围岩主要为张家口组四段灰白色晶屑凝灰岩、紫灰色含角砾流纹质凝灰溶岩、紫红色凝灰角砾岩，矿体与围岩为渐变过渡关系，围岩的伊利石含量、Al2O3、Fe2O3含量情况与圈定的矿体差别不大，围岩的白度达不到产品的要求。近矿围岩蚀变主要为钾长石化、绢云母化、绿泥石化。

3 矿床成因探讨

矿体严格受地层控制，呈层状赋存于中生界上侏罗统张家口组四段灰白色晶屑凝灰岩中，矿体与围岩为渐变过渡关系。矿区矿石矿物组合为伊利石、高岭石、石英，属中低温矿物组合。根据矿区岩性组合判断，中生界上侏罗统时期密林沟地区发生大规模火山喷发和岩浆侵入活动，初期为大规模的酸性、中酸性岩浆喷发，形成厚度较大Al2O3、K2O 含量较高的流纹质晶屑凝灰岩、角砾岩屑晶屑凝灰岩等，为伊利石成矿提供丰富的物质来源；此后在残余的火山气液或深部岩浆气液沿火山通道上升运移，促使火山热液蚀变交代酸性、中酸性火山碎屑岩等岩石中长石类矿物，在一定的物理化学条件下经脱硅去杂等作用而形成伊利石矿床，属于低温热液蚀变型矿床[1-3,6,9-10]。

4 结论

(1)伊利石矿体赋存于中生界上侏罗统张家口组火山碎屑岩石中，呈层状似层状产出，层位稳定。

(2)矿石主要为石英伊利石型，矿石结构致密，块状构造，也见角砾状构造。矿物组分平均值为伊利石41.32%，石英43.38%，高岭石7.88%，长石6.90%，白云母1.10%。

(3)矿床成因与中生界侏罗系酸性、中酸性凝灰岩及火山机构关系密切，属于低温热液蚀变型矿床。