建昌盆地膨润土属性特征研究

田彦凯

（中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队，辽宁沈阳 110004）

冀北—辽西地区位于华北陆块北缘，燕山构造带的中东段。早白垩世该区挤压作用减弱，NW-SE 向的伸展作用加强，岩石圈由缩短为主转向伸展为主，形成了一系列NNE 向延伸的断陷和断隆[1]。在辽宁西部建昌—喀左—朝阳—北票一带形成了朝阳中生代叠加盆—岭系，由北票盆地、大城子—四官营子盆地、建昌盆地、建平断隆、瓦房子断隆组成。盆地受NE 向基底断裂控制，堆积了巨厚的火山岩含膨润土建造及碎屑岩含煤、油页岩建造[2]。

前人对建昌盆地的构造、地层、古生物等已经开展了一定的研究工作，而矿产方面的研究相对薄弱。本文以膨润土矿为切入点，对建昌盆地膨润土的属性特征进行了分析，初步研究了膨润土、矿化膨润土的矿石属性及理化特征。

1 地质背景

建昌盆地位于辽宁省西部，为一总体呈NE-NNE向展布的单斜盆地。盆地东缘为马家店正断层和建昌逆冲断裂，西缘为太阳山隆起，西北接大城子—四官营子盆地，南与要路沟—葫芦岛断裂与山海关隆起相连；南北长约60km，东西宽约15km，面积约900km2（图1）。中国石油天然气集团公司（CNPC）对建昌盆地进行了地震数据采集，王旖旎等对地震剖面资料进行了重新解译，初步恢复了盆地原型，建立了早白垩世构造—沉积格架[3]（图2）。认为建昌逆冲断裂控制了建昌盆地早期的构造演化，马家店正断层控制了早白垩世火山岩、碎屑岩的沉积序列。

图2 建昌盆地构造样式图

建昌盆地中发育了较为完整的早白垩世地层，由老至新依次为义县组、九佛堂组和冰沟组。义县组底部为灰褐色安山岩及火山碎屑岩夹气孔状玄武岩，局部地段见有流纹岩和松脂岩，断续分布在盆地西侧，呈角度不整合覆盖在土城子组砂砾岩或髫髻山组安山岩之上；中部以杂色复成分砾岩，灰黄色、灰白色砂岩为主，夹有少量的灰绿色泥岩，在盆地西侧连续分布；顶部为灰褐色安山岩、青灰色角闪安山岩、安山质玄武岩及火山碎屑岩,夹薄层角砾凝灰岩,局部可见膨润土矿化，大面积分布于盆地中部。九佛堂组整合于义县组之上，下部主要由凝灰岩、安山岩、粉砂质页岩、砂砾岩夹灰白色砂岩组成；上部由灰绿色页岩、粉砂质页岩夹粉砂岩、油页岩，灰褐色安山岩夹凝灰岩组成，是油页岩和膨润土的主要赋矿层位，也是热河生物群重要的含化石层位。冰沟组与下伏九佛堂组整合接触，岩性为灰黄色砾岩、杂色砾岩、含砾砂岩，夹灰紫、灰绿色砂岩、灰黑色泥质粉砂岩、灰绿色页岩。

2 建昌盆地膨润土分布及规模

建昌盆地膨润土矿体主要分布在喇嘛洞—素珠营子一带，呈NE向似层状产于早白垩系九佛堂组与中元古界接触带附近的凝灰岩中，属凝灰岩水解型膨润土矿床。喇嘛洞膨润土矿体NW-N倾，倾向300°～13°，倾角5°～15°，走向延长200～500m，倾向延伸100～300m，目前已开发利用；素珠营子膨润土矿体总体NW倾，倾向315°，倾角45°，可见走向延长130m，向南西隐伏于地表之下，出露最大宽度18.2m，为本次地质找矿工作揭露。

膨润土矿化体主要分布在蒿子沟、石佛地区，呈近SN、NE向层状产于早白垩世义县组上部的角砾凝灰岩中，属角砾凝灰岩水解型膨润土矿化带。蒿子沟膨润土矿化体走向近南北，产状75°∠20°，走向延伸1200m，出露最大宽度近70m，规模较大；石佛膨润土矿化体走向北东东向，产状158°∠22°，出露长度346m，出露最大宽度11m，均为本次地质找矿工作揭露。

3 建昌盆地膨润土属性特征研究

3.1 膨润土表观特征

膨润土颜色多样，呈蓝色、紫红色、黄白色、紫灰色、淡青色，凝灰结构，风化呈土状，原岩为块状，贝壳状断口，腊状光泽，细腻具滑感，具可塑性与粘结性，遇水膨胀，失水后形成龟裂或团块状。

矿化膨润土多呈蓝色、蓝绿色，角砾凝灰结构，风化呈砂土状，原岩为块状，参差状断口，无光泽，有砂感，可见角砾，可塑性与粘结性差，遇水弱膨胀。

3.2 膨润土矿石属性

结合本次地质找矿工作采集的膨润土样品（表1）物性测试结果来看，建昌盆地膨润土、矿化膨润土可交换阳离子ECa2+与阳离子交换容量CEC的比值普遍高于50%，可交换阳离子ENa+远小于可交换阳离子ECa2+（表1），初步判定该地区的膨润土矿石属性为钙基膨润土。

表1 物性测试结果

3.3 膨润土矿物组成

通过对建昌盆地膨润土X射线衍射分析（表2），素珠营子膨润土主要矿物成分为蒙脱石，含量70%左右，次要矿物为石英、长石，基本不含其它矿物，显示膨润土陆源碎屑较少，火山玻璃含量较高，脱玻水解作用较充分，矿石质量较好。石佛、蒿子沟矿化膨润土蒙脱石含量普遍偏低，含量30%左右，石英、长石含量相对较高，基本在55%以上，此外，还见有少量的高岭石、角闪石，显示陆源碎屑、火山岩碎屑含量较高，占主导地位，火山玻璃含量低，膨润土矿化差。

表2 X射线衍射分析结果

3.4 膨润土DAT曲线特征

膨润土DAT曲线（图3）第一吸热峰为双峰，可视为钙基膨润土的特征曲线[4]。主峰是逸出大量吸附水和层间水，吸收热量所造成的；温度略高的复峰是脱去晶层钙离子周围束缚的水分子，消耗热能所造成的。素珠营子膨润土第一吸热峰温度较之石佛、蒿子沟矿化膨润土要高，说明素珠营子膨润土比石佛、蒿子沟矿化膨润土含水量多，粘性大。

图3 不同膨润土的差热曲线

膨润土DAT曲线第二吸热峰是脱去结晶水消耗热能所造成的。第二吸热峰出现的早晚，可用于评价膨润土耐热性能的优劣。素珠营子膨润土脱去结晶水的温度普遍在700℃左右，石佛、蒿子沟矿化膨润土脱去结晶水的温度在500℃左右，说明矿化膨润土铁、镁含量较高，杂质较多，耐热性能差，致使第二吸热峰温度偏低。

膨润土DAT曲线第三吸热峰是蒙脱石结构彻底破坏，生成非晶质无水蒙脱石的温度。在第三吸热峰之后，膨润土会常常出现一个放热峰，而矿化膨润土则没有，这也是区别膨润土矿化程度的标志。

3.5 膨润土其他理化特性

素珠营子膨润土吸蓝量75.0～123.8mmol/100g，平均97.2mmol/100g；胶质价含量67.0～76.0mL/15g，平均71.8mL/15g；膨胀倍数7.0～7.5mL/g，平均7.2mL/g。石佛、蒿子沟矿化膨润土吸蓝量28.8～47.5mmol/100g，平均38.6mmol/100g；胶质价含量35.0～40.0mL/15g，平均37.6mL/15g；膨胀倍数3.6～4.0mL/g，平均3.8mL/g。不难看出，素珠营子膨润土的各种理化指标基本是石佛、蒿子沟矿化膨润土的两倍，胶质价、膨胀容与吸蓝量呈正向相关。相较于优质的建平膨润土，建昌盆地膨润土的亲水性、分散性、膨胀性和润滑性均有一定差距，更倾向于与黑山膨润土理化性质一致，更适合铸造用或冶金球团用。

4 结论

（1）建昌盆地是中生代晚期形成的伸展型断陷盆地，建昌逆冲断裂控制了盆地早期的构造演化，马家店正断层控制了早白垩世火山岩、碎屑岩的沉积序列。

（2）建昌盆地膨润土矿体主要赋存于早白垩系九佛堂组与中元古界接触带附近的凝灰岩中，属凝灰岩水解型膨润土矿床。膨润土多呈似层状NE向展布，地表出露的杂色凝灰岩是其找矿的直接标志。

（3）从膨润土的表观特征、矿石属性、矿物组成、DAT 曲线特征和其他理化特性可知，建昌膨润土属钙基膨润土，土中含有少量的陆源碎屑物质，耐热性能较好，适于铸造用或冶金球团用。