赤峰地區中生代火山巖中非金屬成礦系列研究

劉 錦，王宇林，閆 楠，仲米山，賈 翠

（遼寧工程技術大學資源與環境工程學院，遼寧 阜新 123000）

0 引言

目前，國內外對于火山巖中珍珠巖、沸石、膨潤土、葉臘石、高嶺石礦床的成因、特征及控礦因素等方面的研究較多，而對上述礦種的成礦系列研究較少見及。赤峰市位于內蒙古自治區的東南部，面積90 275 km2，是我國重要的膨潤土、葉臘石產地，在中生代火山巖中賦存著大量珍珠巖、沸石、膨潤土、葉臘石、高嶺石礦床（點），成為重要的火山巖型非金屬成礦帶。

1 地質概況

赤峰市地處華北地臺與興蒙褶皺系兩大構造單元的接合部位。中生代始，華北地臺與興蒙褶皺系作為歐亞大陸東緣的組成部分，與太平洋板塊產生板塊碰撞，受太平洋板塊俯沖的影響，包括本區在內的中國東部形成眾多的NNE向斷裂帶，并控制了一系列NNE向的火山巖帶與火山沉積盆地的形成，赤峰地區所處的大興安嶺—燕山火山巖帶是中國東部火山巖帶的重要組成部分［1－3］。在這一特定的地質環境下，赤峰地區發育有豐富的與中生代火山巖建造有關的非金屬礦產，如珍珠巖、沸石、膨潤土、葉臘石、高嶺石等礦產。

2 火山巖特征

赤峰地區中生代火山活動強烈，南北火山活動差異較大。北部火山活動始于侏羅紀中晚期，具有多旋回噴發的特征，可分為5個火山活動旋回，從早到晚為新民旋回、滿克頭鄂博旋回、瑪尼吐旋回、白音高老旋回、梅勒圖旋回。其中以滿克頭鄂博旋回和白音高老旋回火山活動最為強烈，瑪尼吐旋回次之，新民旋回和梅勒圖旋回火山活動較弱。南部火山活動始于早白堊世早期，在赤峰南部及遼西地區形成廣泛分布的義縣組（圖1）。各旋回形成的火山巖多為鈣堿性系列的中酸性巖類，巖石組合以安山巖－英安巖－流紋巖為主［1，4－5］。主要火山活動旋回特征見表1。

圖1 赤峰地區中生代火山巖中非金屬成礦系列分布圖Fig.1 Map showing distribution of the nonmetallic ore deposit series in Mesozoic volcanic rocks in Chifeng area

3 非金屬成礦系列

非金屬礦床成礦系列是指由于成礦物質或礦化途徑的相關和聯系（可以是同源，也可以是不同源），在一定的構造環境中，受一定成礦作用組合的控制及因成礦微環境的差異（如溫度、壓力、介質等的變化）或控礦因素發生變化，在一個成礦區帶中同時生成或先后順序生成的有規律分布的幾種非金屬礦床的特定組合［5］。根據成礦作用、成礦原巖及成礦微環境的不同以及成因聯系，將區內產于中生代火山巖中的非金屬礦產劃分為珍珠巖－沸石－膨潤土成礦系列和葉臘石－高嶺石成礦系列。

表1 赤峰地區主要火山旋回特征Table 1 Characteristics of the main volcanic cycles in Chifeng area

3.1 珍珠巖－沸石－膨潤土成礦系列

3.1.1 珍珠巖礦床的成因類型與地質特征

區內珍珠巖礦床按成礦作用可分為溢流型珍珠巖礦床、爆發型珍珠巖礦床、侵出型珍珠巖礦床3類；礦石類型有珍珠巖、黑曜巖和松脂巖3種，以珍珠巖居多。已知珍珠巖礦床多賦存于上侏羅統滿克頭鄂博組（J3m）、白音高老組（J3b）和下白堊統義縣組（K1y）中。礦體常呈層狀、透鏡狀或脈狀產出，礦石中除火山玻璃外，尚有少量透長石和石英的雛晶或斑晶，常見玻璃質結構、玻基雛晶結構和玻基斑晶結構，珍珠狀構造或塊狀構造等。赤峰地區珍珠巖礦床主要特征見表2。

3.1.2 沸石礦床的成因類型與地質特征

區內沸石礦床均為陸相火山物質蝕變型，按成礦原巖不同可進一步分為熔巖蝕變型、火山碎屑巖蝕變型和沉積火山碎屑巖蝕變型3個亞類。

（1）熔巖蝕變型沸石礦床。典型礦床為阿斯冷山沸石礦床。該礦床產于上侏羅統白音高老組中，由珍珠巖水解脫玻化形成。沸石礦體呈透鏡狀產出，與上覆珍珠巖圍巖呈過渡關系，從上而下可分為正常珍珠巖帶、沸石化珍珠巖帶、強沸石化珍珠巖帶。礦石中以斜發沸石為主，還有少量透長石、石英及玻璃質。

（2）火山碎屑巖蝕變型沸石礦床。礦床主要產于上侏羅統滿克頭鄂博組及下白堊統義縣組中，由酸性火山碎屑巖經熱液蝕變形成；主要分布于火山機構的邊緣地帶，礦床規模較大，典型礦床有查干布山、大窯溝沸石礦床。其中大窯溝沸石礦床產于義縣組上部酸性晶屑玻屑凝灰巖中，礦體呈層狀，長約5 km，寬300～600 m，產狀穩定，傾向NW，傾角約20°。礦石常見有凝灰狀或角礫狀構造，質量變化較大，斜發沸石含量10％～50％，以30％～50％居多，礦體底部常有較強的蒙脫石化，此外尚有絲光沸石、石英、透長石及玻璃質。

（3）沉積火山碎屑巖蝕變型沸石礦床。典型礦床為白臉子山沸石礦床，該礦床位于一小型火山沉積盆地內，礦體產于上侏羅統白音高老組沉凝灰巖層中，礦層中水平層理常見，表明該礦床系火山玻璃空落或搬運于湖盆沉積后經脫玻水解而成。受沉積旋回控制，共發育有6層沸石礦體，礦體單層長約0.3～2 km，厚度5～20 m。礦石多具凝灰狀或致密狀構造，礦石礦物以斜發沸石為主，含量變化較大，在20％～70％之間，次為蒙脫石，此外還伴有少量的方解石、石英、長石及巖屑等。在沸石礦體中下部常具蒙脫石化，部分蒙脫石化強烈地段相變為膨潤土礦體，在垂向上形成沸石在上、膨潤土在下的組合產出關系。

表2 赤峰地區珍珠巖礦床主要特征Table 2 Main characteristics of the perlite deposits in Chifeng area

3.1.3 膨潤土礦床的成因類型與地質特征

區內膨潤土礦床主要為中酸性熔巖蝕變型［6］，集中分布于南部寧城—平泉火山盆地內，如二龍膨潤土礦床、忙農膨潤土礦床等。該區膨潤土礦床產出于下白堊統義縣組中上部流紋巖、安山質流紋巖、英安巖夾薄層狀或透鏡狀的流紋質火山角礫熔巖及熔結角礫巖中。膨潤土礦體常呈層狀、似層狀或透鏡狀，礦體內常見珍珠巖透鏡體存在，呈漸變過渡關系。在垂向上具有明顯分帶性，自上而下依次為珍珠巖帶、沸石－硅化帶、硅化－沸石化－蒙脫石化帶和強硅化帶，膨潤土礦體主要產出于硅化－沸石化－蒙脫石化帶中，除蒙脫石外，礦石中尚有斜發沸石、絲光沸石、石英和碳酸鹽等成分。寧城地區火山巖中普遍含水較高，在膨潤土礦床成礦作用中顯著特點是H2O的帶出，而我國東南地區的膨潤土礦床蒙脫石化成礦中H2O主要是帶入組分［7－9］。

區內多為鈣基膨潤土，而鈉基膨潤土較少。但在一定條件下同一礦層在垂向上可表現為地表及淺部為鈣基膨潤土，向深部（潛水面以下）逐漸相變為鈉基膨潤土，這種屬型分帶是膨潤土形成后經酸性水的淋濾自然改型而成。以寧城縣馬架子膨潤土礦床為例，由地表至深部，隨著Na＋/Ca2＋增加，自下而上表現為酸性火山玻璃質原巖－鈉基膨潤土－鈉鈣基膨潤土－鈣基膨潤土的屬型分帶。

3.1.4 時空分布及成礦條件分析

該成礦系列形成于晚侏羅世—早白堊世，以滿克頭鄂博組、白音高老組及義縣組為主要賦礦層位，這與燕山晚期強烈的火山活動及其產物（中酸性火山巖）密切相關。

按含礦建造和礦床分布特點劃分出賽罕塔拉—查干諾爾、橋頭—小牛群、寧城—平泉中生代火山斷陷盆地的3條NE-NNE向珍珠巖－沸石－膨潤土成礦帶（圖1）。由于沸石、蒙脫石形成條件的相似性及差異性，可在一個礦床內形成珍珠巖－沸石－膨潤土的垂直分帶。

區域性NNE向斷裂帶是該成礦系列的主要控礦構造，其對成礦的控制作用主要表現為：①因沸石、膨潤土成礦與湖盆水環境關系密切，區域性NNE向斷裂通過對區內火山沉積盆地形成與分布的控制，進而控制了沸石和膨潤土礦床的形成環境，如寧城—平泉火山盆地是NNE向八里罕斷裂活動的產物，盆地內形成了眾多的膨潤土礦床；②區域性NNE向斷裂控制了區內中生代火山巖建造的分布，由于該成礦系列礦床均產于鈣堿性系列中酸性巖漿的火山玻璃質巖石組合中，因此區域性NNE向斷裂通過對含礦建造分布的控制，進而控制了該成礦系列的空間分布特征；③區域性NNE向斷裂帶伴生的次級斷裂或這些斷裂的復合部位是重要的控礦構造、容礦構造、熱液通道等，對礦床的形成具有重要作用。

該成礦系列的形成除受特定的構造環境和含礦建造的控制外，還受成礦原巖、成礦作用以及成礦微環境的制約。成礦原巖主要影響礦體規模、形態、產狀及礦石質量等；不同成礦作用的復合疊加導致不同成因類型和不同礦種組合的產出；成礦微環境的變化則引起成礦系列內不同礦種之間的轉化，如當水介質p H＝8～10時，火山玻璃被沸石交代，轉化為高硅沸石，隨著介質中Ca2＋，Na＋等的消耗和Mg2＋濃度的增高，有利于沸石轉化為蒙脫石，但若水介質中能保持較高的H＋/（Na＋＋Ca2＋）比值，不需經歷高硅沸石階段而直接形成蒙脫石，反之則有利于形成含Ca2＋，Na＋的高硅沸石［10］。

3.1.5 珍珠巖－沸石－膨潤土成礦系列成因模式

通過珍珠巖－沸石－膨潤土成礦系列含礦建造、成礦原巖、成礦作用及礦床特征的綜合研究，建立了赤峰地區珍珠巖－沸石－膨潤土成礦系列成因模式（圖2）。

3.2 葉臘石－高嶺石成礦系列

3.2.1 礦床的成因類型與地質特征

區內葉臘石、高嶺石礦床均為火山熱液蝕變型，具有相同的構造環境、含礦建造、成礦作用和相似的礦物組合、圍巖蝕變等，因此常組合產出，屬于同一成礦系列。典型礦床有巴林左旗哈拉哈達葉臘石礦床、巴林右旗雅馬吐高嶺石礦床等。成礦作用有火山熱液蝕變作用和充填作用兩類，但成礦作用通常不是單一的，在面狀熱液蝕變作用的同時往往也存在在局部的填充作用，形成脈狀礦體。

以雅馬吐高嶺石礦床為例：高嶺石礦體賦存于上侏羅統瑪尼吐組中的一個流紋巖蝕變帶內，蝕變帶長2.5 km，寬0.3～0.8 km，走向為近EW向，帶內普遍高嶺石化。礦區共有35條高嶺石礦脈，產狀不穩定，受張性斷裂或裂隙控制，礦脈形態復雜，主要呈脈狀、透鏡狀，次為扁豆狀、窩巢狀，礦脈厚度及礦石質量變化較大，礦脈一般寬0.5～1 m，個別寬2 m。圍巖蝕變有高嶺石化、硅化、明礬石化、葉臘石化、硬水鋁石化等。礦石多為鱗片變晶結構、隱晶結構，致密塊狀構造、交代殘余構造、角礫狀構造和浸染狀構造等。

圖2 赤峰地區珍珠巖－沸石－膨潤土成礦系列成因模式圖（據陶維屏等［5］修改）Fig.2 Diagram showing genetic model of the perlite-zeolite-bentonite deposit series in Chifeng area

3.2.2 時空分布及成礦條件分析

與中國東南地區火山熱液蝕變型葉臘石、高嶺石礦床一樣，赤峰地區葉臘石、高嶺石礦床的成礦時代亦為晚侏羅世—早白堊世［11－13］，主要的賦礦層位為上侏羅統滿克頭鄂博組、瑪尼吐組和下白堊統義縣組的晶屑玻屑凝灰巖、火山角礫巖、熔結凝灰巖、流紋巖等鈣堿系列中酸性火山巖和火山碎屑巖，巖石以高硅、富鋁、低鐵為特征［1，8］。

葉臘石、高嶺石礦床的區域分布主要受NNE向區域性斷裂及中生代火山巖建造的控制。而礦體的控礦構造類型多樣，火山機構伴生的環狀－放射狀斷裂、NNE向區域斷裂的次級斷裂（主要為張性斷裂）、破碎帶、層面構造等都是有利的控礦構造，又以上述構造的復合部位最為有利。根據含礦建造、區域控礦構造和礦床的空間分布，研究區內展布有查干沐倫—哈拉哈達—罕蘇木蘇木葉臘石－高嶺石成礦帶（圖1）。該成礦帶向北延伸進入通遼市扎魯特旗境內，其罕山林場、格日朝魯蘇木、烏蘭哈達蘇木等地產出有眾多的葉臘石、高嶺石礦床，且在區域上呈NNE向延伸，它們與本區應屬同一個成礦帶。該成礦帶具有良好的成礦條件和找礦潛力，是我國重要的熱液蝕變型葉臘石、高嶺石成礦帶之一。

受多期性的構造－熱液活動影響，區內葉臘石、高嶺石礦床具明顯的礦化分期和垂向分帶性。礦化分期為：①成礦前的廣泛圍巖蝕變，主要有次生石英巖化、高嶺石化、葉臘石化等，以火山熱液蝕變作用為主，形成面狀高嶺石化或葉臘石化蝕變帶；②成礦期的熱液蝕變交代和充填，形成葉臘石、高嶺石礦體，圍巖蝕變有高嶺石化、葉臘石化、明礬石化、辰砂化等。有關研究成果表明［14－15］，呈弱酸性的火山熱液在150～100℃時，開始發生葉臘石化和高嶺石化，并隨Si/Al比值以及溫度壓力的變化，剖面自上而下常可出現次生石英巖－高嶺石－地開石－葉臘石的帶狀分布，上述分帶反映了溫度壓力的降低序列。成礦過程中元素地球化學遷移特點為：次生石英巖帶中SiO2為帶入組分，Al和其他元素為帶出組分；含礦層中的Al和H2O為大量帶入的組分，SiO2和K＋，Na＋，Ca2＋，Mg2＋等均為帶出組分。

3.2.3 葉臘石—高嶺石成礦系列成因模式

根據區內葉臘石、高嶺石礦床的含礦建造、控礦因素、成礦作用及礦床特征等的研究，赤峰地區葉臘石－高嶺石成礦系列成因模式如圖3所示。

圖3 赤峰地區葉臘石－高嶺石成礦系列成因模式圖Fig.3 Diagram showing genetic model of the the pyrophyllite-kaolinite deposit series in Chifeng area

4 結語

（1）赤峰地區珍珠巖－沸石－膨潤土成礦系列、葉臘石－高嶺石成礦系列形成于晚侏羅世—早白堊世，以滿克頭鄂博旋回、瑪尼吐旋回、白音高老旋回和義縣旋回為主，這與當時強烈的中酸性火山噴發作用關系密切。

（2）區內珍珠巖－沸石－膨潤土、葉臘石－高嶺石成礦系列的礦床分布受區域性NNE向斷裂構造及中生代火山巖建造的控制。而礦體的形態、產狀、空間分帶、礦物組合等則主要受成礦原巖、成礦期構造、成礦作用及成礦微環境的控制。

（3）按含礦建造、區域構造和礦床（點）的分布特征，在區內劃分出產于賽罕塔拉—查干諾爾、橋頭—小牛群、寧城—平泉中生代火山斷陷盆地中的3個珍珠巖－沸石－膨潤土成礦帶，產于查干沐倫—哈拉哈達—罕蘇木蘇木一帶的葉臘石－高嶺石成礦帶，上述成礦帶均呈NE-NNE向展布。

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