長(zhǎng)白縣北崗參場(chǎng)硅藻土礦床地質(zhì)特征及成因淺析

王繼梅

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033）

【礦產(chǎn)資源】

長(zhǎng)白縣北崗參場(chǎng)硅藻土礦床地質(zhì)特征及成因淺析

王繼梅

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033）

本區(qū)硅藻土礦床賦存于新近系中新統(tǒng)馬鞍山組(N1m4)上部層位中。礦體(層)的分布明顯受古地貌和沉積巖相控制，礦層基本依湖盆形態(tài)呈連續(xù)層狀產(chǎn)出，成礦有明顯的規(guī)律性，礦石質(zhì)量穩(wěn)定。礦床成因?yàn)閮?nèi)陸淡水湖泊相生物堆積而成。

硅藻土；地質(zhì)特征；成因淺析

1 地質(zhì)概況

該區(qū)所處大地構(gòu)造位置位于塔里木—中朝準(zhǔn)地臺(tái)區(qū)(Ⅰ)、中朝準(zhǔn)地臺(tái)(亞Ⅰ)、遼東臺(tái)隆(Ⅱ)、營(yíng)口—寬甸臺(tái)拱(Ⅲ)，長(zhǎng)白斷塊(Ⅳ)的南端。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，為中生代斷陷盆地東部，形態(tài)為寬緩向斜，軸向北東。礦層賦存于斷陷盆地之中，礦層形態(tài)嚴(yán)格受古地貌和沉積巖相控制，含礦層產(chǎn)狀與礦層產(chǎn)狀基本一致，近水平層狀產(chǎn)出。

礦區(qū)出露地層簡(jiǎn)單，為新近系中新統(tǒng)馬鞍山組(N1m)、上新統(tǒng)軍艦山組(N2j )。馬鞍山組是硅藻土賦存層位，該層大部分下伏于軍艦山組玄武巖之下，產(chǎn)狀近于水平，部分露頭出露于礦區(qū)南部溝谷中，為一套硅藻土沉積建造，自下而上分別為：

(1) 斑狀橄欖玄武巖(βN12)。

該層小面積出露于礦區(qū)南西部，巖石類型為斑狀橄欖玄武巖。巖性特征為深灰色、灰黑色，斑狀、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、氣孔狀構(gòu)造；斑晶為斜長(zhǎng)石，含量一般10%～15%；基質(zhì)：斜長(zhǎng)石呈板條狀、板柱狀，含量一般30%～40%；普通輝石呈板柱狀、短柱狀，含量一般25%～30%；橄欖石含量3%～7%，并含少量的磁鐵礦物。該層厚度不清，下伏于松散沉積層(N1m3)之下。

(2) 松散沉積層(N1m3)。

該層出露于礦區(qū)南部，上部為硅藻粘土及硅藻土；中部為黃褐色中粒砂層夾細(xì)砂及灰綠色粘土質(zhì)砂巖；下部為黃綠色粘土質(zhì)粉砂。該段賦存硅藻土呈囊狀、透鏡狀，分布不穩(wěn)定，不具工業(yè)意義。該層厚度不清，下伏于斑狀玄武巖層(βN13)之下。

(3) 斑狀玄武巖(βN13)。

該層出露于礦區(qū)南東部，呈北東向帶狀分布，為含礦層沉積基底，產(chǎn)狀和厚度受沉積基底形態(tài)控制。巖石呈灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分：斜長(zhǎng)石約占60%，輝石約占25%～30%，少量的磁鐵礦物。鏡下特征：斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為板狀、長(zhǎng)條狀自形晶的基性斜長(zhǎng)石，含量約占8%，最大粒徑6mm，基質(zhì)以拉斑玄武結(jié)構(gòu)為主，局部見間隱結(jié)構(gòu)，半自形的長(zhǎng)條狀斜長(zhǎng)石微晶雜亂排列，所構(gòu)成的三角形至多邊形格架中被粒徑較均一的暗色礦物、金屬礦物充填，斜長(zhǎng)石微晶粒徑較均一，長(zhǎng)徑0.20～0.40mm，寬度一般0.02～0.03mm。巖石為塊狀構(gòu)造，局部見氣孔，氣孔較小。主要礦物成分基性斜長(zhǎng)石50%±，普通輝石45%±，橄欖石10%±，少量磁鐵礦、鈦鐵礦、磷灰石等。該層厚度不清，下伏于含礦層(N1m4)之下。

(4) 砂巖、砂礫巖、硅藻粘土層(N1m4)。

含礦層控制厚度27.26～46.14m，與下伏地層不整合接觸。按其巖石組合分為4個(gè)巖性層，自下而上分別為：

(a) 砂礫、硅藻粘土層(N1m41)。

該層為①號(hào)礦層直接底板，控制厚度0.73～6.06m。巖石類型為硅藻粘土，局部夾雜砂礫。該層起伏不平，厚度變化不穩(wěn)定，由礦區(qū)中部向兩側(cè)逐漸變薄直至尖滅。

(b) 硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質(zhì)硅藻土層(N1m42)。

該層為①號(hào)礦層，巖石類型主要為硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質(zhì)硅藻土。礦層賦存標(biāo)高717～738m，控制厚度1.77～6.55mm，厚度變化穩(wěn)定。

(c) 硅藻粘土層(N1m43)。

該層為①號(hào)礦層頂板、②號(hào)礦層底板，巖石類型為硅藻粘土。控制厚度4.00～8.76m。該層起伏變化不大，厚度變化穩(wěn)定。

該層賦存②號(hào)礦層，上部為砂礫巖層，厚度1.66～19.05m；中部為粉砂質(zhì)粘土、硅藻粘土，厚度2.06～13.93m；下部為②號(hào)礦層，由粘土質(zhì)硅藻土、含粘土質(zhì)硅藻土、硅藻土組成，局部夾雜少量硅藻土粘土和砂礫。砂礫巖層、粉砂質(zhì)粘土、硅藻粘土為②號(hào)礦層直接頂板。礦層賦存標(biāo)高730～749m，控制厚度4.00～10.64m，厚度變化穩(wěn)定。

區(qū)內(nèi)巖漿巖為噴出巖，即新生代軍艦山期玄武巖，地貌特征為明顯的玄武質(zhì)火山熔巖臺(tái)地。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

礦層賦存于新近系中新統(tǒng)馬鞍山組(N1m)地層中，呈較規(guī)則的近水平層狀。礦體的形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀，礦層在空間上的分布嚴(yán)格受古地貌和沉積巖相控制。當(dāng)沉積條件發(fā)生變化時(shí)，礦層則向不穩(wěn)定一側(cè)由厚變薄直至尖滅。

硅藻土礦層發(fā)育較完整時(shí)，垂向上礦石類型變化明顯，一個(gè)完整韻律從下至上為：硅藻粘土→粘土質(zhì)硅藻土→含粘土硅藻土→硅藻土→含粘土硅藻土→粘土質(zhì)硅藻土→硅藻粘土，其間為漸變關(guān)系。

根據(jù)硅藻土賦存特征，將區(qū)內(nèi)硅藻土礦層自下而上分為兩個(gè)礦體(層)，即①、②號(hào)礦體(層)，詳見表1。礦體(層)間隔4.00～8.76m。

表1 礦體特征一覽表

礦體頂板傾角一般＜3°，礦體總體產(chǎn)狀近于水平。礦層直接頂、底板一般為硅藻粘土、局部為砂礫巖層、粉砂質(zhì)粘土。

①號(hào)礦體(層)位于含礦層(N1m4)下部，由含粘土硅藻土、粘土質(zhì)硅藻土組成，呈連續(xù)性較好的近水平層狀產(chǎn)出。礦區(qū)內(nèi)控制礦層?xùn)|西向最大長(zhǎng)度1 800m，南北向?qū)?50～1 925m。礦層賦存標(biāo)高717～738m，礦層埋深114～140m。單工程控制厚度1.77～6.55m，平均厚度3.88m，厚度變化系數(shù)39.39%，厚度變化穩(wěn)定。礦層整體分布趨勢(shì)是由礦區(qū)中部沿北東向向兩側(cè)逐漸變薄。礦層由一個(gè)Ⅱ級(jí)品、兩個(gè)Ⅲ級(jí)品硅藻土層組成。礦層在厚度方向上穩(wěn)定地段分布規(guī)律性較強(qiáng)，質(zhì)量較好的Ⅱ級(jí)品硅藻土一般分布于礦體中部，兩側(cè)為Ⅲ級(jí)品硅藻土。

②號(hào)礦(體)層位于含礦層(N1m4)上部，由硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質(zhì)硅藻土組成，呈連續(xù)性較好的近水平層狀產(chǎn)出。礦區(qū)內(nèi)控制礦層?xùn)|西向最大長(zhǎng)度1 800m，南北向?qū)?00～1 900m。礦層賦存標(biāo)高730～749m，礦層埋深101～130m。單工程控制厚度4.00～10.64m，平均厚度7.53m，厚度變化系數(shù)23.65%。厚度變化穩(wěn)定。礦層分布穩(wěn)定，集中分布在礦區(qū)中—北部。礦層由一個(gè)Ⅰ級(jí)品、一個(gè)Ⅱ級(jí)品、兩個(gè)Ⅲ級(jí)品硅藻土層組成。礦層在厚度方向上穩(wěn)定地段分布規(guī)律性較強(qiáng)，質(zhì)量較好的Ⅰ級(jí)品硅藻土一般分布于礦體中部，兩側(cè)為Ⅱ、Ⅲ級(jí)品。

2.2 礦石質(zhì)量

礦物組分主要為構(gòu)成硅藻的蛋白石，即微晶狀膠質(zhì)硅。種屬以圓篩藻、直鏈藻為主，偶見管狀藻，硅藻含量65%～98%；其他礦物為粘土質(zhì)及碳酸鹽，分別呈顯微鱗片狀、泥粉晶狀，均勻分布在硅藻間，鐵染呈黃褐色；此外還有少量石英、長(zhǎng)石及鐵質(zhì)，石英、長(zhǎng)石呈微粒狀、棱角狀，粒徑0.01～0.09mm。

礦石主要化學(xué)成分見表2。礦層中SiO2為有益組分，其含量取決于硅藻的含量，即硅藻含量增高則SiO2含量增高。Fe2O3、Al2O3存在于粘土礦物高嶺石、水云母、綠泥石中，F(xiàn)e2O3含量還與碎屑礦物及次生淋濾鐵質(zhì)有關(guān)，CaO主要存在鈣長(zhǎng)石及方解石碎屑中。燒失量取決于礦石中水分和有機(jī)質(zhì)含量。

由表2可知：①號(hào)礦體(層)礦石有益組分SiO2分布均勻，礦石質(zhì)量穩(wěn)定。礦石有害組分Al2O3、Fe2O3、CaO和燒失量除Ⅲ級(jí)品下層CaO變化系數(shù)大，分布不均勻，其余總體來(lái)看，分布均勻；②號(hào)礦體(層)礦石有益組分SiO2分布均勻，礦石質(zhì)量穩(wěn)定。礦石有害組分Al2O3、Fe2O3、CaO和燒失量總體來(lái)看變化系數(shù)小，分布均勻。

2.3 礦石物理性能

礦石物理性能不同其用途不同，其物性測(cè)試結(jié)果見表3。

2.4 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及類型

礦石呈灰白—灰綠色，生物結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)生物結(jié)構(gòu)，微層狀、塊狀構(gòu)造，單層厚1～10mm。

按礦石組分結(jié)構(gòu)特征將礦石分為三種自然類型：硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質(zhì)硅藻土。各類型礦石特征見表4。

硅藻土鏡下特征：硅藻無(wú)色，體積微小，主要為圓篩藻和直鏈藻組成，偶見管狀藻。圓篩藻呈圓盤形篩狀，較為破碎，直徑14～20μm為主；直鏈藻多呈板條狀寬2～4μm，長(zhǎng)10～15μm，由許多小圓盤、圓柱形藻胞疊置而成的鏈狀，殼面有網(wǎng)格狀小孔；成分為蛋白石，均質(zhì)性，不規(guī)則分布。此外，有少量粘土質(zhì)及微量石英、長(zhǎng)石，粘土質(zhì)，呈顯微鱗片狀；石英、長(zhǎng)石微小粒狀，分散在硅藻間；鐵質(zhì)，黑紅色，微粒狀、浸染狀于硅藻中。

表2 礦石主要化學(xué)組分含量統(tǒng)計(jì)

表3 礦石物理性能測(cè)試結(jié)果

表4 不同類型礦石特征

含粘土硅藻土鏡下特征：硅藻無(wú)色，體積微小，主要為圓篩藻和直鏈藻及硅藻碎片。直鏈藻，藻體圓柱狀，長(zhǎng)0.01～0.10mm，直徑0.007～0.02mm，由許多小圓盤、圓柱形藻胞疊置而成的鏈狀，殼面有網(wǎng)格狀小孔；圓篩藻呈圓盤形篩狀，直徑0.01～0.04mm。硅藻成分為蛋白石，均質(zhì)性，不規(guī)則分布。粘土質(zhì)呈顯微鱗片狀集合體，均勻分布在硅藻土間，有鐵質(zhì)染成黃褐色。此外，有少量石英、長(zhǎng)石及鐵質(zhì)，分散在硅藻土粘土中。

粘土質(zhì)硅藻土鏡下特征：硅藻體積微小，主要是直鏈藻和圓篩藻及碎片。直鏈藻，藻體圓柱狀，長(zhǎng)0.01～0.10mm，直徑0.008～0.02mm，由許多圓盤藻胞疊置而成的鏈狀體，殼面有網(wǎng)格狀小孔；圓篩藻呈圓盤形篩狀，直徑0.01～0.042mm；成分為蛋白石，均質(zhì)性，不規(guī)則分布。粘土質(zhì)呈顯微鱗片狀集合體，均勻分布硅藻間，有鐵染呈黃褐色。

2.5 礦石品級(jí)

按工業(yè)用途及礦石主要化學(xué)組分劃分為Ⅰ級(jí)品(硅藻土)、Ⅱ級(jí)品(含粘土硅藻土)、Ⅲ級(jí)品(粘土質(zhì)硅藻土)三個(gè)品級(jí)。其中，Ⅰ、Ⅱ級(jí)品主要用于生產(chǎn)助濾劑，Ⅲ級(jí)品用于生產(chǎn)各種保暖輕質(zhì)材料、充填劑、化肥包裹劑。

2.6 礦體圍巖及夾層

礦層圍巖分為兩種類型：一種為含礦圍巖，一般為硅藻粘土、少數(shù)為粉砂質(zhì)粘土及砂層，頂?shù)装迮c礦層之間呈漸變過(guò)渡、整合接觸關(guān)系；另一種為非含礦圍巖—玄武巖，亦為礦層保護(hù)層。

夾層分為兩種類型：一種為含礦夾層，即有益、有害組分低于工業(yè)指標(biāo)要求的硅藻粘土，巖性特征與含礦圍巖基本相同；另一種為礦層中間夾雜少量的礫巖，致密塊狀、氣孔狀玄武巖組成，由黃色粘土膠結(jié)而成。

3 礦床成因及找礦標(biāo)志

3.1 礦床成因

(1) 玄武巖的噴發(fā)與硅藻土形成。

新生界新近系上新統(tǒng)與第四系更新統(tǒng)時(shí)期，基性火山噴發(fā)普遍而強(qiáng)烈，強(qiáng)烈的火山噴發(fā)后形成的凹陷盆地控制著硅藻土礦的展布。具有間歇性的火山噴發(fā)與周期性河流—湖泊相交替特征。其中火山噴發(fā)后，SiO2呈懸浮狀態(tài)溶于水中，為硅藻的生存提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，至使硅藻大量繁殖、生長(zhǎng)、死亡堆積，經(jīng)長(zhǎng)期的沉積形成了硅藻土礦層的原始堆積。由于后期的間歇性的火山噴發(fā)，對(duì)所形成的硅藻土礦層的原始堆積進(jìn)行覆蓋，從而使前期形成的硅藻土礦層得以保存，免受風(fēng)化和流失作用。因此，生成條件和保存條件共同作用形成了現(xiàn)在的硅藻土礦層。

(2) 湖盆的古地貌形態(tài)對(duì)成礦的控制。

沉積盆地是硅藻土成礦的重要條件。沉積盆地為硅藻的生存、遺骸的堆積提供了良好的場(chǎng)所，湖盆的古地理形態(tài)控制著礦體的空間形態(tài)、分布，凹處礦層變厚，凸起處礦層變薄，邊緣處礦層尖滅。

(3) 沉積類型及特征。

礦層賦存于新近系中新統(tǒng)馬鞍山組上部(N1m4)，其巖性組合為砂—粉砂、粉砂質(zhì)粘土、硅藻土層(礦層)。從生物地層分析，硅藻為淡水種屬，是在氣候溫暖濕潤(rùn)、雨水較充沛，能使湖盆長(zhǎng)期保持穩(wěn)定水位的淡水環(huán)境下生長(zhǎng)—繁殖—死亡—沉積，是以生物沉積為主、機(jī)械沉積為輔的淡水湖泊相沉積類型，由硅藻周期性沉積形成小型韻律構(gòu)造(紋層構(gòu)造)。

綜上所述，本區(qū)礦床成因?qū)賰?nèi)陸淡水湖泊相生物堆積。

3.2 找礦標(biāo)志

(1) 地層標(biāo)志。

礦層賦存新近系中新統(tǒng)馬鞍山組地層中，因此，馬鞍山地層是直接找礦標(biāo)志。

(2) 構(gòu)造標(biāo)志。

新近系開始的凹陷并徐徐下降，形成深度不一的大型湖盆地，為硅藻土礦床的沉積提供了有利的古地理?xiàng)l件，因此，深度較淺的大型凹陷盆地，是找礦的構(gòu)造標(biāo)志。

(3) 地貌標(biāo)志。

含礦層沉積在空間上處于兩套玄武巖噴發(fā)臺(tái)地中間，由于玄武巖和松散含硅藻土的馬鞍山組水平疊置沉積，玄武巖臺(tái)地周邊重力崩塌作用和風(fēng)化剝蝕作用下，含硅藻土的層位大致沿等高線出露于地表，分布在近同一標(biāo)高，經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕作用含礦層位出現(xiàn)明顯負(fù)地形，從而形成一個(gè)臺(tái)階(二登臺(tái))，玄武巖出露地段為陡崖狀，其下為含硅藻土的馬鞍山組出露地段，故根據(jù)特有的地形地貌及其具有固定標(biāo)高的特征將是明顯的找礦標(biāo)志。

(4) 玄武巖標(biāo)志。

當(dāng)新近系末硅藻土沉積之后，新近系與第四系火山噴發(fā)形成大規(guī)模玄武巖覆蓋于其上，并對(duì)硅藻土沉積層起到了保護(hù)作用。因此，本區(qū)玄武巖臺(tái)地是找礦的間接標(biāo)志。

2015年《粉煤灰綜合利用》征訂啟事

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