臨江市雙山子硅藻土礦床地質特征及成因淺析

楊殿宇，齊 美，李 鑫，寧傳奇

（1.中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033；2.紫金礦業集團股份有限公司東北亞礦產地質勘查院，吉林 長春 130033）

礦區位于臨江市135°方位，直線距離約36km，行政區隸屬吉林省臨江市六道溝鎮。礦區西偏北距六道溝鎮約10km，省道S303自六道溝鎮通過，其間由水泥公路相連，交通便利。礦區屬北寒溫帶大陸性季風氣候，年平均降水量766.5mm，年平均氣溫4.6℃。礦區地處長白山脈南麓玄武巖熔巖臺地，地形較平坦，北部偏高，屬淺切割低山區，溝谷多呈“V”字形。

1 區域地質概況

礦區大地構造位置位于中朝準地臺(Ⅰ)、遼東臺隆(Ⅱ)、營口—寬甸臺拱(Ⅲ)，長白斷塊(Ⅳ)的南西端。

區域內地層由老至新如下：中元古界老嶺巖群大栗子組(Pt2dl)、中上侏羅統果松組(J2～3g)、上侏羅統林子頭組(J3l)、中新統馬鞍山組(N1m)、上新統船底山組(N1c)、第四系全新統(Q4)。馬鞍山組(N1m)為硅藻土含礦層位。

區域內為一呈北東向展布的新生代斷陷盆地，盆地中心在長白虎洞溝、新北崗一帶，本區處于區域斷陷盆地的北部，其中形成許多小的盆地，構成“盆中盆”，其規模不大，硅藻土礦層即賦存于各個小盆地之中。

2 礦區地質特征

礦區地層簡單，出露有中上侏羅統果松組(J2～3g)、中新統馬鞍山組(N1m)和上新統船底山組(N1c)。礦區地層由老至新分述如下:

(1)中上侏羅統果松組(J2～3g)。

巖性為英安質凝灰角礫巖，主要由英安質凝灰巖角礫和長石、石英、云母及火山灰膠結物組成，角礫呈次圓狀、次棱角狀和棱角狀形態，粒度多在2.50～10.00mm之間。

(2)中新統馬鞍山組(N1m)。

該層大部分下伏于船底山組玄武巖之下，產狀近于水平。露頭分布于礦區西部的坡地及溝谷中，為一套硅藻土沉積建造。該層是區內硅藻土礦賦存層位。

(3)上新統船底山組(N1c)。

該層在礦區內呈北東向分布，北部變寬。控制厚度3.29～47.70m，近水平產出，不整合于馬鞍山組之上，由塊狀和氣孔狀拉斑橄欖玄武巖組成。

3 礦層地質特征

硅藻土礦層主要礦物組分為硅藻，成分為蛋白石，種屬以圓篩藻、直鏈藻為主，少量羽紋藻，硅藻含量在65%～98%之間；其他礦物為粘土質及碳酸鹽，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、長石及鐵質，石英、長石呈微粒狀、棱角狀，粒徑0.01～0.09mm。

礦石結構為生物結構、泥質生物結構，構造為微層狀、塊狀構造，單層厚1～10mm。礦石化學成分主要由有益組分SiO2，有害組分Al2O3、Fe2O3、CaO、燒失量組成。

3.1 礦層特征

礦層賦存于中新統馬鞍山組中，呈較規則的層狀。礦體的形態、規模、產狀、礦層在空間上的分布嚴格受古地貌和沉積巖相控制。當沉積條件發生變化時，礦層則向不穩定一側由厚變薄直至尖滅。

當硅藻土礦層發育較完整時，垂向上礦石類型變化明顯，一般中間為硅藻土，向兩側依次為含粘土硅藻土、粘土質硅藻土、硅藻粘土。一個完整韻律從下至上為：硅藻粘土→粘土質硅藻土→含粘土硅藻土→硅藻土→含粘土硅藻土→粘土質硅藻土→硅藻粘土，其間為漸變關系。

根據硅藻土賦存特征，將區內硅藻土礦層自下而上分為兩個礦層，即①、②號礦體(層)。其中①號礦體(層)為主要工業礦體(層)。

①號礦體(層)：位于含礦層(N1m4)下部，礦體規模較大，資源儲量占全區的57.71%，優質硅藻土賦存于該礦層中。礦體賦存標高+736.48～+787.26m埋藏深度6.81～72.21m。控制礦層南北長1260m，東西寬570m，單工程控制礦層最大厚度17.94m，最小厚度1.15m，平均厚度8.53m，呈現西部低東部高趨勢。礦層頂底板均為硅藻粘土，局部與②號礦層直接接觸。礦石呈灰白色、淺灰色，自然類型為硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質硅藻土。礦層由Ⅰ級品硅藻土層、Ⅱ級品硅藻土層、Ⅲ級品硅藻土層組成。

②號礦體(層)：位于含礦層(N1m4)上部，儲量占全區的42.29%。礦層賦存標高736.48～802.52m，埋藏深度5.59～59.47m。礦體分布范圍廣泛，但礦石質量較差，本次詳查，鉆孔中均未見Ⅰ級品硅藻土，Ⅱ級品硅藻土僅有鉆孔ZK0901、ZK0505兩個鉆孔控制，其余鉆孔中僅見Ⅲ級品硅藻土。控制礦層南北長1260m，東西寬570m，控制礦層最大厚度8.58m，最小厚度0.68m，礦層平均厚度4.40m。

各礦體礦石平均品位詳見表1。

表1 各礦體礦石平均品位

3.2 礦石類型、品級及工業用途

按礦石組分將礦石分為三種自然類型：硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質硅藻土，各類型礦石特征如下。

(1)硅藻土：為Ⅰ級品礦石，主要為白色、灰白色、灰綠色，以灰綠色為主，硅藻含量約占90%以上，粘土礦物約占5%，少量碎屑礦物及磁鐵礦物，有時可見植物化石。生物結構，微層狀或塊狀構造，單層厚1～5mm，質輕，疏松細膩，濕潤時似豆渣狀，干燥時似白土狀。

鏡下特征：具硅藻生物結構，硅藻95%～98%，粘土質1%～4%，石英、長石、鐵質含量≤1%。

硅藻：無色，體積微小，主要為圓篩藻和直鏈藻及碎片。圓篩藻呈圓盤形篩狀，直徑0.01～0.042mm；直鏈藻，藻體圓柱狀，長0.01～0.15mm，直徑0.007～0.14mm，由許多小圓盤、圓柱形藻胞疊置而成的鏈狀，殼面有網格狀小孔；成分為蛋白石，均質性，不規則分布。

此外，有少量粘土質及微量石英、長石，粘土質呈顯微鱗片狀，石英、長石微小粒狀，分散在硅藻間；鐵質，黑紅色，微粒狀、浸染狀于硅藻中。

(2)含粘土硅藻土：為Ⅱ級品礦石，以灰綠色為主，白色、灰白色為輔，硅藻含量約占90%，粘土含量約占10%，其他為碎屑礦物及磁鐵礦物；生物結構，微層狀構造，微層厚一般3～10mm，質感較輕，固結差。

鏡下特征：巖石具硅藻生物結構。硅藻80%～90%，粘土10%～15%，石英、長石、鐵質少量。

硅藻：無色，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，均質性，不規則分布。

(3)粘土質硅藻土：為Ⅲ級品，屬一般礦石，質量較差，以灰、灰綠色為主，硅藻含量約占65%～70%，粘土含量約占25%左右，含少量碎屑礦物及磁鐵礦物；生物結構，塊狀構造，濕潤狀態粘性較強，干燥后較堅硬。

鏡下特征：巖石具硅藻生物結構，硅藻65%～70%，粘土25%，2%～3%石英、長石和少量鐵質。

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，均質性，不規則分布。

從電子掃描鏡檢測結果可以看出，硅藻土和含粘土硅藻土中以圓篩藻為主，少量直鏈藻，藻體較完整；粘土質硅藻土以直鏈藻為主、圓篩藻次之，藻體較破碎。

按工業用途及各類型礦石主要化學組分劃分為Ⅰ級品、Ⅱ級品、Ⅲ級品三個品級，各品級礦石自然類型、化學組分和工業用途等詳見表2。

表2 不同類型礦石基本特征

3.3 礦石物理性能

按礦石自然類型系統的測試了礦石的物理性能，礦石物性特征詳見表3。

表3 礦石物性測試結果

硅藻土礦石的質量是以硅藻土的礦物成分作為評價標準的，而其用途則取決于硅藻的種屬。圓盤形硅藻為主的硅藻土用于制作助濾劑效果最佳，圓柱形硅藻為主的硅藻土用于制作催化劑載體、化肥包裹劑、保溫隔熱材料效果最好。本區硅藻土從礦石成分及掃描電鏡測試看，以圓篩藻為主的Ⅰ、Ⅱ級品礦石為制造助濾劑的優質礦石，而以直鏈藻、管形藻為主的Ⅲ級品礦石是制作催化劑載體、化肥包裹劑、建筑用保溫、隔熱材料的最佳礦石。

4 礦床成因及找礦方向

4.1 礦床成因

(1)硅藻土礦床形成環境。

古地理環境是硅藻土礦床成礦的首要條件。新生代以來形成的內陸相湖泊、山間盆地為硅藻的生存、遺骸的堆積提供了良好的先決條件。硅藻為淡水種屬，是在氣候溫暖濕潤、雨水較充沛，能使湖盆長期保持穩定水位的淡水環境下生長—繁殖—死亡—沉積的。從硅藻的生存條件來看，帶入湖盆的水不能有高濃度的酸、堿及其他有毒有害物質，優質硅藻土的形成同時要求帶入湖盆的碎屑礦物很少，是以生物沉積為主、機械沉積為輔的沉積類型。

(2)湖盆的古地貌形態對成礦的控制。

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所，湖盆的古地理形態控制著礦體的空間形態、分布，凹處礦層變厚，凸起處礦層變薄，邊緣處礦層尖滅。

(3)玄武巖的噴發與硅藻土形成。

硅藻的生長、繁殖需要水中有豐富的可溶SiO2，礦區內新生代玄武巖廣泛發育，間歇性的玄武質火山噴發活動為可溶性SiO2提供了豐富的物質來源，為硅藻的生長、繁殖提供了必要的營養物質；而后期的玄武質火山噴發活動將已形成的硅藻土礦層覆蓋，對硅藻土礦床起到了良好的保護作用。

4.2 找礦方向

新生代陸相盆地、大面積新近系玄武巖形成臺地地貌、中新統馬鞍山組地層。

5 結語

臨江市雙山子硅藻土礦的形成與巖相古地理、玄武巖分布、含礦層位等密切相關。通過對臨江市五道溝鎮硅藻土礦的地質勘查工作，認為該硅藻土礦礦石質量較好，易選、埋藏淺、覆蓋層薄、產狀平緩且礦層穩定。其經過選礦加工的終端產品因其具有特殊的孔隙結構，優良的物化性能，可用作助濾劑，以凈化藥物、酒類、各種油料。另外還可以用作石油化學工業催化劑載體及隔音、隔熱材料等。

此次勘查工作，對雙山子硅藻土礦床充分理解與分析，在以后勘查與其相類似的硅藻土礦床具有借鑒意義。雙山子硅藻土礦如合理地開發利用，有利于調整當地硅藻土工業布局，改善臨江市的硅藻土工業結構，進一步促進該地區的經濟發展建設。