烏蘭林格膨潤土礦地質特征及成因分析

尹得功，朱慧琴

（新疆維吾爾自治區地質礦產開發局第十一地質大隊，新疆昌吉831100）

烏蘭林格膨潤土礦地質特征及成因分析

尹得功*，朱慧琴

（新疆維吾爾自治區地質礦產開發局第十一地質大隊，新疆昌吉831100）

烏蘭林格膨潤土礦床處于準噶爾盆地西北邊緣得楞山—夏子街凹陷內，主要產于上白堊統艾里克湖組上巖性段。礦床成因屬于內陸湖泊相沉積型礦床。物質來源主要來自夏子街—得楞山凹陷北部的火山巖，其火山物質經過長期的物理化學風化作用并經地表水帶入湖盆后，促使蒙脫石等礦物不斷地沉淀下來形成膨潤土礦。礦體埋藏淺，規模大，有鈉基、鈣基和過渡類型膨潤土3種礦石類型，鈉基膨潤土占一定比例，遠景儲量可觀。廣泛應用于鉆井泥漿、鐵礦球團和鑄造以及石化、輕工、農業、環保、建筑、美容護膚等領域。

烏蘭林格；膨潤土礦；夏子街—得楞山凹陷；沉積型礦床

1 概述

我國膨潤土的儲量位居世界第一位，種類齊全，分布廣，產量和出口均居世界前列[1]。新疆和布克賽爾縣是我國主要的膨潤土礦資源分布區。膨潤土由于有良好的物理化學性能，素有“萬能”粘土之稱。礦石屬性為鈉基土、鈣基土、過渡類型土等3種屬性。過渡類型土包括鈉鈣基土、鈣鈉基土及極少量的鎂基土、鈉鎂基土、鈣鎂基土、鎂鈣基土等，廣泛應用于鉆井泥漿、鐵礦球團和鑄造以及石化、輕工、農業、環保、建筑、美容護膚等領域[2]。

蒙脫石是膨潤土的主要礦物組分，蒙脫石的特性決定了膨潤土的基本性能。蒙脫石屬單斜晶系。蒙脫石族礦物屬2∶1型，即TOT型或稱三片型，基本構造單元與云母相似，其不同點是層電荷較低，層間陽離子不是K+而是水化度較高的Ca2+、Mg2+、Na+等交換性陽離子，層間可吸附大量水分子和極化分子，尤其有有機物存在時更明顯。由于八面體內部的同型置換，形成了一系列類質同象礦物，構成二八面體和三八面體。蒙脫石是二八面體型含水層狀鋁硅酸鹽的典型礦物，為三片型結構，上下為四面體，中間夾一層八面體，其一般結構式為：NaX（H2O）4{（Al2-XMgX[Si4O10]（OH）2}[3-4]。烏蘭林格礦區粘土礦物研究確定的結構式為：[E0.316]（Al1.402Fe3+0.305Mg2+0.269Fe2+0.009）Σ1.936Si4O10（OH）2[5]。

鈉蒙脫石、鈣蒙脫石、鎂蒙脫石是蒙脫石吸附鈉離子、鈣離子與鎂離子系列的端元礦物，按d（001）面網間距，可分8種礦物：鈉蒙脫石、鈉—鈣蒙脫石、鈣—鈉蒙脫石、鈣蒙脫石、鎂蒙脫石、鎂—鈣蒙脫石、鈣—鎂蒙脫石、鈉—鎂蒙脫石。

2 區域地質

礦區位于準噶爾盆地西北邊緣得楞山—夏子街凹陷內，是區內重要的沸石、膨潤土、煤礦床成礦帶，已發現烏蘭林格、日月雷、得楞山南、得楞山西等4個大型膨潤土礦床。出露地層為下石炭統淺海相中酸性火山巖、火山碎屑巖夾細碎屑巖、灰巖；中石炭統淺海相火山灰粉砂質泥巖、凝灰質粉砂巖夾薄層灰巖；下侏羅統三工河組湖沼相的泥巖、砂巖、粗砂巖、礫巖等；下白堊系吐谷魯組砂巖、細砂巖夾鈣質砂巖、粉砂質泥巖；上白堊統艾里克湖組礫巖—細砂巖或泥質粉砂巖結束的韻律層或中細砂巖與粉砂質泥巖互層夾淡紅色膨潤土礦；下第三系古新—始新統紅礫山組是主要含礦層位，深湖相沉積泥、粉砂級碎屑，該組中的灰白色膨潤土礦品質較好；下第三系—漸新統烏倫古河組灰白色石英砂巖夾灰綠色粗砂巖；第四系中更新統烏蘇群淺灰色砂礫巖、含礫砂巖；上更新—全新統沖、洪積層。

喜山期運動上升隆起遭受剝蝕，盆地下降接受沉積并形成烏蘭林格寬緩背斜。燕山期是區域成煤、膨潤土礦的時期，形成具有工業價值煤、膨潤土工業礦床。

3 礦床地質特征

烏蘭林格膨潤土礦床位于夏子街—得楞山膨潤土礦成礦帶的西段，呈近北西—南東向帶狀展布，屬夏子街—得楞山膨潤土礦成礦帶的一部分，含礦巖系為下第三系古新—始新統紅礫山組下亞組下巖性段泥巖和上白堊統艾里克湖組中、上巖性段。上白堊統艾里克湖組上巖性段為膨潤土礦主要成礦層，礦區構造為產狀平緩的烏蘭林格開闊背斜，各礦層均受其控制，礦區內未見破壞礦層（體）的后期斷層。

礦石自然類型有灰白色膨潤土礦石、棕紅色膨潤土礦石、淺灰色砂狀膨潤土礦石及雜色膨潤土礦石等4種類型；礦石屬性為鈉基膨潤土礦石、鈣基膨潤土礦石及過渡類型膨潤土礦石等3種類型。礦石工業類型主要有活性白土用膨潤土礦石、冶金球團粘結用膨潤土礦石及鉆井泥漿用膨潤土礦石等3種類型，礦石屬型為低層電荷型（懷俄明型），層電荷單位半晶胞0.301～0.330。

烏蘭林格膨潤土礦床控制規模為大型膨潤土礦床，蒙脫石平均品位49.33%。礦層（體）呈層狀、似層狀產出，產狀平緩且向東南傾伏，傾角一般在2°～4°之間，礦層厚2.48～10.74m不等，埋深0.00～30m左右。

礦床自上而下分別由頂部（Ⅰ）、上部（Ⅱ）、中部（Ⅲ）及下部（Ⅳ）4個礦層組成[6]。礦層呈層狀—似層狀產出，產狀近水平，傾向南東，傾角2°～4°（圖1）。礦床內規模較大的礦層為上礦層和中礦層，中礦層為本礦床主礦層；頂礦層質量最好，上礦層次之，中礦層最差[7]。

圖1 烏蘭林格鵬潤土礦體分布示意圖

采用激光粒度分析方法對原土及提純土的粒度分析。原土及提純土粒度均比較細，原土6個樣品平均粒徑0.85～2.18μm，6個提純土樣品平均粒徑0.89～1.98μm。均達到了活性白土、鉆井泥漿用膨潤土及有機膨潤土原料對粒度的要求。

烏蘭林格膨潤土提純后與美國懷俄明膨潤土基本相當，屬低層電荷型膨潤土（懷俄明型）。

根據研究得出的屬型特征等，礦區膨潤土礦石可以應用于鐵礦球團、鑄造、鉆井泥漿和制備潤滑脂等領域。

蒙脫石是二八面體型含水層狀鋁硅酸鹽的典型礦物，在沒有層間分子時SiO2與Al2O3理論比值為2.36。本區原土比值為4.457，柯爾堿為4.552，平山為4.742，美國懷俄明為3.114，后者比較接近理論比值，本礦區原土比值界于懷俄明與柯爾堿之間，提純土比值為3.921[8]。礦石化學成份對比情況見表1。

4 成礦控制條件及成因分析

4.1 成礦控制條件

物質來源：測區北部的馬門特、哈特阿拉特、得楞山、布龍果爾一帶的晚古生代火山巖區中生代以來長期遭受風化剝蝕，為本礦區成礦物質的來源提供了必要條件。

（1）礦石化學成分尼格里投影結果，成礦物質應來源于北部火山巖區（表2、圖2）。

（2）膨潤土礦石中微量穩定礦物碎屑組合[玉髓、磷灰石、白鈦石、鋯石、磁鐵礦（褐鐵礦）、電氣石、榍石]與北部火山巖區中—酸性火山巖的付礦物組合[玉髓、磷灰石、白鈦石、鋯石、磁鐵礦（褐鐵礦）、電氣石、榍石]基本一致。

（3）礦石中砂屑成份常見組合為：石英+斜長石+鉀長石；礦石中所含砂屑成份可見：霏細巖、流紋巖、英安巖、角閃巖及安山巖等。說明可能來源于北部火山巖、侵入巖。

巖相古地理條件：

（1）在膨潤土礦層及其頂、底板粉砂質泥巖中，普遍見有淡水瓣鰓類化石：假鉸蚌屬未定種，費爾干蚌、珠蚌。成礦環境屬內陸淡水湖泊。

（2）礦層及其頂底板砂巖中發育有羽毛狀斜層理、槽狀斜層理、斜波層理，斜層理傾角多在3°～9°之間，個別可達18°，反映了濱湖三角洲淺水沉積條件。礦層中所夾粉砂質泥巖中見有微細水平層理及對稱波痕反映靜水沉積環境及水盆地中淺水區波浪作用的結果。

表1 膨潤土礦石化學成份及對比表

表2 烏蘭林格礦區尼格里巖石化學參數表

圖2 礦石尼格里投影圖

沉積特征：含礦地層具有礫巖—砂巖—泥巖粒序層理（膨潤土礦與砂巖在空間上相間交替出現）。中心沉積厚度大，為細碎屑巖，邊部沉積厚度變薄，粒度粗，較多礫巖。

礦石成份及結構特征：礦石成份組合比較穩定，粘土類礦物為：蒙脫石、高嶺石、伊利石、水云母；砂屑成份為：石英、斜長石、鉀長石、方解石及少量的硅質巖、綠簾石、褐鐵礦、火山巖等。

均勻混合顯微鱗片狀、膠狀結構特征表明，成礦水介質屬靜水環境，成礦物質在進入水盆地前就已成為蒙脫石，部分成礦物質在水盆地沉積過程中或成巖過程中由鋁硅酸鹽析出硅膠而變為蒙脫石。

4.2 成因分析

長期以來，有關平山膨潤土礦床的成固類型，主要存在2種不同的認識：（1）火山碎屑物質直接降落在潮盆中，發生水解作用形成蒙脫石，稱為“火山沉積—水解（同生）型”；（2）火山碎屑物質直接或經搬運堆積于湖盆之后，在成巖過程中形成蒙脫石，所謂“火山沉積—成巖（后生）型”[9]。即火山—沉積礦床、沉積礦床。筆者根據該礦床的物質來源、沉積特征等對比分析后認為烏蘭林格膨潤土礦床純屬沉積成因。

夏子街—得楞山凹陷自古生代晚期開始沉降形成，凹陷北側為華力西期褶皺構造形成的哈特阿拉特—得楞山中、低山區褶皺帶。凹陷內沉積了巨厚的中、新生界地層，到白堊紀晚期盆地逐步縮小到夏子街—得楞山一帶范圍內，沉積環境漸趨穩定，形成了白堊系內陸淡水湖泊沉積，這時凹陷北側山區的火山巖類、侵入巖類長期遭受風化剝蝕的地帶形成了較多的粘土類礦物質組分的堆積，而后再被水介質搬運，進入夏子街—得楞山凹陷湖盆內沉積成礦。其硅酸鹽類礦物向蒙脫石轉化演變過程如下：

（1）鉀長石的水解演化：

（2）輝石、角閃石類礦物：

（3）黑云母：

（4）白云母的演化過程大致同長石類礦物。

以上的轉化過程，在凹陷北側的火山巖區風化帶基本完成，并形成蒙脫石、高嶺石、伊利石、水云母、蛭石，連同風化不徹底的各種火山巖、侵入巖細碎屑被水介質帶入湖盆后，在靜水條件下，細碎屑物首先沉淀下來，各種粘土礦物則形成膠狀溶液。經長期聚集演化和氣候的周期性變化，使鐵離子帶入量增加和碎屑物鐵質的析出，使水介質逐漸轉變為較強的電解質溶液，從而逐步不斷地破壞膠體溶液的穩定性，促使蒙脫石等礦物不斷地沉淀下來形成膨潤土礦。

5 結論

（1）烏蘭林格膨潤土礦床屬于內陸湖泊相沉積型礦床。物質來源主要來自夏子街—得楞山凹陷北部的火山巖，其火山物質經過長期的物理化學風化作用并經地表水帶入湖盆后，促使蒙脫石等礦物不斷地沉淀下來形成膨潤土礦。

（2）礦體產于下第三系古新—始新統紅礫山組下亞組下巖性段和上白堊統艾里克湖組中上巖性段。上白堊統艾里克湖組上巖性段為膨潤土礦主要成礦層。

（3）礦石自然類型有灰白色膨潤土礦石、棕紅色膨潤土礦石、淺灰色砂狀膨潤土礦石及雜色膨潤土礦石等4種類型；礦石屬性為鈉基膨潤土礦石、鈣基膨潤土礦石及過渡類型膨潤土礦石等3種類型。

（4）烏蘭林格膨潤土礦床規模為大型，蒙脫石平均品位49.33%。具有很好的應用前景和經濟價值。

[1]徐忠勛.遼寧省建平縣大梁前膨潤士礦地質特征及成礦規律初步研究[J].地學論壇,2012.

[2]欒文樓,李明路,等.膨潤土的開發應用[M].地質出版社,1998.

[3]王鴻禧.膨潤土[M].地質出版社,1980.

[4]任磊夫.粘土礦物與粘土巖[M].地質出版社,1992.

[5]王占岐,朱志彬,等.烏蘭林格膨潤土礦區粘土礦物研究報告[R].中國地質大學,2002.

[6]新疆地礦局第十一地質大隊.新疆和布克賽爾縣烏蘭林格—日月雷膨潤土礦初查詳查地質報告[R].1984.

[7]新疆地礦局第九地質大隊.新疆和布克賽爾縣紅郭鎮（一八四團）膨潤土礦詳查地質報告[R].1999.

[8]新疆地礦局第十一地質大隊.新疆維吾爾自治區和布克賽爾縣查干屯格鎮（184團）烏蘭林格膨潤土礦詳查地質報告[R].2002.

[9]徐步臺,黃建國,等.浙江平山膨潤土礦床成因的同位素地球化學證據[J].科技通報，1995.

P619.25

A

1004-5716（2015）05-0083-04

2014-06-06

2014-06-06

尹德功（1968-），男（漢族），青海樂都人，高級工程師，現從事區域地質調查、地質礦產勘查工作。