赤峰寧城膨潤土礦地球化學特征及成因研究

金翠葉 莎茹拉 任曉輝 侯藝飛 王紅凱

摘要：本文對赤峰寧城地區的膨潤土礦進行采樣、處理、分析，進而對數據加以討論，發現該礦體的元素分布特征，并得出其地球化學特征與礦體成因之間的聯系.從野外產狀來看，該礦體為火山熔巖蝕變型礦床，蒙脫石礦物形態為透鏡狀，礦體呈致密塊狀，礦石呈灰白色、黃綠色等多種顏色;由X射線衍射（XRD） 分析得出該礦體主要礦物與次要礦物的分布規律，通過主量元素、微量元素與稀土元素分析，得出膨潤土礦不同元素的富集與虧損形式亦有一定差別.

關鍵詞：赤峰寧城;膨潤土;火山熔巖;地球化學特征

中圖分類號：P632? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）07-0029-04

赤峰市膨潤土資源處于全國前列，但由于社會、經濟、技術、地理位置等多種原因，對其研究程度少，開發水平較低，盡管有些礦山已開采了十幾年，但仍存在資源綜合利用低，浪費較嚴重的現象.赤峰市的膨潤土礦資源多，規模大，但對其研究程度遠低于國內研究水平，因此對其地球化學特征和成因研究有利于該類型礦床的分類開發和深加工技術的選擇提供一定的理論依據.

1 地質概況

內蒙古膨潤土礦儲量大，資源豐富，其礦床分布主要集中在赤峰市的寧城縣境內，前人對該地區膨潤土礦床的形成與演化主要有以下幾點認識，據劉錦等研究[1]，寧城膨潤土集中分布在南部地區寧城—平泉火山盆地內，礦床主要為白堊統義縣組中酸性熔巖蝕變型;陳敏等認為赤峰地區膨潤土礦屬中酸性火山巖建造成礦系列之中酸性火山巖巖漿蝕變成礦亞系列[2];據趙智利等研究[3]，赤峰松山區膨潤土礦產于上侏羅統白音高老組地，其地質特征受中生代晚期陸相火山—沉積盆地控制，在低溫、低壓、堿性環境中形成，為典型的淡水湖相火山—沉積型膨潤土礦床;李艷兵等對大青山東段膨潤土礦床的研究發現，赤峰寧城地區的膨潤土礦是由堿性溶液沿熔巖裂隙蝕變交代形成的懷俄明型膨潤土礦床[4];王克勤等對遼西膨潤土礦床的成因研究，認為該地區膨潤土礦床主要巖石類型為熔巖、火山碎屑巖，經熱液蝕變成礦，蝕變帶的巖石基本類型為玻屑凝灰巖，主要的蝕變類型為蒙脫石化作用和硅化作用[5，6].

根據以往的研究，寧城地區的膨潤土主要是鈣基膨潤土，鈉基膨潤土的分布較少.然而，在相同的地層環境中，礦體從上到下的垂直分布可以表示上部為鈣基膨潤土的淺表面，深入地下（潛水面下方）可逐漸轉變為鈉基膨潤土，這種分帶特征形成是由于酸性水浸出后膨潤土礦物的自然改性而成[8].據李艷冰等人介紹[9]，成礦礦石，成礦作用和成礦微環境在膨潤土礦的成因控制中起到了一定的作用，成礦原巖主要影響礦體的規模、形狀、成因和礦石質量;多階段礦化的復合疊加可以導致不同類型和不同礦物組合的產出;成礦微環境引起成礦系列中不同礦物之間的轉化，例如當水介質pH=8～10時，沸石可替代火山玻璃形成高硅沸石，沸石可進一步轉化為蒙脫石是有益的，但如果水性介質保持高 H+/（Na++Ca2+）比例，火山玻璃可以直接形成蒙脫石而不經過高硅沸石階段，反之亦然，形成含有Ca2+，Na+的高硅沸石.寧城地區膨潤土礦形成于富水環境，由于低H+/（Na++Ca2+）比值，成礦過程極有可能從火山玻璃直接形成蒙脫石礦物.

2 采樣位置

本次采樣地點位于赤峰市寧城縣五化鎮周邊（圖1），其行政位置位于赤峰市南部與遼寧省西部交界處.在以往的數據[1]中，該區域在白堊紀早期具有火山活動，義縣組火山巖廣泛分布.多循環多級火山活動形成的火山巖以鈣堿性系列中酸性巖石為主，巖石組合為安山巖–英安巖–流紋巖.形成的膨潤土礦類型主要為中酸性熔巖蝕變型，礦床生產空間位于上白堊統流紋巖、安山巖、流紋巖和下白堊統義縣組的英安巖層均為薄層或透鏡狀流紋巖火山角礫巖熔巖和熔巖角礫巖.礦體形態呈層狀或透鏡狀，礦體與圍巖之間沒有明顯的邊界，呈現逐漸過渡的關系.在垂直分布中可以看到明顯的分區，從上到下，依次是珍珠巖帶，沸石-硅化帶，硅化-沸石-蒙脫石帶和強硅化帶.膨潤土礦體主要產于硅化-沸石-蒙脫石帶中，主要礦物為蒙脫石，伴隨礦物有斜發沸石，絲光沸石，石英和碳酸鹽等成分.

3 樣品采集和分析方法

3.1 樣品采集

本次采樣地點位于赤峰市寧城縣五化鎮周邊，樣品是從周邊一座正在開采的膨潤土礦體的剖面中采取的，從兩條剖面中共采了15件樣品，采樣位置及相關剖面簡圖見圖2，圖3.

礦體自上而下有明顯的分帶性，頂層被塊狀肉紅色火山巖所覆蓋，厚度約2米左右，下部粘土層與火山巖之間有一層灰色網紋狀土.自上而下礦物粒度由粗到細，下部粘土層呈多種顏色，主要以灰白色為主，局部呈現紅、紫、綠等其他顏色.野外觀察初步判斷該地點膨潤土礦粒度較細，手摸有滑感，居前人研究，下部粘土礦主要礦物為蒙脫石，含量可達60%～70%[6]，膨潤土礦中屬于質量較好的礦種.

3.2 分析方法

本文于出野外實際勘查的基礎上，利用XRD、XRF、ICP-MS等現代分析儀器對該膨潤土礦樣品進行測試工作.X射線衍射分析是在合肥工業大學的丹東浩元公司生產的DX-2700型號X射線粉末衍射儀上進行測試的，其主要參數：管電壓，10-60kV;管電流，5-80mA;金屬管Cu靶;掃描范圍4°～60°，掃描步進角0.02°，掃描單位計數時間0.3s.X射線熒光光譜分析是在南京大學內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室進行分析，儀器型號為Thermo-9900，操作過程為，取3g～10g粉末樣品放入平板模具上的直徑為35mm的塑料環中，加30t壓力成型;壓出厚度為2mm～4mm，表面平整無裂痕的模塊.ICP-MS分析同在南京大學采用Finnigan MAT廠家生產的高分辨電感耦合等離子質譜ICPMS（HIGH RESOLUTION-ICPMS）測試，儀器型號ELEMENT 2，儀器參數：Extraction-2000、Cool gas 14.0 l/min、Auxiliary Gas 0.8 l/min、Sample Gas 1 l/min、Plasma Power 1350 W、 Resolution 300， 4000 and 10000 M/ΔM、Run 3、Pass 6、靈敏度：In 1ppm >1E8cps.

4 地球化學特征

4.1 XRD分析

從X射線衍射結果來看（圖4），整個剖面可分三層，上部為火山巖主要礦物有石英、方解石;次要礦物為鈣長石、沸石;中部為從火山巖至黏土礦層的過渡帶，主要礦物有石英、方石英;次要礦物為鈣長石、鈉長石、蒙脫石、斜發沸石;下部為粘土層，主要礦物為石英和方石英;次要礦物有鈉長石、蒙脫石、正長石、微斜長石等.粘土層樣品中膨潤土礦的主要成分為蒙脫石，其主衍射峰高而尖銳，衍射圖譜上d（001）面網間距在15.28～15.71之間，由此可推斷該礦中的蒙脫石應為鈣基蒙脫石.由樣品中含方石英可推斷該膨潤土礦原巖為火山巖.樣品中長石的演化序列從上至下為鈣長石—（鈣長石+鈉長石）—（鈉長石+正長石+微斜長石），由此可見上部巖層應為中性安山巖，中部為鈣堿性火山巖，底部為酸性火山巖.

4.2 主量元素分析

對礦點垂直剖面樣品的主量元素分析來看（圖5），隨著SiO2含量的遞增，TiO2、Al2O3、Fe2O3、MnO、MgO、CaO等元素含量遞減，Na2O、K2O含量遞增.說明礦體頂部可能是基性火山熔巖，自上而下逐漸過渡為酸性巖石，這與XRD分析結論一致.粘土礦物類型從上部鈣基膨潤土過渡到鈉基膨潤土.

4.3 微量元素分析

對礦點樣品的微量元素分析結果如圖6，總體特征為該礦點輕稀土元素含量較高，相對富集大離子親石元素Sr及高場強元素Zr，顯示島弧火山巖的特點.含鈣造巖礦物偏貧，指示安山質熔漿的物源主要為地殼物質[11].

4.4 稀土元素分析

對礦點樣品的微量元素分析結果如圖7，其特征為全部樣品中輕稀土元素富集，指示該礦形成環境為陸殼環境.Ce和Nd元素顯示正異常，說明成礦過程中有水作用參加，由于生物作用活躍，有機質發育而產生局部相對還原的環境，使Ce3+難以氧化成Ce4+，致使出現Ce元素的正異常情況.

5 成因分析

綜上所述，寧城地區膨潤土礦體的成礦原巖為中基性安山巖與酸性流紋巖混合物.主要原因如下：1）由XRD分析可知：上部火山巖主要礦物有石英、方解石;次要礦物為鈣長石、沸石;中部粘土礦主要礦物有石英、方石英;次要礦物為鈣長石、鈉長石、蒙脫石、斜發沸石;下部粘土礦主要礦物為石英和方石英;次要礦物有鈉長石、蒙脫石、正長石、微斜長石等;2）由主量元素分析可知：隨著SiO2含量的遞增，TiO2、Al2O3、Fe2O3、MnO、MgO、CaO等元素含量遞減，Na2O、K2O含量遞增.說明礦體頂部可能是基性火山熔巖，自上而下逐漸過渡為酸性巖石;3）由微量元素分析可知：該礦點輕稀土元素含量較高，相對富集大離子親石元素Sr及高場強元素Zr;4）由稀土元素分析可知：全部樣品中輕稀土元素富集，指示該礦形成環境為陸殼環境.由Ce和Nd元素的正異常，可推斷成礦過程中有水作用參加.

6 結論

本文對寧城地區膨潤土礦進行礦物與地球化學分析，得出膨潤土礦體的元素分布與成因機制有密切聯系.其總體特征為礦體上部以火山巖為主，含有石英、方解石等礦物;中部為粘土礦物與火山碎屑物互層，主要礦物有石英、方石英;次要礦物為鈣長石、鈉長石、蒙脫石、斜發沸石;下部為粘土礦物層;蒙脫石含量自上而下逐漸增加.綜上所述，認為該礦點的膨潤土礦成因類型應為火山熔巖風化淋濾蝕變型礦床.

參考文獻：

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