萊陽市北臧家疃膨潤土礦礦床地質特征及成因探討

胡建超

(中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100)

膨潤土礦是以蒙脫石為主要成分的粘土巖，是一種具有多種用途的礦產資源，目前已在很多領域得到應用。本文通過對萊陽市北臧家疃膨潤土礦礦床地質特征進行分析，礦床成因為早白堊紀陸相火山沉積水解蝕變型礦床。為今后該地區膨潤土礦資源調查與勘探提供參考。

1 成礦地質背景

礦區大地構造單元位于華北板塊(Ⅰ)膠遼隆起區(Ⅱ)膠萊盆地(Ⅲ)萊陽斷陷(Ⅳ)萊陽凹陷(Ⅴ)的西北部[1-2]。區域出露地層[3]主要為古元古代荊山群祿格莊組(Htl)、野頭組(Hty)；中生代白堊紀萊陽群曲格莊組(K1q)，青山群后夼組(K1h)、八畝地組(K1b)、石前莊組(K1?q)，王氏群林家莊組(K2lj)、辛格莊組(K2xg)；新生代第四紀臨沂組(Qhl)。區域內斷裂發育，主要以東西向或近東西向斷裂為主，北西向次之，北東及南北向斷裂規模較小，多屬于高角度壓扭性斷裂。礦區主要含礦地層為青山群石前莊組，為一套酸性火山熔巖—火山碎屑巖沉積建造，主要巖性為流紋質角礫凝灰巖、角礫巖、凝灰巖等，普遍具有膨潤土化。區內巖漿巖主要為片麻狀細粒奧長花崗巖。

2 礦區地質

2.1 地層

礦區內出露地層主要為中生代白堊紀青山群后夼組(K1h)、八畝地組(K1b)、石前莊組(K1?q)，王氏群林家莊組(K2lj)及新生代第四紀臨沂組(Qhl)(圖1)。

后夼組(K1h)主要出露于礦區北部北侯家夼一帶，在楊家屯以北亦有少量分布。主要巖性為灰白色英安質或灰褐色流紋質凝灰巖，含角礫凝灰巖。

八畝地組(K1b)主要出露于礦區北部楊家屯—北侯家夼一帶，主要巖性為安山巖、安山質集塊角礫巖、凝灰巖。

石前莊組(K1?q)主要出露于礦區中部楊家屯—北臧家夼一帶，為一套酸性火山熔巖—火山碎屑巖沉積建造，主要巖性為流紋質角礫凝灰巖、膨潤土化流紋質角礫凝灰巖、膨潤土，是膨潤土礦的賦存層位。厚約300m，與下伏八畝地組(K1b)呈整合接觸關系。流紋質角礫凝灰巖呈灰褐色，凝灰結構，似流紋狀、塊狀構造，角礫成分為流紋巖，火山碎屑成分為流紋質火山灰。膨潤土化流紋質角礫凝灰巖呈灰褐色、灰白色，凝灰結構，似流紋狀、似層狀、塊狀構造，角礫成分為流紋巖，火山碎屑成分為膨潤土化流紋質火山灰。膨潤土呈灰白色、黃綠色、淡紅色，土狀—蠟狀光澤，泥質結構，似流紋狀、似層狀、塊狀構造，主要礦物成分為蒙脫石等粘土礦物。

白堊紀王氏林家莊組(K2lj)出露于礦區南部白藤口—北臧家疃一帶，主要巖性為灰紫色礫巖、含礫砂巖夾紫紅色細砂巖、粉砂巖。與下伏石前莊組(K1?q)呈平行不整合接觸關系，厚約225m。

第四系臨沂組(Qhl)主要分布于礦區南部北臧家疃一帶低洼處，厚0～3m，為殘坡積物，由黃色含礫砂質粘土、亞粘土組成。

圖1 北臧家疃礦區地質略圖

2.2 構造

礦區呈單斜狀構造，地層走向300～10°，傾向西，傾角5～25°。礦區南部發育3 條斷層，編號分別為F1、F2、F3，其中F2 斷層規模較大。3條斷層都位于采礦權外圍，對礦層無影響。

2.3 巖漿巖

礦區內分布片麻狀細粒奧長花崗巖和中生代白堊紀燕山晚期的潛流紋巖。

片麻狀細粒奧長花崗巖，分布在礦區北部，片麻狀結構，塊狀構造。潛流紋巖分布在采礦權外，礦區東部、南部，對礦層無影響。呈灰褐色，斑狀結構，塊狀構造，礦物成分主要由斑晶(10%)和基質(90%)組成，斑晶主要為自形板狀透長石和他形粒狀石英，基質為微晶的長英質組成。

3 礦床地質特征

3.1 礦層特征

礦層賦存在石前莊組(K1?q)流紋質角礫凝灰巖內，沿走向控制長228.23m，沿傾向控制延深158.81m，呈似層狀產出，總體走向170°，傾向西，傾角8～12°。根據礦體出露范圍與夾層的關系將劃分了3 個礦層，其中KC02 為主礦層(表1)。

表1 礦層特征一覽表

(1)KC01 礦層特征。

位于礦床下部，分布于01 線、05 線之間。礦層呈似層狀產出，總體走向170°，傾向西，傾角8～12°。沿走向控制長228.23m，沿傾向控制延深93.18m，賦存標高+103.78～+70.00m。厚度3.90～19.80m，平均厚10.28m，厚度變化系數75.68%，厚度不穩定。KC01 礦層在01 線厚度最大，為19.80m，由01 線往03 線、05 線方向，礦層厚度逐漸變薄。礦石蒙脫石含量50.20%。

(2)KC02 礦層特征。

位于礦床中部，分布于01 線、05 線之間。礦層呈似層狀，總體走向170°，傾向西，傾角8～12°。礦層沿走向控制長228.23m，沿傾向控制延深158.81m，賦存標高+137.60～+70.00m。厚度11.83～38.20m，平均厚16.20m，厚度變化系數64.62%。KC02 礦層在03 線ZK0301 處厚度最大，為38.20m，由3 線往01 線、05 線厚度變薄，出現夾層。礦石自然類型主要為灰白色膨潤土、淡紅色膨潤土，次為黃綠色膨潤土。礦石蒙脫石含量44.00%～70.00%，平均值54.15%，變化系數13.45%。

(3)KC03 礦層特征。

位于礦床頂部，分布于01 線、05 線之間。礦層呈似層狀，總體走向170°，傾向西，傾角8～12°。礦層沿走向控制長228.23m，沿傾向控制延深69.28m，賦存標高+144.19～+111.91m。厚度12.70～19.09m，平均厚15.00m，厚度變化系數19.77%，厚度穩定。礦石自然類型主要為灰白色膨潤土、淡紅色膨潤土，次為黃綠色膨潤土礦石蒙脫石含量35.40%～64.00%，平均值51.91%，變化系數14.69%。

綜上所述，該礦層具有如下特征：①主礦層厚度變化均勻，反應膨潤土形成時成礦環境和物質供應相對穩定；②礦層產狀變化小，說明礦體受褶皺影響小，后期構造運動不明顯；③礦層在剖面上呈似層狀重復出現，反應成礦作用的韻律性特點。

3.2 礦石質量

(1)礦石類型。

礦石自然類型主要為灰白色膨潤土、淡紅色膨潤土，次為黃綠色膨潤土。膨潤土呈灰白色、淡紅色、黃綠色，土狀—蠟狀光澤，泥質結構，似流紋狀、似層狀、塊狀構造，主要礦物成分為蒙脫石。按蒙脫石可交換的陽離子種類劃分為鈣基膨潤土；按蒙脫石層電荷大小劃分，為高層電荷型(切托型)膨潤土[4]。

(2)礦石結構、構造。

膨潤土呈泥質結構，由極細小(＜0.005mm)的蒙脫石等粘土礦物組成，比較致密均一的[5-9]。膨潤土呈似流紋狀構造、似層狀構造、塊狀構造。

(3)礦石礦物組分。

膨潤土礦石主要礦物為蒙脫石(35%～55%)，其次為石英(20%)、鉀長石(10%)，還有伊利石、高嶺石及晶屑、巖屑(15%～35%)等。

蒙脫石呈鱗片狀集合體，邊緣界限清晰，呈彎曲狀，晶體細小，粒徑一般為0.002～0.012mm。負突起，干涉色為2 級。蒙脫石含量最大值為70.00%，最小值為35.40%，平均值為53.23%，變化系數為13.84%。石英主要呈他形粒狀，粒徑一般為0.1～2mm，部分石英呈細脈狀。鉀長石呈他形粒狀或半自形板狀，粒徑一般為1～2mm。

(4)礦石化學成分。

礦石主要化學成分平均值為：SiO269.78%、Al2O315.17%、Fe2O31.14%、FeO 0.05%、TiO20.036%、K2O 2.81%、Na2O 1.96%、CaO 1.21%、MgO 0.81%、MnO 0.152%、SO30.016%、LOI 6.33%(表2)。

表2 化學元素分析結果表 (單位：%)

3.3 圍巖和夾石特征

礦層頂底板圍巖為流紋質角礫凝灰巖及膨潤土化流紋質角礫凝灰巖，夾層主要巖性以膨潤土化流紋質角礫凝灰巖為主，蒙脫石平均含量17.60%，基本上不能搭配使用，在開采時需全部剝離。

4 礦床成因探討

北臧家疃膨潤土礦床主要位于早白堊世火山盆地邊緣， 成礦母巖主要為酸性流紋巖、凝灰巖、火山角礫巖等。礦區中礦石基本上保留有原巖的原始構造， 常見蝕變現象。除蒙脫石化外， 原巖還常見水云母化、硅化等現象。作者認為流紋質角礫凝灰巖在沉積、成巖過程中，在富水的偏堿性條件下，火山碎屑物質中的玻璃質，經沉積、水化、水解、結晶等脫玻化作用，形成蒙脫石礦物，從而形成膨潤土礦層。礦層賦存在石前莊組(K1?q)流紋質角礫凝灰巖內，為陸相火山沉積水解蝕變型礦床。

5 結論

該礦床劃分三個礦層，賦存于石前莊組(K1?q)。礦石自然類型主要為灰白色膨潤土、淡紅色膨潤土，次為黃綠色膨潤土。主要有泥質結，膨潤土呈似流紋狀構造、似層狀構造、塊狀構造，礦石礦物成分主要為蒙脫石。

在富水的偏堿性條件下，火山碎屑物質中的玻璃質，經沉積、水化、水解、結晶等脫玻化作用，形成蒙脫石礦物，從而形成膨潤土礦層，為陸相火山沉積水解蝕變型礦床。