吉林臨江石門(mén)子硅藻土礦床地質(zhì)特征及成因淺析

王 健

(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)

硅藻土俗稱(chēng)山粉、化石粉或放射蟲(chóng)粉，是一種重要的非金屬礦產(chǎn)[1]。硅藻土由硅藻遺骸組成，通常呈淺黃色或淺灰色，質(zhì)軟，多孔而輕。主要工業(yè)用途常為保溫材料、過(guò)濾材料、填料、研磨材料、水玻璃原料、脫色劑及硅藻土助濾劑、催化劑載體等。吉林省臨江市是全國(guó)少有的優(yōu)質(zhì)硅藻土礦富集地，先后有多家地勘單位對(duì)臨江市硅藻土礦床進(jìn)行了勘查工作，但未對(duì)臨江市石門(mén)子硅藻土礦床進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的研究。本文通過(guò)對(duì)該礦床的成礦地質(zhì)背景，礦床地質(zhì)特征及礦床成因進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)分析，討論礦床的形成機(jī)制，為該區(qū)硅藻土找礦提供有益借鑒。

1 成礦地質(zhì)背景

本區(qū)為長(zhǎng)白山陸緣火山盆嶺疊加構(gòu)造帶(I-3)、太平嶺—老嶺火山—沉積隆盆帶(I-35)、長(zhǎng)白山盆地(I-3510)南西端，所處地層分區(qū)劃分為吉南—遼東地層分區(qū)、通化地層小區(qū)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖漿活動(dòng)以噴發(fā)巖為主，侵入次之(圖1)。

圖1 臨江地區(qū)大地構(gòu)造分區(qū)略圖

1.1 區(qū)域地層

區(qū)域內(nèi)地層從老到新分布有：中元古界老嶺群珍珠門(mén)組(Pt2z.)及大栗子組(Pt2dl.)，中生界侏羅系果松組(J2-3g)、新生界新近系馬鞍山村組(N1m)及軍艦山組(N2j)、第四系更新統(tǒng)。軍艦山組玄武巖在區(qū)域內(nèi)分布面積約占全區(qū)面積的60%以上，構(gòu)成平坦的玄武巖臺(tái)地。馬鞍山村組分布于區(qū)域中部，不整合覆蓋于侏羅系果松組之上，由四套沉積層馬鞍山村組夾三層玄武巖組成。馬鞍山村組第四段(N1m4)由砂層、硅藻粘土、硅藻砂土、粉砂質(zhì)粘土組成，是硅藻土主要賦存層位，厚115.25～182.76m；第三段(N1m3)由砂、粉砂質(zhì)粘土、含藻粘土、硅藻土組成，層位不穩(wěn)定，硅藻土厚度0～0.35m，硅藻土礦層的分布不具工業(yè)意義；第二段(N1m2)由粉砂質(zhì)粘土、含礫細(xì)砂—粗砂，含蘭鐵礦；第一段(N1m1)為砂礫巖層。三層玄武巖均為斑狀玄武巖。軍艦山組分布在700m標(biāo)高以上，出露于地表，厚度36.60～102.40m，由灰黑色致密塊狀、氣孔狀玄武巖及斑狀橄欖玄武巖組成[2]。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)發(fā)育的盆地構(gòu)造呈北東向新生代盆地，盆地邊緣位于夾心崗、錯(cuò)草頂子?xùn)|一帶，中心部位在長(zhǎng)白虎洞溝、新北崗一帶。古近系—新近系繼承了前下部地層中構(gòu)造形式，表現(xiàn)為近東西向斷裂為主，北東向斷裂次之，偶見(jiàn)南北向斷裂，它們共同構(gòu)建了本區(qū)斷裂構(gòu)造體系。古近系—新近系以后主要表現(xiàn)為喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，多以滑坡形式發(fā)育在玄武巖的邊部，對(duì)礦層破壞作用不大。

1.3 區(qū)域巖漿巖

區(qū)域巖漿巖以火山噴出巖為主，侵入巖次之。新生代噴出巖多見(jiàn)，占區(qū)域內(nèi)總面積60%，中生代噴出巖少見(jiàn)；侵入巖為燕山期侵入巖，分布于工作區(qū)北部。

火山噴出巖為新生代噴出巖，據(jù)壓覆關(guān)系確定噴出的先后順序分新近系玄武巖和第四系更新統(tǒng)玄武巖。新近系玄武巖為橄欖斑狀氣孔玄武巖，巖石呈灰黑色；第四系下更新統(tǒng)玄武巖由橄欖玄武巖組成，巖性特征同新近系玄武巖。巖石呈灰黑色—暗綠色，具有顯微斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為灰綠結(jié)構(gòu)。斑晶為斜長(zhǎng)石和橄欖石，含量20%，基質(zhì)由斜長(zhǎng)石、輝石、橄欖石、磁鐵礦的隱晶質(zhì)及金屬礦物組成。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

研究區(qū)地層為中生界中上侏羅統(tǒng)果松組(J2-3g)、新生界新近系中新統(tǒng)馬鞍山村組(N1m)、上新統(tǒng)軍艦山組(N2j)，硅藻土礦床賦存于馬鞍山村組(N1m)。

(1)中生界中上侏羅統(tǒng)果松組(J2-3g)：主要出露于研究區(qū)東部及南部，主要由英安質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r組成。與馬鞍山村組呈角度不整合接觸關(guān)系，為馬鞍山村組沉積基底。

(2)新生界新近系中新統(tǒng)馬鞍山村組(N1m)：主要出露于研究區(qū)中東及中南部，為一套硅藻土沉積建造，按巖石組合分為3段：①馬鞍山村組下段 (N1m3)，鉆孔基本未控制到該層，僅地表有零星出露，由砂、粉砂、粘土、硅藻土及硅藻粘土組成，層位不穩(wěn)定；②馬鞍山村組中段(βN1)，似斑狀玄武巖，灰黑色、細(xì)粒結(jié)構(gòu)、似斑狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造；③馬鞍山村組上段(N1m4)，該層為區(qū)內(nèi)硅藻土礦主要賦存層位，由砂質(zhì)粘土、泥質(zhì)粉砂層、硅藻粘土、粘土質(zhì)硅藻土、硅藻土組成，層厚2～17m，以ZK101為代表自上而下分別為7層(表1)。

我們的工作還存在不少局限。首先，研究中沒(méi)有用人類(lèi)的死亡，而是通過(guò)木偶劇表演的動(dòng)物死亡事件來(lái)做的研究，其場(chǎng)景和感受可能跟現(xiàn)實(shí)生活中遭遇到死亡事件有所不同。未來(lái)的研究需要解決這一可能帶來(lái)偏差的問(wèn)題，嘗試新的測(cè)量方式。由于許多兒童的第一次死亡經(jīng)歷是家庭寵物的死亡(Inagaki & Hatano, 1993)，后面的研究可考慮將這種經(jīng)歷納入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中。

表1 馬鞍山村組沉積層第四段(N1m4)硅藻土含礦層特征表

(3)新近系上新統(tǒng)軍艦山組(N2j)：主要出露研究區(qū)北部及中部，出露面積大，不整合于馬鞍山村組之上。由塊狀玄武巖組成。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造受盆地構(gòu)造控制，為單斜構(gòu)造。地層與含礦層傾向與傾角一致，地層和礦層傾向北東，傾角1°～5°，局部地段受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響傾角較大(15°～20°)。構(gòu)造主要為喜山期構(gòu)造斷裂，在發(fā)生斷裂地段多形成滑坡，使含礦層與上覆玄武巖明顯下落，屬正斷層性質(zhì)。斷距少者幾米，多者20～30m。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)所見(jiàn)巖漿巖分布廣泛，噴出巖大面積分布于區(qū)域內(nèi)，由老至新有新近系中新統(tǒng)馬鞍山村組中段玄武巖和軍艦山組玄武巖。巖性為氣孔狀、塊狀、斑狀玄武巖。硅藻土礦床的形成伴有火山噴發(fā)活動(dòng)，不少學(xué)者認(rèn)為硅藻土的成礦物質(zhì)來(lái)源于火山噴發(fā)產(chǎn)生的SiO2[3]。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦床特征

硅藻土礦床主要賦存于新生界新近系馬鞍山村組第四段(N1m4)，厚度12.8～17.8m，產(chǎn)狀一般1°～5°，硅藻土礦層分布標(biāo)高在743～769m，中間有非礦夾石，夾石為粘土質(zhì)硅藻土、硅藻質(zhì)粘土、粘土及粉砂層。基本保存了原始古盆地的雛形，在地貌上有明顯標(biāo)志，上部地層新生界新近系軍艦山組(N2j)玄武巖為馬鞍山村組(N1m)形成了臺(tái)階式地貌。馬鞍山村組第三段(N1m3)硅藻土厚度0～0.35m，層位不穩(wěn)定，硅藻土礦層的分布不具工業(yè)意義。

硅藻土礦層在垂直關(guān)系上，中部質(zhì)純，硅藻土集中呈小韻律性，而向上或向下其粘土與碎屑含量則明顯遞增。在橫向上，在沉積環(huán)境不穩(wěn)定地段，逐漸變?yōu)檎惩临|(zhì)硅藻土與含硅藻粘土互層(圖2)。

圖2 臨江市石門(mén)子硅藻土礦床地質(zhì)圖

3.2 礦層特征

礦層位于馬鞍山村組第四段(N1m4)，礦層長(zhǎng)1 400m，寬375～770m，產(chǎn)狀平緩，傾角1°～5°，局部達(dá)10°。底板標(biāo)高743～769m，中部距地表垂深85m±。層位穩(wěn)定，單工程厚度12.8～17.8m，平均厚度15.05m，連續(xù)性較好，厚度變化系數(shù)42%。

礦層主要由硅藻土、含粘土硅藻土及粘土質(zhì)硅藻土組成。呈灰白—灰黃—黃綠色；邊部為白—灰白色，中部為灰黃—黃綠色，質(zhì)較純、疏松，其中含粘土碎屑及局部鐵染現(xiàn)象，并含有機(jī)質(zhì)碎屑等。單層厚度≥0.5m，礦層在穩(wěn)定地段中部為硅藻土，上下多為含粘土硅藻土。礦石垂直分布為中部質(zhì)純，硅藻土集中呈小韻律性，而向上或向下其粘土與碎屑含量則明顯遞增；礦石水平分布在沉積環(huán)境不穩(wěn)定地段，逐漸變?yōu)檎惩临|(zhì)硅藻土與含硅藻粘土互層。

3.3 礦石類(lèi)型

根據(jù)礦石中硅藻、粘土及礦石碎屑的相對(duì)含量，劃分以下三種礦石類(lèi)型：硅藻土(圖3)、含粘土硅藻土、粘土質(zhì)硅藻土。

圖3 硅藻土鏡下照片

硅藻土即Ⅰ級(jí)品礦石，呈白—灰白—灰黃色。生物結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造及顯微構(gòu)造。質(zhì)輕、疏松細(xì)膩，多孔隙。濕潤(rùn)狀態(tài)下呈似豆腐渣狀，干燥時(shí)捻成粉末。硅藻含量85%±，以圓盤(pán)形圓篩藻為主，粒徑25～30μm。其次，有細(xì)粒分散狀粘土結(jié)構(gòu)，含量＜5%，礦石碎屑1%±，含少量磷酸鹽與黃鐵礦結(jié)核，局部裂除有鐵質(zhì)氧化物呈淋濾充填。

含粘土硅藻土即Ⅱ級(jí)品礦石，灰白—淺灰色，細(xì)層狀構(gòu)造，層理由富藻層和泥質(zhì)微細(xì)組成。生物結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。硅藻含量75%～80%，以圓盤(pán)形為主。粒徑25～30μm，少量呈圓筒形，粘土礦物含量5%～25%，礦物碎屑含量20%±。

粘土質(zhì)硅藻土即Ⅲ級(jí)品礦石，灰白—灰黃—淺黃綠色，生物泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。硅藻含量70%±，以圓盤(pán)形為主，粒徑25～30μm，其次由舟形及棒形藻，藻體破碎，粘土礦物含量＞25%，礦物碎屑含量5%～8%。

3.4 礦石品級(jí)與化學(xué)成分

對(duì)各品級(jí)礦石樣品化學(xué)成分進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表2)，硅藻土(I級(jí)品)SiO2含量平均為88.11%，資源量占2.19%；含粘土硅藻土(II級(jí)品)SiO2含量平均為86.09%，資源量占26.90%；粘土質(zhì)硅藻土(III級(jí)品)SiO2含量平均為72.84%，資源量占70.91%，由于礦層中硅藻含量和SiO2含量成正相關(guān)[4]。礦體以Ⅲ級(jí)品為主，Ⅱ級(jí)品、Ⅲ級(jí)品近水平層狀分布于其中。各品級(jí)礦石的礦石品位基本穩(wěn)定。

表2 馬鞍山村組沉積層第四段(N1m4)礦石有益組分含量變化統(tǒng)計(jì)表 (單位：%)

3.5 礦層圍巖及夾石

礦層圍巖分為兩種類(lèi)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即玄武巖，亦為礦層保護(hù)層。

夾層為分為兩種類(lèi)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，化學(xué)成分含量：SiO260%～70%，F(xiàn)e2O35%～8%，Al2O312%～ 15%，CaO 1%，燒失量7%±，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。

4 礦床成因淺析

(1)沉積巖性、巖相特征。

該礦床賦存于新近系中新統(tǒng)馬鞍山村組上部(N1m4)，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，具淡水湖泊相沉積建造特征。硅藻土的沉積環(huán)境需求一個(gè)穩(wěn)定和光合作用等因素制約，硅藻周期沉積形成了小型韻律構(gòu)造(微層狀構(gòu)造，層理厚度1～2m)。硅藻土礦的形成在湖泊相沉積環(huán)境中淡水藻類(lèi)繁殖，氣侯溫暖，便形成了以生物化學(xué)沉積為特點(diǎn)的硅藻土礦[5]。硅藻為淡水屬種，表明是在穩(wěn)定淡水環(huán)境下生存、死亡后沉積的，以生物沉積為主的內(nèi)陸淡水湖泊相沉積類(lèi)型。

(2)湖盆的古地貌形態(tài)對(duì)成礦的控制。

硅藻土礦的沉積形成除古氣候、古構(gòu)造條件外，硅藻土繁衍重要條件是充足的SiO2供給[6]，部分學(xué)者認(rèn)為硅藻土的成礦物質(zhì)來(lái)源于火山噴發(fā)物中富集的SiO2[7]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，玄武巖地區(qū)地下水中SiO2的濃度比花崗巖地區(qū)高5倍[8]。使硅藻在玄武巖噴發(fā)的間歇階段大量堆積下來(lái)[9]。該礦床的形成與古氣候、古構(gòu)造條件密切相關(guān)。在早白堊紀(jì)至古近紀(jì)—新近紀(jì)，本區(qū)處于長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕狀態(tài)，古近紀(jì)末已基本處于夷平狀態(tài)，新近紀(jì)開(kāi)始，長(zhǎng)時(shí)間凹陷并徐徐下降，形成深度不大的內(nèi)陸大型湖盆地，盆地構(gòu)造為硅藻土礦床的沉積提供了有利的古地理?xiàng)l件。湖盆的古地理形態(tài)控制著礦體的空間形態(tài)，凹處礦層變厚，凸起處礦層變薄，邊緣礦層尖滅。

(3)玄武巖的噴發(fā)與硅藻土的形成。

該礦床在新近紀(jì)末硅藻土沉積之后，第四紀(jì)火山噴發(fā)形成大規(guī)模玄武巖覆蓋于其上，對(duì)硅藻土沉積層起到保護(hù)作用，使硅藻土殼體保存下來(lái)。礦床類(lèi)型對(duì)于區(qū)域構(gòu)造環(huán)境卻有明顯的選擇性[10]。硅藻土礦床與上部玄武巖空間形態(tài)及分布一致，說(shuō)明上部的玄武巖控制硅藻土礦的展布，有些學(xué)者認(rèn)為是上部玄武巖對(duì)硅藻土沉積層提供保護(hù)作用[11]。硅藻土礦體的形態(tài)為層狀，礦體的分布具有一定的規(guī)律，在凹陷盆地形成及發(fā)展過(guò)程中，初期和早期底部凸凹不平，以河床相、山麓相陸源碎屑沉積為主，生物沉積少，火山巖的噴發(fā)覆蓋在凹陷盆地之上，具有間歇火山噴發(fā)與周期性河流湖泊相交替特征[12]。

綜上，本礦床成因?qū)賰?nèi)陸淡水湖泊相生物沉積礦床。在本區(qū)玄武巖面積性分布區(qū)域臺(tái)地地貌內(nèi)，開(kāi)展重力勘探，結(jié)合磁法工作，尋找中—新生代火山凹陷盆地構(gòu)造，進(jìn)一步查明新生界新近系馬鞍山村組(N1m)賦存層位的分布特征，預(yù)期發(fā)現(xiàn)質(zhì)量更好、規(guī)模更大的硅藻土礦床。

5 結(jié)論

(1)該區(qū)硅藻土礦床賦存于新生界新近系馬鞍山村組(N1m)沉積層第四段(N1m4)，由1條硅藻土礦層構(gòu)成，礦層長(zhǎng)1 400m，寬375～770m，層位穩(wěn)定，平均厚度15.05m。I級(jí)品硅藻土SiO2含量平均為88.11%，資源量占2.19%；Ⅱ級(jí)品含粘土硅藻土 SiO2含量平均為86.09%，資源量占26.90%；Ⅲ級(jí)品粘土質(zhì)硅藻土SiO2含量平均為72.84%，資源量占70.91%。礦體以Ⅲ級(jí)品為主，Ⅱ級(jí)品、Ⅲ級(jí)品近水平層狀分布于其中，各品級(jí)礦石礦石品位是基本穩(wěn)定。

(2)該區(qū)硅藻土礦床受盆地構(gòu)造控制，構(gòu)造形式為單斜構(gòu)造，礦體總體產(chǎn)狀近于水平，玄武巖控制著硅藻土礦的展布，對(duì)該區(qū)硅藻土找礦具重要意義。

(3)該區(qū)硅藻土礦床屬內(nèi)陸淡水湖泊相生物沉積礦床。