河北圍場密林溝伊利石礦地質特征及成因探討

王立考，李鳳友，田 賀，王 政

(1.中國建筑材料工業地質勘查中心河北總隊，河北 保定 071051 2.承德市地質隊，河北 承德 067000)

伊利石是一種富鉀的含結構水的層狀鋁硅酸鹽粘土礦物，提純后可廣泛應用于橡膠、涂料、塑料、造紙、陶瓷、玻璃等多個領域。我國伊利石主要分布在河北承德、沙河，河南平頂山，浙江甌海，吉林安圖，福建寧德等地區，已探明的伊利石資源分布不均，質量也存在較大差異，資源相對稀缺。預測未來較長一段時間，市場將維持對伊利石礦較為旺盛的需求[1]。

目前承德現有一個采礦權，生產規模為4.50萬m3/年。企業開采指標為Al2O3≥12%，Fe2O3≤4%、白度≥70，經選礦加工后主要產品為高檔陶瓷、涂料填料、橡膠填料等3 種用途。本次通過在已知礦權外圍進行野外地質調查和綜合研究，總結了成礦地質特征，初步查明密林溝伊利石礦賦存于中生界上侏羅統張家口組火山碎屑巖石中，呈層狀似層狀產出，與地層產狀基本一致，層位穩定，礦床規模較大，認為礦床成因屬熱液蝕變型伊利石礦床。本文旨在為尋找同類礦體提供科學依據。

1 成礦地質背景

圍場密林溝伊利石礦大地構造位置處于圍場—康保深斷裂以北，中朝準地臺上內蒙地軸內，圍場拱斷束中上黃旗巖漿巖亞帶與半截塔中斷凹的交匯部位，西龍頭早白堊世斷陷盆地Ⅳ級火山機構，龍潭溝破火山Ⅴ級火山機構。火山早期為張家口組二段流紋質火山碎屑巖夾火山熔巖，晚期為張家口組三、四段火山—沉積碎屑巖和火山碎屑巖。

區域上出露地層主要有中生界侏羅系張家口組，白堊系義縣組、九佛堂組，新生界新近系僅有漢諾壩組及第四系沖積、沖洪積。

受康保—圍場深斷裂的影響，區域上次級斷裂構造較為發育，斷裂以北東向為主，北西向次之；斷層性質以正斷層為主，逆斷層及性質不明斷層次之。規模最大的為西山—南大山斷裂，其長約12km；余之斷裂規模較小。受火山機構影響，發育環狀、放射狀斷裂，多為潛火山巖充填或形成溝谷。斷裂構造未波及到區內的伊利石粘土礦體。

侵入巖出露面積小，中生代、晚古生代、元古代侵入巖均有出露。主要巖體有二長花崗巖、正長斑巖、花崗閃長巖、花崗巖、石英二長巖及安山巖。侵入巖對礦體沒有影響。

2 礦床地質特征

2.1 礦區地質

礦區處于龍潭溝破火山機構，為張家口組、義縣組火山巖組成的Ⅴ級穹狀火山構造。火山活動以中心式為主，圍繞火山噴發中心呈環狀、半環狀分布，總體巖層呈圍斜內傾，地層傾角較緩，一般為17°～25°。地層出露較簡單，侏羅系張家口組僅出露二段、四段地層，四段不整合于二段之上。上部與白堊系義縣組呈整合接觸。張家口組二段主要為流紋質熔結含角礫凝灰巖夾少量石英粗面質熔結凝灰巖、粗安巖。張家口組四段主要為伊利石化流紋質熔結角礫凝灰巖夾沉角礫凝灰巖，局部石英粗面質熔結角礫凝灰巖。

早白堊世義縣組主要分布于礦區西北和北部，主要為深灰、灰紫色玄武安山巖、輝石安山巖及安山巖，近火口部位為安山質集塊角礫熔巖等。該組整合或局部斜切超覆于張家口組四段之上。

礦區內斷裂構造不發育，受火山機構影響，發育環狀、放射狀斷裂，多為潛火山巖充填或形成溝谷。僅在礦區東南部見一北東向近弧形展布的正斷層，未對礦體造成破壞。

礦區內巖漿巖不發育，主要呈巖株、巖墻充填于火山口、火山斷裂等火山機構中，為火山活動的產物。僅在礦區中部出露有張家口期流紋斑巖和義縣期粗安斑巖。張家口期流紋斑巖將礦體隔斷。

2.2 礦體特征

伊利石礦體賦存在晚侏羅世張家口組四段下部，呈層狀、似層狀產出，被充填于破火山口的潛火山巖—流紋斑巖隔斷分為南北兩個礦體。北側I 礦體地表出露長約2 380m，厚度平均37.37m，傾向89°～91°，傾角17°～25°，由北而南傾角變緩。礦體平均品位：Al2O319.57%、Fe2O33.20%、白度73.5。南側Ⅱ礦體地表出露長約2 800m，厚度平均43.92m 左右，傾向346°～21°，傾角15°～20°，礦體產狀逐漸由傾向北東變為傾向北西。礦體平均品位：Al2O313.70%、Fe2O31.23%、白度73.5。

礦體頂底部均為伊利石化凝灰巖，經化驗分析圍巖的伊利石含量、Al2O3、Fe2O3含量情況與圈定的礦體差別不大，只是圍巖的白度達不到產品的要求。礦體大部分地表裸露，抗風(氧)化能力比較強，地表礦體風(氧)化較淺，風(氧)化深度1 ～2m左右，向下為原生礦石。

圖1 圍場密林溝伊利石礦地質簡圖

2.3 礦石特征

(1)礦石類型。

礦石自然類型主要為石英—伊利石型[2]。根據礦石軟硬程度、可塑性，劃分為硬質礦石、半軟質及軟質礦石三種類型，以后兩種類型為主。

礦石呈白色、灰白色，結構致密，塊狀構造，局部薄層狀構造，也見角礫狀構造(圖2、圖3)。硬質礦石可明顯分辨其層理，半軟質、軟質礦石層理不明顯。礦物成分主要由伊利石、石英、少量的長石、微量的絹(白)云母和沸石，偶見綠泥石。

圖2 偏光顯微鏡鏡下的觀察

圖3 礦石的XRD 圖譜

(2)礦物組成和化學成分。

綜合巖礦鑒定結果、XRD 分析結果、SEM 分析、差熱分析結果可知，原礦的礦物組成以及半定量分析的含量分別為：伊利石41.32%，石英43.38%，高嶺石7.88%，長石6.90%，白云母1.10%，有微量的絹(白)云母、沸石、綠泥石。

原礦石化學成分為：SiO263.02%～76.14%、Al2O312.55% ～25.23%、Fe2O30.05% ～0.87%、TiO20.06%～0.26% CaO 0.016%～0.17%、MgO 0.27% ～0.66%、K2O 2.15% ～4.16%、Na2O 0.10% ～0.38%、MnO 0.025% ～0.044%、SO30.04% ～0.07%、LOS 1.33% ～5.07%；礦 石pH值為6 ～7.5，水分3%～7%。

(3) 礦石物化性能。

原礦石呈白色、灰白色、淺灰綠色、淺黃色。200 目自然白度70.4 ～78.60，經1 100℃煅燒白度為71.6 ～81.20；硬質礦石莫氏硬度為4 度，水浸不易崩解；軟質礦石莫氏硬度為2 度，水浸易崩解，可塑性較強，塑性指數10.5 ～17.5。

礦石差熱分析結果(圖4)顯示與標準圖譜特征明顯一致，在130℃和600℃左右有兩個明顯的的吸熱谷，130℃左右低溫吸熱谷為伊利石排除吸附水所致，600℃左右的吸熱谷為伊利石排除羥基水所致，較標準絹云母的極值溫度 (775 ～ 850℃) 略低，說明水化尚不太強烈[4-5]。

圖4 礦石的差熱曲線

2.4 圍巖礦化蝕變特征

礦體的圍巖主要為張家口組四段灰白色晶屑凝灰巖、紫灰色含角礫流紋質凝灰溶巖、紫紅色凝灰角礫巖，礦體與圍巖為漸變過渡關系，圍巖的伊利石含量、Al2O3、Fe2O3含量情況與圈定的礦體差別不大，圍巖的白度達不到產品的要求。近礦圍巖蝕變主要為鉀長石化、絹云母化、綠泥石化。

3 礦床成因探討

礦體嚴格受地層控制，呈層狀賦存于中生界上侏羅統張家口組四段灰白色晶屑凝灰巖中，礦體與圍巖為漸變過渡關系。礦區礦石礦物組合為伊利石、高嶺石、石英，屬中低溫礦物組合。根據礦區巖性組合判斷，中生界上侏羅統時期密林溝地區發生大規模火山噴發和巖漿侵入活動，初期為大規模的酸性、中酸性巖漿噴發，形成厚度較大Al2O3、K2O 含量較高的流紋質晶屑凝灰巖、角礫巖屑晶屑凝灰巖等，為伊利石成礦提供豐富的物質來源；此后在殘余的火山氣液或深部巖漿氣液沿火山通道上升運移，促使火山熱液蝕變交代酸性、中酸性火山碎屑巖等巖石中長石類礦物，在一定的物理化學條件下經脫硅去雜等作用而形成伊利石礦床，屬于低溫熱液蝕變型礦床[1-3,6,9-10]。

4 結論

(1)伊利石礦體賦存于中生界上侏羅統張家口組火山碎屑巖石中，呈層狀似層狀產出，層位穩定。

(2)礦石主要為石英伊利石型，礦石結構致密，塊狀構造，也見角礫狀構造。礦物組分平均值為伊利石41.32%，石英43.38%，高嶺石7.88%，長石6.90%，白云母1.10%。

(3)礦床成因與中生界侏羅系酸性、中酸性凝灰巖及火山機構關系密切，屬于低溫熱液蝕變型礦床。