吉林省火山渣、浮巖礦礦床地質特征及成礦規律探討

李嘉欣

(中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033)

火山渣和浮巖是天然輕質集料，具有質輕、防火、隔音、隔熱的性能，在建材、化工、日化、環保等領域得到廣泛應用。全國火山渣、浮巖資源主要分布于吉林省、河北省、黑龍江省和內蒙古自治區等省(區)。吉林省火山渣、浮巖礦產地14個，分別占全國保有資源儲量的55.27%和35.29%，其中4個礦產地得到開發利用。本文根據已有地質勘查資料和研究成果，對吉林省火山渣、浮巖礦的地質特征和成礦規律進行梳理，涵蓋礦床分布、類型、地質特征和成礦規律等，以期對我國火山渣、浮巖礦的找礦方向、礦山企業的布局及貿易政策提供科學依據。

1 礦產地特征

1.1 資源情況

截至2018年底，全國火山渣保有資源儲量10 129.60萬t，其中吉林省保有資源儲量5 598.65萬t，占全國的55.27%，居全國第一。全國浮巖保有資源儲量2 515.82萬m3，其中吉林省保有資源儲量887.80萬m3，占全國的35.29%，居全國第二。吉林省龍崗、長白山火山群蘊藏大量火山渣、浮巖礦，有開發利用的良好資源條件[1]。

截至2018年底，吉林省共發現火山渣、浮巖礦床(點)14個，其中，超大型礦床1個，大型礦床6個，中型礦床3個，小型礦床1個，礦點3個；勘查程度達到勘探的4個、詳查的5個，普查的5個(表1)。吉林省火山渣開采礦山2處，一處為靖宇縣雙山子火山渣礦床，實際采礦能力為1.213萬t/年；另一處輝南縣大椅山火山渣礦床，實際采礦能力24.78萬t/年。此外，限于銷路和運輸能力，另有2處火山渣礦山現已停采。安圖縣園池浮巖礦，1976～1979年，年開采量達1～3.90萬t，1978年產出浮巖砌塊磚數百立方米，就近在白河銷售，另外，生產保溫聚渣劑，銷往國內有關鑄造廠，還制造研磨材料試銷香港、日本等地[1]。

表1 吉林省火山渣、浮巖礦產地分布情況統計表

1.2 地理分布

從地理位置來看，吉林省火山渣、浮巖礦主要分布于通化、延邊州、白山等地(圖1)。通化市輝南縣火山渣資源豐富，分布礦產地6處，其中，超大型礦床1處、大型礦床4處、中型礦床1處；白山地區靖宇縣火山渣礦產地2處大型火山渣礦床；6處浮巖礦產地分布于延邊朝鮮族自治州的和龍市和安圖縣，和龍僅分布1處中型礦床，安圖5處。

圖1 吉林省火山渣、浮巖礦產地分布圖

從成礦區帶來看，礦床主要分布于環太平洋帶，其中，基性玄武質火山渣礦主要分布于輝南縣、靖宇、安圖等地；中性安山質浮巖礦則僅見于長白山天池一帶；酸性流紋質浮巖礦主要分布于安圖園池、雙目峰等地。

2 礦床類型及特征

按照《重要礦產和區域成礦規律研究技術要求》及《中國礦產地質志·省級礦產地質志研編技術要求》的礦床類型劃分原則和方案[2]，將吉林省火山渣和浮巖礦成因類型劃分為陸相火山巖型，按其成分進一步劃分基性玄武質火山渣型、中性安山質浮巖型和酸性流紋質浮巖型，其中以基性玄武質火山渣最為重要。

2.1 基性玄武質火山渣型

基性玄武質火山渣型礦床地處新生代龍崗火山群的熔巖臺地，分布于吉林省輝南縣、靖宇、安圖等地。受第四紀以來火山猛烈爆發式噴發作用，在強大氣體壓力下，大量含飽和氣體的玄武質熔漿揚至天空，急速冷卻后便形成了多孔狀的基性玄武質火山渣[3]。火山渣礦床礦體多呈層狀、似層狀(表2)，水平層理清晰，韻律明顯，構成若干小的旋回，局部受古地形影響略有變化[4]。火山渣礦石自然類型主要有黑色(粗粒、細粒、中細粒)火山渣、以及灰—磚紅色火山渣，工業類型為輕集料(或天然輕骨料)，粒徑一般為4～32mm，玻璃質，渣狀外貌，多呈黑、暗褐色，常含氣孔。代表性礦床為輝南縣大椅山火山渣礦床，礦床規模為超大型，系火山噴發碎屑物堆積而成，火山渣礦石SiO2的含量普遍不高，介于46.3%～47.83%，屬于鈣堿系列富含堿質成分的基性火山巖。

表2 吉林省陸相火山巖型—基性玄武質火山渣礦床特征一覽表

2.2 中性安山質浮巖型

中性安山質浮巖礦床地處長白山火山群熔巖臺地，如吉林長白山天池火山渣、浮巖礦床。當發生強烈的火山噴發作用時，壓力驟然釋放，揮發成分膨脹，致使安山質熔巖成泡沫狀噴出的物質，在大氣快速冷卻后形成無數氣孔的玻璃狀碎塊，形成浮巖，礦體形態多為囊狀。浮巖礦石自然類型為黃色浮巖，工業類型為輕集料(或天然輕骨料)，呈黃、淺黃色，玻璃質結構，氣孔構造，主要由火山玻璃組成，有少量透長石、輝石、黑云母、角閃石微晶[5]。中性浮巖物理性質則介于玄武質火山渣與流紋質浮巖兩者之間。

2.3 酸性流紋質浮巖型

酸性流紋質浮巖礦床地處長白山火山群熔巖臺地，形成于晚期造渣階段(堿性巖、堿流質浮巖火山錐)，主要分布在長白山天池的東側，即安圖縣、和龍市的南面，成礦時代主要為第四紀全新世和更新世。長白山天池火山千年大噴發形成的巨厚碎屑流層中的灰白色浮巖與黑色浮巖屬于流紋質浮巖礦床[6]。吉林省浮巖礦床礦體多呈層狀、似層狀(表3)，水平層理清晰，韻律明顯，構成若干小的旋回，局部受古地形影響略有變化[4]。浮巖礦石自然類型為灰白色浮巖，工業類型為輕集料(或天然輕骨料)，多呈白或者灰白色，玻璃質結構，氣孔或泡沫構造，條痕為白色，無光澤，全玻璃結構，能浮于水[7]，主要由透明火山玻璃組成，可出現長石、石英、黑云母、角閃石雛晶。

表3 吉林省陸相火山巖型—酸性流紋質浮巖礦床（點）特征一覽表

3 成礦規律探討

3.1 成礦時代

龍崗地區第四紀火山噴發作用，形成了分布較廣的火山巖[8]。據不同火山構堆積物之間的相互疊置關系，結合火山產物的風化程度和同位素測年，將龍崗地區火山作用劃分為四個噴發旋回，包括有早更新世旋回(Ⅰ)、中更新世旋回(Ⅱ)、晚更新世旋回(Ⅲ)和全新世旋回(Ⅳ)(表4)[9-11]，其中第四紀中更新世、全新世是火山噴發的高峰期，也是火山渣成礦的重要階段。

表4 龍崗地區火山噴發旋回時空關系簡表

長白山天池火山不僅是我國最大的而且是最具噴發危險性的活火山[12]。第四紀全新世以來至少有過2次大噴發特別是大約1000年前的那次大噴發，就其規模和猛烈程度來說，當屬于全球近2000年來最大的火山噴發之一[13]，也是浮石礦形成的重要階段。

3.2 空間分布

吉林省火山渣、浮巖礦礦床大地構造均位于太平嶺—老嶺火山—沉積隆盆帶(Ⅰ-35)，長白山盆地(I-3510)(圖2)。參照《中國成礦區帶劃分方案》[14]，火山渣礦、浮巖礦所屬成礦單元均為華北(陸塊)成礦省(Ⅱ-14)，遼東(隆起)Fe-Cu-Pb-Zn-Au-U-B-磷—菱鎂礦—滑石—石墨—金剛石成礦帶(Ⅲ-56)，火山渣礦屬于安口—那爾轟火山渣—硅藻土—石灰巖—鉀長石-Au-Cu-Fe-Ni-Ag-Cr-石膏-泥炭-煤成礦亞帶(Ⅳ-17)；浮巖礦屬于通化—長白硅藻土—白云—石灰巖—石膏-Au-Fe-Co-Pb-Zn-Cu-Mo-Ag-Sb-磷—滑石—高嶺石—松花石—瓷石—粘土—玄武巖—煤成礦亞礦帶(Ⅳ-21)。所屬成礦系列均為吉南地區與喜馬拉雅期火山活動有關的浮巖、玄武巖、稀有礦床成礦系列。

圖2 吉林省火山渣、浮巖礦大地構造位置簡圖

長白山浮巖與火山噴發時的風向有關，主要分布在天池東北方向，寬1～3km，長約70km，覆蓋面積約140km2的狹長地帶上，浮巖為偏堿性的酸性玻璃質巖。龍崗火山群橫跨吉林輝南、靖宇兩縣，東西長約60km，南北寬10km的面積內，分布有140多座火山錐體，各個火山錐體的共同周圍賦存著豐富的火山渣資源。從第四紀更新世到全新世早期，在太古界基底巖石上，沿東西和北西，形成了玄武質火山熔巖和火山碎屑巖[15]。

3.3 成礦特征

火山渣常見于火山錐上，通常火山渣會形成山，山頂為火山口。當含有很多空氣的巖漿被噴出后，因為巖漿遇到比較低壓的環境，被巖漿溶解的空氣要離開巖漿而產生氣泡，這些氣泡被冷卻呈固態的巖漿困住，形成有很多氣孔的火山渣。例如吉林龍崗火山群中的火山錐，大多數由火山渣堆積而成，高度一般為40～120m，最高達240m，火山渣呈泡沫狀、熔渣狀、疏狀多孔，氣孔形狀不規則。多數互相連通，斷面氣孔面積約占70%，無充填物。孔壁為褐鐵礦化的玻璃質，有橄欖石和輝石斑晶。顆粒容重 1 251kg/m3，孔隙率 50.5%[16]。

浮巖是一種多孔的玻璃質噴出巖，形成于富含揮發分的，尤其富含水蒸氣的熔巖中。這種熔巖具有較高的粘度和揮發分含量，當發生強烈的火山噴發作用時，壓力驟然釋放，揮發分膨脹，致使被噴出的熔巖成為泡沫狀的物質，在大氣快速冷卻后形成無數氣孔的玻璃狀碎塊，形成浮巖[16]。例如吉林長白山浮巖礦，以白頭山天池為中心，噴出大量白—黃色浮巖，分布于天文峰和白云峰等地，距天池20km范圍內，細粒浮巖及火山灰擴散半徑達70km。浮巖的散布隨著距離變大粒徑逐漸變小，距天池噴發中心距離1km處，浮巖粒徑50～60cm；當距離達到60km時，浮巖粒徑減小到0.2～0.3cm。

4 結論

(1)吉林省火山渣、浮巖礦產資源豐富，集中分布于龍崗及長白山地區，礦床勘查程度高，開發利用效益較好。

(2)礦床成因類型為陸相火山巖型，進一步可劃分為基性玄武質火山渣礦床、中性安山質浮巖礦床和酸性流紋質浮巖礦床。

(3)與新生代火山巖漿作用關系密切，礦床均分布于東南部火山巖群，成礦時代集中于第四紀。