甘肅臨澤正北山一帶凹凸棒石粘土礦地質特征及成因探討

侯 娜

(中國建材料地質勘查中心甘肅總隊，甘肅 天水 741000)

1993年臨澤縣正北山一帶凹凸棒石粘土礦發現以來，先后有多家地勘單位在該區及周邊進行了地質勘查工作，發現自西向東分布3條相互平行的礦帶，分別為正北山礦帶、楊臺洼灘礦帶、鋸條山礦帶，共發現凹凸棒石礦點5個。筆者總結了正北山一帶凹凸棒石粘土礦地質特征，探討凹凸棒石粘土礦礦床成因，為進一步勘查和找礦工作提供依據。

1 成礦地質背景

礦床大地構造位置屬阿拉善微陸塊，龍首山—雅布賴山地塊，龍首山變質基底雜巖，位于阿拉善(臺隆 )銅—鎳—鉑族—鐵—稀土—磷—石墨—芒硝鹽成礦帶中(圖1)[6-8]。本區在河西走廊與合黎山(龍首山)之間，屬龍首山逆沖斷隆帶。北鄰潮水盆地，南以龍首山深大斷裂為界與河西走廊相接。侏羅紀時該區盆地形成，白堊紀時楊臺洼灘地區下降幅度增大并接受沉積，逐漸演化為半封閉的陸相鹽湖斷陷盆地，新近紀時湖盆面積大為縮小，沉積只在低洼地區發育。臨澤縣楊臺洼灘盆地為其中之一。

圖1 臨澤縣正北山一帶區域地質簡圖

楊臺洼灘盆地呈北西—南東向展布，南西側邊界為黑山口—正北山，未封閉；北東側以東小口—鋸條山為邊界；南東方向以板橋墩—楊臺為邊界；北西方向延至黑山口以北，未封閉。分布面積208km2。盆地周圍老地層有龍首山巖群、石炭系、侏羅系、白堊系。楊臺洼灘盆地中主要地層為與凹凸棒石粘土有直接關系的古近系白楊河組湖相沉積巖。含礦盆地受后期構造運動作用，自西向東呈3條相互平行的礦帶出露地表，依次為正北山礦帶、楊臺洼灘礦帶、鋸條山礦帶。

正北山礦帶分布于正北山北側，傾向北東，出露長5.2km。楊臺洼灘礦帶分布于楊臺洼灘西南側，傾向南西，出露長12km。該礦帶與正北山礦帶組成正北山向斜，兩個礦帶間距1.5～3.5km，向斜軸部為細碎屑巖，兩翼為含礦巖。含礦延段延展面積為24km2。鋸條山礦帶分布于鋸條山北側，傾向北東，出露長12km，推測寬度1km，礦帶延展面積12km2。該礦帶與楊臺洼灘礦帶組成顧家井背斜，軸部為粗碎屑巖，兩翼為含礦巖。以上3條礦帶延展面積36km2，占楊臺洼灘盆地總面積1/6。

正北山礦帶出露地層主要是中生界下白堊統廟溝群和古近系白楊河組。下白堊統廟溝群在正北山和馬鞍山和啞巴山一帶有零星分布。下部以氧化環境下的山麓洪積相的粗碎屑巖為主，巖性以灰綠色礫巖、砂礫巖及細礫巖，夾砂質頁巖及煤線。中上部過渡為弱氧化—弱還原環境下的河湖相細碎屑巖—泥質巖。巖性表現為泥質巖增多并過渡為泥質巖夾炭質頁巖、泥質巖、泥灰巖、鈣質結核層及石膏，砂礫巖以棕紅、紫色、黃綠色為主。

白楊河組與白堊系廟溝組呈角度不整合接觸。白楊河組主要分布在楊臺洼灘盆地、黑山口一帶。下部由紫紅色、磚紅色厚層礫巖組成。礫石成分為來源于附近的變質巖、巖漿巖、石英，分選磨圓差，多呈次棱角狀或扁圓狀，砂泥質膠結，屬山麓洪積及河流相堆積。中部為磚紅色礫巖、含礫砂巖、砂巖及泥巖互層。表現為山前湖泊邊緣的河、湖交互沉積相。上部以磚紅色為主，其次夾有灰白色、黃色及灰綠色雜砂巖、粉砂質泥巖及泥質粉砂巖，地層中普遍含有石膏，并具清晰的層理，反應了湖相沉積特征，是凹凸棒石粘土礦主要含礦層位[9]。

2 正北山礦帶地質特征

正北山礦帶共發現2個礦(化)點，出露的地層主要為古近系白楊河組，分布于在正北山—黑山口—帶。白楊河組自下而上表現為山麓洪積相—河流相—湖泊相較為完整的陸相沉積旋回，顏色以鮮艷的紅色為主，并含有沉積型石膏(圖2)。巖性為磚紅色、灰綠色、土黃色、灰白色的礫巖、含礫砂巖、砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖等和石膏。總厚度＞500m。礦區地層在空間上受正北山向斜形態控制，位于向斜之北西翼，巖層呈單斜狀產出，總體產狀60°∠14°，礦層和巖層產狀基本一致。

圖2 臨澤縣正北山一帶凹凸棒石地質略圖

白楊河組可劃分為三個巖性段。第一巖性段(E3b1)為礦層底板，分布在盆地中心，出露厚度不均一，由邊部向中心逐漸增厚，巖性主要為磚紅色砂礫巖、灰黑色細砂巖、磚紅色含礫泥巖、灰色、土黃色、灰白色的泥巖、含砂礫泥巖、粉砂巖、砂巖、含礫砂巖等山麓洪積相產物。第二巖性段(E3b2)為礦層，主要巖性為磚紅色凹凸棒石粘土和砂質泥巖，灰綠色凹凸棒石粘土和砂質泥巖，灰白色凹凸棒石砂質泥巖，灰黑色凹凸棒石泥質粉砂巖等。磚紅色和灰綠色兩種礦石多呈互層，占礦層分布的90%以上；灰黑色礦石分布在礦層底部，質量較差，厚度不大，含有石膏團塊。第三巖性段(E3b3)為礦層頂板，分布較為廣泛，楊臺洼灘盆地周圍地形較高，巖性主要為磚紅色含礫泥巖、含泥砂礫巖，灰黑色泥質粉砂巖、含砂礫泥巖，土黃色含砂礫泥巖。見有少量的薄層石膏，厚度幾厘米。砂、礫石成分主要為石英，粒徑大小主要為2mm左右。

（2）在員工的“企業社會責任建設”評價中，本文依據文獻，設計出如下二級評價指標：企業社會責任報告評價（V121）、客戶責任的情況（V122）、環境責任的情況（V123）。

3 礦體特征

全區共圈定凹凸棒石粘土礦體3條，分別為 At1、At2-1和 At2-2(圖 2、圖 3)。3條礦體在空間上均呈層狀產出，走向115°～155°，傾向25°～65°，傾角約2°～58°。凹凸棒石粘土礦體總厚度30.22m，礦床平均含量25.91%。總體來說，凹凸棒石各礦體厚度分布較穩定，含量不高，變化較大(表1)。

圖3 凹凸棒石粘土礦

表1 正北山凹凸棒石粘土礦體特征表

At1為主礦體，工程控制長度為2 100m，最大控制斜深305m，厚度13.02m，凹凸棒石含量15.4%～53.9%，平均含量27.19%，品位變化系數14.96%；頂板為含泥砂礫巖夾少量石膏，底板為砂礫巖、含礫砂巖或砂質泥巖，呈整合接觸關系。

At2-1礦體工程控制長度400m，最大控制斜深305m，厚度11.21m，凹凸棒石含量15.4%～53.9%，凹凸棒石平均含量23.05%。

At2-2礦體長度400m，最大控制斜深194m，厚度5.99m，凹凸棒石平均含量19.47%。頂板為砂巖、砂質泥巖，底板為砂質泥巖夾少量石膏，均呈整合接觸關系。

4 礦石質量特征

4.1 礦石類型

根據顏色，可將礦石劃分為磚紅色(圖4)和黃綠色兩種自然類型。經試驗對比，兩種類型其凹凸棒石礦物含量未發現明顯差別，結構構造未有較大區別，物化性能亦差別不大。

圖4 磚紅色凹凸棒石粘土礦

根據凹凸棒石礦物含量，將凹凸棒石含量≥15%的定為凹凸棒石粘土礦(或巖)[10-11]；凹凸棒石含量5%～15%的定為含凹凸棒石泥巖。

該礦區凹凸棒石粘土礦未進行礦石品級劃分。原因為：①凹凸棒石粘土礦中凹凸棒石含量在15.0%～43.3%，區間較小；②凹凸棒石粘土礦礦體呈層狀，且與石膏互層，如硬性進行品級劃分，將導致礦體內部結構很復雜。

4.2 礦石礦物成分和化學成分

凹凸棒石粘土以泥狀結構為主，次為土狀泥質結構，為條帶狀及層狀構造[12]。

主要礦物成分及含量：凹凸棒石(15.2%～53.9%)、石英(15.8%～49.1%)、伊利石(3.5%～36.1%)、長石(0.1%～27.3%)、白云石(0.7%～42.1%)、綠泥石(1.5%～14.7%)、方沸石(3.2%～18.7%)、赤鐵礦(0.2%～0.6%)等[12-15]。

主要化學成分及含量見表2。由此可見，本區凹凸棒石粘土與安徽嘉山、云南、美國喬治亞州、美國凹凸堡以及非洲南部托蘭士瓦相比，SiO2、MgO的含量明顯偏低；Al2O3、CaO、K2O、Na2O偏高；提純后與原礦相比，SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO增加，Na2O減少。

表2 凹凸棒石粘土化學成分對比表 (單位：%)

4.3 物化性能

飽和鹽水造漿率、吸藍量和脫色力等項目是取自基本分析副樣，組合分析的結果見表3；pH值、吸水率、膨脹容、陽離子交換量、膠質價、吸藍量、比表面積等分析結果見表4。

表3 凹凸棒石粘土物化性能測試結果表

表4 凹凸棒石粘土物化性能測試結果表

本區凹凸棒石粘土與安徽嘉山、江蘇盱眙凹凸棒石粘土相比較，吸水率、比表面積較高；吸藍量、膠質價、陽離子交換量、膨脹容等基本近似。

5 礦床成因探討

本區在古近紀中期為祁連山前拗陷帶，隨著水體的蒸發，石膏從湖水中沉淀出來，使得水體中的鎂離子和鈣離子的比率增高。在石膏形成間歇期，拗陷帶沉降速度加快，沉積了含有凹凸棒石的碎屑巖。在富鎂、堿性的介質條件下，水體中的二氧化硅膠體和鎂離子、鋁離子、鐵離子可隨水體的蒸發結晶析出凹凸棒石。由于沉積盆地在總的下沉過程中，其沉積環境不夠穩定，具輕微的振蕩運動，故形成了粗碎屑巖—細碎屑巖—凹凸棒石粘土及石膏旋回。成巖過程中經壓實形成了致密礦層，成礦物質主要來自周圍高地如北部加里東期花崗閃長巖體。

該礦床為層狀礦體，凹凸棒石粘土礦含礦巖系為白楊河組紅色沉積建造，與石膏互層，沒有生物化石，可推斷該地層形成時的沉積環境為干旱的鹽湖相沉積，故該礦床成因類型為內陸湖泊碎屑沉積礦床。凹凸棒石粘土的礦物成分以粘土礦物、石英、長石、白云石為主，含有少量的赤鐵。粘土礦物的主要成分是凹凸棒石和伊利石，還含有一定的綠泥石。在干旱的氣候條件下，在富鎂、堿性的介質條件下，結晶了凹凸棒石，其他粘土礦物是在物源區形成，并隨碎屑礦物搬運至湖盆[16-18]。

6 結論

(1)正北山凹凸棒石粘土礦賦存于古近系白楊河組第二巖性段之中，在空間上受正北山向斜形態控制。

(2)白楊河組自下而上表現為山麓洪積相—河流相—湖泊相較為完整的陸相沉積旋回，說明古地理條件為干旱氣溫帶鹽湖相沉積。故干旱、半干旱氣候是礦床形成的必備條件，紅色沉積建造是明顯的找礦標志[14]。

(3)在干旱的氣候條件下，在富鎂、堿性的介質條件下，水體中的二氧化硅膠體和鎂離子、鋁離子、鐵離子可隨水體的蒸發結晶析出凹凸棒石，其他粘土礦物如伊利石、綠泥石等是在物源區形成，并隨碎屑礦物搬運至湖盆。凹凸棒石粘土巖顏色變化由氧化還原環境不同而引起。

(4)楊臺洼灘盆地中心和周邊的古近系湖相地層及地表較堅硬的石膏和凹凸棒石粘土層特有的黃綠色、磚紅色、灰黑色“彩條”層，是后期找礦勘查的重點區。