苏皖凹凸棒石黏土成矿带西北区成矿特征分析

苏皖凹凸棒石黏土成矿带西北区成矿特征分析
ZHENG Yu;JIANG Qin-qin;QIAN Feng;LI Xiao-ming;WU Jin-fei;SHEN Pei-you
【摘要】依据苏皖凹凸棒石黏土成矿带西北区地质普查成果,结合邻区地层等相关资料,研究了该地区的矿层赋存特征、矿物成分、物理性质等,分析了其沉积环境、形成机制及矿物的物性差异.得出如下结论:①凹凸棒石黏土是在碱性的介质条件下所形成的;②研究区内凹凸棒石为淡水环境形成的,属内陆湖盆沉积;③玄武岩是形成凹凸棒石的主要物质来源.
【期刊名称】《安徽地质》
【年(卷),期】2018(028)004
【总页数】6页(P265-269,275)
【关键词】凹凸棒石;混合黏土;成矿带;物性差异
【作者】ZHENG Yu;JIANG Qin-qin;QIAN Feng;LI Xiao-ming;WU Jin-
fei;SHEN Pei-you
【作者单位】;;;;;
【正文语种】中文
【中图分类】P619.25+5
0 引言
苏皖地区凹凸棒石黏土矿勘查开发始于1979年，累计查明凹凸棒石黏土矿资源储
量近5×108t，其中优质矿资源储量达6700×104t[5]。

长期以来，该地区以往的
凹凸棒石黏土勘查研究工作主要集中于江苏盱眙的东南部，地质勘探程度达详查的矿床有7处，分布于雍小山、白虎山、黄泥山、牛头山、高家洼-梁家洼、猪咀山、龙王山矿床（图1），查明的矿石资源储量2247.45×104t，占全国资源储量的70%以上[2]。

苏皖凹凸棒石黏土成矿带西北区资源勘查研究较为薄弱，江苏省地质调查研究院于2012年首次在该成矿带西北区（裂山矿区、花果山矿区）开展了地质预查工作，并初步评价凹凸棒石黏土的成矿有利区。

在随后的地质普查工作中，在研究区共施工4口勘查孔，均钻穿矿层，采集各类样品41件，探求333类型混合黏土矿资
源量511.58×104t，研究区仅探得少量凹凸棒石黏土[1]。

本文对该地区凹凸棒石黏土成矿环境进行了研究，以期能为苏皖凹凸棒石黏土成矿带西北区的进一步勘查与开发工作提供有效的依据。

1 地质背景
研究区位于苏皖凹凸棒石黏土成矿带的西北边缘，地层划属于扬子地层区，跨下扬子地层分区盱眙—滁县地层小区与苏北地层分区高邮地层小区[1，3～4]。

出露的
地层有中元古代、新元古代、新生代地层[1，3-4] （表1）。

图1 凹凸棒石黏土成矿带区域地质略图Fig.1 Regional geology sketch of attapulgite clay mineralization belt1第四系;2新近系;3古近系;4白垩系;5侏罗系;6寒武系;7震旦系;8张八岭群;9燕山期中酸性侵入岩;10新近系玄武岩;11断裂;12火山ロ;13;角度不整合接触;14凹凸棒石黏土矿床
表1 地层简表[1,3～4]Table1 Stratigraphic chart界系统地层名称代号主要岩性第四系全新统Q主要分布于研究区四周及沟谷内，标高在50m以下，厚度不一，一般1～10m。

可能受原始冲沟地貌特征影响，局部地段第四系厚度＞20 m。

岩
性为土黄色、褐黄色亚黏土组成，含少量铁锰质结核，底部夹有玄武岩等碎块。

新
生界桂五组 N2g新近系上新统上段：该地层在区内呈帽状分布于裂山山顶部，构成火山岩区特有的平顶山地貌特征。

赋存标高110～194.3m，岩性为深灰—灰黑色气孔状橄榄玄武岩与橄榄玄武岩相间。

桂五组上段最大厚度84m（未见顶）下段：呈环带状分布于裂山山坡，赋存标高70 ～110m。

岩性为深灰、灰黑色气孔
状橄榄玄武岩与橄榄玄武岩相间，夹少量薄层泥岩。

顶部1层砖红色粉砂质泥岩，分布不连续，厚1m左右，为桂五组上、下段分层标志。

桂五组下段厚约40m左右。

与下伏下草湾组呈假整合接触。

中新统下草湾组 N1x出露于裂山南坡，赋存
标高约33～70m，地层产状总体近水平，为陆相火山熔岩—湖相沉积建造，最大控制厚度63m左右，为区内黏土矿含矿地层。

岩性主要为深灰、灰黑色气孔—杏仁状玄武岩、气孔状玄武岩，夹泥岩、泥质粉砂岩、凹凸棒石黏土、蒙脱石黏土。

下草湾组上段黏土矿层厚约16m，区域上第Ⅴ号矿层。

新生界古近系渐新统三垛
组 E3s仅见三垛组上段，为一套陆相河湖相碎屑岩沉积。

出露于白虎山地表及各
矿区钻孔中。

由砖红色、棕红色泥岩、灰白色粉砂岩中粗粒砂岩、白云质灰岩、千枚状页岩组成。

三垛组不整合于灯影组之上。

三垛组上段视厚575m。

上元古界震旦系上统陡山沱组Z2d出露于盱眙县城磨盘山—天明化工厂西侧。

由千枚状粉砂岩、千枚状页岩、薄层泥灰岩、含砂灰岩夹灰色千枚状钙质页岩组成，厚度大于580m。

区内构造位于中国东部新华夏系第二隆起带与秦岭纬向构造带复合形成的苏北凹陷西部边缘；郯庐断裂带位于本区之西约20km；苏皖北西向基性岩喷发带斜贯全区[1，3～4]。

区内构造是由北北东向的基底断裂及其所控制的隆起和凹陷带构成[1，3～4]。

本区断裂构造发育，主要有北北东向、北西向和近东西向三组断裂[1，3～4]（图2）。

1.1 北北东向断裂
图2 区域构造图Fig.2 Regional structures
形成于印支期—燕山早期[1，3～4]，总体呈10°～20°走向，其规模大、延伸长。

包括盱眙县城—大孙郢断裂、王相庄—桂五断裂、龙王山—古城断裂、穆店—王
店断裂。

1.2 近东西向断裂
形成于印支期—燕山早期[1，3-4]，磨盘山—官田、天明化工厂—穆店断裂带在
航片上东西向线状及纹形发育，并有近东西向重力梯度带，都反映了近东西向断裂的存在。

1.3 北西向断裂
根据物探资料推测[1，3-4]，老军山—莲塘、天明化工厂—史营等断裂切割北东
向断裂，是控制基性岩喷发带的构造。

在航磁平面图上玄武岩分布区为北西向杂乱异常带，遥感资料也证实这两条深大断裂存在。

综上所述，区内北北东向、近东西向断裂形成于印支期—燕山早期，北西向断裂
形成时代较晚，切割区内其他构造，控制新近纪以来沉积和岩浆活动。

2 矿床地质特征
2.1 矿体特征
研究区矿层赋存于新近纪中新世下草湾组中，呈层状-似层状，局部透镜状，产状
与地层基本一致[1，3～4]。

该矿层南北长约800m，东西宽约600m。

赋存标高
为33.35～60.30m，单矿层厚1.0～6.38m。

Ⅴ2矿体为混合黏土矿，ZK301、
ZK001、ZK003、ZK203均见矿，赋存标高为44.97～60.30m，厚度3.50～
5.31m，平均厚4.51m；Ⅴ1矿体为混合黏土矿，ZK301、ZK003、ZK203见矿，ZK001缺失，赋存标高为35.31～45.37m，厚度1.72～
6.38m，平均厚3.98m （图3）。

图3 研究区地质剖面示意图Fig.3 Geological profile of the study area
2.2 矿石类型及成分
凹凸棒石一般呈灰—灰白色、淡灰绿色或微带暗红色，油脂光泽，比重1.06～
1.38，摩氏硬度3级。

潮湿时不易分散，黏性大，具可塑性，一般为可塑—硬塑。

干燥时收缩小，不易产生龟裂。

比表面积496～694，吸水性强。

凹凸棒石是含水的链层状富镁的硅酸盐黏土矿物，其理论化学式为：Mg5（H2O）4[Si4O10]2（OH）2，化学成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主。

该矿区凹凸棒石黏土经X
衍射分析，主要矿物含量有石英20%～25%，凹凸棒石50%～55%，蒙脱石25%～30%（图4）。

图4 凹凸棒石X衍射图像Fig.4 X-ray diffraction image of attapulgite
混合黏土为灰—灰白色、青灰色，呈致密土块状、松散土状，肥皂状光泽，比重
一般1.3～2.08。

主要矿物为蒙脱石，次要矿物有凹凸棒石、白云石、方解石、石英、长石等，少量矿物为水云母、绿泥石、高岭石、伊利石等。

该矿区混合黏土经X衍射分析，主要矿物含量有石英20%～25%，凹凸棒石15%～20%，白云石＜10%，水云母5%～10%，蒙脱石40%～45%（图5）。

图5 混合黏土X衍射图像Fig.5 X-ray diffraction image of mixed clay
3 矿床成因
3.1 古地理环境特征
区域地质资料表明[1，3～4，7]，苏皖凹凸棒石成矿带地区中-上新世曾发生过两
次规模较大的火山喷发活动，形成了两套以火成岩为主的岩系，在火山喷发间隙期，区内形成了许多以火成岩为基地的湖泊盆地，中新世下草湾期除了佛窝隆起带外，几乎全是沉积区，并形成了河桥—兴隆（西侧）和穆店—莲塘（东侧）两个中心
区沉积。

参照目前各处凹凸棒石黏土矿床分布特点，可以推测当时分布一群封闭性湖泊盆地，如：雍小山盆地、花果山盆地、高家洼盆地、黄泥山-猪咀山盆地等[1，3-4]。

裂山矿区属河桥—兴隆沉积区，推测位于花果山盆地内（图6）。

图6 苏皖地区新生代中新世下草湾期古地理略图Fig.6 Paleogeographic map of the area across Jiangsu and Anhui Provinces during the lower Caowan period of the Miocene of the Cenozoic
3.2 沉积环境特征
研究区内黏土矿物是湖盆沉积物演变而成的[7～8]，沉积岩以黏土岩为主，其次为粉砂岩，岩石中粉砂含量约40%，黏土矿物约60%，粉砂次棱角状-次圆状，颗
粒直径小于0.06mm，粒级为粗-细粉砂，以粗粉砂为主，碎屑成分为石英。

研究区形成2个含矿层，Ⅴ1矿厚度1.72～6.38m，平均厚3.98m；Ⅴ2矿层厚度
3.50～5.31m，平均厚
4.51m，中间夹层为4m左右的蒙脱石黏土（泥岩）。

从
颗粒的磨圆度及沉积形成的微层理反映出当时的沉积过程：在火山活动的间歇期，玄武岩遭受风化而崩解或黏土化，其间歇期较长，发育成较厚的风化壳[8]。

这些
风化产物被流水搬运至湖盆地中残积起来，形成了泥岩，与下一次火山活动初期的火山碎屑沉积在一起，构成了泥岩沉积夹层（图7，8）。

图7 黏土矿物薄片鉴定图像Fig.7 Identification image of thin section of clay minerals
研究区内对黏土矿物进行pH值进行了测定，凹凸棒石黏土pH值为8.3～9.2，平均8.65；混合黏土pH值为8.4～8.7，平均8.53；蒙脱石黏土（夹层）pH值为7.2～8.1，平均7.56。

由上述分析可以看出，凹土棒石黏土、混合黏土pH值较高，而蒙脱石黏土（夹层）pH值较低。

由此看出，凹凸棒石黏土是在碱性的介质条件下所形成的，当时湖盆地内水介质酸碱度（pH）值的高低直接影响到矿物组合及
转化，pH值增高更有利于形成凹凸棒石。

研究区内黏土矿物的微量元素Sr/Ba值可以得出当时形成凹凸棒石的水环境为淡水，属内陆湖盆沉积（表2）。

3.3 成因机制分析
根据前人的研究成果与本次工作的实验结论系统分析可推断[10，16～17]，中-上新世火山喷发间隙期，区内形成以玄武岩为基地的湖泊盆地，大量的玄武岩风化产物形成于湖盆地，湖水pH值提升至8～10[11]，在碱性水体中，火山碎屑或玄武岩化学成份（Si、Mg、Al）在水体中被分解出来，溶解于湖盆中[12]。

当水体中
阳离子（Mg2+、Al3+）含量增加，SiO2溶解度降低，产生氧化硅和氧化铝溶胶[9]，在与Mg2+参与下，当SiO2、Al2O3分子比达4～5时，开始形成蒙脱石，水体中Al3+浓度逐渐降低，随着介质中Mg2+不断增加，不稳定蒙脱石矿物从而转化为凹凸棒石[10，16～17]。

表2 黏土矿物Sr/Ba值换算盐度对比表Table 2 Comparison of Sr/Ba equivalent salinity of clay minerals地区西西伯利亚沿里海凹陷区研究区岩性
砂岩砂岩凹凸棒石混合黏土蒙脱石黏土沉积相淡水半咸水海水淡水半咸水海水Sr/Ba 0.148 0.462 0.575 0.350 0.714 0.818 0.175 0.206 0.327资料来源
дeбeпeв.1967 本次测定
本次工作实验成果分析（表3），研究区硅酸盐结果显示凹凸棒石、玄武岩均含有SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等，玄武岩化学成分SiO2、Al2O3、MgO 含量丰富，是形成凹凸棒石的主要物质来源。

4 矿物物性差异
研究区矿石的物理性质为：凹凸棒石吸蓝量32.5mmol/100g土，原土脱色力74.3，4%HCl活化后脱色力202.0，造浆率6.9m3/t，pH值为8.3。

混合黏土吸蓝量26.39～55.0mmol/100g，平均44.97 mmol/100g；原土脱色力37.06～44.08，平均41.79；4%HCl活化后脱色力150.0～204.0，平均169.12（表4）。

凹凸棒石黏土主要矿物含量有石英20%～25%，凹凸棒石50%～55%，蒙脱石25%～30%。

混合黏土主要矿物含量有石英20%～25%，凹凸棒石15%～20%，白云石＜10%，水云母5%～10%，蒙脱石40%～45%。

通过对比发现，混合黏
土含凹凸棒石矿物较少，蒙脱石矿物含量较多，其脱色力也较低（图8）。

5 结论
表3 硅酸盐分析结果表Table 3 Results of silicate analysis样品取样地岩石名称检测项目SiO2 Al203 CaO MgO TiO2 Fe2O3 K2O Na2O MnO2
SO3% % % % % % % % % %G1-L6 气孔状玄武岩 45.04 14.75 8.82 5.08 2.56 14.67 1.58 2.24 0.208 0.21 G2-L7 杏仁状玄武岩 49.47 13.90 6.27 4.24 1.88 12.52 1.85 2.82 0.084 0.15 G3-L8 致密状玄武岩 49.82 13.71 7.18 4.39 2.19 12.18 1.84 2.29 0.100 0.18 ZK301-H7 混合黏土 37.31 7.87 13.38 12.32 0.45 2.85 1.51 ＜0.05 0.0085 CK03 凹凸棒石黏土 63.82 11.67 0.70 7.41 0.75 1.14 ＜0.05 0.0085
表4 物理性质测试结果表Table 4 Analysis of physical properties矿石类型吸蓝量（mmol/100g）脱色力造浆率 pH值原土 4%HCl活化饱和盐水（m3/t）凹凸棒石黏土 32.5 74.3 202 6.9 8.3～9.2混合黏土 26.39～55 37.06～44.08 150～204 3.2～4.6 8.4～8.7
通过以上分析研究可以得出以下几点认识：
（1）苏皖凹凸棒石成矿带西北区属河桥—兴隆沉积区，推测应在花果山盆地内，该矿床属内陆湖盆沉积矿床，矿层赋存于新近纪中新世下草湾组中，呈层状-似层状，局部透镜状，产状与地层基本一致。

矿层南北长约800m，东西宽约600m，赋存标高为33.35～60.30m，单矿层厚1.0～6.38m。

（2）凹凸棒石黏土是在碱性的介质条件下所形成的，pH值增高有利于蒙脱石向凹凸棒石转化。

研究区内黏土矿物的微量元素Sr/Ba值可以得出当时形成凹凸棒石的水环境为淡水，属内陆湖盆沉积。

据硅酸盐分析结果显示，玄武岩化学成分SiO2、Al2O3、MgO含量丰富，是形成凹凸棒石的主要物质来源。

（3）根据X衍射分析，凹凸棒石黏土其凹凸棒石含量大于50%；混合黏土含凹
凸棒石矿物较少，蒙脱石矿物较多。

在中新世下草湾期，湖盆地内混合黏土中只有少量的蒙脱石矿物转化为凹凸棒石矿物，从而造成了研究区内凹凸棒石黏土矿较少。

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