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中国膨润土矿资源地质特征

一、 矿床时空分布及成矿规律
  膨润土矿形成和保存下来的基本条件,首先绝大多数成矿母岩为中酸性火山岩,即珍珠岩、黑曜岩、流纹岩、安山岩、粗面岩、英安岩及其火山碎屑岩。其次,有一个稳定的封闭水体环境,保持高的pH值以及足够浓度的镁离子。第三,形成后未遭受强的构造活动,未被深埋。蒙脱石是一种很不稳定的矿物,当受到热动力作用和深埋静压力时,便转化为伊利石、绿泥石,或者蒙脱石与伊利石的间层矿物。
  因此,环太平洋火山岩带具备成矿母岩的条件,中国东部大陆边缘位在该带的西部环节,沿海各省从广东经福建、浙江、安徽、江苏、山东、河北、辽宁、吉林至黑龙江皆处于该成矿带上,至今已发现48个矿床,其中5个属于大型、特大型矿床。我国中西部火山活动受控于古板块边缘及大构造活动带内,例如祁连山—秦岭—大别山构造带、天山—阴山构造带、古塔里木板块与华北板块缝合带、扬子板块与华北板块缝合带等都是火山岩发育带,皆有膨润土矿床。
  中国东部沿海一带北东向构造发育,形成了一系列断陷盆地,例如广东和平火山沉积盆地、福建连城及武平火山盆地、浙江余杭及临安火山沉积盆地、安徽屯溪新潭火山沉积盆地、庐江枞阳及南京芜湖盆地、苏南句容火山盆地、山东沂沭断裂带构造盘地、辽宁法库及吉林银山火山盆地、黑龙江海林火山沉积盆地等,具备封闭稳定富碱的水体环境,是膨润土矿形成的有利地区。
  中西部如湖北的梁子湖盆地、祁连山脉中龙首山构造核部断陷盆地、天山构造带内火山沉积盆地以及四川内陆盆地等皆是膨润土矿床的适宜产地。
  膨润土矿的成矿时代主要在燕山期,其次是古生代及新生代。绝大部分矿床形成于侏罗纪及白垩纪,突出集中时代是J3—K1。古生代矿床见于甘肃、新疆及贵州,例如新疆托克逊县柯尔碱为石炭系,甘肃金昌市红泉为二叠系,贵州贵阳市二戈寨-黔陶矿床为上二叠统等。新生代矿床主要在陕西省,如洋县膨润土矿为Q2;广西的膨润土矿床则为第三纪,如宁明和田东矿床。
  膨润土矿的属型分布也是有一定的规律性,受控于自然改型分区。我国有几处不同的膨润土属型分布区,乃受区域气候、地理地貌、水文和水化学条件等因素影响。南方低纬度地区(广东、广西、海南、福建)气候炎热,雨量充沛,膨润土长期受到淋蚀,碱和碱土元素大量流失,土壤呈酸性,浅部膨润土被自然改型为铝(氢)基膨润土;而西北部纬度高干旱地区(甘肃、新疆)气候干燥,雨量稀少,在强度蒸发作用下,钙呈方解石、石膏而析出,因此增高了介质中的钠、镁离子含量,使部分膨润土自然改型为钠基、镁基膨润土。其他地区则多为钙基膨润土。根据自然改型的原理,在今后找矿中,有可能在铝(氢)基和钙基膨润土矿床的深部找到隐伏的钠基膨润土。
二、 矿 床 类 型
  膨润土矿床的成因类型从蒙脱石矿物的形成条件和产出特征考虑,主要形成作用有沉积及成岩作用,风化残积作用及热液蚀变作用。蒙脱石可以由火山玻璃物质经水解脱玻而成,亦可由硅酸盐矿物经蚀变转化而成,另一种生成方式是硅、铝质凝胶直接结晶。中国具工业价值的膨润土矿床约有4/5与火山玻璃质有关。
  中国膨润土矿床可分为三大成因类型,即火山沉积型、风化残积型及热液型。
(一) 火山沉积型
  包含三个亚型:陆相火山沉积、海相火山沉积及准平原胶体凝聚等亚型。膨润土矿化的强弱取决于母岩的特点和沉积物本身的共生组合。相应的碱性水介质条件对蒙脱石起着重要的作用。
  该类型是膨润土矿的主要成矿方式,中国有广泛的分布,在储量上占据重要地位。
  矿床产出时代主要为晚侏罗世和早白垩世,最老的产出时代是晚石炭世,例如新疆托克逊县柯尔碱膨润土 。较晚的是第三纪,例如广西宁明膨润土矿。沉积环境多种多样,有浅海相(新疆柯尔碱矿床的下矿层)、牛轭湖相(四川三台矿)、河谷山麓相(广东高州、四川江油)、盐湖相(湖南澧县)等。
  这种矿床层位稳定,呈层状、似层状,产状平稳。陆相沉积亚型约为中国矿床数的60%,储量占70%左右。有代表性的矿床产地有浙江平山、辽宁黑山、安徽新潭、甘肃红泉等。准平原胶体凝聚亚型一般为小型矿床,集中在四川和江汉盆地,如三台、仁寿等。海相沉积亚型规模大、品位较高,有首要的工业价值,代表性产地为新疆柯尔碱。
  不同的成因及成矿母岩对伴生矿物有控制作用,与火山物质有关的膨润土矿石中伴有沸石,盆地形成的矿床多伴有可溶性盐类。
(二) 风化残积型
  该类型是我国重要成因类型之一。这种类型的膨润土矿层厚度大,层位稳定,质量较好,用途广泛。
  成矿母岩为各种火山玻璃质熔岩和碎屑岩,经风化作用,残积物中富集蒙脱石,再经后期成岩作用而形成膨润土矿。成矿在相对低温低压下进行。
  矿化深度一般位于潜水面附近,从几十米至数百米深不等。由于含可溶性阳离子的水由上往下渗透,因此剖面上部蚀变作用相对较强,矿化程度相对较高。从上往下矿与母岩呈渐变关系。地表附近的矿石属型以钙基膨润土为主,比较深部才有钠基膨润土。
  由于成矿方式的差别和上、下层位透水性、水化学作用的不同等,在同一构造环境甚至同一矿床中,可形成不同成因的膨润土矿,例如浙江仇山、安徽新潭、吉林银山、湖北胡朝保、广东和平上陵等矿床均有两种不同成因的膨润土存在。
(三) 热液型
  该类型有火山物质的岩浆期后热液蚀变矿床和成岩后的热液蚀变矿床。前者的热液蚀变作用是由火成岩母岩中流体引起的,与外部的热液无关。矿化常不均匀,蚀变完全则矿体厚度大,蚀变不完全则矿化零散,矿体呈囊状和似层状。这种蚀变多见于酸性玻璃状溶岩中,如流纹岩、珍珠岩等。
  成岩后的热液蚀变作用与裂隙引导来的外部热液有关。蚀变呈带状分布,母岩可以是流纹质、粗面质熔岩、流纹质凝灰岩、碎屑岩,也可以是安山-玄武质玢岩、酸性侵入岩。矿体呈瘤状、脉状及层状。矿石常保留着母岩的原始结构。
  热液蚀变型矿床的规模大、中、小型皆有,储量几十万吨至数千万吨皆有。我国这类矿床不太多,所占储量比重不大,已发现的矿床(点)属钙基膨润土,部分为氢基膨润土。代表性矿点在江苏溧阳县茶亭—平桥一带,有11条矿脉。
三、 典 型 矿 床
(一) 浙江临安平山膨润土矿床
  该矿床属于陆相火山沉积亚型,位于临安城东侧山间盆地内,面积约12km2。区内为第四系所掩盖。
  大地构造位置在江南古陆东侧,吴兴—昌化加里东隆起南缘中生代火山断陷盆地内。
  钠基膨润土产于上侏罗统寿昌组中,由河、湖相火山碎屑、陆源碎屑及灰、泥质沉积层组成,其上为下白垩统横山组,其下为上侏罗统黄尖组,均为不整合接触。矿区为一轴向北东-南西向斜构造。有两条较大断裂F1和F2切割矿区,把矿区分为三个自然块段,即花石山块段、西墅块段和横潭块段。沉积盆地边缘基本由逆掩断层所限。
  含矿岩系按沉积结构可划分为三个一组的韵律,共有膨润土矿10层,其中9层具有工业价值。主矿层(2)、(7)、(8)矿层,规模大、质量佳,呈层状、似层状产出,层位稳定,平均厚度分别为3.79、4.65、1.94m,储量约占全矿区总储量的83%。各矿层的厚度从北东向南西由厚变薄,矿石质量在横向上一般由北西向南变差。矿石主要组分为钠基蒙脱石,次为斜发沸石、绿泥石、方解石、方沸石等,其他共生矿物有针铁矿、黄铁矿、萤石、水云母、石英等。
  岩层产状平缓,倾角一般为10°~20°,只是盆地边缘受断裂继承性活动影响岩层倾角变陡,可达50°~60°。整个盆地的沉积中心位于矿区西墅竹林桥附近。
(二) 浙江余杭县仇山膨润土矿
  该矿床属于火山玻璃和熔岩风化残积型矿床代表。矿区位于江南古陆东侧,仇山—瓶窑断陷盆地西南部。含矿岩系为晚侏罗世劳村组火山碎屑岩系,其上为早白垩统朝川组红层不整合覆盖,其下不整合于早侏罗世杂色砂砾岩之上。基底为寒武系—奥陶系地层。
  含矿岩系厚213~483m,由5个火山喷发韵律组成,共含矿7层。Ⅰ、Ⅱ矿层为工业矿层,Ⅲ、Ⅳ矿层仅局部可达要求,Ⅴ~Ⅶ矿层不具工业价值。矿层或矿化层多赋存于每一韵律层底部。
  主矿体呈透镜状、似层状。玻屑熔结凝灰岩以火山灰流形式进入浅水盆地底部,冷凝成岩,经水解脱玻而转化为膨润土矿。


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