李 壇 胡墨田 王吉平

1. 遼寧省地礦測(cè)繪院，遼寧沈陽(yáng) 110013

2.中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072750

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造位置

北窩鋪膨潤(rùn)土礦床位于遼寧省阜蒙縣大五家子鎮(zhèn)南 3.5km北窩鋪一帶，所處大地構(gòu)造位置屬中朝準(zhǔn)地臺(tái)華北斷坳下遼河斷陷中生代斷陷盆地——于寺盆地【1】，所處成礦區(qū)帶為濱太平洋成礦域（疊加在古亞洲成礦域之上）華北陸塊成礦省華北陸塊北緣東段 Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Mn-U-磷-煤-膨潤(rùn)土成礦帶內(nèi)蒙隆起東段Fe-Au-Ag-Pb-ZnMo-U-磷-膨潤(rùn)土成礦亞帶【2】。該成礦亞帶是我國(guó)重要的膨潤(rùn)土成礦區(qū)帶，已發(fā)現(xiàn)遼寧省黑山縣黑山、建平縣大梁前、凌源縣熱水湯北溝、義縣前水口子和阜蒙縣哈爾套街等大中型膨潤(rùn)土礦床，膨潤(rùn)土礦床主要賦存于白堊系中酸性火山碎屑巖中【3、4】。于寺斷陷盆地沉積了巨厚的中生代地層，膨潤(rùn)土礦床即賦存于于寺盆地白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）的火山碎屑巖、沉火山碎屑巖中，該盆地已發(fā)現(xiàn)太平鄉(xiāng)、二道河子、大五家子、下扎蘭和北窩鋪5個(gè)膨潤(rùn)土礦床（圖1）。

圖1 于寺盆地及北窩鋪膨潤(rùn)土礦區(qū)位置圖（據(jù)刁純才，2013，有修改）Fig.1 The Beiwopu bentonite mining location map (Ofter Diao Chuncai,2013,modified)

1.2 區(qū)域地層

區(qū)域出露地層主要為一套北西西向和近東西向展布的侏羅系上統(tǒng)土城組（J3t）、白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）火山碎屑巖、沉火山碎屑巖及火山碎屑沉積巖和白堊系上統(tǒng)孫家灣組（K2s）火山碎屑巖、陸源碎屑巖及白堊系下統(tǒng)九佛堂組（K1jf）砂巖、頁(yè)巖，古老基底為太古宇建平群小塔子溝組（Arjnx）變質(zhì)巖。

白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）巖性主要為沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)礫巖、流紋質(zhì)晶屑、玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r等，除凝灰質(zhì)礫巖外，均見(jiàn)蒙脫石礦化。在于寺—大五家子南部，有北窩鋪和下扎蘭膨潤(rùn)土礦床。凝灰?guī)r和流紋質(zhì)晶屑、玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r是本區(qū)膨潤(rùn)土礦的賦存層位，蒙脫石化普遍而強(qiáng)烈。

1.3 區(qū)域構(gòu)造

區(qū)域斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要為北東向和北西向兩組，局部為近東西向，均為逆掩斷裂，從區(qū)域上看對(duì)成礦作用控制不明顯。

1.4 區(qū)域巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，表現(xiàn)為華力西期、燕山期的巖漿侵入活動(dòng)和燕山期的火山噴發(fā)作用。華力西期和燕山期的巖漿侵入活動(dòng)形成了華力西期、燕山早期花崗巖、閃長(zhǎng)巖和安山玢巖，區(qū)域上分布較為零散，對(duì)區(qū)內(nèi)膨潤(rùn)土成礦基本無(wú)影響。燕山期的火山噴發(fā)作用，尤其是白堊紀(jì)早期的火山噴發(fā)作用，在本區(qū)形成了數(shù)百米厚的火山碎屑巖、沉火山碎屑巖及火山碎屑沉積巖，這些火山巖的風(fēng)化為形成膨潤(rùn)土礦床提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)成礦及控礦地質(zhì)條件

2.1.1地層 礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）和第四系（Q）（圖2）。

圖2 北窩鋪膨潤(rùn)土礦床地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of Beiwopu bentonite deposit

白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）出露于礦區(qū)的南部，從下至上可分為三個(gè)巖段。

第一巖段（K1y1），在礦區(qū)廣泛出露，以沉火山碎屑巖為主，為棕紅色沉凝灰?guī)r和雜色、灰綠色凝灰質(zhì)砂礫巖，厚度大于220m。

第二巖段（K1y2），主要分布在礦區(qū)的中部、呈近南北向帶狀展布，以棕紅色流紋質(zhì)玻屑、晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、含角礫凝灰質(zhì)砂巖為主。厚度大于35m。

第三巖段（K1y3），分布在礦區(qū)中部，近南北向條帶狀展布，以沉火山碎屑巖為主，主要為棕紅色沉凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)礫巖。凝灰質(zhì)礫巖多呈夾層狀產(chǎn)出，局部與沉凝灰?guī)r呈互層狀。厚度大于30m。

上述三個(gè)巖段中，第一巖性段為本區(qū)膨潤(rùn)土礦的主要含礦層位。與膨潤(rùn)土成礦有關(guān)的主要巖性特征如下。

晶屑沉凝灰?guī)r：以棕紅色為主，其次為灰綠色、褐色，凝灰結(jié)構(gòu)，微層理構(gòu)造， 成分主要為晶屑，其次為火山灰及泥質(zhì)物，含少量巖屑；晶屑主要成分主要為斜長(zhǎng)石，其次為石英，含少量云母，晶屑含量一般55%～65%，火山灰分布不均勻，蒙脫石化多與火山灰有關(guān)，普遍較強(qiáng)烈。

凝灰質(zhì)砂礫巖：顏色為灰綠色、白色、粉紅色，砂狀、礫狀結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造。砂礫石母巖主要為凝灰?guī)r，多呈次棱角狀，直徑一般 2～80mm，含量一般65%～90%，蒙脫石化普遍，局部蒙脫石化強(qiáng)烈。雜基主要為火山灰，膠結(jié)程度差，機(jī)械擾動(dòng)后極易破碎，脫水后易崩解。

流紋質(zhì)晶屑、玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r：紅色，局部呈淺灰綠色，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，肉眼觀察可見(jiàn)假流紋構(gòu)造，局部見(jiàn)拉長(zhǎng)的氣孔；物質(zhì)成分主要為玻屑，含量一般20%～70%，其次為晶屑，含量一般15%～45%，含少量巖屑，基質(zhì)主要為火山灰，多呈玻璃質(zhì)狀態(tài)，含量15%～70%。主要礦物成分為透長(zhǎng)石、石英，含少量云母。該巖石蒙脫石化現(xiàn)象普遍，質(zhì)硬而脆，節(jié)理裂隙十分發(fā)育。

2.1.2斷裂 礦區(qū)內(nèi)斷裂較發(fā)育，主要為2條近南北走向和1條北西-南東向斷裂（圖 2），F(xiàn)1、F2斷裂走向南北，傾向西，傾角在64°～78°，F(xiàn)2為逆斷層，F(xiàn)1斷層性質(zhì)不明。這些斷裂形成于白堊系下統(tǒng)義縣組之后，對(duì)義縣組的連續(xù)性起到了破壞作用，

2.2 礦床基本特征

2.2.1礦體特征 北窩鋪礦區(qū)膨潤(rùn)土礦體呈層狀、似層狀，賦存于白堊系下統(tǒng)義縣組第一巖性段沉凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)礫巖中，受沉凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)砂礫巖控制。礦體總體走向330°左右，東部礦體傾向南西，傾角一般在 5～10°，最大可達(dá)20°（圖3），西部礦體傾向北東，傾角一般2～5°。

北窩鋪膨潤(rùn)土礦床共圈定膨潤(rùn)土礦體33個(gè)，其中T2礦體規(guī)模較大，走向近南北，傾向南西，傾角一般在5～10°，長(zhǎng)約 600m，延伸約300m，埋藏較淺，賦存標(biāo)高為+248.0 ～+290.0m，延展面積約375 000m2，礦體呈層狀，厚4.00～16.00m，厚度變化系數(shù) 86%。蒙脫石含量 46.67%～60.25%，平均52.44%，估算資源量100多萬(wàn)t（圖3）。

圖3. 北窩鋪膨潤(rùn)土礦床（區(qū)）8勘探線地質(zhì)剖面圖Fig.3 The 8 prospecting line geological profile of Beiwopu bentonite deposit

2.2.2 礦石特征

（1）礦石自然類型及礦物組成：本礦床膨潤(rùn)土礦石主要為塊狀礦石，其它類型礦石少見(jiàn)。礦石以白色、淺黃綠色為主，灰色、淺粉紅色、淺灰綠色次之。礦石具殘余凝灰結(jié)構(gòu)、玻屑凝灰結(jié)構(gòu)、含粉砂泥狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，粘土礦物具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，次生變化主要表現(xiàn)為斑脫巖化。礦石具油脂光澤，貝殼狀斷口，手感滑潤(rùn)，具有遇水易膨脹、溶解，風(fēng)化后易散解、碎裂、膨脹等特征。

通過(guò)巖礦鑒定和X射線衍射物相分析，膨潤(rùn)土礦石主要由蒙脫石、石英、長(zhǎng)石、水云母、方英石組成（表1）。蒙脫石含量40%～70%，石英含量一般8%～20%，長(zhǎng)石含量12%～27%，水云母2.3%～5.6%，方英石多在1%以下。

為了確定粘土礦物類型及礦物中水的賦存形式，我們對(duì)部分膨潤(rùn)土樣品進(jìn)行了差熱分析，所測(cè)樣品均有3個(gè)吸熱谷，第一吸熱谷為蒙脫石在加熱過(guò)程中逸出大量吸附水和層間水吸熱所致，吸熱溫度在 90～110℃。第二吸熱谷也是蒙脫石在加熱過(guò)程中逸出大量吸附水和層間水吸熱所致，吸熱溫度在160～170℃，這兩個(gè)熱谷組成一個(gè)復(fù)谷，表明為鈣質(zhì)蒙脫石。第三吸熱谷為蒙脫石在加熱過(guò)程中脫出結(jié)構(gòu)水吸熱所致，吸熱溫度在700～730℃（圖4）。

所測(cè)北窩鋪膨潤(rùn)土礦石樣品差熱曲線及吸熱溫度表明礦石均屬于鈣基膨潤(rùn)土。

北窩鋪鈣基膨潤(rùn)土差熱曲線與新疆柯?tīng)枆A膨潤(rùn)土礦塊狀鈣基膨潤(rùn)土及含礫層狀鈣基膨潤(rùn)土相類似，而與遼寧阜新哈爾套街膨潤(rùn)土礦、新疆柯?tīng)枆A膨潤(rùn)土礦塊狀鈉基膨潤(rùn)土、含礫層狀鈉基膨潤(rùn)土第一吸熱谷為單谷的差熱曲線有明顯區(qū)別【6、7】。

表1 北窩鋪膨潤(rùn)土礦礦石礦物含量（%）Table 1 Ore mineral content (%)of Beiwopu bentonite deposit

（2）礦石化學(xué)組成：礦石主要化學(xué)組分為SiO2、Al2O3和水，次為MgO、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O、TiO2等。

（3）礦石工業(yè)類型： 對(duì)采集的北窩鋪膨潤(rùn)土礦床鉆孔、探槽和淺井中的膨潤(rùn)土樣品進(jìn)行了陽(yáng)離子交換性能的測(cè)試，代表性的樣品測(cè)試結(jié)果顯示（表2），其ECa2+／C E C值均大于50%，確定其礦石工業(yè)類型為鈣基膨潤(rùn)土【5】。

圖4 膨潤(rùn)土樣品差熱分析曲線Fig.4 Differential thermal analytical curve of bentonite samples

表2 北窩鋪膨潤(rùn)土礦床部分礦石陽(yáng)離子交換量分析結(jié)果Table 2 Part ore cation exchange capacity (CEC) analysis result of Beiwopu bentonite deposit

3 礦床控礦因素

（1）地層對(duì)膨潤(rùn)土礦床形成的控制作用：北窩鋪膨潤(rùn)土礦床主要產(chǎn)于白堊系下統(tǒng)義縣組第一巖段中，第二巖段只有少量礦體分布，第三巖段中未見(jiàn)膨潤(rùn)土礦體。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體走向、傾向與圍巖一致，受?chē)鷰r地層控制明顯。膨潤(rùn)土礦床受白堊系下統(tǒng)義縣組第一巖段控制。

（2）巖性對(duì)膨潤(rùn)土礦床形成的控制作用：前已述及，北窩鋪膨潤(rùn)土礦區(qū)出露地層為白堊系下統(tǒng)義縣組第一、第二、第三巖段，主要巖性為紅色沉凝灰?guī)r和雜色、灰綠色凝灰質(zhì)砂礫巖、棕紅色流紋質(zhì)玻屑、晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r。與蒙脫石礦化密切相關(guān)的巖性為沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫巖和流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r。

沉凝灰?guī)r：主要為晶屑凝灰?guī)r，蒙脫石化普遍而強(qiáng)烈，蒙脫石化強(qiáng)度與晶屑凝灰?guī)r含量正相關(guān)，地表及淺部蝕變強(qiáng)烈，向深部呈現(xiàn)逐漸減弱的趨勢(shì)，是本礦區(qū)形成膨潤(rùn)土礦床的主要巖石。

凝灰質(zhì)砂礫巖：其砂、礫物質(zhì)成分由火山灰組成，蒙脫石化普遍而強(qiáng)烈，也是本礦區(qū)形成膨潤(rùn)土礦床的主要巖石。

流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r：流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r地表及淺部蝕變相對(duì)較差，蒙脫石化相對(duì)較弱。

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