鄭瑜，姜芹芹，錢峰，李小明，吳進飛，沈培友

(1淮安市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院， 江蘇淮安 223001；2盱眙縣國土資源局， 江蘇淮安 211700；3 江蘇圣一納米科技有限公司， 江蘇淮安 211700）

0 引言

蘇皖地區(qū)凹凸棒石黏土礦勘查開發(fā)始于1979年，累計查明凹凸棒石黏土礦資源儲量近5×108t，其中優(yōu)質(zhì)礦資源儲量達6700×104t[5]。長期以來，該地區(qū)以往的凹凸棒石黏土勘查研究工作主要集中于江蘇盱眙的東南部，地質(zhì)勘探程度達詳查的礦床有7處，分布于雍小山、白虎山、黃泥山、牛頭山、高家洼-梁家洼、豬咀山、龍王山礦床（圖1），查明的礦石資源儲量2247.45×104t，占全國資源儲量的70%以上[2]。

蘇皖凹凸棒石黏土成礦帶西北區(qū)資源勘查研究較為薄弱，江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院于2012年首次在該成礦帶西北區(qū)（裂山礦區(qū)、花果山礦區(qū)）開展了地質(zhì)預(yù)查工作，并初步評價凹凸棒石黏土的成礦有利區(qū)。在隨后的地質(zhì)普查工作中，在研究區(qū)共施工4口勘查孔，均鉆穿礦層，采集各類樣品41件，探求333類型混合黏土礦資源量511.58×104t，研究區(qū)僅探得少量凹凸棒石黏土[1]。本文對該地區(qū)凹凸棒石黏土成礦環(huán)境進行了研究，以期能為蘇皖凹凸棒石黏土成礦帶西北區(qū)的進一步勘查與開發(fā)工作提供有效的依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于蘇皖凹凸棒石黏土成礦帶的西北邊緣，地層劃屬于揚子地層區(qū)，跨下?lián)P子地層分區(qū)盱眙—滁縣地層小區(qū)與蘇北地層分區(qū)高郵地層小區(qū)[1，3～4]。出露的地層有中元古代、新元古代、新生代地層[1，3-4]（表1）。

圖1 凹凸棒石黏土成礦帶區(qū)域地質(zhì)略圖Fig.1 Regional geology sketch of attapulgite clay mineralization belt

表1 地層簡表[1,3～4]Table1 Stratigraphic chart

區(qū)內(nèi)構(gòu)造位于中國東部新華夏系第二隆起帶與秦嶺緯向構(gòu)造帶復(fù)合形成的蘇北凹陷西部邊緣；郯廬斷裂帶位于本區(qū)之西約20km；蘇皖北西向基性巖噴發(fā)帶斜貫全區(qū)[1，3～4]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造是由北北東向的基底斷裂及其所控制的隆起和凹陷帶構(gòu)成[1，3～4]。

本區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有北北東向、北西向和近東西向三組斷裂[1，3～4]（圖2）。

1.1 北北東向斷裂

圖2 區(qū)域構(gòu)造圖Fig.2 Regional structures

形成于印支期—燕山早期[1，3～4]，總體呈10°～20°走向，其規(guī)模大、延伸長。包括盱眙縣城—大孫郢斷裂、王相莊—桂五斷裂、龍王山—古城斷裂、穆店—王店斷裂。

1.2 近東西向斷裂

形成于印支期—燕山早期[1，3-4]，磨盤山—官田、天明化工廠—穆店斷裂帶在航片上東西向線狀及紋形發(fā)育，并有近東西向重力梯度帶，都反映了近東西向斷裂的存在。

1.3 北西向斷裂

根據(jù)物探資料推測[1，3-4]，老軍山—蓮塘、天明化工廠—史營等斷裂切割北東向斷裂，是控制基性巖噴發(fā)帶的構(gòu)造。在航磁平面圖上玄武巖分布區(qū)為北西向雜亂異常帶，遙感資料也證實這兩條深大斷裂存在。

綜上所述，區(qū)內(nèi)北北東向、近東西向斷裂形成于印支期—燕山早期，北西向斷裂形成時代較晚，切割區(qū)內(nèi)其他構(gòu)造，控制新近紀(jì)以來沉積和巖漿活動。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

研究區(qū)礦層賦存于新近紀(jì)中新世下草灣組中，呈層狀-似層狀，局部透鏡狀，產(chǎn)狀與地層基本一致[1，3～4]。該礦層南北長約800m，東西寬約600m。賦存標(biāo)高為33.35～60.30m，單礦層厚1.0～6.38m。Ⅴ2礦體為混合黏土礦，ZK301、ZK001、ZK003、ZK203均見礦，賦存標(biāo)高為44.97～60.30m，厚度3.50～5.31m，平均厚4.51m；Ⅴ1礦體為混合黏土礦， ZK301、ZK003、ZK203見礦，ZK001缺失，賦存標(biāo)高為35.31～45.37m，厚度1.72～6.38m，平均厚3.98m（圖3）。

圖3 研究區(qū)地質(zhì)剖面示意圖Fig.3 Geological profile of the study area

2.2 礦石類型及成分

凹凸棒石一般呈灰—灰白色、淡灰綠色或微帶暗紅色，油脂光澤，比重1.06～1.38，摩氏硬度3級。潮濕時不易分散，黏性大，具可塑性，一般為可塑—硬塑。干燥時收縮小，不易產(chǎn)生龜裂。比表面積496～694，吸水性強。凹凸棒石是含水的鏈層狀富鎂的硅酸鹽黏土礦物，其理論化學(xué)式為：Mg5（H2O）4[Si4O10]2（OH）2，化學(xué)成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3為主。該礦區(qū)凹凸棒石黏土經(jīng)X衍射分析，主要礦物含量有石英20%～25%，凹凸棒石50%～55%，蒙脫石25%～30%（圖4）。

圖4 凹凸棒石X衍射圖像Fig.4 X-ray diffraction image of attapulgite

混合黏土為灰—灰白色、青灰色，呈致密土塊狀、松散土狀，肥皂狀光澤，比重一般1.3～2.08。主要礦物為蒙脫石，次要礦物有凹凸棒石、白云石、方解石、石英、長石等，少量礦物為水云母、綠泥石、高嶺石、伊利石等。該礦區(qū)混合黏土經(jīng)X衍射分析，主要礦物含量有石英20%～25%，凹凸棒石15%～20%，白云石＜10%，水云母5%～10%，蒙脫石40%～45%（圖5）。

圖5 混合黏土X衍射圖像Fig.5 X-ray diffraction image of mixed clay

3 礦床成因

3.1 古地理環(huán)境特征

區(qū)域地質(zhì)資料表明[1，3～4，7]，蘇皖凹凸棒石成礦帶地區(qū)中-上新世曾發(fā)生過兩次規(guī)模較大的火山噴發(fā)活動，形成了兩套以火成巖為主的巖系，在火山噴發(fā)間隙期，區(qū)內(nèi)形成了許多以火成巖為基地的湖泊盆地，中新世下草灣期除了佛窩隆起帶外，幾乎全是沉積區(qū)，并形成了河橋—興隆（西側(cè)）和穆店—蓮塘（東側(cè)）兩個中心區(qū)沉積。參照目前各處凹凸棒石黏土礦床分布特點，可以推測當(dāng)時分布一群封閉性湖泊盆地，如：雍小山盆地、花果山盆地、高家洼盆地、黃泥山-豬咀山盆地等[1，3-4]。裂山礦區(qū)屬河橋—興隆沉積區(qū)，推測位于花果山盆地內(nèi)（圖6）。

圖6 蘇皖地區(qū)新生代中新世下草灣期古地理略圖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 沉積環(huán)境特征

研究區(qū)內(nèi)黏土礦物是湖盆沉積物演變而成的[7～8]，沉積巖以黏土巖為主，其次為粉砂巖，巖石中粉砂含量約40%，黏土礦物約60%，粉砂次棱角狀-次圓狀，顆粒直徑小于0.06mm，粒級為粗-細粉砂，以粗粉砂為主，碎屑成分為石英。研究區(qū)形成2個含礦層，Ⅴ1礦厚度1.72～6.38m，平均厚3.98m；Ⅴ2礦層厚度3.50～5.31m，平均厚4.51m，中間夾層為4m左右的蒙脫石黏土（泥巖）。從顆粒的磨圓度及沉積形成的微層理反映出當(dāng)時的沉積過程：在火山活動的間歇期，玄武巖遭受風(fēng)化而崩解或黏土化，其間歇期較長，發(fā)育成較厚的風(fēng)化殼[8]。這些風(fēng)化產(chǎn)物被流水搬運至湖盆地中殘積起來，形成了泥巖，與下一次火山活動初期的火山碎屑沉積在一起，構(gòu)成了泥巖沉積夾層（圖7，8）。

圖7 黏土礦物薄片鑒定圖像Fig.7 Identification image of thin section of clay minerals

研究區(qū)內(nèi)對黏土礦物進行pH值進行了測定，凹凸棒石黏土pH值為8.3～9.2，平均8.65；混合黏土pH值為8.4～8.7，平均8.53；蒙脫石黏土（夾層）pH值為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值較高，而蒙脫石黏土（夾層）pH值較低。由此看出，凹凸棒石黏土是在堿性的介質(zhì)條件下所形成的，當(dāng)時湖盆地內(nèi)水介質(zhì)酸堿度（pH）值的高低直接影響到礦物組合及轉(zhuǎn)化，pH值增高更有利于形成凹凸棒石。

研究區(qū)內(nèi)黏土礦物的微量元素Sr/Ba值可以得出當(dāng)時形成凹凸棒石的水環(huán)境為淡水，屬內(nèi)陸湖盆沉積（表2）。

3.3 成因機制分析

根據(jù)前人的研究成果與本次工作的實驗結(jié)論系統(tǒng)分析可推斷[10，16～17]，中-上新世火山噴發(fā)間隙期，區(qū)內(nèi)形成以玄武巖為基地的湖泊盆地，大量的玄武巖風(fēng)化產(chǎn)物形成于湖盆地，湖水pH值提升至8～10[11]，在堿性水體中，火山碎屑或玄武巖化學(xué)成份（Si、Mg、Al）在水體中被分解出來，溶解于湖盆中[12]。當(dāng)水體中陽離子（Mg2+、Al3+）含量增加，SiO2溶解度降低，產(chǎn)生氧化硅和氧化鋁溶膠[9]，在與Mg2+參與下，當(dāng)SiO2、Al2O3分子比達4～5時，開始形成蒙脫石，水體中Al3+濃度逐漸降低，隨著介質(zhì)中Mg2+不斷增加，不穩(wěn)定蒙脫石礦物從而轉(zhuǎn)化為凹凸棒石[10，16～17]。

表2 黏土礦物Sr/Ba值換算鹽度對比表Table 2 Comparison of Sr/Ba equivalent salinity of clay minerals

本次工作實驗成果分析（表3），研究區(qū)硅酸鹽結(jié)果顯示凹凸棒石、玄武巖均含有SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等，玄武巖化學(xué)成分SiO2、Al2O3、MgO含量豐富，是形成凹凸棒石的主要物質(zhì)來源。

4 礦物物性差異

研究區(qū)礦石的物理性質(zhì)為：凹凸棒石吸藍量32.5mmol/100g土，原土脫色力74.3，4%HCl活化后脫色力202.0，造漿率6.9m3/t，pH值為8.3?；旌橡ね廖{量26.39～55.0mmol/100g，平均44.97 mmol/100g；原土脫色力37.06～44.08，平均41.79；4%HCl活化后脫色力150.0～204.0，平均169.12（表4）。

凹凸棒石黏土主要礦物含量有石英20%～25%，凹凸棒石50%～55%，蒙脫石25%～30%。混合黏土主要礦物含量有石英20%～25%，凹凸棒石15%～20%，白云石＜10%，水云母5%～10%，蒙脫石40%～45%。通過對比發(fā)現(xiàn)，混合黏土含凹凸棒石礦物較少，蒙脫石礦物含量較多，其脫色力也較低（圖8）。

5 結(jié)論

表3 硅酸鹽分析結(jié)果表Table 3 Results of silicate analysis

表4 物理性質(zhì)測試結(jié)果表Table 4 Analysis of physical properties

通過以上分析研究可以得出以下幾點認識：

（1）蘇皖凹凸棒石成礦帶西北區(qū)屬河橋—興隆沉積區(qū)，推測應(yīng)在花果山盆地內(nèi)，該礦床屬內(nèi)陸湖盆沉積礦床，礦層賦存于新近紀(jì)中新世下草灣組中，呈層狀-似層狀，局部透鏡狀，產(chǎn)狀與地層基本一致。礦層南北長約800m，東西寬約600m，賦存標(biāo)高為33.35～60.30m，單礦層厚1.0～6.38m。

（2）凹凸棒石黏土是在堿性的介質(zhì)條件下所形成的，pH值增高有利于蒙脫石向凹凸棒石轉(zhuǎn)化。研究區(qū)內(nèi)黏土礦物的微量元素Sr/Ba值可以得出當(dāng)時形成凹凸棒石的水環(huán)境為淡水，屬內(nèi)陸湖盆沉積。據(jù)硅酸鹽分析結(jié)果顯示，玄武巖化學(xué)成分SiO2、Al2O3、MgO含量豐富，是形成凹凸棒石的主要物質(zhì)來源。

（3）根據(jù)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礦物較少，蒙脫石礦物較多。在中新世下草灣期，湖盆地內(nèi)混合黏土中只有少量的蒙脫石礦物轉(zhuǎn)化為凹凸棒石礦物，從而造成了研究區(qū)內(nèi)凹凸棒石黏土礦較少。