甘肃临泽正北山一带凹凸棒石粘土矿地质特征及成因探讨
时间：2023-01-18 18:40:09 来源：天一资源网 本文已影响 人 
侯 娜
(中国建材料地质勘查中心甘肃总队，甘肃 天水 741000)
1993年临泽县正北山一带凹凸棒石粘土矿发现以来，先后有多家地勘单位在该区及周边进行了地质勘查工作，发现自西向东分布3条相互平行的矿带，分别为正北山矿带、杨台洼滩矿带、锯条山矿带，共发现凹凸棒石矿点5个。笔者总结了正北山一带凹凸棒石粘土矿地质特征，探讨凹凸棒石粘土矿矿床成因，为进一步勘查和找矿工作提供依据。
矿床大地构造位置属阿拉善微陆块，龙首山—雅布赖山地块，龙首山变质基底杂岩，位于阿拉善(台隆 )铜—镍—铂族—铁—稀土—磷—石墨—芒硝盐成矿带中(图1)[6-8]。本区在河西走廊与合黎山(龙首山)之间，属龙首山逆冲断隆带。北邻潮水盆地，南以龙首山深大断裂为界与河西走廊相接。侏罗纪时该区盆地形成，白垩纪时杨台洼滩地区下降幅度增大并接受沉积，逐渐演化为半封闭的陆相盐湖断陷盆地，新近纪时湖盆面积大为缩小，沉积只在低洼地区发育。临泽县杨台洼滩盆地为其中之一。
图1 临泽县正北山一带区域地质简图
杨台洼滩盆地呈北西—南东向展布，南西侧边界为黑山口—正北山，未封闭；
北东侧以东小口—锯条山为边界；
南东方向以板桥墩—杨台为边界；
北西方向延至黑山口以北，未封闭。分布面积208km2。盆地周围老地层有龙首山岩群、石炭系、侏罗系、白垩系。杨台洼滩盆地中主要地层为与凹凸棒石粘土有直接关系的古近系白杨河组湖相沉积岩。含矿盆地受后期构造运动作用，自西向东呈3条相互平行的矿带出露地表，依次为正北山矿带、杨台洼滩矿带、锯条山矿带。
正北山矿带分布于正北山北侧，倾向北东，出露长5.2km。杨台洼滩矿带分布于杨台洼滩西南侧，倾向南西，出露长12km。该矿带与正北山矿带组成正北山向斜，两个矿带间距1.5～3.5km，向斜轴部为细碎屑岩，两翼为含矿岩。含矿延段延展面积为24km2。锯条山矿带分布于锯条山北侧，倾向北东，出露长12km，推测宽度1km，矿带延展面积12km2。该矿带与杨台洼滩矿带组成顾家井背斜，轴部为粗碎屑岩，两翼为含矿岩。以上3条矿带延展面积36km2，占杨台洼滩盆地总面积1/6。
正北山矿带出露地层主要是中生界下白垩统庙沟群和古近系白杨河组。下白垩统庙沟群在正北山和马鞍山和哑巴山一带有零星分布。下部以氧化环境下的山麓洪积相的粗碎屑岩为主，岩性以灰绿色砾岩、砂砾岩及细砾岩，夹砂质页岩及煤线。中上部过渡为弱氧化—弱还原环境下的河湖相细碎屑岩—泥质岩。岩性表现为泥质岩增多并过渡为泥质岩夹炭质页岩、泥质岩、泥灰岩、钙质结核层及石膏，砂砾岩以棕红、紫色、黄绿色为主。
白杨河组与白垩系庙沟组呈角度不整合接触。白杨河组主要分布在杨台洼滩盆地、黑山口一带。下部由紫红色、砖红色厚层砾岩组成。砾石成分为来源于附近的变质岩、岩浆岩、石英，分选磨圆差，多呈次棱角状或扁圆状，砂泥质胶结，属山麓洪积及河流相堆积。中部为砖红色砾岩、含砾砂岩、砂岩及泥岩互层。表现为山前湖泊边缘的河、湖交互沉积相。上部以砖红色为主，其次夹有灰白色、黄色及灰绿色杂砂岩、粉砂质泥岩及泥质粉砂岩，地层中普遍含有石膏，并具清晰的层理，反应了湖相沉积特征，是凹凸棒石粘土矿主要含矿层位[9]。
正北山矿带共发现2个矿(化)点，出露的地层主要为古近系白杨河组，分布于在正北山—黑山口—带。白杨河组自下而上表现为山麓洪积相—河流相—湖泊相较为完整的陆相沉积旋回，颜色以鲜艳的红色为主，并含有沉积型石膏(图2)。岩性为砖红色、灰绿色、土黄色、灰白色的砾岩、含砾砂岩、砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩等和石膏。总厚度＞500m。矿区地层在空间上受正北山向斜形态控制，位于向斜之北西翼，岩层呈单斜状产出，总体产状60°∠14°，矿层和岩层产状基本一致。
图2 临泽县正北山一带凹凸棒石地质略图
白杨河组可划分为三个岩性段。第一岩性段(E3b1)为矿层底板，分布在盆地中心，出露厚度不均一，由边部向中心逐渐增厚，岩性主要为砖红色砂砾岩、灰黑色细砂岩、砖红色含砾泥岩、灰色、土黄色、灰白色的泥岩、含砂砾泥岩、粉砂岩、砂岩、含砾砂岩等山麓洪积相产物。第二岩性段(E3b2)为矿层，主要岩性为砖红色凹凸棒石粘土和砂质泥岩，灰绿色凹凸棒石粘土和砂质泥岩，灰白色凹凸棒石砂质泥岩，灰黑色凹凸棒石泥质粉砂岩等。砖红色和灰绿色两种矿石多呈互层，占矿层分布的90%以上；
灰黑色矿石分布在矿层底部，质量较差，厚度不大，含有石膏团块。第三岩性段(E3b3)为矿层顶板，分布较为广泛，杨台洼滩盆地周围地形较高，岩性主要为砖红色含砾泥岩、含泥砂砾岩，灰黑色泥质粉砂岩、含砂砾泥岩，土黄色含砂砾泥岩。见有少量的薄层石膏，厚度几厘米。砂、砾石成分主要为石英，粒径大小主要为2mm左右。
（2）在员工的“企业社会责任建设”评价中，本文依据文献，设计出如下二级评价指标：企业社会责任报告评价（V121）、客户责任的情况（V122）、环境责任的情况（V123）。
全区共圈定凹凸棒石粘土矿体3条，分别为 At1、At2-1和 At2-2(图 2、图 3)。3条矿体在空间上均呈层状产出，走向115°～155°，倾向25°～65°，倾角约2°～58°。凹凸棒石粘土矿体总厚度30.22m，矿床平均含量25.91%。总体来说，凹凸棒石各矿体厚度分布较稳定，含量不高，变化较大(表1)。
图3 凹凸棒石粘土矿
表1 正北山凹凸棒石粘土矿体特征表
At1为主矿体，工程控制长度为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%，品位变化系数14.96%；
顶板为含泥砂砾岩夹少量石膏，底板为砂砾岩、含砾砂岩或砂质泥岩，呈整合接触关系。
At2-1矿体工程控制长度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矿体长度400m，最大控制斜深194m，厚度5.99m，凹凸棒石平均含量19.47%。顶板为砂岩、砂质泥岩，底板为砂质泥岩夹少量石膏，均呈整合接触关系。
4.1 矿石类型
根据颜色，可将矿石划分为砖红色(图4)和黄绿色两种自然类型。经试验对比，两种类型其凹凸棒石矿物含量未发现明显差别，结构构造未有较大区别，物化性能亦差别不大。
图4 砖红色凹凸棒石粘土矿
根据凹凸棒石矿物含量，将凹凸棒石含量≥15%的定为凹凸棒石粘土矿(或岩)[10-11]；
凹凸棒石含量5%～15%的定为含凹凸棒石泥岩。
该矿区凹凸棒石粘土矿未进行矿石品级划分。原因为：①凹凸棒石粘土矿中凹凸棒石含量在15.0%～43.3%，区间较小；
②凹凸棒石粘土矿矿体呈层状，且与石膏互层，如硬性进行品级划分，将导致矿体内部结构很复杂。
4.2 矿石矿物成分和化学成分
凹凸棒石粘土以泥状结构为主，次为土状泥质结构，为条带状及层状构造[12]。
主要矿物成分及含量：凹凸棒石(15.2%～53.9%)、石英(15.8%～49.1%)、伊利石(3.5%～36.1%)、长石(0.1%～27.3%)、白云石(0.7%～42.1%)、绿泥石(1.5%～14.7%)、方沸石(3.2%～18.7%)、赤铁矿(0.2%～0.6%)等[12-15]。
主要化学成分及含量见表2。由此可见，本区凹凸棒石粘土与安徽嘉山、云南、美国乔治亚州、美国凹凸堡以及非洲南部托兰士瓦相比，SiO2、MgO的含量明显偏低；
Al2O3、CaO、K2O、Na2O偏高；
提纯后与原矿相比，SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO增加，Na2O减少。
表2 凹凸棒石粘土化学成分对比表 (单位：%)
4.3 物化性能
饱和盐水造浆率、吸蓝量和脱色力等项目是取自基本分析副样，组合分析的结果见表3；
pH值、吸水率、膨胀容、阳离子交换量、胶质价、吸蓝量、比表面积等分析结果见表4。
表3 凹凸棒石粘土物化性能测试结果表
表4 凹凸棒石粘土物化性能测试结果表
本区凹凸棒石粘土与安徽嘉山、江苏盱眙凹凸棒石粘土相比较，吸水率、比表面积较高；
吸蓝量、胶质价、阳离子交换量、膨胀容等基本近似。
本区在古近纪中期为祁连山前拗陷带，随着水体的蒸发，石膏从湖水中沉淀出来，使得水体中的镁离子和钙离子的比率增高。在石膏形成间歇期，拗陷带沉降速度加快，沉积了含有凹凸棒石的碎屑岩。在富镁、碱性的介质条件下，水体中的二氧化硅胶体和镁离子、铝离子、铁离子可随水体的蒸发结晶析出凹凸棒石。由于沉积盆地在总的下沉过程中，其沉积环境不够稳定，具轻微的振荡运动，故形成了粗碎屑岩—细碎屑岩—凹凸棒石粘土及石膏旋回。成岩过程中经压实形成了致密矿层，成矿物质主要来自周围高地如北部加里东期花岗闪长岩体。
该矿床为层状矿体，凹凸棒石粘土矿含矿岩系为白杨河组红色沉积建造，与石膏互层，没有生物化石，可推断该地层形成时的沉积环境为干旱的盐湖相沉积，故该矿床成因类型为内陆湖泊碎屑沉积矿床。凹凸棒石粘土的矿物成分以粘土矿物、石英、长石、白云石为主，含有少量的赤铁。粘土矿物的主要成分是凹凸棒石和伊利石，还含有一定的绿泥石。在干旱的气候条件下，在富镁、碱性的介质条件下，结晶了凹凸棒石，其他粘土矿物是在物源区形成，并随碎屑矿物搬运至湖盆[16-18]。
(1)正北山凹凸棒石粘土矿赋存于古近系白杨河组第二岩性段之中，在空间上受正北山向斜形态控制。
(2)白杨河组自下而上表现为山麓洪积相—河流相—湖泊相较为完整的陆相沉积旋回，说明古地理条件为干旱气温带盐湖相沉积。故干旱、半干旱气候是矿床形成的必备条件，红色沉积建造是明显的找矿标志[14]。
(3)在干旱的气候条件下，在富镁、碱性的介质条件下，水体中的二氧化硅胶体和镁离子、铝离子、铁离子可随水体的蒸发结晶析出凹凸棒石，其他粘土矿物如伊利石、绿泥石等是在物源区形成，并随碎屑矿物搬运至湖盆。凹凸棒石粘土岩颜色变化由氧化还原环境不同而引起。
(4)杨台洼滩盆地中心和周边的古近系湖相地层及地表较坚硬的石膏和凹凸棒石粘土层特有的黄绿色、砖红色、灰黑色“彩条”层，是后期找矿勘查的重点区。
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