辽宁省阜蒙县北窝铺膨润土矿床地质特征及控矿因素

李 坛 胡墨田 王吉平

1. 辽宁省地矿测绘院，辽宁沈阳 110013

2.中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072750

1 区域地质背景

1.1 大地构造位置

北窝铺膨润土矿床位于辽宁省阜蒙县大五家子镇南 3.5km北窝铺一带，所处大地构造位置属中朝准地台华北断坳下辽河断陷中生代断陷盆地——于寺盆地【1】，所处成矿区带为滨太平洋成矿域（叠加在古亚洲成矿域之上）华北陆块成矿省华北陆块北缘东段 Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Mn-U-磷-煤-膨润土成矿带内蒙隆起东段Fe-Au-Ag-Pb-ZnMo-U-磷-膨润土成矿亚带【2】。该成矿亚带是我国重要的膨润土成矿区带，已发现辽宁省黑山县黑山、建平县大梁前、凌源县热水汤北沟、义县前水口子和阜蒙县哈尔套街等大中型膨润土矿床，膨润土矿床主要赋存于白垩系中酸性火山碎屑岩中【3、4】。于寺断陷盆地沉积了巨厚的中生代地层，膨润土矿床即赋存于于寺盆地白垩系下统义县组（K1y）的火山碎屑岩、沉火山碎屑岩中，该盆地已发现太平乡、二道河子、大五家子、下扎兰和北窝铺5个膨润土矿床（图1）。

图1 于寺盆地及北窝铺膨润土矿区位置图（据刁纯才，2013，有修改）Fig.1 The Beiwopu bentonite mining location map (Ofter Diao Chuncai,2013,modified)

1.2 区域地层

区域出露地层主要为一套北西西向和近东西向展布的侏罗系上统土城组（J3t）、白垩系下统义县组（K1y）火山碎屑岩、沉火山碎屑岩及火山碎屑沉积岩和白垩系上统孙家湾组（K2s）火山碎屑岩、陆源碎屑岩及白垩系下统九佛堂组（K1jf）砂岩、页岩，古老基底为太古宇建平群小塔子沟组（Arjnx）变质岩。

白垩系下统义县组（K1y）岩性主要为沉凝灰岩、凝灰质砂岩、凝灰质砾岩、流纹质晶屑、玻屑熔结凝灰岩等，除凝灰质砾岩外，均见蒙脱石矿化。在于寺—大五家子南部，有北窝铺和下扎兰膨润土矿床。凝灰岩和流纹质晶屑、玻屑熔结凝灰岩是本区膨润土矿的赋存层位，蒙脱石化普遍而强烈。

1.3 区域构造

区域断裂构造较发育，主要为北东向和北西向两组，局部为近东西向，均为逆掩断裂，从区域上看对成矿作用控制不明显。

1.4 区域岩浆岩

区内岩浆活动强烈，表现为华力西期、燕山期的岩浆侵入活动和燕山期的火山喷发作用。华力西期和燕山期的岩浆侵入活动形成了华力西期、燕山早期花岗岩、闪长岩和安山玢岩，区域上分布较为零散，对区内膨润土成矿基本无影响。燕山期的火山喷发作用，尤其是白垩纪早期的火山喷发作用，在本区形成了数百米厚的火山碎屑岩、沉火山碎屑岩及火山碎屑沉积岩，这些火山岩的风化为形成膨润土矿床提供了物质基础。

2 矿床地质特征

2.1 矿区成矿及控矿地质条件

2.1.1地层 矿区内出露地层主要为白垩系下统义县组（K1y）和第四系（Q）（图2）。

图2 北窝铺膨润土矿床地质图Fig.2 Geological map of Beiwopu bentonite deposit

白垩系下统义县组（K1y）出露于矿区的南部，从下至上可分为三个岩段。

第一岩段（K1y1），在矿区广泛出露，以沉火山碎屑岩为主，为棕红色沉凝灰岩和杂色、灰绿色凝灰质砂砾岩，厚度大于220m。

第二岩段（K1y2），主要分布在矿区的中部、呈近南北向带状展布，以棕红色流纹质玻屑、晶屑熔结凝灰岩、凝灰质砂岩、含角砾凝灰质砂岩为主。厚度大于35m。

第三岩段（K1y3），分布在矿区中部，近南北向条带状展布，以沉火山碎屑岩为主，主要为棕红色沉凝灰岩及凝灰质砾岩。凝灰质砾岩多呈夹层状产出，局部与沉凝灰岩呈互层状。厚度大于30m。

上述三个岩段中，第一岩性段为本区膨润土矿的主要含矿层位。与膨润土成矿有关的主要岩性特征如下。

晶屑沉凝灰岩：以棕红色为主，其次为灰绿色、褐色，凝灰结构，微层理构造， 成分主要为晶屑，其次为火山灰及泥质物，含少量岩屑；晶屑主要成分主要为斜长石，其次为石英，含少量云母，晶屑含量一般55%～65%，火山灰分布不均匀，蒙脱石化多与火山灰有关，普遍较强烈。

凝灰质砂砾岩：颜色为灰绿色、白色、粉红色，砂状、砾状结构，薄层状构造。砂砾石母岩主要为凝灰岩，多呈次棱角状，直径一般 2～80mm，含量一般65%～90%，蒙脱石化普遍，局部蒙脱石化强烈。杂基主要为火山灰，胶结程度差，机械扰动后极易破碎，脱水后易崩解。

流纹质晶屑、玻屑熔结凝灰岩：红色，局部呈浅灰绿色，凝灰结构，块状构造，肉眼观察可见假流纹构造，局部见拉长的气孔；物质成分主要为玻屑，含量一般20%～70%，其次为晶屑，含量一般15%～45%，含少量岩屑，基质主要为火山灰，多呈玻璃质状态，含量15%～70%。主要矿物成分为透长石、石英，含少量云母。该岩石蒙脱石化现象普遍，质硬而脆，节理裂隙十分发育。

2.1.2断裂 矿区内断裂较发育，主要为2条近南北走向和1条北西-南东向断裂（图 2），F1、F2断裂走向南北，倾向西，倾角在64°～78°，F2为逆断层，F1断层性质不明。这些断裂形成于白垩系下统义县组之后，对义县组的连续性起到了破坏作用，

2.2 矿床基本特征

2.2.1矿体特征 北窝铺矿区膨润土矿体呈层状、似层状，赋存于白垩系下统义县组第一岩性段沉凝灰岩和沉凝灰岩夹凝灰质砾岩中，受沉凝灰岩和沉凝灰岩夹凝灰质砂砾岩控制。矿体总体走向330°左右，东部矿体倾向南西，倾角一般在 5～10°，最大可达20°（图3），西部矿体倾向北东，倾角一般2～5°。

北窝铺膨润土矿床共圈定膨润土矿体33个，其中T2矿体规模较大，走向近南北，倾向南西，倾角一般在5～10°，长约 600m，延伸约300m，埋藏较浅，赋存标高为+248.0 ～+290.0m，延展面积约375 000m2，矿体呈层状，厚4.00～16.00m，厚度变化系数 86%。蒙脱石含量 46.67%～60.25%，平均52.44%，估算资源量100多万t（图3）。

图3. 北窝铺膨润土矿床（区）8勘探线地质剖面图Fig.3 The 8 prospecting line geological profile of Beiwopu bentonite deposit

2.2.2 矿石特征

（1）矿石自然类型及矿物组成：本矿床膨润土矿石主要为块状矿石，其它类型矿石少见。矿石以白色、浅黄绿色为主，灰色、浅粉红色、浅灰绿色次之。矿石具残余凝灰结构、玻屑凝灰结构、含粉砂泥状结构，块状构造，粘土矿物具隐晶质结构，次生变化主要表现为斑脱岩化。矿石具油脂光泽，贝壳状断口，手感滑润，具有遇水易膨胀、溶解，风化后易散解、碎裂、膨胀等特征。

通过岩矿鉴定和X射线衍射物相分析，膨润土矿石主要由蒙脱石、石英、长石、水云母、方英石组成（表1）。蒙脱石含量40%～70%，石英含量一般8%～20%，长石含量12%～27%，水云母2.3%～5.6%，方英石多在1%以下。

为了确定粘土矿物类型及矿物中水的赋存形式，我们对部分膨润土样品进行了差热分析，所测样品均有3个吸热谷，第一吸热谷为蒙脱石在加热过程中逸出大量吸附水和层间水吸热所致，吸热温度在 90～110℃。第二吸热谷也是蒙脱石在加热过程中逸出大量吸附水和层间水吸热所致，吸热温度在160～170℃，这两个热谷组成一个复谷，表明为钙质蒙脱石。第三吸热谷为蒙脱石在加热过程中脱出结构水吸热所致，吸热温度在700～730℃（图4）。

所测北窝铺膨润土矿石样品差热曲线及吸热温度表明矿石均属于钙基膨润土。

北窝铺钙基膨润土差热曲线与新疆柯尔碱膨润土矿块状钙基膨润土及含砾层状钙基膨润土相类似，而与辽宁阜新哈尔套街膨润土矿、新疆柯尔碱膨润土矿块状钠基膨润土、含砾层状钠基膨润土第一吸热谷为单谷的差热曲线有明显区别【6、7】。

表1 北窝铺膨润土矿矿石矿物含量（%）Table 1 Ore mineral content (%)of Beiwopu bentonite deposit

（2）矿石化学组成：矿石主要化学组分为SiO2、Al2O3和水，次为MgO、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O、TiO2等。

（3）矿石工业类型： 对采集的北窝铺膨润土矿床钻孔、探槽和浅井中的膨润土样品进行了阳离子交换性能的测试，代表性的样品测试结果显示（表2），其ECa2+／C E C值均大于50%，确定其矿石工业类型为钙基膨润土【5】。

图4 膨润土样品差热分析曲线Fig.4 Differential thermal analytical curve of bentonite samples

表2 北窝铺膨润土矿床部分矿石阳离子交换量分析结果Table 2 Part ore cation exchange capacity (CEC) analysis result of Beiwopu bentonite deposit

3 矿床控矿因素

（1）地层对膨润土矿床形成的控制作用：北窝铺膨润土矿床主要产于白垩系下统义县组第一岩段中，第二岩段只有少量矿体分布，第三岩段中未见膨润土矿体。矿体呈层状、似层状产出，矿体走向、倾向与围岩一致，受围岩地层控制明显。膨润土矿床受白垩系下统义县组第一岩段控制。

（2）岩性对膨润土矿床形成的控制作用：前已述及，北窝铺膨润土矿区出露地层为白垩系下统义县组第一、第二、第三岩段，主要岩性为红色沉凝灰岩和杂色、灰绿色凝灰质砂砾岩、棕红色流纹质玻屑、晶屑熔结凝灰岩。与蒙脱石矿化密切相关的岩性为沉凝灰岩、凝灰质砂砾岩和流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩。

沉凝灰岩：主要为晶屑凝灰岩，蒙脱石化普遍而强烈，蒙脱石化强度与晶屑凝灰岩含量正相关，地表及浅部蚀变强烈，向深部呈现逐渐减弱的趋势，是本矿区形成膨润土矿床的主要岩石。

凝灰质砂砾岩：其砂、砾物质成分由火山灰组成，蒙脱石化普遍而强烈，也是本矿区形成膨润土矿床的主要岩石。

流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩：流纹质熔结凝灰岩地表及浅部蚀变相对较差，蒙脱石化相对较弱。

1 刁纯才，朱学忠.阜新于寺盆地膨润土矿特征及成因〔J〕.辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2013,32（12）∶1630-1634.

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3 徐忠勋. 辽宁省建平县大梁前膨润土矿地质特征及成矿规律初步研究〔J〕.地球，2012，（9）∶100-101.

4 高恩忆.辽西中生代火山岩中珍珠岩、沸石、膨润土成矿因素探讨〔J〕.辽宁地质，1986,（1）：35-46.

5 国土资源部. 高岭土、膨润土、耐火粘土矿产地质勘查规范[M]. 北京∶ 地质出版社, 2003∶ 1-22.

6 郭明德，宋伟然. 新弧柯尔碱膨润土矿地质待征及矿床成因探讨〔J〕.新疆地质，1986,4（2）∶54-67.

7 李艳兵，崔文龙，隋国舜，等. 阜新哈尔套街膨润土矿特征及其性能研究〔J〕.中国非金属矿工业导报，2012,（2）∶33-35.