河南省信阳上天梯钙质膨润土矿床地质特征及成矿规律研究

史亮，原妲丽

（河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，河南郑州 450002）

上天梯非金属矿区于上世纪70年代建立，探明的非金属矿资源储量位于全国前列［1-2］。上天梯膨润土矿床大地构造位置处于昆仑-秦岭地槽褶皱带东延部位，大别山隆起北侧，北部跨中、新生代信（阳）—罗（山）盆地南缘，位于河南省南部信阳市平桥区和罗山县交界处［3-4］。本次可通过对信阳上天梯膨润土矿区矿床地质特征的详细归纳，进一步总结矿床成矿规律，提高对本区膨润土矿的研究程度。

1 区域成矿地质背景

区域内出露的地层主要为中生界白垩系，岩层大致呈近东-西向展布。区内第四系发育，基岩出露面积较小。东秦岭-大别造山带构造复杂，对岩浆岩和矿产分布具有明显的控制作用。区内北西西向龟（山）-梅（山）断裂、桐（柏）-商（城）断裂和定远-八里贩断裂纵贯全区，具长期活动性和继承性，且与近南北向断裂构成网格状构造体系，控制着该区不同沉积建造、变质相带、岩浆岩带的展布［5-8］见图1。

图1 区域断裂构造简图Fig.1 Regional fracture structure diagram

龟山-梅山断裂（简称龟梅断裂）西接陕西商丹断裂，为一条强弱应变域呈左行书斜式排列的韧性剪切带，构成北秦岭造山带与中秦岭陆棚陆坡带的分划界线［7-8］。八里畈断裂为中秦岭陆棚陆坡带与大别高压-超高压变质带的界线断裂，发育宽度变化很大的角闪质、长英质糜棱岩带［9］。桐柏-商城断裂为泥盆系南湾组与震旦系-奥陶系下统肖家庙岩组之间的边界断裂［10］。北东向、南北向断裂横切北西向构造带的北东、南北断裂发育。一系列北东向断裂与北西向龟-梅断裂交汇控制了中生代火山活动中心，是火山盆地边缘断裂；与桐-商断裂交汇控制了灵山、新县、商城三大花岗岩体的侵位，造成了大型花岗岩岩基东西向成带、单个岩体轴向北东的就位特征。区内北西向和横切造山带的北东向断裂控制了中生代火山-侵入岩浆活动，也控制了区内与中生代岩浆作用有关矿床的展布［10-12］。

2 矿床地质特征

上天梯矿区出露地层主要有白垩系陈棚组喻楼段以及白垩系周家湾组见图2。矿区总体构造格架为倾向北东的缓倾斜的单斜构造。矿区中部杨家湾矿段为NEE向倾伏，开阔的倾伏向斜构造，盆状凹陷是矿区的重要控岩构造。断裂构造相对发育，主要发育有F8、F22断裂。

F8断层为矿区最大的断裂构造，属压扭性断层，总体走向为南西-北东向，具明显的反“S”形的弯曲形态。F8断层西盘相对上升，东盘下降。断层造成地层平面断距1.5 km～2km。F22断层属隐伏断层，位于F8断层东南侧一带，呈北东-南西走向，紧靠熔岩盆，控制了熔岩盆西端的形态，属熔岩形成之前的断裂构造，对珍珠岩及膨润土矿体没有破坏作用。

图2 矿区地质构造简图Fig.2 Mining area geological structure diagram

褶皱构造主要发育为马鞍山-军冲倾伏向斜构造，为北东东倾伏的、开阔的倾伏向斜构造，南翼地层为K1C4-1-K1C4-3，北翼地层被F8断层切断，杨家湾火山熔岩盆的空间分布和形态与此向斜构造相吻合。上天梯矿区岩浆活动频繁，随着岩浆侵入、火山喷发，形成酸性—基性的侵入岩和火山岩类。地表出露的侵入岩主要是海西期中粒斜长花岗岩。

上天梯钙质膨润土矿体主要赋存于白垩系下统陈棚组杨家湾段（K1C5）火山熔岩内的膨润土矿空间上，与赋存于晚白垩世周家湾组的沉积型膨润土矿互相迭置共生，并与流纹岩共同组成火山熔岩体。熔岩体断面形态呈“盆”状，故称“熔岩盆”见图3，熔岩盆的形态受岩浆溢出前古地形的控制。

熔岩盆平面位置处于陈棚组上天梯段凝灰质页岩的顶部，即其底板全为凝灰质页岩。熔岩盆之上覆盖有白垩系上统周家湾组砂砾岩和粘土岩，二者呈不整合接触关系。膨润土矿层一般位于熔岩盆底部、顶部和边部，形成熔岩盆的“盆底”和“盆边”见图3；珍珠岩处于熔岩盆的中部，往往被膨润土矿层所围包，矿体形态呈岩“盆”状；流纹岩多位于熔岩盆顶部，成为珍珠岩、膨润土的盖层。上天梯矿区范围内分布着大小三个熔岩盆，钙质膨润土矿体与珍珠岩矿体共生于杨家湾熔岩盆内，各矿体大小不等，钙质膨润土最大矿体为P-6矿体见图4。矿石结构简单，常见结构为变余凝灰质结构、残余玻屑结构、沉凝灰质结构、显微微晶结构。矿石以块状构造为主，偶见珍珠状构造。上天梯矿区内的蚀变主要表现为酸性火山玻璃质的水解、脱玻化和沸石化。

图3 146勘探线剖面示意图Fig.3 146 exploration line profile sketch

图4 P-6矿体剖面示意图Fig.4 P-6 orebody profile sketch

4 成矿规律研究

4.1 矿体时间分布规律

信阳地区膨润土矿有两类成因，成矿时代也有所不同。酸性熔岩水解型膨润土矿位于珍珠岩底部，由珍珠岩水解脱玻形成，成矿时代同珍珠岩，钾—氩法测定岩石年龄为122.7Ma［10］。

4.2 矿体空间分布规律

信阳地区膨润土矿均产于大别山北麓中生代火山岩带西部，其大地构造位置处秦岭褶皱系东段，大别隆起北侧。目前所发现的珍珠岩、沸石、膨润土矿均产于中生界白垩系下统陈棚组和上统周家湾组火山岩中。中生代火山岩系分布区是寻找珍珠岩、膨润土等非金属矿产的前提。中生代火山沉积盆地是矿床产出的主要构造条件，上天梯矿区位于信阳盆地边缘，受火山机构控制明显，珍珠岩、岩溶型沸石及钙质膨润土多分布在火山口或其附近，属火山颈相或近火山口相。

钙质膨润土矿主要赋存于陈棚组上天梯段及杨家湾段，是珍珠岩脱玻后原地形成的次生蚀变矿产（双桥段膨润土系安山岩脱玻形成），矿体展布与珍珠岩一致呈近东西向展布，沿F8断层东侧往南延伸，折向正东，总体呈“Z”字型串珠状排列。其矿体一般分布在珍珠岩与围岩的上、下接触带；分布在上接触带的膨润土的盖层有砂砾岩，沸石矿、流纹岩等，底板是珍珠岩；分布在下接触带的膨润土矿体皆以凝灰质页岩为底板，局部包裹有脱玻化、强脱玻化珍珠岩和流纹岩。上部膨润土与流纹岩呈过渡接触关系。膨润土矿体的形态多样，有似层状、盆壳状、舌状、透镜状等。顶、底板膨润土与珍珠岩及围岩接触带产状一致，与小断裂有关的膨润土与断层的产状一致。膨润土矿的分布规律与珍珠岩的脱玻化规律相同。

5.3 矿床共生规律

豫南大别山北麓中生代火山岩形成的珍珠岩、膨润土、沸石、含碱玻璃原料矿床同属于酸性岩浆喷溢的产物。早白垩世火山活动的晚期，以裂隙式火山喷溢为主，形成了流纹岩、珍珠岩。火山喷发形式是裂隙式—中心式，所以沿龟山一梅山断裂的两侧形成一个个的喷发中心，火山岩呈近东西向展布，形成的矿床呈串珠状排布的特点。大别山北麓在燕山期转为大陆边缘活动带，形成中生代断陷盆地，并伴有强烈的火山活动，形成区域性陆相火山建造，是矿床形成的基础。上天梯矿区与中生代火山岩有关的非金属矿产为中生代火山岩的专属性矿产，均赋存于中-酸性火山岩，往往是多种矿产叠置共生一起，甚至顶、底毗邻，形成综合性矿床，大多数矿产有多种成因和多个赋存层位。主要成因类型有火山熔岩型、火山熔岩蚀变型、火山碎屑岩型、火山岩脱玻化蚀变型和沉积型。各非金属矿产之间有“因果”关系和“裙带”关系。一种矿产受后期蚀变可能转化为另一种矿产。如珍珠岩蚀变可生成沸石矿和钙质膨润土矿，沸石矿和含碱玻璃原料脱玻化可形成钠质膨润土，钠质与钙质膨润土可互相自然改型等。按照上述矿床的共生规律，往往找到一种非金属矿产，也同时存在找到共生的其他非金属矿产的可能。

5.3 成矿物质来源分析

与珍珠岩有关的钙质膨润土是酸性火山玻璃在碱性水介质条件下脱玻化（蒙脱石化）的产物［13-14］，矿区内钙质膨润土矿体多产于珍珠岩与下覆凝灰质页岩的接触处，或第三系砂砾岩的下部，凝灰质页岩属隔水层，在其上部易蓄存水介质，砂砾岩是水盆地的沉积产物，这些部位就为珍珠岩的全脱玻化提供了充足的水介质条件。以中-酸性火山玻璃或碎屑为主的岩石是膨润土矿层的先决物质条件。前期，火山喷发大量火山灰沉积形成凝灰岩，由于碱性水介质的长期侵蚀、水解形成钠质膨润土矿；后期，由于火山喷溢，酸性熔岩形成珍珠岩，而后经过脱玻化作用，使玻璃质分解，形成钙质膨润土矿。

矿区内膨润土pH值在7.6～9.8之间，在此稳定碱性水介质环境中，酸性火山玻璃水解并凝聚形成具有高氧化—还原电位的硅铝溶胶，并从珍珠岩中萃取出碱金属离子Na+，K+及OH-，在开放体系碱性环境，溶液（或溶胶）中铝硅阴离子团和介质中碱土金属离子Ca2+，Mg2+结合，在原地脱水形成钙质蒙脱石。Na+，K+及OH-在火山玻璃水解时进入溶液，使介质的pH值升高，增加了介质的水化学势，使火山玻璃的水解和蒙脱石的形成速变加快，珍珠岩脱玻形成膨润土后，碱金属被带出珍珠岩而进入水溶液，碱土金属进入膨润土。野外观察到膨润土呈变余珍珠构造，膨润土分布在珍珠状裂隙中，都说明酸性火山玻璃的水解及膨润土的形成是在原地进行的。

5 结论

本文通过对信阳上天梯钙质膨润土矿床进行研究，总结出如下结论：

（1）钙质膨润土矿赋存于中生界白垩系下统陈棚组和上统周家湾组地层中，成矿作用主要受酸性岩浆喷溢、火山岩脱玻化蚀变和沉积等作用控制，膨润土矿的形成、分布和富集与中生代火山岩、火山基底地层岩性及成矿时期的微地貌的分布有关。

（2）矿石具变余凝灰质结构、残余玻屑结构、沉凝灰质结构、显微微晶结构；矿石化学成分在不同埋深存在较明显差异，地表矿化强于深部，矿质（蒙脱石含量）与化学成分关系极为密切。另外，各层之间也存在一定差异。

（3）成矿物质来源主要是以中生界白垩系中-酸性火山玻璃或玻屑为主的岩石，经过脱玻化作用和沉积作用而形成膨润土。

（4）通过上天梯膨润土矿床地质特征的系统归纳，详细分析了膨润土矿的控矿因素，初步总结了膨润土矿成矿规律。

通过本文成矿规律总结，为上天梯膨润土矿成矿体系的建立做了有益的补充，为上天梯膨润土矿扩大找矿成果指明了方向。