和龙市福洞沸石矿床地质特征及成因浅析

刘 吉

（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033)

1 矿区地质特征

1.1 矿区地层

福洞沸石矿位于吉林省和龙市福洞镇南4．5km处，大地构造位置处于中朝准地台(Ⅰ)、吉南台隆(Ⅱ)、铁岭—靖宇—和龙台拱(Ⅲ)、和龙断块(Ⅳ)北东端。矿区位于北西向构造—福洞断向斜盆地之东南端西南边缘。

矿区出露地层简单，为中生界下白垩统长财组(K1c)和新生界第四系冲积、坡积层(Q4)。矿区地层由老至新出露特征如下。

(1) 长财组(K1c)。

根据岩性特征，矿区内长财组分为四层，分别如下所示。

凝灰质泥岩、凝灰质砂岩、凝灰质角砾岩层(K1c1)：该层为矿体底板，仅在矿区南部边缘出露，厚度约90m，该层总体产状与矿体产状基本一致。岩性为灰绿色凝灰质泥岩、灰绿色凝灰质砂页岩、浅绿色凝灰质角砾岩。

火山碎屑角砾岩层(K1c2)：该层为矿体含矿层位，分布于矿区中部，东矿体厚度为30m，西矿体厚度为65m，此层总体走向为80～105°，倾向为北北西和北北东，倾角一般为13～25°。西矿体岩性较为复杂，该层上部为白色凝灰角砾状沸石岩，个别为浅绿色角砾状沸石岩；中部为猪肝色沸石化凝灰角砾岩；底部为红褐色角砾状沸石岩。东矿体岩性单一，皆为红褐色角砾状沸石岩。

砂砾岩层(K1c3)：该层为矿体顶板，仅在矿区北部两个矿体北侧出露，厚度约20m，其产状与矿体产状基本一致，走向一般为80～103°，倾向为北北西向和北北东向，倾角20°。岩性为杂色砂砾岩，主要由砾石和砂组成。

安山岩层(K1c4)：该层分布于矿区北部边缘，厚度约30m，其产状变化较大，走向一般15～145°，倾向285～55°，倾角45～57°。岩性为灰黑—深绿色，少斑结构，基质具交织结构，流动构造、块状构造，斑晶由拉长石构成，其余绝大部分为基质。

(2) 第四系冲积、坡积层(Q4)。

冲积层：分布于矿区两大冲沟中，一般厚度为3～6m，个别处大于6m，岩性主要由砂、砾石组成，还有少量粘土。

1.2 矿区构造

以中原沟为轴线的向斜构造形成了矿区的基本构造形态。矿区未见大的断裂构造，受区域构造影响局部矿体内见有短距离小错动和矿体破碎带。矿体内部岩层层理较明显，节理和裂隙比较发育，节理和裂隙方向无明显的规律性，主要节理近于垂直岩层走向，地表裂隙发育，裂隙率一般4．0%～5．6%，深部裂隙不发育，整个矿床裂隙率＜3%。

1.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩不发育，仅在矿区北部边缘见有安山岩。

2 矿床特征

2.1 矿床规模及矿体特征

矿床东西长1 100m，南北平均宽500m，分布面积约0．55km2。矿床被中原沟分成东、西两个矿体。

西矿体南北长600m，东西宽350m，总厚度65m，矿层厚度变化系数为47．34%。产状变化不大，矿体走向100～115°，倾向北北东向，倾向13～25°，地表出露呈椭圆形，从空间上看呈似层状，矿体中心处厚度大，沿走向两侧逐渐变薄，沿倾向延伸厚度较稳定。

东矿体东西长550m，南北宽西部为450m，东部为100m，平均宽250m，总厚度30m，矿层厚度变化系数为39%。矿体产状较稳定，其走向70～80°，倾向北北西向，倾角20～25°，地表出露呈长条形，东西向展布。从空间上看呈似层状，矿体中心处厚度大，沿走向向两侧逐渐变薄，沿倾向延伸厚度较稳定。

2.2 矿石自然类型及物质成分

矿石类型简单，依其结构构造，碎屑含量及矿物成分的不同，将矿石分为白色凝灰角砾状沸石矿、猪肝色凝灰角砾状沸石矿、红褐色凝灰角砾状沸石矿三种类型。

(1) 白色凝灰角砾状沸石矿。

主要分布在西矿体北部。颜色呈白色、浅绿色，夹有少量肉红色矿物颗粒。硬度不大，岩性较脆，角砾状碎屑凝灰结构，层状构造。

岩石由角砾(约占10%)、玻屑(约占40%)、晶屑(约占10%)及火山灰(约占40%)组成，除晶屑外几乎全部蚀变为沸石，沸石含量55%～60%。

角砾为火山熔岩基质和玻屑，其中火山熔岩基质可见似珍珠状裂理，但已被沸石交代。角砾呈棱角状，粒径大小不一，一般为2～4．8mm；玻屑一般呈尖角状，粒径大小不一，一般为0．4～2mm，分选性差，已被强沸石化；晶屑为中长石、钠长石、透长石和石英，呈尖棱角状，粒径大小不一，一般为0．04～2．2mm，晶体表面未受蚀变，胶结物由火山灰和玻屑组成。

(2) 猪肝色凝灰角砾状沸石矿。

主要分布在西矿体中部。颜色呈猪肝色、紫色，岩性致密坚硬，角砾凝灰结构，层状构造。

岩石由角砾(约占60%)、晶屑(约占10%)、火山灰胶结物(约占30%)等组成，除晶屑外全蚀变为沸石，沸石含量40%～60%。

角砾成分以玻屑凝灰岩为主，其次为火山熔岩的基质，角砾粒径大小不一，一般为2～8mm；胶结物为火山灰和玻屑凝灰岩的砂状碎屑；晶屑为少量斜长石、透长石和石英晶屑组成。

(3) 红褐色凝灰角砾状沸石矿。

为本矿床矿体的主要组成部分，分布在西矿体南部和整个东矿体。颜色呈红褐色、粉红、白色，砂砾状凝灰结构，流动构造。

岩石由角砾(约占30%)、火山灰(约占50%)、玻屑(约占15%)及晶屑(约占5%)组成，除晶屑外全部蚀变为沸石。

角砾由玻屑和流纹岩组成，其中玻屑角砾强烈沸石化，流纹岩则有选择的交代，角砾呈夹角状，粒径大小在2．00～10．00mm，晶屑由石英、长石组成，其粒径＜2mm。玻屑、晶屑和火山灰一起组成胶结物，呈基底式胶结。沸石含量约占50%～70%，斜发沸石多和钾长石的分解物混合在一起，故矿石的颜色呈红褐色。

上述三种类型矿石，据X-射线衍射与岩矿鉴定结果得出主要矿物为沸石、石英、长石及蒙脱石。沸石含量一般为40%～60%，最高达65%，以斜发沸石为主，还有少量的丝光沸石、片沸石、蚀沸石等。东矿体沸石含量比西矿体高。一般来说随着沸石含量的增高，蒙脱石含量也增高，而石英和长石则减少。X-射线衍射分析结果见表1。

表1 斜发沸石X-射线衍射分析结果

2.3 矿石化学成分

矿区沸石岩平均化学成分结果：SiO271．36%、Al2O313．52%，硅铝比值为5．3；CaO 2．83%、MgO 0．82%、K2O+Na2O 4．48%，K2O/Na2O比值为1．8。从以上数据分析，矿区沸石为高硅富铝型沸石矿。矿石多项分析结果见表2。

矿石光谱半定量分析结果测定49种元素中仅含26种元素。这些元素中有的为家禽、家畜生长所需的微量元素，即为钙、磷、钾、钠、氯、镁、铜、铁、锰等多种元素，把沸石矿作为生产矿物饲料添加剂是很好的原料。光谱半定量分析见表3。

2.4 矿石质量特征

矿石主要为凝灰角砾状沸石岩。其中白色凝灰角砾状沸石岩和红褐色凝灰角砾状沸石岩质量最好，前者吸铵值一般＞100mmol/100g，高者可达127mmol/100g；后者吸铵值一般＞110mmol/100g，高者可达147．82mmol/100g，其次为猪肝色强沸石化凝灰角砾岩，吸铵值一般为80～100mmol/100g。矿石吸铵值变化系数为：西矿体12．66%；东矿体11．28%。矿石吸铵值变化幅度为西矿体变化幅度较大，东矿体质量较稳定。矿石质量变化幅度见表4。

表2 矿石多项分析结果 (单位：%)

表3 光谱半定量分析结果 (单位：%)

表4 矿石质量变化幅度

吸铵值沿倾向除个别地段地表和深部无变化以外，大部分深部比地表工程的样品吸铵值高，其原因是地表与深部风化程度不同。矿石在地表与深部质量变化见表5。

表5 矿石在地表与深部质量变化

采用松江水泥厂硅酸水泥熟料(强度在425kg/cm2以上)做胶砂强度比试验，28天胶砂强度比：西矿体为60．30%～87．20%。仅一个样品由于组合进夹层样而低于指标外，余者均满足指标要求；东矿体为65．40%～78．70%。矿体吸铵值和胶砂强度比平均值统计见表6。

矿石火山灰性试验所做样品均合格：SO3含量在0．000%～0．142%，一般含量在0．004%左右，均低于指标要求。该矿石质量较佳。

表6 矿体吸铵值、胶砂强度比平均值统计

3 矿床成因与成矿规律

3.1 矿床成因

本区在晚侏罗世和早白垩世初时形成了福洞断陷盆地，成为开放水系式淡水湖，沉积了较早的含煤地层。到早白垩世中期，由于燕山构造运动盆地附近火山活动较为强烈，所形成的流纹岩、凝灰岩、凝灰角砾岩及珍珠岩等，在水盆地中受到火山活动所产生的汽液作用、成岩作用和湖水水解作用等因素，在一定的压力、温度、适当水介质的条件下，使其所含的火山玻璃蚀变脱玻而成沸石。由于火山碎屑岩玻璃成分较高，孔隙度大，水介质活动方便，故蚀变完全，形成沸石岩。矿石中沸石含量一般为55%～60%。在成岩与成矿过程中，还夹有少量陆源碎屑物及火山灰，其长轴定向排列，显示了沉积层理的特征。

在矿体中还夹有少量致密坚硬的角砾凝灰岩和凝灰质砂岩层，由于所含火山碎屑成分复杂，而且大部分是非玻璃质的，所以就不易形成沸石岩，仅在所含的少量火山玻璃中产生沸石化。

本区的沸石岩矿化条件，有以下几点。

(1) 压力和温度：本矿区的沸石岩密度小，主要为含水较多的斜发沸石和丝光沸石，由此可证明是在压力一般，常温条件下蚀变成矿的。因为高温高压条件下沸石可变成无水的铝硅酸盐矿物—长石。

(2) 水介质的条件：本区的沸石岩属高硅沸石种类，成矿介质为中性至弱碱性，pH值为7～9。

(3) 火山玻璃物质：火山玻璃具有较高的自由能，成分与沸石比较接近，因而在适当的条件下较易经过水化、水解、结晶三作用阶段转化成沸石，故火山玻璃为生成沸石的主要原始物质。

根据区域和矿区的断裂构造，断陷盆地，火山活动，矿石物质成分、结构、构造等分析，该矿床成因类型为陆相火山碎屑岩沉积变质型矿床。

3.2 成矿规律

根据本矿区矿床地质特征、矿床成因以及和省内其他典型矿床剖析得知，沸石矿的成矿地质条件相似，综合其成矿规律如下。

(1) 沸石矿受中生界以来地质构造所控制(区域性的深断裂构造控制)，中生代盆地的带状分布控制了成矿的主要地质环境。本区为福洞断陷盆地，是受中生代中期形成的西向深断裂构造控制的，此深断裂构造是与成矿有关的火山岩岩浆的主要通道，矿体赋存的部位集中在断陷盆地的边缘，火山口附近。

(2) 沸石矿的成矿具有明显的受时控和层控特点，主要成矿时期集中在早白垩世，含矿层位为下白垩统底部西山坪组和长财组，本矿区为长财组。

(3) 含矿建造及成矿原岩的特点：具有工业意义的含沸石矿建造主要为含煤火山沉积碎屑岩，故下白垩统煤系地层是很好的找矿方向。

(4) 含矿火山碎屑岩的化学成分特点是高硅(SiO2一般为70%～75%)富碱(K2O+Na2O一般为6%～10%)，全玻璃质岩石最利于成矿。

4 找矿方向和远景评价

4.1 找矿方向

(1) 地层时代：中生界下白垩统西山坪组和长财组地层为找矿方向。

(2) 断陷盆地：断陷盆地有利于形成淡水湖，故创造有利的地质环境。

(3) 断裂构造：较多的断裂构造成为火山爆发、火山喷溢的有利通道。

(4) 火山活动：在燕山后期岩浆活动区，有利于形成火山碎屑的沉积。

(5) 含煤火山沉积碎屑岩，为周边地区找寻沸石矿的重要方向。

4.2 远景评价

本矿床是断陷盆地淡水湖火山碎屑物沉积蚀变而成的，成矿地层长财组在本断陷盆地中广泛分布，在本矿床的北部、西部长财井附近皆见有沸石矿点出露，由此可见矿区外围具有一定找矿远景。在福洞东南部、南阳村、南沟山村、土山子西部为很好的找矿远景区。