江苏盱眙鹰咀山凹凸棒石黏土矿地质特征及成因浅析

周 力，王少华，陈学峥，王一剑，刘志宏

(江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210049)

凹凸棒石黏土是一种以凹凸棒石矿物为主要成分，具有广泛用途的非金属矿产。凹凸棒石矿物具有独特的晶体结构和物化性质造成凹凸棒石黏土具有良好的胶体性能、吸附性能、补强性能以及载体性能，从而被广泛应用于吸附、催化、储能、充填、生物医药以及农业等领域[1-3]。因此，凹凸棒石黏土拥有“千土之王”、“万用之土”等美誉[4]，是一种重要的非金属矿产资源。

鹰咀山凹凸棒石黏土矿位于江苏盱眙西南河桥境内的鹰咀山一带，该矿床发现于1987年，2012年完成了资源储量核查工作。2020年开展了详查工作，提交中型凹凸棒石黏土矿1处。本文依托详查找矿工作，结合前人研究成果，论述了成矿地质背景，总结了矿体地质特征，分析了矿石质量，对矿床成因进行了初步探讨，认为鹰咀山凹凸棒石黏土矿属于内陆湖泊玄武质火山—沉积型矿床。

1 成矿地质背景

鹰咀山凹凸棒石黏土矿位于苏皖凹凸棒石黏土成矿带北东端，在大地构造位置上处于郯庐断裂带的东侧，扬子板块的北东缘(图1)[1]。苏皖凹凸棒石黏土成矿带受北西向六合—女山新生代玄武岩喷溢带控制，带内凹凸棒石黏土矿分布于嘉山、盱眙、六合、仪征等地的新生代构造盆地中[5-6]。鹰咀山凹凸棒石黏土矿所处的盱眙地区是我国最大的凹凸棒石黏土矿集中分布区，矿床(点)众多，截止目前已发现黏土矿床40余处，典型的凹凸棒石黏土矿床包括龙王山、高家洼—梁家洼、白虎山、黄泥山、雍小山以及近年新发现的岗村等，已查明凹凸棒石黏土矿石资源量7 990.6万t[7-8]。

图1 苏皖凹凸棒石黏土成矿带区域地质简图[10]

区域内出露的地层主要有中元古界张八岭群(Pt2zh)、震旦系黄墟组(Z1h)和灯影组(Z2d)，寒武系幕府山组(Є1m)，古近系阜宁组(E1-2f)、三垛组(E3s)，新近系中新统下草湾组(N1x)、上新统桂五组(N2g)，第四系(Q)。新近系地层呈北西—南东向展布，是区域内黏土矿的主要赋矿层位，岩性主要为橄榄玄武岩、气孔杏仁状橄榄玄武岩、泥岩、粉砂岩以及黏土岩等。

区域构造总体上以断裂构造发育、隆起与坳陷相间为特征，褶皱构造不发育。断裂构造主要以北东向、北北东向为主，被后期北西向断裂切割与错断，共同构成了区域构造主要格架，控制了区域隆起与坳陷的空间分布[9]。

区域岩浆岩以新近系玄武岩为主，沿北西向仇集—古城—八百里桥断陷带分布。侵入岩仅见于局部地段，为燕山晚期中—酸性侵入岩。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区出露地层主要为新近系中新统下草湾组(N1x)和上新统桂五组(N2g)，古近系渐新统三垛组(E3s)仅见于钻孔中，第四系广泛分布于岗坡边缘及低洼平地(图2)。

图2 鹰咀山凹凸棒石黏土矿区地质简图

三垛组(E3s)：仅见于钻孔中，为一套内陆河湖相碎屑沉积岩，岩性为棕红色、浅灰—土黄色泥质粉砂岩、中—细砂岩、含砾砂岩。

下草湾组(N1x)：沿岗坡呈环状出露于鹰咀山四周，为区内赋矿地层。下草湾组为一套陆相火山熔岩—湖相沉积建造，产状总体近水平状，岩性主要为深灰—灰黑色气孔—杏仁状橄榄玄武岩、橄榄玄武岩夹泥岩，与下伏三垛组呈角度不整合关系。组内见两层黏土含矿层，即区域上的第Ⅳ、Ⅴ黏土含矿层，中间以玄武岩相隔。

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桂五组(N2g)：呈帽状分布于鹰咀山顶部，构成一种平顶山地貌。桂五组亦为一套陆相火山熔岩—湖相沉积建造，可分为上下两个岩性段，岩性均为橄榄玄武岩、气孔状橄榄玄武岩、气孔—杏仁状橄榄玄武岩，夹薄层泥岩(黏土岩)，与下伏下草湾组呈假整合关系。上下两个岩性段以砖红色泥岩相隔。

第四系(Q)：分布广泛，主要为上更新统，岩性为土黄色、褐黄色粉质黏土，含少量铁锰结核，底部夹有橄榄玄武岩、气孔状橄榄玄武岩等碎块。

2.2 构造

研究区地层倾角平缓，呈近水平层状产出，构造形迹简单，仅见玄武岩的流动构造和小挠曲，未见明显的褶皱或构造错动。此外，矿区玄武岩节理较为发育。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区下草湾组中揭露两层黏土矿层，相当于区域成矿带中的Ⅳ号和Ⅴ号黏土矿层(图3)。其中Ⅳ号黏土矿层连续性好，厚度稳定，矿石类型以凹凸棒石黏土矿为主，次为混合黏土矿，少量膨润土矿；Ⅴ号黏土矿层位于Ⅳ号黏土矿层之上，连续性差，厚度小，存在尖灭再现的特征，矿石类型主要为膨润土矿。

图3 鹰咀山纵I线地质剖面图

Ⅳ号黏土矿层为矿区内主要黏土矿层，见于钻孔中，呈层状—似层状，产状近于水平，略具微波状起伏。矿层NW-SE向控制长1 630m，SW-NE向控制长352～595m(图4)，厚1.22～4.45m,平均厚2.88m，厚度变化系数35.76%，属于稳定矿层。矿层底板赋存标高24.01～32.43m。矿石类型以凹凸棒石黏土为主，混合黏土为次，少量膨润土。其中凹凸棒石黏土全矿区分布，连续性好，厚1.05～4.45m，平均厚2.56m，最大厚度位于矿区中部5线，由5线向北西、南东两侧厚度变小。矿层中有少量夹石，主要分布于7线及其两侧，钻孔控制厚0.87m，呈透镜状，延伸长约307m左右，宽约200m左右，岩性为气孔—杏仁状橄榄玄武岩。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石类型

根据不同黏土矿物的含量，区内黏土矿可划分为凹凸棒石黏土矿、膨润土矿、混合黏土矿三种自然类型；根据物质组分和工业标准主要分为凹凸棒石黏土矿(图5a)和膨润土矿(图5b)两种工业类型，其中凹凸棒石黏土矿主要分布于Ⅳ矿层，占矿石总资源量的78.31%。

凹凸棒石黏土矿石湿时呈浅灰色—灰色，常带绿色色调，干后呈白色带黄色色调，泥质结构，块状构造。在扫描电镜下，可见凹凸棒石矿物具有纤维状晶体形态，其集合体常呈交织状、束状、毡状(图5c、d、e)，局部呈蒙脱石花瓣状假象(图5f)。

3.2.3 矿石矿物成分

根据薄片观察，结合X-衍射分析，矿区矿石的主要矿物成分为凹凸棒石(最高含量达75%)、蒙脱石，次要矿物为石英、长石、白云石、方解石、海泡石、水云母、铁白云石、叶蛇纹石等。

3.2.4 矿石化学成分

凹凸棒石是一种含水的链层状富镁硅酸盐黏土矿物[11]，鹰咀山与邻区的凹凸棒石黏土化学分析结果(表1)[12]表明，凹凸棒石黏土化学成分以SiO2、MgO和Al2O3为主。鹰咀山矿区SiO2含量58.62%，与邻区相似；Al2O3含量11.92%、Fe2O3含量7.36%，略高于相邻矿区；MgO为7.94%，略低于相邻矿区。

表1 凹凸棒石黏土矿石化学成分表 (单位：%)

3.3 矿石的物化性能和工艺性能

黏土矿石的质量主要取决于矿石的物理—化学性能及其工艺性能，即矿石的吸附性能和胶体性能[12]。本矿区凹凸棒石黏土矿石质量评价指标主要为吸蓝量、原土脱色力、4%HCl活化后脱色力、造浆率。吸蓝量18.80～62.52mmol/100g，平均31.30mmol/100g；原土脱色力66.50～116.12，平均85.42；4%HCl活化后脱色力161.70～345.98，平均259.07(表2)。矿石饱和盐水造浆率4.35～6.24m3/t，平均5.26 m3/t,达胶体级工业要求。矿区凹凸棒石黏土脱色力和造浆率数值较高，说明矿石吸附性能、胶体性能良好，矿石质量高。

表2 鹰咀山矿区凹凸棒石黏土分析结果统计表

4 矿床成因

4.1 成矿特征

矿区凹凸棒石黏土矿层呈层状、似层状和透镜状，赋存于火山喷发间歇期的黏土沉积层内，具有典型的泥质碎屑结构，凹凸棒石黏土矿与非矿黏土无截然界线，可见凹凸棒石黏土矿、含凹凸棒石黏土岩、粉砂质黏土岩、泥质粉细砂岩呈渐变过渡，需通过物化性能分析区别矿与非矿，显示出明显的沉积特征。

4.2 沉积环境

易发成等[13]通过详细的野外观察，结合地球化学手段，对苏皖地区凹凸棒石黏土矿床的沉积环境进行了研究，得出苏皖地区凹凸棒石黏土矿床形成于碱性、还原、低盐度的浅水湖相环境的结论，这与笔者本次的研究结果相一致。

区域地质资料显示，盱眙地区除佛窝隆起外在中新统下草湾期为大面积沉积区，其中河桥—兴隆和穆店—莲塘为两个沉积中心区[12]。区域上凹凸棒石黏土矿床均位于沉积区内，矿床分布面积不大，多在数十平方公里以内，凹凸棒石黏土矿层呈水平展布，在横向上赋矿标高变化较大，推测矿床形成于各个相对孤立的小盆地内。鹰咀山凹凸棒石黏土矿石呈灰绿色、青灰色，反映其形成于还原环境。矿区凹凸棒石黏土矿pH值测定结果8.37～8.81，平均8.53；蒙脱石黏土pH值8.06～8.37，平均8.26，说明区内凹凸棒石黏土和蒙脱石黏土均形成于碱性的水介质环境中， pH值的增高有利于蒙脱石向凹凸棒石转化。矿区凹凸棒石黏土矿层微量元素Sr/Ba比值为0.3，与高家洼—梁家洼矿区基本一致，表明凹凸棒石黏土层形成时水体的盐度较低[12]，属内陆湖盆沉积环境。因此，鹰咀山凹凸棒石黏土矿亦是形成于水介质条件为碱性、还原、低盐度的内陆湖盆沉积环境。

4.3 成矿物质来源

区域上，凹凸棒石黏土矿分布于新生代构造盆地，盆地内沉积了一套湖相碎屑岩并夹有多层玄武岩[5]，矿床(点)分布于玄武岩火山口的周围，与玄武岩的分布基本一致，说明凹凸棒石黏土矿与玄武岩关系密切。鹰咀山矿区黏土沉积层底板为下草湾组气孔状、杏仁状玄武岩，玄武岩顶部黏土化强烈，与含矿层黏土岩呈渐变过渡关系，说明含矿黏土岩可能由玄武岩风化、蚀变而来[14]。同时凹凸棒石黏土在显微镜下可见玄武岩岩屑，证明其与新近系玄武岩具有一定的继承性。陈天虎[1]对苏皖地区各类玄武岩以及玄武岩风化壳型黏土、凹凸棒石黏土等进行了稀土元素以及锶、钕同位素研究，结果表明玄武岩是苏皖地区凹凸棒石黏土矿床的成矿母岩，该黏土矿床的形成与玄武岩的风化、沉积有着密切的成因联系。

综上所述，鹰咀山凹凸棒石黏土矿发育在内陆湖泊火山—沉积盆地，距火山口较近，成矿物质来源于火山喷发玄武岩和火山碎屑岩的水解、水体搬运、结晶分异、淀积成矿[14]，属内陆湖泊玄武质火山—沉积型矿床。

5 结论

(1)鹰咀山凹凸棒石黏土矿位于苏皖凹凸棒石黏土成矿带的北东端，赋存于下草湾组玄武岩之间的黏土岩夹层中。

(2)矿区凹凸棒石黏土矿石具有泥质结构、块状构造，矿物成分以凹凸棒石和蒙脱石为主，化学成分主要为SiO2、MgO、Al2O3，其吸附性能和胶体性能良好，矿石质量较高。

(3)矿床成矿特征、沉积环境、成矿物质来源显示鹰咀山凹凸棒石黏土矿属内陆湖泊玄武质火山—沉积型矿床。