河南上天梯膨润土矿床类型特征及找矿方向探讨.pdf

13 2023 年第 4 期 中国非金属矿工业导刊 总第 160 期【矿产资源】河南上天梯膨润土矿床类型特征及找矿方向探讨魏鸿1，赵金洲2，徐刚1(1.河南省第三地质大队有限公司，河南 郑州450016；2.河南省第五地质大队有限公司，河南 郑州450016)【摘要】上天梯膨润土矿位于昆仑秦岭地槽褶皱带东延部位，大别山隆起北侧，是火山岩受不同水介质、不同物理化学条件的作用形成。通过分析区内矿床地质特征和测试矿石阳离子的碱性系数，矿区内的膨润土矿床分为钙质和钠质类型，并对不同类型矿床成因进行了探讨，指出区带上中、新生代盆地及中性、酸性火山岩分布区，具有进一步的找矿前景。【关键词】膨润土；矿床类型特征；找矿方向；上天梯【中图分类号】P619.255 【文献标识码】A【文章编号】1007-9386(2023)04-0013-04Deposit Type Characteristics and Prospecting Direction for Bentonite in Shangtianti,Henan ProvinceWEI Hong1,ZHAO Jin-zhou2,XU Gang1(1.Henan Province No.3 Geological Brigade Co.,LTD.,Zhengzhou 450016,China;2.Henan Province No.5 Geological Brigade Co.,LTD.,Zhengzhou 450016,China)Abstract:The upper ladder bentonite mine is located in the eastern extension of the Kunlun-Qinling ground trough fold zone,and in the north of the Dabie Mountains Rise,which volcanic rock is formed by the action of different aqueous media and different physical and chemical conditions.By analyzing the geological characteristics of the deposit and testing the alkaline coefficient of ore cation,the bentonite deposits are divided into calcium and sodium types,and discusses the origin of different types of deposits,and points out that the middle and Cenozoic basins and neutral and acid volcanic distribution areas in the zone have further prospecting prospect.Key words:bentonite;deposit type characteristics;prospecting direction;Shangtianti膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物成分的黏土矿产，广泛应用于石油、铸造、钻探、冶金、化工、纺织、日用品等行业1-4，近年来市场需求旺盛，经济价值日显5。上天梯膨润土矿区历经多年开采，剩余资源愈来愈少，寻找后续接替资源已是当务之急。前人对上天梯膨润土矿从多个层面开展了研究工作，如史亮等6侧重于对区内钙质膨润土矿床的成矿规律进行了研究，另外还有其他较多的矿石加工矿物学研究7及实际应用研究8，但对该区膨润土的类型成因及找矿方向缺少系统研究。本文通过对比分析和总结各类型矿床地质特征、成因，对在本区周边寻找和评价类似矿床提供借鉴。1区域地质背景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9。区域内主要分布白垩系地层，仅在南部见上元古界龟山岩组的片岩系10。白垩系分为下统陈棚组和上统周家湾组，陈棚组为一套中酸性火山岩系，包括火山碎屑岩、火山熔岩和火山碎屑沉积岩；周家湾组为内陆湖泊相沉积红层。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11。2矿区地质特征矿区出露地层主要有白垩系陈棚组喻楼段(K1c3)、上天梯段(K1c4)、杨家湾段(K1c5)以及周家湾组(K2z)(图 1)6。喻楼段(K1c3)为含砾晶屑凝灰岩，凝灰质粉砂岩，岩屑晶屑凝灰岩；上天梯段(K1c4)为一套火山碎屑沉积岩，是矿区非金属矿产的主要赋存层位，倾向北东，倾角815；杨家湾段(K1c5)【作者简介】魏鸿(1987-)，男，地质工程师，长期从事地质找矿及研究，E-mail：。【引文格式】魏鸿,赵金洲,徐刚.河南上天梯膨润土矿床类型特征及找矿方向探讨 J.中国非金属矿工业导刊,2023(4):13-16,47.14为流纹岩、珍珠岩，流纹岩厚度 5 80m，流动构造明显，流面产状受古地形影响，一般倾角较缓。该层上部有厚度不大的角砾状流纹岩，其角砾为同生自碎角砾，珍珠岩呈层状、交错层状伏于流纹岩下部。周家湾组(K2z)为流纹岩珍珠岩建造，属陈棚组末期大规模火山喷溢的火山熔岩产物。底板则为凝灰质页岩13。有时也覆于珍珠岩矿体之上，或将珍珠岩矿体全部包裹，其顶板为周家湾组砂砾岩与粘土岩(图 2)。表 1上天梯矿区膨润土属型、成因类型一览表属型 钙质 钠质及过渡类型 成因 火山熔岩脱玻化蚀变型 火山碎屑 类型 酸性熔岩脱 中性熔岩脱沉积型岩蚀变型 玻化蚀变型 玻化蚀变型 P-1、3、4、NP-、矿体号 5、6、22、23、NP-P-24、25、26、IV、V、27、D-I、H、V、NP-、X、XI、VI、VI1 第四系亚粘土、砂、砾石2 上白垩统周家湾组3 下白垩统陈棚组杨家湾段4 陈棚组上天梯段凝灰质页岩5 陈棚组上天梯段凝灰岩夹沸石岩6 陈棚组上天梯段粗面凝灰岩7 陈棚组喻楼段8 陈棚组双桥段9 泥盆纪英云闪长岩10 珍珠岩矿体11 膨润土矿体及编号12沸石矿体及编号13断层及编号14勘探线及编号图 1上天梯矿区地质简图褶皱构造有马鞍山军冲倾伏向斜构造，具北东东倾伏、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。矿区自西北至东南分布着大小三个熔岩盆，盆状凹陷是矿区的重要控岩构造，膨润土矿体赋存于熔岩盆内。断裂构造相对发育，发育有 F8、F22 等断裂。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，断层西盘相对上升，东盘下降，造成地层平面断距1.52.0km。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，对膨润土矿体无破坏作用。3矿床地质特征本区中生代火山岩受不同水介质、不同物理化学条件的作用，形成不同成因类型的膨润土矿床12，按属型和成因类型划分(表 1)，各类型具有不同矿床地质特征。3.1 酸性熔岩脱玻化蚀变型膨润土矿床主要赋存于下白垩统陈棚组杨家湾段(K1c5)火山熔岩内，是珍珠岩脱玻化原地形成的次生蚀变产物，矿体一般围绕珍珠岩矿体分布，多位于珍珠岩矿体下部，成为珍珠岩矿体的底板，膨润土矿体的该 类 型 矿 体 共 13 个，P-6 规 模 最 大，整 体形态呈不规则开阔岩盆状，矿体长度 1400m，宽 440 1018m，矿 层 厚 一 般 10 27m，最 厚达 99m；其余矿体长、宽分别为 100 800m 和100 340m，矿层厚度数米至 20m。矿体中有少量流纹岩等夹石。矿石湿态呈粉红色、白色，干后均为白色。土状光泽，显微微晶结构，变余凝灰结构；土状块状构造，并往往残留有变余珍珠状构造。矿石的主要矿物成分为蒙脱石，含量一般60%80%，局部 90%；次要矿物为粘土矿物、方英石、火山灰、火山玻璃和沸石等。矿石湿压强度一般为 0.3 0.65kg/cm2，最高达0.9kg/cm2，按照铸造工艺要求，相当于 1、2 级；胶质价一般 40%100%。矿石质量与蒙脱石含量呈正相关关系，愈往深部、湿压强度与胶质价愈高，矿石质量愈好。矿石的工艺性能和化学成分见表 2、表 3。矿石经阳离子代换量测试，ENa+/EC 值为：15%29%，换算的碱性系数为 0.33 0.96，由浅至深碱性系数有增大的趋势，显示矿石属钙质属性，深部有自然改型的趋势。3.2 中性熔岩脱玻化蚀变型膨润土矿床该类型膨润土矿床由英安岩脱玻化形成，赋存1 周家湾组2 膨润土3 珍珠岩4 强脱玻化珍珠岩5 沸石岩6 沸石岩(膨土质火山岩)7 流纹岩8 凝灰质页岩图 2膨润土矿体赋存特征剖面示意图 2023 年第 4 期 中国非金属矿工业导刊 总第 160 期15表 3钙质膨润土矿石化学成分表 (单位：%)矿石SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO K2O Na2O P2O3 Loss 样品数/个本矿区膨润土 70.10 0.10 14.28 0.96 0.15 0.09 2.49 1.52 0.80 0.78 0.03 7.04 98.34 3 浙江平山膨润土 71.04 0.06 13.37 0.90 0.39 1.72 2.12 1.65 1.97 6.25 表 2钙质膨润土矿石工艺性能一览表 项目 热湿拉强度/(g/cm2)干压强度/(kg/cm2)膨胀倍数 原土脱色力 活化土脱色力 造浆率/(m3/t)数值 6 14.7 4 7.2 7 28 22 66.9 90 296 3.3 8.7表 4NP-VI 矿体矿石与英安岩化学成分表 (单位：%)项目 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO CaO MgO K2O Na2O P2O5 烧失量 合计 NP-66.38 0.51 15.81 2.58 0.41 0.05 2.90 1.42 1.06 1.22 0.19 6.25 98.78英安岩 69.02 0.59 14.65 2.48 0.34 0.01 1.45 0.41 4.35 2.88 0.19 2.34 8.63于双桥段上部，矿层与底板英安岩呈过渡关系。矿区圈出一个矿体(NP-)，形态呈层状，倾向为北北东，倾角为 15。矿体长 1600m，宽100 150m，厚度 18 37m，矿体顶板为双桥段顶部的凝灰质粉砂岩。矿石呈粉红色和白色，显微微晶结构，块状构造。主要矿物为蒙脱石，含量 30%88%；少、微量矿物含晶屑、残余玻屑、伊利石、斜发沸石等。矿 石 湿 压 强 度 一 般 0.3 0.4kg/cm2，最 高0.57kg/cm2(2 级品为主)；胶质价 60%90%，湿压强度与胶质价明显与蒙脱石含量呈正相关关系。NP-矿体矿石的化学成分与英安岩相近(表4)，但经脱玻化蚀变后，K2O 与 Na2O 有所减少，CaO 与 MgO 有所增加。矿石由阳离子代换量测试计算的碱性系数 0.5，X 衍射的 d(001)值 15，属性为钙型。3.3 沉积型膨润土矿床沉积型膨润土矿体赋存于晚白垩世周家湾组底部，与钙质膨润土矿体互相叠置共生，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”，熔岩盆的形态受岩浆溢出前古地形的控制。圈出 4 个矿体，形态呈层状，产状与周家湾组地层一致，总体倾向于 NE，倾角 7 10。矿体顶板为砂砾岩，底板为上天梯段上部的凝灰质页岩或周家湾组底部粘土岩。最大矿体为 NP-，长度4800m，工程控制沿倾斜延深 400 1850m，矿层厚度 3 30m。矿石为白粉红色，显微微晶结构，平行构造，明显可见薄层理。主要矿物成分为蒙脱石，含量一般 50%60%，局部高达 90%以上；其他成分有长、英矿物和岩石碎屑以及其他粘土矿物等。矿石的湿压强度一般 0.2 0.4kg/cm2(2、3 级品为主)，最高 0.71kg/cm2；胶质价 40%80%(表 5)。表中 SiO2偏低，是因在搬运沉积过程中有少量非火山成分的加入。表 5NP-矿体矿石化学成分表 (单位：%)项目 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO CaO MgO K2O Na2O P2O5 烧失量 合计 数值 64.88 0.39 15.63 2.64 0.49 0.07 2.11 1.98 2.09 1.21 0.11 6.58 98.183.4 钠质及过渡类型膨润土矿床钠质及过渡类型膨润土的含矿层位较多，叠置排列，严格受层位控制，含矿层垂直间隔 4 50m不等。主要含矿层位有 5 个，分别赋存于喻楼段和上天梯段。共圈出 11 个矿体，形态呈层状或似层状，层位稳定，沿走向与倾向均有较大的延伸。矿体的长度为 400 6200m，沿倾斜宽度 200 2600m，厚度 1.6 39m。矿体产状与围岩产状一致，倾向NNE，倾角 8 12。矿石呈灰白、深灰色，湿态具滑感，干后吸水迅速膨胀。矿石为显微微晶结构、变余凝灰结构、变余玻屑结构；块状构造、层状构造。矿石的矿物成分亦以蒙脱石为主，蒙脱石含量一般 40%60%，最高者70%，次要矿物有残余玻屑、斜发沸石、丝光沸石、方英石、伊利石、石英与长石晶屑以及岩屑等。钠质膨润土矿石具有独特的理化性能和较高的工艺性能，这些性能又与蒙脱石含量呈正相关的关系，其主要理化和工艺性能见表 6。表 6钠质及过渡类型膨润土矿床矿石的理化、工艺性能一览表 项目 胶质价/%湿压强度/(kg/cm2)热湿拉强度/(g/cm2)造浆率/(m3/t)膨胀倍数 吸水率/%膨润值/%pH 值 数值 100 7100 0.3 0.78 10 720 6 13.3 6 66 135 385 12 93 8 10.2魏鸿等：河南上天梯膨润土矿床类型特征及找矿方向探讨16测试通过阳离子交换量测试，辅助手段为差热、X 衍射与电镜分析等，阳离子交换成果计算的碱性系数 1；X 衍射的晶胞参数 d(001)值接近 12.5，属性为钠型。4矿床成因4.1 酸性熔岩脱玻化蚀变型钙质膨润土矿床成因上天梯地区酸性熔岩分布较为广泛，其在长期的碱性水介质条件下，受物质、构造、物理化学和水介质聚集等条件的多重作用和控制，形成了含蒙脱石矿物成分的膨润土矿床14。(1)物质条件。上天梯矿区分布的酸性熔岩原岩中酸性火山玻璃，实质是一种原子近程有序方式排列的无定形物质，即过冷却溶液，具有较高的自由能，随时间和物理化学条件的变化，会自然地发生脱玻化作用，即在碱性溶液中易于水解，形成具有高氧化还原电位的硅铝溶液，并萃取出碱金属离子 Na+、K+及OH-，蚀变生成蒙脱石类粘土矿物。(2)构造条件。矿区内岩石构造发育，发育有 F8、F22 等断裂及一系列次级构造。酸性熔岩中的构造破碎带及熔岩与围岩接触带，因迅速冷却等原因形成的原生节理及珍珠岩与流纹岩接触带发育的柱状节理等部位，均为熔岩体内的软弱带，使碱性水介质有“隙”可乘，为其提供了通道和滞留场所，有利于水解。(3)物理化学条件。区内膨润土矿石的 pH 值在一般在 7.6 9.8，说明水解的水介质为稳定的碱性条件。在开放体系的碱性环境下，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，在原地脱水形成钙蒙脱石。Na+、K+及 OH-在水解时进入溶液，使水介质的 pH 值升高，增加了介质的水化学势，使 Na+、K+火山玻璃的水解和蒙脱石的形成速度加快。(4)水介质聚集条件。矿区膨润土矿床主要赋存于珍珠岩与凝灰质页岩的接触带和上覆的周家湾组的接触处，凝灰质页岩起隔水作用，在其接触带形成地下水的滞留场所。两个接触带部位均为珍珠岩的脱玻化提供了碱性水体条件。位于两个接触带的流纹岩同样可脱玻化形成膨润土，这种膨润土以残留有流动构造为特征。中性熔岩脱玻化生成蒙脱石的机理与酸性熔岩类同。4.2 沉积型钙质膨润土矿床成因早白垩世膨润土或凝灰岩风化产物经风化、搬运，在浅湖相环境中再沉积，蒙脱石矿物质及其他风化产物经沉积固结，再形成澎润土矿床，矿床皆赋存于周家湾组底部。矿床成因属火山岩地区或近火山岩地区的浅湖相沉积矿床。4.3 钠质及过渡类型膨润土矿床的成因区内分布的玻屑凝灰岩原岩，在低温、低压条件下，玻屑凝灰岩中的玻屑发生类似于珍珠岩的脱玻化蚀变，沿玻屑内壁生成斜发沸石矿物沸石矿床；生成的沸石矿床，在封闭的水介质作用下，随着 pH 值的不断增高(达到 8 10)，使玻屑与斜发沸石水解而生成蒙脱石钠质膨润土矿床15。区内钠质膨润土具明显自然分带现象，决定膨润土属性变化的重要因素是水介质的化学性质。矿区地下水有较明显的分带，即地表水为 HCO3-Ca、Mg 型 水 和 HCO3-Ca、Mg、Na 型 水，深 部为 HCO3-Na 型 水 和 HCO3-Na、Ca 型 水13。这 种水化学性质的分带控制了膨润土属性的分带。深部(深度在 100 200m 以下)为钠型，中部(深度100 200m)为过渡型，浅部(深度约 80 150m)为钙型。其中纯钠质膨润土约占本类型膨润土的25%，故称为钠质及过渡类型膨润土矿床。5找矿方向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。在上天梯矿区所处的近东西向的区域岩浆构造带内，中酸性火山岩分布广泛，其分布区(或断陷盆地)是寻找信阳上天梯式膨润土矿床的前提。沿龟山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，中生代火山沉积盆地边缘，受火山机构控制明显，膨润土矿床多分布在为山口或其附近，属火山颈相或近火山口。在此区域范围找矿，酸性熔岩发育地区应注意寻找蚀变型钙质膨润土矿床；含有较多玻屑的火山碎屑岩，可能找到钠质膨润土矿床；覆盖层似冻土解冻状，属膨润土矿的残积层，(下转第47页)2023 年第 4 期 中国非金属矿工业导刊 总第 160 期47开发前景利用好。(2)1、2 号样原矿固定碳含量分别为 7.03%、4.33%，主要脉石矿物有石英、长石、透辉石等铝硅酸盐矿物和方解石、白云石碳酸盐矿物，两样品固定碳及其中的脉石矿物含量虽有不同，但对石墨的选矿回收及精矿质量影响不大，最终获得相近的选别指标。(3)妥拉海河矿床原矿中+0.15mm 级别石墨含量为 91.1%，精矿中+0.15mm 级别含量平均为19.27%，表明选矿时大部分大鳞片石墨遭到了破坏，后续开发利用时须探索保护大鳞片石墨的选矿工艺流程，以提高最终产品的价值。【参考文献】1 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页)下伏有膨润土矿体；近火山岩地区的中、新生代盆地应注意寻找沉积型膨润土矿床。另外，据上天梯地区非金属的共生关系和赋存空间特点，膨润土矿床往往与珍珠岩和沸石非金属矿床共生，当找到其中一种矿产时，应注意寻找其共生的其他矿产。酸性熔岩脱玻化蚀变型膨润土矿体一般围绕珍珠岩矿体分布，多位于珍珠岩矿体下部，成为珍珠岩矿体的底板，膨润土矿体的底板则为凝灰质页岩，因此，规模较大的珍珠岩矿体下伏位置是寻找该类型膨润土矿床的有利耙区。6结论(1)区内膨润土矿床按属型和成因类型分为钙质和钠质类型。(2)据各类型矿床的地质特征，认为钙质膨润土中的酸性熔岩脱玻化蚀变型矿床是珍珠脱玻化原地形成的次生蚀变产物，中性熔岩脱玻化蚀变型矿床由英安岩脱玻化形成，沉积型膨润土矿床属火山岩地区的沉积矿床。(3)中、新生代盆地和中性、酸性火山岩分布区是寻找河南上天梯膨润土矿床的远景区，酸性熔岩发育地区应寻找蚀变型钙质膨润土；含有较多玻屑的火山碎屑岩应寻找钠质膨润土；覆盖层似冻土解冻状，属膨润土矿的残积层，下覆有膨润土矿体；近火山岩地区的中、新生代盆地应注意寻找沉积型膨润土矿床。【参考文献】1 裴业虎,甘学锋,张大希,等.不同属型膨润土在球团矿中应用试验 J.中国非金属矿工业导刊,2015(4):12-13.2 王鸽,郭海盈,谢爱虎,等.钻井泥浆用膨润土的试验研究 J.中国非金属矿工业导刊,2010(4):40-42.3 雷东升,汪思孝.膨润土无机凝胶制备及其在水基农药中的应用 J.中国非金属矿工业导刊,2019(4):6-7.4 郑丽宁.膨润土无机凝胶在牙膏中的应用 J.中国非金属矿工业导刊,2012(4):11-13.5 舒锋,宋双艳.我国膨润土开发利用现状和对策建议 J.中国非金属矿工业导刊,2021(6):28-30.6 史亮,原妲丽.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 J.四川有色金属,2018,25(5):26-27.7 袁慰顺,胡秀荣.天然钠基膨润土和人工钠化膨润土的异同 J.中国非金属矿工业导刊,2008(4):9-11.8 杨兰荪,李虹.我国膨润土开发应用新成果 J.中国非金属矿工业导刊,1995(3):47-48.9 符光宏.河南省秦岭大别造山带地质构造与成矿规律 M.郑州:河南科学技术出版社,1994.10 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