丁 瑞

(1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130021；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì),吉林 長春 130033）

敦化市宋家硅藻土礦床地質(zhì)特征及成因淺析

丁 瑞1,2

(1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130021；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì),吉林 長春 130033）

本文系統(tǒng)論述了敦化市宋家硅藻土礦的礦床地質(zhì)特征及其成因。礦體賦存于新生界新近系中新統(tǒng)土門子組地層中，嚴(yán)格受敦密斷裂帶形成拉分—裂陷型復(fù)合盆地控制。礦床由粘土質(zhì)硅藻土礦體組成，形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀受地貌及沉積巖相控制，研究礦體特征、礦床成因?qū)υ搮^(qū)硅藻土找礦有一定指導(dǎo)意義。

硅藻土；礦床特征；成因

硅藻土具有孔隙度大、吸附力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在建材、輕工、化工、石油、食品及環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。吉林省的硅藻土主要集中在白山市六道溝—八道溝一帶，是我國優(yōu)質(zhì)硅藻土主產(chǎn)地，產(chǎn)品享譽(yù)中外，但已開采數(shù)十年，保有資源儲量銳減。吉林省敦化市宋家硅藻土礦的發(fā)現(xiàn)，為吉林省硅藻土找礦提供了新的線索，通過產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)及檢測，敦化市宋家硅藻土礦礦石質(zhì)量符合“光觸媒硅藻泥輕質(zhì)高強(qiáng)板”產(chǎn)品原材料的質(zhì)量要求，可作為該產(chǎn)品的主要原材料進(jìn)行使用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地層

本區(qū)地層區(qū)劃屬濱太平洋地層大區(qū)，雞西—延吉地層分區(qū)，延吉—琿春小區(qū)。區(qū)內(nèi)地層較簡單，中生界三疊系大興溝群托盤溝組僅在區(qū)域西北部零星出露，由一套中—中酸性火山熔巖、火山碎屑巖構(gòu)成；新生界新近系中新統(tǒng)土門子組大面積出露于中部以東區(qū)域，根據(jù)其巖性組合自下而上分3個(gè)巖性段，其中段為本區(qū)硅藻土礦主要賦存層位；新生界第四系早更新統(tǒng)軍艦山組氣孔狀玄武巖、塊狀玄武，主要出露區(qū)域中西部；新生界第四系更新統(tǒng)Ⅱ級階地洪沖積層出露于區(qū)域東北部，主要由洪沖積砂、礫石、亞粘土組成；新生界第四系全新統(tǒng)分布于區(qū)內(nèi)牡丹江河兩側(cè)，主要由黑色淤泥和草炭土及亞砂土、亞粘土組成。區(qū)域地質(zhì)簡圖見圖1。

1.2 構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)為一呈北東向展布的新生代斷陷盆地，本區(qū)處于區(qū)域斷陷盆地的東南部，普查區(qū)東南金溝屯即為盆地的東部邊緣。硅藻土礦層即賦存盆地之中的土門子組中段，礦體形態(tài)受沉積盆地基底和沉積巖相控制，含礦層產(chǎn)狀與礦層產(chǎn)狀基本一致，近水平層狀產(chǎn)出，傾角0～4°。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡圖

敦化—密山斷裂帶自本區(qū)東南角斜穿而過，是一條規(guī)模巨大的巖石圈斷裂，斷裂帶呈55～60°方向，由2條相距10km左右的主干斷裂構(gòu)成。區(qū)內(nèi)出露的為其北西支斷裂，斷層傾向北西。2條主干斷裂之間為中、新生代沉積盆地，中生代盆地控制著晚侏羅世—晚白堊世地層的分布，新生代沉積盆地控制著本區(qū)硅藻土礦床的分布。

1.3 巖漿巖

巖漿巖在區(qū)域的西部大面積出露，以噴出巖為主，侵入巖次之。噴出巖分布于區(qū)域北西部，為第四系早更新統(tǒng)軍艦山組玄武巖類，形成玄武巖臺地。主要巖性為灰色氣孔狀、杏仁狀橄欖玄武巖。侵入巖分布于區(qū)域西部，由早三疊至晚三疊系牡丹序列吉祥單元中粗粒二長花崗巖和石門單元中粗?；◢忛W長巖組成，分布面積不大。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體(層)特征

礦床賦存于新生界新近系中新統(tǒng)土門子組中段(N1t2)層位中，由一層粘土質(zhì)硅藻土礦體組成，礦體的形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀，礦層在空間上的分布嚴(yán)格受古地貌和沉積巖相控制。礦體及頂?shù)装鍍A角一般在0～4°之間，礦體總體產(chǎn)狀近于水平。礦層直接頂板為硅藻粘土、粉砂巖，底板為硅藻粘土、砂巖?？辈閰^(qū)內(nèi)施工了68個(gè)鉆孔，僅西南部邊緣的3個(gè)鉆孔未見礦，其他均控制到礦體?？刂频V體(層)東西長4 555m，南北向?qū)? 320m。礦體(層)賦存標(biāo)高321.00～402.00m?？刂频V體(層)厚度1.00～20.80m，厚度變化較穩(wěn)定。礦體(層)在盆地中心厚，向盆地邊緣逐漸變薄直至尖滅。空間上，礦體西南方向已控制至邊緣，北西、南東、北東方向均未控制至礦體邊緣，依據(jù)盆地走向，礦體以向東偏北方向延伸為主，為本區(qū)主要找礦遠(yuǎn)景區(qū)。

2.2 礦石質(zhì)量

2.2.1 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石呈泥質(zhì)生物結(jié)構(gòu)，微層狀、塊狀構(gòu)造，以塊狀構(gòu)造為主。

2.2.2 礦物組分

礦石主要礦物組分由硅藻、粘土礦物(長石、石英碎屑)組成，硅藻成分為蛋白石，非晶質(zhì)，硅藻含量最高61.50%，最低46.30%；其他礦物綠泥石含量13.20%～16.60%，云母含量4.20%～6.10%，分別呈顯微鱗片狀、泥粉晶狀；石英含量12.80%～20.80%，長石含量5.90%～10.20%，形態(tài)呈微粒狀、棱角狀。詳見礦石物相分析結(jié)果表1。

2.2.3 礦石化學(xué)成分

礦石化學(xué)成分主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、燒失量組成，其中SiO2為礦石中主要有益組分，Al2O3、Fe2O3、CaO、燒失量為有害組分。礦石有益、有害組分變化系數(shù)小，分布均勻，有害組分均未超標(biāo)，礦石質(zhì)量穩(wěn)定。詳見礦石主要化學(xué)成分表2。

表1 礦石物相分析結(jié)果(%)

表2 礦石主要化學(xué)成分(%)

2.2.4 礦石物理性能

勘查工作對礦石(粘土質(zhì)硅藻土)的物理性能進(jìn)行了較系統(tǒng)的測試，選取15件樣品對礦石松散干容重、礦石堆密度、礦石pH值進(jìn)行了測試；選取52件樣品對礦石干體積質(zhì)量、濕度進(jìn)行了測試；選取12件樣品對礦石比表面積、耐火度進(jìn)行了測試。詳見礦石物理特征表3。

2.3 礦石類型和品級

根據(jù)礦石的礦物組分、含量特征，礦石自然類型為粘土質(zhì)硅藻土，屬低品級硅藻土礦石。以本區(qū)硅藻土礦石化學(xué)成分與吉林省長白—臨江地區(qū)馬鞍山西大坡硅藻土礦對比，將本礦區(qū)硅藻土劃分為Ⅳ級品，詳見礦石工業(yè)品級對照表4。根據(jù)礦石質(zhì)量及以往工業(yè)應(yīng)用情況，本區(qū)礦石工業(yè)類型為保溫材料、建筑材料用硅藻土。

表3 礦石物理特征

2.4 硅藻種屬特征

宋家硅藻土礦經(jīng)初步測試分析，硅藻成分為蛋白石，非晶質(zhì)，種類以直鏈藻為主(圖2)，圓盤藻次之(圖3)，其他有少量球形藻、小環(huán)藻、管狀藻、輪盤藻。

表4 礦石工業(yè)品級對照

圖2 水洗后的直鏈藻、小環(huán)藻

圖3 水洗后的圓盤藻

直鏈藻是由圓筒形細(xì)胞以瓣面相連而成的鏈狀群體。形成硅藻土后多斷裂成單個(gè)筒狀細(xì)胞或由少數(shù)細(xì)胞組成的群體。細(xì)胞直徑為4～10μm，高3～15μm。其殼環(huán)面具8～24列與細(xì)胞縱軸相平行的點(diǎn)紋，即細(xì)孔。筒形細(xì)胞內(nèi)徑2～5μm。因此直鏈藻具多孔性，其體積、主要孔徑和比表面積均大。此種結(jié)構(gòu)的硅藻土較其他結(jié)構(gòu)的具良好的催化劑載體性能。

3 礦床成因

3.1 成礦盆地發(fā)展史

新生代在太平洋板塊與東北亞大陸邊緣的相互作用下，沿敦密斷裂帶形成拉分—裂陷型復(fù)合盆地，盆地發(fā)展的初期，湖域小，水淺而動蕩，處于緩慢下降的狀態(tài)，接受了大量的以陸源碎屑為主的沉積。到了中期階段，地殼處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，湖盆大而平靜，水質(zhì)清潔，在溫暖濕潤的氣候條件下，硅藻及各類水生植物開始大量繁衍，盆地開始接受藻殼等生物碎屑沉積，并伴有一定量的膠體化學(xué)及少量的陸源碎屑沉積；到了晚期，地殼表現(xiàn)為明顯的波動上升，湖水復(fù)現(xiàn)淺而動蕩的環(huán)境，結(jié)束了硅藻繁衍堆積的歷史，代之以粉砂巖、砂巖、含硅藻粘土的沉積過程。

3.2 硅藻的形成條件

(1) 硅藻是一種單細(xì)胞的水生藻類植物，它從周圍水中吸取SiO2建造自己的藻胞，藻胞外殼為含水氧化硅(SiO2·H2O)，大量的硅藻死亡后，體內(nèi)有機(jī)質(zhì)被水帶走，殼壁直接或經(jīng)搬運(yùn)沉積下來，稍加固結(jié)后便可形成硅藻土，硅藻的大量堆積是硅藻土礦形成的基本條件。

(2) 大而穩(wěn)定的湖水盆地，利于硅藻生長的水質(zhì)，溫暖濕潤的氣候，充足的陽光，為硅藻形成的先決條件。

(3) 盆地周圍巖石(多為玄武巖)中硅酸鹽礦物經(jīng)風(fēng)化分解出大量的可溶性二氧化硅，被水帶入盆地中，為硅藻的繁衍生長提供了豐富的物質(zhì)來源。

3.3 礦床成因類型

(1) 含礦巖系由砂巖、粉砂巖、含硅藻粘土、硅藻粘土組成，表明其沉積類型以碎屑—生物沉積為主。

(2) 盆地基底對礦層的規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀起著控制作用，顯示了湖盆沉積的特點(diǎn)。

(3) 礦層水平微層理構(gòu)造發(fā)育，植物化石豐富，并可見炭質(zhì)碎屑，標(biāo)志著此間為淡水湖泊古地理環(huán)境。湖水清靜，氣候溫暖，陽光充足。

綜上所述，該礦床成因類型為淡水湖泊相生物—碎屑沉積礦床。

4 找礦標(biāo)志

(1) 構(gòu)造：新生代斷陷盆地。

(2) 地層：新近系中新統(tǒng)土門子組中—上部沉積層位，大面積的新近系、第四系玄武巖分布區(qū)。

P619.265

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1007-9386(2017)04-0040-03

2017-01-16