海泡石、凹凸棒石矿床地质
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发布时间：2022-04-27 02:35
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时间：2022-07-01 14:58
一、矿床成因概述
从凹凸棒石在自然界的产出特征及其与有关矿物的相互关系分析，它是一种低温矿物，是碱性溶液中SiO：和Mg结合结晶出的化学沉积物，或固－液的均衡相变矿物。它在浓缩的海水中或SiO：饱和的盐水溶液中，在25～220℃条件下可以优先晶出，在各种地质环境中都有分布。形成机理可能是火山喷发和喷发的玄武岩、火山碎屑及陆源岩石风化物质，被水溶解后带入湖泊，在干旱或半干旱的气候条件下，为水溶液蒸发浓缩达到一定浓度时，在弱碱性溶液中直接沉淀结晶出凹凸棒石。同时在不同阶段及条件下形成方解石、白云石、伊利石、蒙脱石、石英、蛋白石等，组成了不同类型的凹凸棒石粘土矿床。在自然界，蒙脱石、伊利石、高岭石和绿泥石等层状硅酸盐转变为凹凸棒石的现象间普遍存在，它们是在富含SiO2,M g的碱性介质条件下呈固－液相状转变的。
一般认为，海泡石也是低温化学沉积或固－液均衡相变产物。晶出时的水介质条件是富镁、硅，贫铝的碱性溶液（pH 值约为8.5）。水化学类型相当于硫酸盐沉积阶段的重碳酸盐型—硫酸镁亚型水介质。人工合成海泡石的成功为上述推论提供了依据。试验是在PH≥8的碱性溶液中用两种方法进行的，试验压力为101325Pa，温度为25℃。
海泡石和凹凸棒石生成条件基本相似，主要差别在于介质中铝、镁含量和pH 值的不同。介质中含铝时，生成凹凸棒石的可能性高于海泡石。生成海泡石的介质pH 值约为8.5，范围狭窄，而凹凸棒石可以在pH值约为7～9的范围内生成，因此自然界凹凸棒石比海泡石分布广。
Frank-Kome, Neckiji和Klokova用海泡石和凹凸棒石作高压试验表明：当SiO2被解析出一定量后，从层链状结构转化为层状结构的滑石和蒙脱石矿物，所以海泡石和凹凸棒石矿物又被看做是滑石或蒙脱石等层状硅酸盐与SiO2的过渡性合成物。同样，这些层状硅酸盐矿物在一定的地质条件和物理化学条件下，也可以转变为海泡石和凹凸棒石矿物。
二、成矿控制条件
具有重要工业意义的沉积型海泡石－凹凸棒石矿床的形成，主要受以下条件控制。
1）形成地质时代一般较晚，主要集中在晚古生代及中、新生代。前者如我国的湖南、江西、陕西的浅海型，形成于二叠纪。后者如西班牙、西北非洲、美国、日本及大西洋、太平洋、地中海海底、波斯湾和我国东部地区，尤以古、新近纪较为集中，层位稳定，分布广泛。
2）受构造活动带附近的狭窄坳陷和洼地控制。它们常出现在陆源风化剥蚀面或海底风化剥蚀面之上，距物源补给区不远。赋存海泡石－凹凸棒石的岩石组成，可以是与火山作用无联系的镁质碳酸盐类型，也可以是与火山作用有联系的陆相火山－沉积型，或现代大洋底的海底沉积物。
3）陆相或海相的坳陷或洼地一般还应具备以下条件：①富镁、富硅、贫铝和超盐度的环境；②低能至中低能的沉积环境；③pH =8～11的碱性且相对还原的环境；④封闭—半封闭的狭窄的小型盆地。
除深海区外，一般还处于干旱—半干旱的气候条件下，具有蒸发沉积作用的某些特点。
4）受岩性控制明显。无论陆相或海相沉积型，其岩性大致可分为两大类：①无直接联系的碳酸盐类岩石；②与火山物质有直接联系的火山碎屑－沉积砂泥质类岩石。
三、主要成因类型及矿床地质特征
海泡石或凹凸棒石矿床是以海泡石或凹凸棒石粘土矿物为主要成分的粘土矿。它们在沉积和淋滤－热液成矿作用中都可能形成，其中以沉积作用最有可能形成较大规模的工业堆积。按照成矿地质背景和成矿作用方式，大致可分为沉积型和淋积－热液型两大类。
（一）沉积型海泡石和凹凸棒石矿床
矿床产于构造稳定的干旱或半干旱气候带的内陆碱湖、盐湖盆地、碱性玄武岩盆、浅海碳酸盐台地、潮汐带等地区。矿化作用可出现在同生、成岩和表生三个阶段。海泡石、凹凸棒石矿物既可以由蒸发作用直接从溶液中晶出，也可由先生成的伊利石、绿泥石、蒙脱石、高岭石、海泡石（或凹凸棒石）等转化而来。矿体呈层状、似层状、透镜状产出，产状与围岩一致。矿化范围一般较大，面积可达数平方千米至数百平方千米。矿石呈土状、致密块状、碎屑状、结核状等。矿石矿物含量一般大于50%，个别可达90%以上。伴生矿物有蒙脱石、伊利石、方解石、白云石、石英、蛋白石、燧石、高岭石、海泡石（或凹凸棒石）等。矿床规模可达数十万吨至千万吨。
按照形成时古地理环境的差异，可分为陆相沉积矿床和海相沉积矿床两个亚类。
1.陆相沉积型
主要出现在古老或现代的干旱气候区，半封闭至封闭的*沉积盆地中。本类型又可分为蒸发化学沉积型和火山－沉积型。
（1）蒸发化学沉积型
由蒸发－化学沉积作用形成。成矿物质主要由盆地周边或相关源区的沉积－变质岩系的风化产物提供。沉积物以凹凸棒石为主还是以海泡石为主，或者二者共同产出，常与碱性介质的pH值梯度，镁、硅或铝的相对含量，以及盆地的大小等密切相关。一般情况下凹凸棒石主要产于盆地的底部和边部，接近盆地中心部位多形成皂石和海泡石。
矿床实例1：西班牙巴列卡斯海泡石矿床
产于古、新近纪沉积盆地中。沉积物质主要由盆地周边的古生代和中生代地层中的大理岩、泥质板岩、云母片岩、石英岩、片麻岩等的风化物供给。矿层呈近东西走向的透镜体，赋存在古、新近系以白云岩为主的碳酸盐类沉积岩中。海泡石直接在沉积阶段晶出，或在裂隙带的盐水溶液中晶出。海泡石或凹凸棒石的单个纤维晶体长度可达几毫米以上，组成毡状复合体。矿层中自下而上出现矿物顺序是：海泡石—海泡石＋凹凸棒石＋伊利石—凹凸棒石＋伊利石。粘土中以海泡石为主，含量达95%，其次为凹凸棒石、蒙脱石、伊利石、方解石、石英等。化学组成一般为（wB/%）：SiO2(57.83）,Al2O3(4.36）, Fe2O3(0.61）,MgO(22.38),H2O+(10.26）。
矿床实例2：西班牙卡塞雷斯凹凸棒石矿床
位于由阿尔卑斯运动造成的塔霍河断陷盆地西部的构造凹陷中。凹陷基底由寒武系板岩等组成，其上沉积了古、新近系，厚度达1800m。凹陷周围剥蚀区分布有板岩、硬砂岩、灰岩、白云岩和火山凝灰岩等。盆地边部为碎屑岩相，主要由石英、白云石、绿泥石、白云母等碎屑矿物组成。向凹陷中心逐渐变为蒙脱石、凹凸棒石粘土层，该层赋存于碎屑矿物带与中心蒸发岩之间的过渡带上，即碳酸盐、硫酸盐相带的外带。接近凹陷中心，过渡带的内带有少量海泡石及方英石等。矿层厚约4m。矿石中凹凸棒石占85%，其次是石英、方解石、白云石、皂石、伊利石、绿泥石、高岭土、方英石等。凹凸棒石粘土化学成分（w/B%）: SiO2(51.5）,Al2O3(10.3）,Fe2O3(2.26）,FeO(0.52）,H2O+(14.4）,H2O(7.36）。
（2）火山－沉积型
以我国苏皖接壤地区的六合、盱眙和嘉山、来安、天长等县为代表。该区大片碱性玄武岩层中广泛发育着凹凸棒石粘土层，矿化面积达2000km2，发现矿床数十处，组成凹凸棒石粘土矿带。矿带地处郯庐深大断裂带以东，扬子准地台和中朝准地台的接壤部位，即张八岭隆起与金湖凹陷之间的断陷盆地中。含矿的古、新近系上统碱性玄武岩，沿北西的方山－女山断裂带展布。新近纪的火山－湖泊相沉积岩系，厚度一般为100～300m，与下伏古近系红色砂页岩不整合接触。断陷盆地基底为元古宇张八岭群变质岩、震旦系上统陡山沱组、灯影组沉积岩和中生界陆相火山岩。
矿床实例：江苏盱眙凹凸棒石粘土矿床
凹凸棒石粘土赋存于新古、新近系下草湾组内，在桂五组下段也有零星分布，六合组中偶见。下草湾组由一套中粒橄榄玄武岩、橄榄粗玄武岩和半固结的粉砂质泥岩、粉砂岩、砂岩及粘土层组成，其中玄武岩有1～4层与沉积岩呈互层或夹层出现，一般厚度20～90m。
盱眙地区凹凸棒石粘土呈层状、透镜状产出，一般厚2～5m，长数百米或千米以上，规模较大。例如，花家岗—雍小山的V号粘土层，该层具有不明显的韵律，沿走向可渐变为粉砂质泥岩和砂砾岩。粘土层中产有陆相动物化石，中上部层位常出现厚约数厘米至数十厘米的蛋白石层，其产状与顶底板围岩一致。粘土矿石类型有凹凸棒石粘土、白云石凹凸棒石粘土、硅质凹凸棒石粘土、蒙脱石凹凸棒石粘土、蒙脱石粘土、含海泡石凹凸棒石粘土等。它们在空间分布上有一定规律。如自花家岗至雍小山依次为：粉砂质泥岩—蒙脱石粘土—凹凸棒石粘土—含海泡石凹凸棒石粘土。花家岗含较多的石英碎屑成分，可能是沉积盆地边部，而雍小山接近盆地中心（图5-3）。
图5-3 盱眙花家岗—雍小山V号粘土层类型变化示意图
1—粉砂质泥岩；2—蒙脱石粘土，3—白云石凹凸棒石粘土；4—凹凸棒石粘土；5—含海泡石凹凸棒石粘土；6—玄武岩；7—桂五组；8—下草湾组
粘土为灰白色—浅灰色，质较纯，相对密度为2左右。吸水性强，有滑感。常见土状、致密块状、角砾状矿石。薄片中见假流纹构造，显微聚纤维变晶结构和显微沉凝灰变晶结构。矿石中以凹凸棒石为主，其次为蒙脱石、石英、水云母，偶见海泡石。矿石中可见已粘土化的玄武岩屑和矿物晶屑，部分板状、楔状晶屑已凹凸棒石化。普遍存在蒙脱石被凹凸棒石交代的现象。粘土层的母岩物质可能是玄武质角砾凝灰岩或沉凝灰角砾岩。蒙脱石是凹凸棒石粘土的前身，后者是前者受到碱性玄武岩物质的影响进一步演化的结果。从以上情况分析，说明凹凸棒石与玄武岩有密切的成因关系：①凹凸棒石粘土层中存在大小不等的玄武岩角砾；②一些玄武岩风化分解成粘土后，至今还局部残留玄武岩特有的管状气孔和杏仁构造；③凹凸棒石粘土的化学成分与底板玄武岩相比，主要氧化物含量接近（除FeO,K2O,Na2O高于粘土，SiO2,Fe2O3,H2O低于粘土外）。上述情况表明，盱眙地区凹凸棒石粘土矿床属于火山－沉积型。
2.海相沉积型
（1）海相沉积型海泡石矿床
本类型主要见于我国的二叠纪碳酸盐岩地层或煤系地层中，例如，江西乐平、湖南浏阳、陕西宁强等地。这些地区均为晚古生代沉积坳陷区。赋存海泡石的镁质粘土岩是一套碳酸盐岩，主要是泥晶灰岩、白云质泥晶灰岩、燧石灰岩、钙镁质页岩和粘土岩，并常和硅质岩、燧石透镜体（结核或条带）伴生，属于一套含硅质高的泥晶灰岩地层。矿体呈层状、似层状，或透镜状产出，产状与围岩层理一致，倾角较缓。矿体长数千米，斜深数百米，厚数米至十余米。矿石类型主要有泥灰岩型矿石、钙镁质页岩矿石、粘土型矿石（系前二者风化而）。主要矿物有海泡石、凹凸棒石、蒙脱石、方解石、滑石，其次为白云石、高岭石、玉髓、伊利石、黄铁矿、绿泥石、天青石、萤石等。
中国二叠纪浅海相沉积类型具有以下特点：
1）矿层赋存在一定的层位中，层位稳定。海泡石与“菊花石”密切共生，同属于一个层位中。
2）容矿岩石为浅海相燧石灰岩、泥灰岩、钙镁质页岩夹灰岩透镜体，是一套较为典型的碳酸盐岩。
3）在容矿岩石化学成分中，CaO 含量高，MgO 含量相对较低，而贫Al2O3。湖南浏阳以海泡石为主的样品中，MgO 含量多为11.36%～17.62%，中等一般为5%～11%，当MgO 含量＞20%时，则以由海泡石转变的滑石为主。
矿床实例：湖南浏阳县永和海泡石粘土矿床
矿区位于萍乡－乐平晚古生代沉积坳陷区的西南端。区域内出露有元古宇震旦系、上古生界泥盆系、中生界白垩系、及新生界第四系等地层。岩浆岩以中酸性岩为主。构造位置处于浏阳“S”形构造与安化－永和东西走向构造带东段复合交接处，近东西向的褶皱和断裂发育。矿区范围内主要出露二叠系，组成近东西轴向的向斜构造。轴部地层为上二叠统龙潭组及下二叠统茅口组、栖霞组。北翼为中上石炭壶天群，南翼被区域性东西向逆冲断层所切割（图5-4）。
矿层产于二叠系下统栖霞组上部泥灰岩段（湘潭、湘乡、宁乡、娄底等地将此层划为茅口组底部）。海泡石与浏阳菊花石都产于该层中。含矿层厚40～70m，与燧石灰岩关系密切。该层底板为2～8m厚的燧石灰岩，顶板为茅口灰岩。
矿体呈层状、似层状或透镜状产出，产状与围岩基本一致。含矿层延长3000余米（最长达6000m），斜深300～400m，含2～4层矿，层厚2～7m，最大厚度达16.34m。
矿物组合简单，90%以上的样品由海泡石、方解石、石英、滑石四种矿物组成，以前两种为主。次要矿物有白云石、高岭石、蒙脱石、多水高岭石、绿泥石等。微量矿物有白云母、沸石、凹凸棒石、伊利石等。海泡石在地下浅部以上无明显变化，滑石则含量较高，可能与海泡石风化转变有关。由于风化流失，地下浅部方解石含量少，深部含量高。
矿区有两种矿石类型：粘土型和原岩型。粘土型分布于地表及浅部，由含海泡石的泥灰岩、钙镁质页岩风化而成。海泡石含量高，多为深灰色、灰白色、土状、质软，断面显参差状，具有滑感，吸水后有较强的可塑性，造浆率可达9.54～16.40m3/t。原岩型为含海泡石的泥灰岩、钙镁质页岩，呈深灰色—灰黑色。呈薄片状、叶片状，硬度较小，一般含海泡石量为中等以上，造浆率差。
图5-4 永和海泡石矿区地质简图
1—第四系全新统；2—第四系更新统；3—二叠系上统龙潭组；4—二叠下统茅口组：5—栖霞组第三段；6—栖霞组第二段；7—栖霞组第一段；8—石碳系壶天群；9—震旦系；10—冷家溪群三岩组二段；11—冷家溪群三岩组一段；12—石英斑岩；13—断层及编号；14—详查矿段；15—初查矿段
化学组成特点是：CaO 含量高，MgO,Al2O3含量偏低，SiO2含量变化大。据统计，地表附近Al2O3,SiO2,Fe2O3,MgO 等含量较高，向深部变低，而含CaO 却相反。当MgO 含量＞20%时，则变成以滑石为主。
含矿层岩性由浅海相燧石灰岩、泥灰岩、钙镁质页岩夹灰岩透镜体组成。含矿层产有大量的
类、腕足、珊瑚等浅海相化石。矿层与上下灰岩、燧石灰岩呈整合渐变关系。
海泡石与菊花石产于同一层位中，大致同时形成。菊花石是天青石围绕燧石结核呈放射状发育，是在海退环境中当海水蒸发到一定程度时由硫酸锶晶出所致。这种环境海水富镁、硅而贫铝，在碱性水体中镁离子与胶体二氧化硅结合沉淀，形成浅海相沉积的碳酸盐岩－钙镁质粘土型海泡石矿床。
（2）海相沉积型凹凸棒石粘土矿床 以西班牙的利布利亚和乌克兰的契尔卡斯（与膨润土矿床共生）为代表。
矿床实例：西班牙利布利亚凹凸棒石－海泡石矿床
该矿床分布于瓜尔斯维尔盆地，靠近瓜尔基维河的出口处。矿层赋存于古、新近系上新统海退时期*边缘的湖泊相沉积物中。上新统地层分三段：下段海相石英砂岩；中段泥灰质－钙质层，厚25～30m；上段为凹凸棒石粘土层。中段产出燧石、白云石、凹凸棒石－海泡石粘土，呈层状透镜状夹在含燧石石灰岩和泥灰岩中。粘土中海泡石含量达20%～60%，凹凸棒石仅占百分之几。海泡石含量与石英含量成正比，而与方解石含量成反比。上段凹凸棒石粘土层夹于灰岩中，灰岩顶部有层厚约4～5m 的结核状灰岩，粘土中凹凸棒石含量达60%～80%，与方解石含量成正比，仅含少量海泡石、蒙脱石和伊利石，矿层厚十余米至数百米。
（二）淋积－热液型凹凸棒石、海泡石矿床
该类型矿床一般呈脉状产于蚀变火山凝灰岩、蚀变花岗岩、蛇纹岩、大理岩中，常与菱镁矿、绿泥石、蛋白石、方解石等共同充填在裂隙内。如湖北广济、河南卢氏、内蒙古白云鄂博、四川石棉县、安徽全椒、陕西商县等地，以及俄罗斯外高加索（含坡缕石凝灰岩粘土）。
商县拉林子海泡石矿床产于奥陶纪地层中。出露岩石主要有白云质大理岩、透辉石大理岩及黑云母片麻岩，北、东、西三面与花岗岩接触。海泡石与方解石充填在白云质大理岩裂隙中，呈细脉群出现，单脉厚1～10cm，延长不大。脉内还有少量石英，晶洞中可见方解石晶簇。海泡石呈白色纤维状集合体，纤维长短不一，长者达60mm。海泡石在脉内分布不均匀.多出现在方解石颗粒间的空隙中，受方解石形状的制约，生成时间略晚于方解石。也可见到纤维状海泡石垂直脉壁生长。
安徽全椒凹凸棒石矿床位于全椒马厂北东4.3km，淮阳山字形构造前弧东翼，郯庐深断裂东侧，县玉屏山复式向斜西南端北西翼。主要出露震旦系陡山沱组上段和灯影组下段的大理岩，北东向褶皱发育。燕山早期有硅酸铝过饱和的石英二长岩、闪长玢岩等杂岩体侵入。矿脉产于内外接触带的闪长质角砾岩、角砾状花岗闪长玢岩、陡山沱组上段大理岩、千枚状页岩的破碎带中，呈北东和北北东向分布，倾向南西或南东，倾角60°～85°。矿脉呈细脉状、网脉状产出。脉中凹凸棒石纤维长、含量较富，杂质少。杂质成分随围岩性质不同而有变化。赋存在闪长质角砾岩中的含闪长质碎屑成分，大理岩中的含方解石。有五条主要矿脉，延长25～100m，脉厚0.2～1.2m。矿石类型以纤维束状结构为主，含凹凸棒石90%以上。其次有细脉充填交代型矿石（含凹凸棒石30%～60%）、网脉状矿石（含凹凸棒石30%～60%）、角砾状矿石（含凹凸棒石30%～80%）。矿石以纤维状结构为主，其次为交代残余结构和交切结构，块状、细脉状、角砾状构造。矿石为粉白色，吸水后微带玫瑰红色。
淋积－热液型海泡石粘土矿床主要产于富镁岩石的裂隙中，与热液型凹凸棒石矿床的容矿岩石类型基本相同。本类型矿石工艺技术性能极佳，但矿体的体积含矿率低，矿床规模小，工业价值不大。
四、矿床分布
海泡石和凹凸棒石很少形成单独的大量堆积。由于它们的矿物结构相似，化学成分相同，因而常在一起产出。主要产出国家除中国外还有西班牙、美国、俄罗斯，其次有土耳其、塞内加尔、索马里、肯尼亚、希腊、日本等国。
西班牙是欧洲最大的海泡石和凹凸棒石生产国，也是目前海泡石资源最丰富的国家。凹凸棒石和海泡石有两种产出形式：一种产于膨润土矿床中，例如，在阿尔梅里亚的膨润土矿床中，强烈蚀变部分含少量凹凸棒石和海泡石（与蚀变期间产出过量的镁有关）。另一种是由海泡石组成的漂白土矿床，产于塔古斯盆地内。
美国是凹凸棒石的主要生产国。矿床集中在佐治亚州和佛罗里达州之间的地区，多属沉积成因。常由几种粘土矿物混合组成。在佐治亚州的凹凸棒石粘土矿床中，还有蒙脱石和海泡石粘土，在中新世霍索恩地层中呈板状晶体或不连续层出现。美国的海泡石粘土矿床分布在内华达州的阿什－密多斯地区，与更新世的钙质、钠质和镁质膨润土紧密共生。
原苏联第一个可供开采的凹凸棒石漂白土矿床位于乌克兰的切尔卡塞，共有五层矿，单层厚1.5～8m，多数由蒙脱石组成，只有一层主要由凹凸棒石组成（2m 厚）。
土耳其的海泡石矿床，是由富镁橄榄石的蛇纹岩或其他镁质岩石蚀变而成。矿石呈致密块状，海泡石以零散的结核出现，可用于制作烟嘴、烟斗的衬里和各种装饰品。
我国凹凸棒石粘土资源大部分分布在江苏盱眙—六和、金坛和安徽明光—涧溪一带。在内蒙古、四川、山东、贵州、甘肃、新疆、湖南等地也相继发现了凹凸棒石粘土，主要产于新近系和古近系火山岩系，白垩系陆相地层，奥陶系、二叠系灰岩地层，寒武系、震旦系白云质灰岩等地层中，尤以新近系、白垩系玄武岩分布对成矿最为有利。除了苏皖地区外，其他地区凹凸棒石粘土工业开发规模不大。因此，我国凹凸棒石粘土工业实际上是以苏皖地区凹凸棒石粘土为代表。
我国海泡石矿产分布较广，矿产地多。热液型海泡石矿产分布除安徽全椒外，主要集中分布在东秦岭地区。此外贵州、云南武定、河北张家口、湖北广济、四川石棉县等地也发现有海泡石。沉积型海泡石矿产主要产于二叠系碳酸盐岩地层中，少量赋存于下白垩系中。主要分布在湖南浏阳、湘潭、宁乡、望城、湘乡、石门 ，江西乐平，陕西宁强，河北唐山等地，其中湖南浏阳永和、湘潭石潭、宁乡道林为大型矿床。
