乌兰林格膨润土矿地质特征及成因分析

尹得功，朱慧琴

（新疆维吾尔自治区地质矿产开发局第十一地质大队，新疆昌吉831100）

乌兰林格膨润土矿地质特征及成因分析

尹得功*，朱慧琴

（新疆维吾尔自治区地质矿产开发局第十一地质大队，新疆昌吉831100）

乌兰林格膨润土矿床处于准噶尔盆地西北边缘得楞山—夏子街凹陷内，主要产于上白垩统艾里克湖组上岩性段。矿床成因属于内陆湖泊相沉积型矿床。物质来源主要来自夏子街—得楞山凹陷北部的火山岩，其火山物质经过长期的物理化学风化作用并经地表水带入湖盆后，促使蒙脱石等矿物不断地沉淀下来形成膨润土矿。矿体埋藏浅，规模大，有钠基、钙基和过渡类型膨润土3种矿石类型，钠基膨润土占一定比例，远景储量可观。广泛应用于钻井泥浆、铁矿球团和铸造以及石化、轻工、农业、环保、建筑、美容护肤等领域。

乌兰林格；膨润土矿；夏子街—得楞山凹陷；沉积型矿床

1 概述

我国膨润土的储量位居世界第一位，种类齐全，分布广，产量和出口均居世界前列[1]。新疆和布克赛尔县是我国主要的膨润土矿资源分布区。膨润土由于有良好的物理化学性能，素有“万能”粘土之称。矿石属性为钠基土、钙基土、过渡类型土等3种属性。过渡类型土包括钠钙基土、钙钠基土及极少量的镁基土、钠镁基土、钙镁基土、镁钙基土等，广泛应用于钻井泥浆、铁矿球团和铸造以及石化、轻工、农业、环保、建筑、美容护肤等领域[2]。

蒙脱石是膨润土的主要矿物组分，蒙脱石的特性决定了膨润土的基本性能。蒙脱石属单斜晶系。蒙脱石族矿物属2∶1型，即TOT型或称三片型，基本构造单元与云母相似，其不同点是层电荷较低，层间阳离子不是K+而是水化度较高的Ca2+、Mg2+、Na+等交换性阳离子，层间可吸附大量水分子和极化分子，尤其有有机物存在时更明显。由于八面体内部的同型置换，形成了一系列类质同象矿物，构成二八面体和三八面体。蒙脱石是二八面体型含水层状铝硅酸盐的典型矿物，为三片型结构，上下为四面体，中间夹一层八面体，其一般结构式为：NaX（H2O）4{（Al2-XMgX[Si4O10]（OH）2}[3-4]。乌兰林格矿区粘土矿物研究确定的结构式为：[E0.316]（Al1.402Fe3+0.305Mg2+0.269Fe2+0.009）Σ1.936Si4O10（OH）2[5]。

钠蒙脱石、钙蒙脱石、镁蒙脱石是蒙脱石吸附钠离子、钙离子与镁离子系列的端元矿物，按d（001）面网间距，可分8种矿物：钠蒙脱石、钠—钙蒙脱石、钙—钠蒙脱石、钙蒙脱石、镁蒙脱石、镁—钙蒙脱石、钙—镁蒙脱石、钠—镁蒙脱石。

2 区域地质

矿区位于准噶尔盆地西北边缘得楞山—夏子街凹陷内，是区内重要的沸石、膨润土、煤矿床成矿带，已发现乌兰林格、日月雷、得楞山南、得楞山西等4个大型膨润土矿床。出露地层为下石炭统浅海相中酸性火山岩、火山碎屑岩夹细碎屑岩、灰岩；中石炭统浅海相火山灰粉砂质泥岩、凝灰质粉砂岩夹薄层灰岩；下侏罗统三工河组湖沼相的泥岩、砂岩、粗砂岩、砾岩等；下白垩系吐谷鲁组砂岩、细砂岩夹钙质砂岩、粉砂质泥岩；上白垩统艾里克湖组砾岩—细砂岩或泥质粉砂岩结束的韵律层或中细砂岩与粉砂质泥岩互层夹淡红色膨润土矿；下第三系古新—始新统红砾山组是主要含矿层位，深湖相沉积泥、粉砂级碎屑，该组中的灰白色膨润土矿品质较好；下第三系—渐新统乌伦古河组灰白色石英砂岩夹灰绿色粗砂岩；第四系中更新统乌苏群浅灰色砂砾岩、含砾砂岩；上更新—全新统冲、洪积层。

喜山期运动上升隆起遭受剥蚀，盆地下降接受沉积并形成乌兰林格宽缓背斜。燕山期是区域成煤、膨润土矿的时期，形成具有工业价值煤、膨润土工业矿床。

3 矿床地质特征

乌兰林格膨润土矿床位于夏子街—得楞山膨润土矿成矿带的西段，呈近北西—南东向带状展布，属夏子街—得楞山膨润土矿成矿带的一部分，含矿岩系为下第三系古新—始新统红砾山组下亚组下岩性段泥岩和上白垩统艾里克湖组中、上岩性段。上白垩统艾里克湖组上岩性段为膨润土矿主要成矿层，矿区构造为产状平缓的乌兰林格开阔背斜，各矿层均受其控制，矿区内未见破坏矿层（体）的后期断层。

矿石自然类型有灰白色膨润土矿石、棕红色膨润土矿石、浅灰色砂状膨润土矿石及杂色膨润土矿石等4种类型；矿石属性为钠基膨润土矿石、钙基膨润土矿石及过渡类型膨润土矿石等3种类型。矿石工业类型主要有活性白土用膨润土矿石、冶金球团粘结用膨润土矿石及钻井泥浆用膨润土矿石等3种类型，矿石属型为低层电荷型（怀俄明型），层电荷单位半晶胞0.301～0.330。

乌兰林格膨润土矿床控制规模为大型膨润土矿床，蒙脱石平均品位49.33%。矿层（体）呈层状、似层状产出，产状平缓且向东南倾伏，倾角一般在2°～4°之间，矿层厚2.48～10.74m不等，埋深0.00～30m左右。

矿床自上而下分别由顶部（Ⅰ）、上部（Ⅱ）、中部（Ⅲ）及下部（Ⅳ）4个矿层组成[6]。矿层呈层状—似层状产出，产状近水平，倾向南东，倾角2°～4°（图1）。矿床内规模较大的矿层为上矿层和中矿层，中矿层为本矿床主矿层；顶矿层质量最好，上矿层次之，中矿层最差[7]。

图1 乌兰林格鹏润土矿体分布示意图

采用激光粒度分析方法对原土及提纯土的粒度分析。原土及提纯土粒度均比较细，原土6个样品平均粒径0.85～2.18μm，6个提纯土样品平均粒径0.89～1.98μm。均达到了活性白土、钻井泥浆用膨润土及有机膨润土原料对粒度的要求。

乌兰林格膨润土提纯后与美国怀俄明膨润土基本相当，属低层电荷型膨润土（怀俄明型）。

根据研究得出的属型特征等，矿区膨润土矿石可以应用于铁矿球团、铸造、钻井泥浆和制备润滑脂等领域。

蒙脱石是二八面体型含水层状铝硅酸盐的典型矿物，在没有层间分子时SiO2与Al2O3理论比值为2.36。本区原土比值为4.457，柯尔碱为4.552，平山为4.742，美国怀俄明为3.114，后者比较接近理论比值，本矿区原土比值界于怀俄明与柯尔碱之间，提纯土比值为3.921[8]。矿石化学成份对比情况见表1。

4 成矿控制条件及成因分析

4.1 成矿控制条件

物质来源：测区北部的马门特、哈特阿拉特、得楞山、布龙果尔一带的晚古生代火山岩区中生代以来长期遭受风化剥蚀，为本矿区成矿物质的来源提供了必要条件。

（1）矿石化学成分尼格里投影结果，成矿物质应来源于北部火山岩区（表2、图2）。

（2）膨润土矿石中微量稳定矿物碎屑组合[玉髓、磷灰石、白钛石、锆石、磁铁矿（褐铁矿）、电气石、榍石]与北部火山岩区中—酸性火山岩的付矿物组合[玉髓、磷灰石、白钛石、锆石、磁铁矿（褐铁矿）、电气石、榍石]基本一致。

（3）矿石中砂屑成份常见组合为：石英+斜长石+钾长石；矿石中所含砂屑成份可见：霏细岩、流纹岩、英安岩、角闪岩及安山岩等。说明可能来源于北部火山岩、侵入岩。

岩相古地理条件：

（1）在膨润土矿层及其顶、底板粉砂质泥岩中，普遍见有淡水瓣鳃类化石：假铰蚌属未定种，费尔干蚌、珠蚌。成矿环境属内陆淡水湖泊。

（2）矿层及其顶底板砂岩中发育有羽毛状斜层理、槽状斜层理、斜波层理，斜层理倾角多在3°～9°之间，个别可达18°，反映了滨湖三角洲浅水沉积条件。矿层中所夹粉砂质泥岩中见有微细水平层理及对称波痕反映静水沉积环境及水盆地中浅水区波浪作用的结果。

表1 膨润土矿石化学成份及对比表

表2 乌兰林格矿区尼格里岩石化学参数表

图2 矿石尼格里投影图

沉积特征：含矿地层具有砾岩—砂岩—泥岩粒序层理（膨润土矿与砂岩在空间上相间交替出现）。中心沉积厚度大，为细碎屑岩，边部沉积厚度变薄，粒度粗，较多砾岩。

矿石成份及结构特征：矿石成份组合比较稳定，粘土类矿物为：蒙脱石、高岭石、伊利石、水云母；砂屑成份为：石英、斜长石、钾长石、方解石及少量的硅质岩、绿帘石、褐铁矿、火山岩等。

均匀混合显微鳞片状、胶状结构特征表明，成矿水介质属静水环境，成矿物质在进入水盆地前就已成为蒙脱石，部分成矿物质在水盆地沉积过程中或成岩过程中由铝硅酸盐析出硅胶而变为蒙脱石。

4.2 成因分析

长期以来，有关平山膨润土矿床的成固类型，主要存在2种不同的认识：（1）火山碎屑物质直接降落在潮盆中，发生水解作用形成蒙脱石，称为“火山沉积—水解（同生）型”；（2）火山碎屑物质直接或经搬运堆积于湖盆之后，在成岩过程中形成蒙脱石，所谓“火山沉积—成岩（后生）型”[9]。即火山—沉积矿床、沉积矿床。笔者根据该矿床的物质来源、沉积特征等对比分析后认为乌兰林格膨润土矿床纯属沉积成因。

夏子街—得楞山凹陷自古生代晚期开始沉降形成，凹陷北侧为华力西期褶皱构造形成的哈特阿拉特—得楞山中、低山区褶皱带。凹陷内沉积了巨厚的中、新生界地层，到白垩纪晚期盆地逐步缩小到夏子街—得楞山一带范围内，沉积环境渐趋稳定，形成了白垩系内陆淡水湖泊沉积，这时凹陷北侧山区的火山岩类、侵入岩类长期遭受风化剥蚀的地带形成了较多的粘土类矿物质组分的堆积，而后再被水介质搬运，进入夏子街—得楞山凹陷湖盆内沉积成矿。其硅酸盐类矿物向蒙脱石转化演变过程如下：

（1）钾长石的水解演化：

（2）辉石、角闪石类矿物：

（3）黑云母：

（4）白云母的演化过程大致同长石类矿物。

以上的转化过程，在凹陷北侧的火山岩区风化带基本完成，并形成蒙脱石、高岭石、伊利石、水云母、蛭石，连同风化不彻底的各种火山岩、侵入岩细碎屑被水介质带入湖盆后，在静水条件下，细碎屑物首先沉淀下来，各种粘土矿物则形成胶状溶液。经长期聚集演化和气候的周期性变化，使铁离子带入量增加和碎屑物铁质的析出，使水介质逐渐转变为较强的电解质溶液，从而逐步不断地破坏胶体溶液的稳定性，促使蒙脱石等矿物不断地沉淀下来形成膨润土矿。

5 结论

（1）乌兰林格膨润土矿床属于内陆湖泊相沉积型矿床。物质来源主要来自夏子街—得楞山凹陷北部的火山岩，其火山物质经过长期的物理化学风化作用并经地表水带入湖盆后，促使蒙脱石等矿物不断地沉淀下来形成膨润土矿。

（2）矿体产于下第三系古新—始新统红砾山组下亚组下岩性段和上白垩统艾里克湖组中上岩性段。上白垩统艾里克湖组上岩性段为膨润土矿主要成矿层。

（3）矿石自然类型有灰白色膨润土矿石、棕红色膨润土矿石、浅灰色砂状膨润土矿石及杂色膨润土矿石等4种类型；矿石属性为钠基膨润土矿石、钙基膨润土矿石及过渡类型膨润土矿石等3种类型。

（4）乌兰林格膨润土矿床规模为大型，蒙脱石平均品位49.33%。具有很好的应用前景和经济价值。

[1]徐忠勋.辽宁省建平县大梁前膨润士矿地质特征及成矿规律初步研究[J].地学论坛,2012.

[2]栾文楼,李明路,等.膨润土的开发应用[M].地质出版社,1998.

[3]王鸿禧.膨润土[M].地质出版社,1980.

[4]任磊夫.粘土矿物与粘土岩[M].地质出版社,1992.

[5]王占岐,朱志彬,等.乌兰林格膨润土矿区粘土矿物研究报告[R].中国地质大学,2002.

[6]新疆地矿局第十一地质大队.新疆和布克赛尔县乌兰林格—日月雷膨润土矿初查详查地质报告[R].1984.

[7]新疆地矿局第九地质大队.新疆和布克赛尔县红郭镇（一八四团）膨润土矿详查地质报告[R].1999.

[8]新疆地矿局第十一地质大队.新疆维吾尔自治区和布克赛尔县查干屯格镇（184团）乌兰林格膨润土矿详查地质报告[R].2002.

[9]徐步台,黄建国,等.浙江平山膨润土矿床成因的同位素地球化学证据[J].科技通报，1995.

P619.25

A

1004-5716（2015）05-0083-04

2014-06-06

2014-06-06

尹德功（1968-），男（汉族），青海乐都人，高级工程师，现从事区域地质调查、地质矿产勘查工作。