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海泡石和凹凸棒石矿床地质学

一、矿床成因概述

根据凹凸棒石在自然界的产出特征以及凹凸棒石与相关矿物的关系，它是一种低温矿物，是SiO:与Mg在碱性溶液中结合结晶而成的化学沉积物，或者是一种固液平衡相变矿物。它能在25~220℃的浓海水或SiO:饱和盐溶液中优先结晶，分布于各种地质环境中。形成机制可能是火山喷发和喷发玄武岩、火山碎屑和陆源岩风化物被水溶解带入湖中。在干旱或半干旱气候条件下，当水溶液蒸发浓缩到一定浓度时，凹凸棒土直接在弱碱性溶液中沉淀结晶。同时，方解石、白云石、伊利石、蒙脱石、应时、蛋白石等。形成于不同的阶段和条件，形成了不同类型的凹凸棒石粘土矿床。自然界中，蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石等层状硅酸盐转化为富含SiO的凹凸棒土是常见的。

镁在碱性介质中表现出固-液相变。

一般来说，海泡石也是低温化学沉积或固液平衡相变的产物。结晶时的水介质条件是富镁、硅、贫铝的碱性溶液(pH值约为8.5)。水的化学类型相当于硫酸盐沉积阶段的碳酸氢盐-硫酸镁亚型水介质。合成海泡石的成功为上述推论提供了依据。实验在PH≥8的碱性溶液中用两种方法进行。试验压力为101325帕，温度为25℃。

海泡石和凹凸棒土的形成条件基本相似，主要区别在于介质中铝镁含量和pH值的不同。当介质中含有铝时，生成凹凸棒石的可能性高于海泡石。产海泡石介质的pH值在8.5左右，范围较窄，而凹凸棒石在pH值7~9左右的范围内都能产生，所以凹凸棒石在自然界的分布比海泡石更广。

弗兰克-科梅、内基吉和克洛科娃用海泡石和凹凸棒石做了高压试验。结果表明，当SiO

滑石和蒙脱石矿物分解到一定量后，由层状链状结构转变为层状结构，因此海泡石和凹凸棒石矿物被认为是滑石或蒙脱石和SiO等层状硅酸盐。

过渡性作品。同样，这些层状硅酸盐矿物在一定的地质和物理化学条件下，可以转化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海泡石-凹凸棒石矿床的形成主要受以下条件控制。

1)形成的地质时代一般较晚，主要集中在晚古生代、中生代和新生代。前者如我国湖南、江西、陕西的浅海型，形成于二叠纪。后者如西班牙、西北非、美国、日本、大西洋、太平洋、地中海、波斯湾和中国东部，集中在古近纪和新近纪，层位稳定，分布广泛。

2)受构造活动带附近的窄洼和洼地控制。它们常出现在陆源风化剥蚀面或海底风化剥蚀面，离物源补给区不远。海泡石-坡缕石的岩石成分可以是与火山作用无关的碳酸镁型，与火山作用有关的大陆火山-沉积型，也可以是现代洋底的海底沉积物。

3)一般陆相或海相的凹陷或洼地还应满足以下条件:①富镁、硅、铝、超盐度的环境；②低能至中低能沉积环境；pH=8~11的碱性和相对还原性环境；④封闭-半封闭狭窄小盆地。

除深海区外，一般处于干旱-半干旱气候，具有一定的蒸发和沉积特征。

4)明显受岩性控制。无论陆相还是海相沉积类型，其岩性大致可分为两类:①无直接联系的碳酸盐岩；②与火山物质直接相关的火山碎屑沉积砂泥质岩。

三、矿床的主要成因类型和地质特征

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。它们可能形成于沉积作用和淋滤-热液成矿作用中，其中沉积作用最容易形成大规模的工业堆积。根据成矿地质背景和成矿方式，大致可分为沉积型和残积-热液型两大类。

(1)沉积海泡石和凹凸棒石矿床

矿床产于内陆碱湖、盐湖盆地、碱性玄武岩盆地、浅海碳酸盐台地、潮间带等构造稳定的干旱或半干旱气候区。矿化可以发生在三个阶段:同生期、成岩期和表生期。海泡石和坡缕石矿物可以通过蒸发直接从溶液中结晶出来，也可以转化为伊利石、绿泥石、蒙脱石、高岭石、海泡石(或坡缕石)等。矿体呈层状、层状、透镜状，产状与围岩一致。矿化范围一般较大，面积从几平方公里到几百平方公里。矿石呈土状、致密块状、碎屑状和结核状。矿石的矿物含量一般在50%以上，个别情况下可达90%以上。伴生矿物有蒙脱石、伊利石、方解石、白云石、应时、蛋白石、燧石、高岭石、海泡石(或凹凸棒石)等。矿床规模可达几十万到几千万吨。

根据形成时古地理环境的不同，可分为陆相沉积矿床和海相沉积矿床两个亚类。

1.陆相沉积类型

主要产于古代或现代干旱气候区和半封闭至封闭的陆相沉积盆地。该类型可分为蒸发化学沉积型和火山-沉积型。

(1)蒸发化学沉积型

通过蒸发-化学沉积形成。成矿物质主要由盆地周围或相关源区沉积变质岩系的风化产物提供。沉积物是以凹凸棒石为主还是以海泡石为主，或者两者兼而有之，往往与碱性介质的pH梯度、镁、硅或铝的相对含量以及盆地的大小密切相关。一般来说，凹凸棒石主要产于盆地底部和边缘，皂石和海泡石多形成于盆地中心附近。

实施例1:西班牙Vallekas的海泡石矿床

它出现在古近纪和新近纪沉积盆地中。沉积物主要由盆地周围古生代和中生代地层中的大理岩、泥质板岩、云母片岩、石英岩和片麻岩等风化物质提供。矿层为近东西走向的透镜状体，产于古近系和新近系碳酸盐沉积岩中，主要为白云岩。海泡石在沉积阶段直接结晶，或在破碎带的盐溶液中结晶。海泡石或凹凸棒石的单个纤维晶体的长度可以达到几毫米以上，形成毡状复合体。矿物自下而上出现的顺序为海泡石-海泡石+凹凸棒土+伊利石-凹凸棒土+伊利石。粘土以海泡石为主，占95%，其次是凹凸棒石、蒙脱石、伊利石、方解石和应时。化学成分一般是(w

/%):SiO

(57.83)，铝

(4.36)，铁

(0.61)，氧化镁(22.38)，高

(10.26)。

实施例2:西班牙卡塞雷斯凹凸棒石矿床

它位于阿尔卑斯运动引起的太浩断陷盆地西部的构造洼地。凹陷基底由寒武系板岩组成，其上沉积有古近系和新近系，厚度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。盆地边缘为碎屑岩相，主要由应时、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和凹凸棒石粘土层，出现在碎屑矿物带与中央蒸发岩的过渡带，即碳酸盐和硫酸盐相带的外围地带。在凹陷中心附近，过渡带有少量海泡石和方石英。层厚约4m。凹凸棒石占矿石的85%，其次是应时、方解石、白云石、皂石、伊利石、绿泥石、高岭土和方石英。凹凸棒石粘土的化学组成(w/B%):SiO

(51.5)，铝

(10.3)，铁

(2.26)，FeO(0.52)，H

(14.4)，H

(7.36)。

(2)火山沉积型

以我国苏皖交界地区的六合、盱眙、嘉善、来安、天长等县为代表。凹凸棒石粘土层在该区大型碱性玄武岩层中广泛发育，矿化面积达2000km。

发现了数十个矿床，形成了凹凸棒石粘土矿带。矿带位于郯庐深大断裂带的东部，扬子准地台和中朝准地台的结合部，即张八岭隆起和金湖坳陷之间的断陷盆地中。含矿的古近纪碱性玄武岩沿西北方山-女山断裂带分布。新近纪火山-湖相沉积岩系，厚度一般为100~300米，与下伏古近纪红色砂页岩呈不整合接触。断陷盆地的基底为元谷峪张八岭群变质岩、上震旦统陡山沱组和灯影组沉积岩以及中生代陆相火山岩。

矿床实例:江苏盱眙凹凸棒石粘土矿床

凹凸棒石粘土产于新元古代和新近纪下草湾组，在桂五组下段也有零星分布，在柳河组偶见。下草湾组由一套中粒橄榄石玄武岩、橄榄石粗玄武岩和半固结粉砂质泥岩、粉砂岩、砂岩、粘土层组成，其中1~4层玄武岩与沉积岩互层或夹层，一般厚度为20~90m。

盱眙地区的凹凸棒石粘土呈层状、透镜状，厚度2~5m，长度几百米以上。如华家岗-永小山的粘土层V，无明显韵律，可沿走向逐渐变为粉砂质泥岩和砂砾岩。粘土层中有陆相动物化石，中上层常出现几厘米至几十厘米厚的蛋白石层，其产状与顶底板围岩一致。粘土类型包括凹凸棒石粘土、白云石凹凸棒石粘土、硅质凹凸棒石粘土、蒙脱土凹凸棒石粘土、含海泡石凹凸棒石粘土等。它们在空之间的分布有一定的规律性。从花家岗到永善山，顺序为:粉砂质泥岩-蒙脱石粘土-凹凸棒石粘土-含海泡石的凹凸棒石粘土。华钢含有较多的应时碎屑成分，可能是沉积盆地的边缘，而永善山靠近盆地中心(图5-3)。

图5-3盱眙花家岗-永小山V型粘土层变化示意图

1-粉砂质泥岩；2-蒙脱石粘土，3-白云石凹凸棒石粘土；4-凹凸棒粘土；5-含有海泡石的凹凸棒石粘土；6-玄武岩；7-桂武集团；8—下草湾组

粘土灰白色-浅灰色，质纯，相对密度约2。吸水性强，手感滑溜。常见的土质、致密块状和角砾岩状矿石。薄片中发现假流纹岩结构、微多纤晶结构和微沉淀灰晶结构。矿石以凹凸棒石为主，其次是蒙脱石、应时、水云母，偶尔还有海泡石。矿石中可见粘土玄武岩碎屑和矿物晶体碎屑，部分片状和楔形晶体碎屑已被凹凸棒石化。凹凸棒土代替蒙脱石是很常见的。粘土层的母质可能是玄武质角砾岩凝灰岩或凝灰岩角砾岩。蒙脱石是凹凸棒石粘土的前驱体，后者是前者在碱性玄武岩影响下进一步演化的结果。由以上分析可知，凹凸棒石与玄武岩有着密切的成因联系:①凹凸棒石粘土层中有大小不等的玄武岩角砾岩；②部分玄武岩风化分解成粘土后，局部仍保留玄武岩特有的管状孔隙和杏仁状结构。③凹凸棒石粘土的化学成分与玄武岩相似，主要氧化物含量相似(除FeO、K

o高于粘土，SiO

o比外面的粘土低)。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.海洋沉积类型

(1)海相沉积海泡石矿床

该类型主要见于我国二叠纪碳酸盐岩地层或煤系地层中，如江西乐平、湖南浏阳、陕西宁强等地。这些地区都是晚古生代沉积坳陷区。含海泡石的菱镁矿粘土岩是一套碳酸盐岩，主要为泥晶灰岩、白云质泥晶灰岩、燧石、钙质-菱镁矿页岩和粘土岩，常与硅质岩和燧石透镜体(结核或条带)共生，属于一套高硅质含量的泥晶灰岩地层。矿体呈层状、层状或透镜状，产状与围岩层理一致，倾角缓。矿体长几公里，深几百米，厚几到十米。矿石类型主要为泥灰岩型矿石、钙镁页岩型矿石和粘土型矿石(前两者已风化)。主要矿物为海泡石、凹凸棒石、蒙脱石、方解石和滑石，其次为白云石、高岭石、玉髓、伊利石、黄铁矿、绿泥石、天青石和萤石。

中国二叠纪浅海相沉积类型具有以下特点:

1)矿层存在于一定的层位中，层位稳定。海泡石与“菊花石”共生紧密，属于同一层位。

2)容矿岩石为浅海灰岩、泥灰岩、含灰岩透镜体的钙镁页岩，为一套典型的碳酸盐岩。

3)含矿岩石化学成分中，CaO含量高，MgO含量相对较低，al较差。

。湖南浏阳以海泡石为主的样品中，MgO含量大多为11.36%~17.62%，平均含量为5%~11%。当MgO含量大于20%时，以海泡石转化的滑石为主。

矿床实例:湖南省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的西南端。该区有元谷峪震旦系、上古生界泥盆系、中生界白垩系、新生界第四系等地层。岩浆岩主要是中酸性岩石。该构造位于浏阳“S”型构造与安化-永和东西向构造带东段的复合结合部，发育近东西向褶皱和断层。二叠系主要出露于矿区，在东西轴附近构成向斜构造。轴向地层为上二叠统龙潭组、下二叠统茅口组和栖霞组。北翼为上石炭统湖田群，南翼被区域性东西向逆冲断层切割(图5-4)。

矿床产于下二叠统栖霞组上部泥灰岩段(湘潭、湘乡、宁乡、娄底等地已将该层划为茅口组底部)。海泡石和浏阳菊花石都产于该层。含矿层厚40~70m，与燧石关系密切。该层底板为2~8m厚的火石，顶板为茅口灰岩。

矿体呈层状、层状或透镜状，产状与围岩基本一致。含矿层长3000多米(最长可达6000米)，倾斜深度300-400米，含矿2-4层，厚度2-7米，最大厚度16.34米。

矿物组合简单，90%以上的样品由海泡石、方解石、应时和滑石四种矿物组成，且以前两种为主。次生矿物有白云石、高岭石、蒙脱石、水高岭石、绿泥石等。微量矿物包括白云母、沸石、凹凸棒土、伊利石等。海泡石在地面浅部以上无明显变化，但滑石含量较高，可能与海泡石的风化转化有关。由于风化损失，地表浅部方解石含量低，而深部方解石含量高。

矿区内有两种类型的矿石:粘土型和原岩型。ⅰ类粘土分布在地表和浅部，由含海泡石和钙质页岩的泥灰岩风化而成。海泡石含量高，多为深灰色、灰白色，土状，质软，断面参差，手感滑溜，吸水后可塑性强，制浆率可达9.54~16.40m·m。

/t.原岩类型为泥灰岩，含海泡石和钙质页岩，深灰色-灰黑色。呈片状、叶状，硬度较低。一般海泡石含量在中等以上，制浆率较差。

图5-4永和海泡石矿区地质示意图

1—第四纪全新统；2—第四纪更新世；3-上二叠统龙潭组；4—下二叠统茅口组；5—栖霞组三段；6—栖霞组二段；7—栖霞组一段；8-石炭系湖田群；9-震旦系；10—冷家溪群三言组二段；11—冷家溪群三言组一段；12—石英斑岩；13—故障及其编号；14—矿石剖面的详细测量；15—初始勘探部分

化学特性:高氧化钙含量，氧化镁，铝

低含量，一氧化硅

内容变化很大。据统计，艾尔在地表附近

MgO含量高，并向深部递减，而CaO含量则相反。当MgO的含量超过20%时，它变成主要是滑石。

含矿地层岩性为浅海相燧石灰岩、泥灰岩、含灰岩透镜体的钙镁页岩。含矿地层产生大量的

腕足动物、珊瑚和其他浅海化石。该层由上下石灰岩和燧石石灰岩组成。

海泡石和菊花石产于同一层位，大致同时形成。菊花石是燧石结核周围天青石的放射状发育，是海水在海退环境中蒸发到一定程度，硫酸锶结晶而成。在这种环境中，海水富含镁和硅，但铝含量很低。在碱性水中，镁离子与硅胶结合沉淀，形成碳酸盐-钙-镁粘土海泡石沉积在浅海中。

(2)海相沉积凹凸棒石粘土矿床以西班牙的Libria和乌克兰的Chilkas为代表(与膨润土矿床共存)。

矿床实例:西班牙利布里亚的凹凸棒石-海泡石矿床

该矿床分布在Gualsville盆地，靠近Gualkiwei河的出口。矿床产于古近纪和上新世海退期间的大陆边缘湖相沉积中。上新世地层分为三段:下部海相应时砂岩；中层泥灰岩-钙质层，厚25~30m上部为凹凸棒石粘土层。中段产燧石、白云石、凹凸棒石-海泡石粘土，呈层状透镜状夹在含燧石的灰岩和泥灰岩中。粘土中海泡石的含量为20%~60%，凹凸棒石只有百分之几。海泡石含量与应时含量成正比，而与方解石含量成反比。上部凹凸棒石粘土层夹在石灰岩中，石灰岩顶部有一层厚度约4~5m的瘤状石灰岩。粘土中凹凸棒土的含量为60%~80%，与方解石的含量成正比，只含有少量的海泡石、蒙脱石和伊利石。矿石层的厚度有十几米到几百米。

(2)残积热液凹凸棒石和海泡石矿床

这种类型的矿床一般产于蚀变火山凝灰岩、蚀变花岗岩、蛇纹石、大理岩中，常被菱镁矿、绿泥石、蛋白石、方解石等充填在裂隙中。如湖北广济、河南卢氏、内蒙古白云鄂博、四川石棉、安徽全椒、陕西商县、俄罗斯外高加索(包括坡缕石凝灰岩粘土)。

商县上林子海泡石矿床产于奥陶系地层中。出露岩石主要有白云质大理岩、透辉石大理岩和黑云母片麻岩，北、东、西三面与花岗岩接触。海泡石和方解石充填在白云质大理岩裂缝中，呈细脉状。单脉厚度1~10cm，延伸很少。矿脉中还有少量的应时，晶孔中可见方解石簇。海泡石为白色纤维状集合体，纤维长短不一，长度为60毫米。海泡石在矿脉中分布不均匀，多产于方解石颗粒间的空间隙中。由于方解石的形状，形成时间略晚于方解石。还可以看到纤维状海泡石的垂直脉壁生长。

安徽全椒凹凸棒石矿床位于全椒马场东北4.3km处，淮阳山构造前弧东翼，郯庐深大断裂东侧，玉屏山复式向斜西南端西北翼。震旦系陡山沱组上段和灯影组下段主要出露大理岩，NE向褶皱发育。燕山早期，硅酸铝过饱和的石英二长岩和闪长玢岩侵入。矿脉产于陡山沱组上部闪长角砾岩、角砾状花岗岩闪长玢岩、大理岩破碎带及内外接触带的千片页岩中，呈ne、nNE向展布，倾角60°~85°。矿脉以细脉和网脉的形式出现。矿脉中的凹凸棒石纤维长，含量丰富，杂质少。杂质的成分随围岩的性质而变化。闪长角砾岩中有闪长碎屑成分，大理岩中有方解石。有五条主脉，延伸25～100米，脉厚0.2～1.2米..矿石类型以纤维束结构为主，含凹凸棒石90%以上。其次是脉状充填交代矿(含凹凸棒石30%~60%)、网脉矿(含凹凸棒石30%~60%)和角砾岩矿(含凹凸棒石30%~80%)。矿石以纤维状构造为主，其次为交代残留构造、交错构造、块状、细脉状、角砾状构造。矿石呈粉白色，吸水后略带玫瑰红色。

淋滤-热液海泡石粘土矿床主要产于富镁岩石的裂隙中，与热液凹凸棒石矿床的容矿岩石类型基本相同。该类型矿石技术性能优良，但矿体体积低，矿床规模小，工业价值不大。

四。矿床分布

海泡石和坡缕石很少形成单一的块状堆积物。由于它们的矿物结构相似，化学成分相同，所以经常一起生产。除中国外，主要生产国是西班牙、美国和俄罗斯，其次是土耳其、塞内加尔、索马里、肯尼亚、希腊和日本。

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。凹凸棒石和海泡石以两种形式产出:一种产于膨润土矿床，如阿尔梅里亚的膨润土矿床，强烈蚀变部分含有少量凹凸棒石和海泡石(与蚀变过程中产生的过量镁有关)。另一种是由海泡石组成的漂白土矿床，产于塔古斯盆地。

它是美国凹凸棒石的主要生产商。矿床集中在佐治亚州和佛罗里达州之间的地区，大部分是沉积成因的。它通常由几种粘土矿物组成。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，它们在中新世霍桑地层中以板状晶体或不连续层的形式出现。美国的海泡石粘土矿床分布在内华达州的Ashe-Midos，与更新世的钙、钠、镁膨润土密切共生。

前苏联第一个可开采的凹凸棒石漂白土矿床位于乌克兰的切尔卡。矿石有五层，厚度1.5~8m，大部分由蒙脱石组成，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蛇纹石或其他富含镁橄榄石的镁质岩石蚀变而成的。矿石致密，呈块状，海泡石呈散块状，可用于制作烟嘴、管道内衬及各种装饰品。

我国凹凸棒石粘土资源主要分布在江苏盱眙-六合和安徽明光-江西。凹凸棒石粘土在内蒙古、四川、山东、贵州、甘肃、新疆、湖南等地也有发现。主要赋存于新近系和古近系火山岩、白垩纪陆相地层、奥陶系和二叠纪灰岩地层、寒武系和震旦系白云质灰岩地层中，尤其是新近系和白垩纪玄武岩中，最有利于成矿。除江苏、安徽两省外，其他地区凹凸棒石粘土的产业发展规模都不大。因此，中国的凹凸棒石粘土产业实际上是以江苏和安徽的凹凸棒石粘土为代表的。

海泡石矿物在中国分布广泛，而且有许多矿区。热液海泡石矿物除安徽全椒外，主要分布在东秦岭。此外，海泡石在贵州、云南武定、河北张家口、湖北广济、四川石棉等地也有发现。沉积海泡石矿物主要产于二叠纪碳酸盐岩地层中，少量产于下白垩统。主要分布在湖南浏阳、湘潭、宁乡、望城、湘乡、石门、乐平，江西宁强，陕西和河北唐山，其中湖南永和、石潭、湘潭和宁乡道林为大型矿床。

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