邓 峰，王朝晖，周世全

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南 南阳 473000）

1 概况

信阳上天梯珍珠岩矿区位于河南信阳与罗山交界处，隶属于五里店镇与青山乡管辖。该区是我国一个集珍珠岩、钙、钠基膨润土、沸石与含碱玻璃原料叠置共生的复合型重要非金属矿产地。矿区交通方便，与宁西、京广铁路相邻，与京、广、沪、陕高速公路贯通，原料、成品经铁路、公路可运达全国各地。

珍珠岩包括黑曜岩和松脂岩，为火山喷发的酸性熔岩，经急骤冷却形成的玻璃质岩石。该区产出的珍珠岩与其制品具容重轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广、防潮、防火、防水、防辐射、无味、保温、吸音等特性，广泛应用于国防、建筑、化工、石油、冶金、机械、运输、造船、农业，多种助滤剂等工业部门。

2 矿区地质概况

上天梯珍珠岩矿床位于我国大别—秦岭典型复合大陆中央造山系的东部。该区处于信阳—霍山中生代火山喷发带的东部，珍珠岩自西至东展布于信阳、石山口、泼河近东西向延伸的三个火山盆地内，盆地配置于信阳群变质岩系之上，盆地是大别—秦岭造山带主造山期强烈的陆内造山作用减弱后，北缘进入后造山阶段伸展、伴随走滑机制条件下形成的。

区内主要岩石地层单元有中元古界信阳群，包括龟山组、南湾组的一套变质岩系，厚约1000～5000m，厚度变化大；下白垩统陈棚组火山熔岩及火山碎屑岩类、火山—沉积碎屑岩类及次火山岩系，厚约500～1000m，上部为珍珠岩的产出层位，不整合在信阳群之上；上白垩统周家湾组砂岩、砂砾岩、砾岩、泥岩、砂质泥岩夹泥质石膏，厚约400～1300m，不整合于陈棚组之上，其次为第四系泥土、砂砾石、砂土等。珍珠岩火山岩带南部倚靠龟山—梅山东西向大断裂，北部与信阳—罗山盆地相邻，由于北东向断裂的发育，且叠加交错于大断裂之上，将火山岩带形成自西向东分布的三个断陷型火山盆地。盆地基底信阳群组成与大断裂基本同向的复式向斜，并派生一些小型的背向型构造，在大断裂带附近，则伴随北东向断裂和近东西向断裂的发育。在一定程度上破坏了整个珍珠岩矿带的完整性。

3 矿床地质特征及成因讨论

3.1 含矿地层

珍珠岩产于下白垩统陈棚组的上部，陈棚组为一套酸性火山岩、火山碎屑岩，含少量陆源沉积岩、次火山岩。在大别山北麓广泛分布，主要出露在信阳游河尧凹冲、平桥、五里店、罗山青山店、仙桥至光山陈棚等地。岩石类型复杂，下部为皇城山段，主要为凝灰岩类；中段为上天梯段，为火山—沉积碎屑岩类；上段称为杨家湾段，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，是珍珠岩的唯一赋存层段，自西向东分布于信阳的游河尧凹冲、平桥蔡家牌坊、罗山青龙寨等地。在平桥杨家湾、马鞍山最发育，刘家冲一带厚约227.14m。

该套火山杂岩位于东西向的构造带上，活动形式早期以喷发为主，间有火山侵入，中期为火山沉积，后期则以火山喷溢为主。形成火山喷发、火山沉积、火山喷溢三个旋回。

3.2 矿体地质特征

珍珠岩矿体均产于杨家湾段上部的酸性熔岩带内，与流纹岩、膨润土、沸石矿紧密共生。构成多元复杂的地质结构。矿区内主要珍珠岩矿体有7个，其次尚有局部分布的小型矿体。珍珠岩矿体受古地形与熔岩流的控制而呈似层状、舌状、豆荚状及囊状等形态。位于熔岩体的中上部，矿体各不相连，并呈近东西向串珠状展布，平面上呈“Z”字型，最大的4、7号两矿体则位于“Z”字型的转折端。

4、7号矿体长度分别为1400m和1500m，宽度在300～800m，厚度最大在102m，其他矿体一般长50～800m，宽50～570m，厚度在10～60m，矿体一般倾向北东，缓倾产出，倾角一般7～15°，与围岩呈平行和凹凸状接触，厚度一般中间厚两边薄。矿体在南部、中部一般出露于地表，局部被流纹岩及少量沸石岩、膨润土透镜体覆盖。而北部多被上白垩统周家湾组砂砾岩超覆其上。矿体的底板直接为脱玻化形成的膨润土和凝灰质页岩、沸石岩。珍珠岩内见有流纹岩和凝灰质岩石和其他岩石的捕掳体，且在局部分布大量围岩捕掳体，并有燧石岩、膨润土及强脱玻化珍珠岩的夹石，而影响矿石的质量。矿体与流纹岩接触处，常发育强烈的柱状节理，产状与流线方向一致。节理面上发育一层白色脱玻化产物—膨润土薄膜。

3.3 珍珠岩的特征

珍珠岩由酸性火山玻璃组成，是一种特殊的变种，一般呈灰白、灰色、深灰、灰黑色，深部颜色较深。矿石具典型的珍珠结构，即由冷缩形成的弧形、圆形裂纹构成的大小不同的珍珠岩组合体。有时具纤维状、流动状、角砾状构造、玻璃质结构、斑状结构。一般珍珠直径在1～5cm，断口具强玻璃光泽，半透明至透明。少量微透明至不透明。贝壳状断口。硬度一般在5～6，比重2～2.5，具有较高的耐火度，一般在1200～1360℃，珍珠岩构造强烈发育部分，弧状裂纹呈线状排列，而形成明显的流线。应视为珍珠状结构的定向排列，且横断面仍具珍珠状结构。珍珠岩在碱性水介质作用下产生脱玻化，而后期的低温热液使其产生硅化蚀变的珍珠岩，在矿区的北部与流纹岩的接触带附近最为明显。

3.4 珍珠岩的矿物、化学成分

3.4.1 矿物成分

珍珠岩主要由酸性火山玻璃组成，含少量石英、斜长石，石英斑晶呈自形，内部裂纹发育，包裹有玻璃质和斜长石小晶体，且被溶蚀。斜长石多为中更长石，呈自形板状、板柱状，具钠长石双晶和环带状结构，多被溶蚀，石英、长石呈斑晶或雏晶出现。含量约10%，斑晶表面常发育裂隙，在脱玻化过程中，出现隐晶质石英，有时可构成极细脉状条带，而蒙脱石、沸石在其中的含量则随着脱玻化程度的增强，含量由少变多，一般在10%左右。强脱玻化时，则蚀变为膨润土，它们与膨胀倍数呈反消长关系。副矿物有迪开石、黑云母、云母及微量尘埃状金属矿物赤铁矿、磁铁矿等，均呈微粒状、不规则状、线状集合体分布，紧密与长石、石英雏晶或斑晶伴生。并呈互层状出现。长石、石英斑晶的存在，不利于矿石的膨胀性。沸石呈浅褐色，不规则状零星分布在玻璃质或珍珠岩裂隙中。局部富集可形成透镜状沸石矿体。

3.4.2 化学成分

珍珠岩的化学成分与蚀变的强弱程度有着重要的关系(表1)。

由表1可知，珍珠岩主要化学成分为SiO2，且各类珍珠岩变化不大，一般70.65%～72.85%，平均71.29%，而脱玻化珍珠岩SiO2略低。Al2O3一般12.31%～13.52%，平均13.03%，最高15.52%。K2O+Na2O值一般6.20%～7.96%，最高8.0%，平均值7.37%。且K2O＞Na2O，差值一般1.35%～2.29%，最大2.60%，最小0.76%，K2O/Na2O的比值偏高，一般1.58～1.99，最大2.44，最小1.43。Fe2O3除个别外，多＜1%。FeO多＜0.5%，Fe2O3+FeO多＜1.50%。目前，一般认为，当Si O2含量在70%、K2O+Na2O含量5%～8%、Fe2O3含量＜1%等指标时，珍珠岩的膨胀性能较好。矿石中含铁量过高，可降低膨胀的效果，影响制品的颜色，故其含量不宜超过1%。而水是引起珍珠岩膨胀的内在因素。

表1 珍珠岩化学成分(%)

3.5 珍珠岩的自然类型及品级

3.5.1 珍珠岩的自然类型

珍珠岩的自然类型主要是根据它的脱玻化程度、蚀变作用等将其划分为三种类型：珍珠岩、蒙脱石化珍珠岩、硅化珍珠岩。

按照珍珠岩的结构，可将其分成：含斑晶珍珠岩、流纹状珍珠岩、角砾状珍珠岩。

3.5.2 珍珠岩品级的划分

珍珠岩品级的划分，主要是根据膨胀性能与脱玻化程度决定的，膨胀性是保证产品质量的关键，是评价珍珠岩工艺性能的标准。因此，依据矿区的实际，结合国内典型珍珠岩品级的划分，将其品级划分为三种(见表2)。

表2 珍珠岩品级划分

3.6 珍珠岩的蚀变特征

珍珠岩的蚀变作用，主要是在脱玻化过程中与后期热液蚀变作用形成的。主要有蒙脱石化、沸石化，其强度随着脱玻化程度的不同而有差异。蒙脱石化是在珍珠岩脱玻化过程中，原地形成的次生蚀变产物。一般与珍珠岩紧密共生产出，多分布在珍珠岩层的下部。沸石化主要分布在顶部与下部，沸石矿体主要分布在珍珠岩中，尤其在珍珠岩与流纹岩的接触带及附近，且其中亦见有珍珠岩残留体，向深部骤然减少。硅化作用可分为两期：早期硅化主要表现为珍珠岩的大量脱玻化，其所产出的SiO2大部分生成蒙脱石，剩余的SiO2呈胶体状态迁移，在珍珠岩的裂纹和流线面中，形成燧石岩、隐晶质石英或蛋白石。晚期的硅化系后期低温热液蚀变作用的产物，在珍珠岩内及其与流纹岩的接触带附近，形成脉状或块状的石英，充填于岩石的裂隙中和碎裂带内。

3.7 珍珠岩成因分析

上天梯区珍珠岩矿床处于华北与杨子板块的接合地带，秦岭—大别山造山带的西部北缘火山岩带北缘，是造山带后造山阶段的重要组成部分。在主造山期强烈的陆内造山作用减弱后，北缘进入后造山期的伸展、走滑环境中，形成了大规模的火山岩带。陈棚组火山活动经历了从喷发—平息—喷溢的三个阶段。早期包括火山管道相、火山喷发相、次火山相。第一次大规模的火山喷发，形成了一套熔结凝灰岩、晶屑玻屑凝灰岩及次火山岩等岩石。第二阶段为火山宁静阶段，产生一套细—粗碎屑沉积、火山碎屑沉积。第三阶段是陈棚组晚期大规模的火山喷溢活动，形成了包括火山通道相、火山喷溢相的流纹斑岩、珍珠岩及蚀变岩石等产物。在火山活动过程中，东部上天梯一带，形成并持续完善上天梯塌陷火山洼地，并形成了一套碱性较高的流纹质玻屑凝灰岩和火山碎屑与陆源碎屑沉积物。随后于洼地内堆积了一套流纹岩和珍珠岩同源的酸性火山熔岩组合。

珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，当饱和或过饱和的气相、液相挥发分酸性岩浆，在强大的压力下，使其沿构造面在早白垩世塌陷湖盆中，水下喷发或喷出地表，其内部含有的大量气液成分无法溢出，与冷空气或直接进入水中，熔岩流温度迅速骤降，急剧冷却凝固，形成具有特殊裂隙结构的玻璃质体。热胀冷缩，玻璃质的熔体被分割成圆形或弧形的珍珠裂隙结构的集合体——珍珠岩。

综上所述，本区珍珠岩的形成，可以概括为三个阶段：第一阶段，在陈棚组早期，于信阳上天梯一带，形成上天梯塌陷火山洼地或火山湖的基础上，晚期进一步完善，且发生火山喷发，堆积了近水平发育的凝灰质页岩和凝灰岩类；第二阶段，在上天梯塌陷火山洼地或火山湖，发生以喷溢形式大量酸性岩浆喷溢，至水中或地表后，岩浆骤冷形成珍珠岩和流纹岩。且由于岩浆的粘稠堵塞通道和压力作用，在通道中发生隐爆，形成角砾状珍珠岩；第三阶段，在火山活动间隙期间，塌陷洼地内或大气降水补给的地下水，在低温和碱性环境中，珍珠岩产生脱玻化作用，不同部位形成膨润土化、沸石化珍珠岩或膨润土、沸石岩。

4 结语

信阳上天梯一带珍珠岩，是我国重要的复合型非金属矿产地。矿床达特大型规模，资源量在亿吨以上。在我国约20个省、市的产地中，居第二位。该区开采条件优良，矿石加工程序简便，目前已成为我国珍珠岩原料和制品的主要产地。年产珍珠岩矿砂约30万t，约占我国总产量(60万t)的1/2，并有我国最大的膨胀珍珠岩生产线。该区既是珍珠岩加工、开采、销售的生产矿山，又是膨润土、沸石、含碱玻璃原料、珍珠岩综合性产地。故在我国众多同类型矿产地中，信阳上天梯一带非金属矿产地，对我国现代化建设，发展地域经济，建设小康社会，具有重要的现实意义。

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