吉林省长白县虎洞沟硅藻土矿床地质特征及成因浅析

2021-07-29马骏雨

吉林地质 2021年2期

马骏雨

中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林长春 130033

0 引言

1 区域地质背景

长白县虎洞沟一带位于中国东北吉林省的长白山西南麓一带，大地构造位置位于华北陆块，龙岗(吉南)陆块及其北缘陆缘活动带[5-6]。研究区大面积出露军舰山组玄武岩，构成平坦的玄武岩台地。另见少量新太古界鞍山群、古元古界老岭岩群；新元古界青白口系、南华系、古生界寒武系、奥陶系、石炭系、新生界新近系中新统马鞍山村组及新近系全新统Ⅰ级阶地及河漫滩零星分布(图1a)。岩浆活动主要以火山喷发岩为主，侵入岩次之。区内矿产资源丰富，有以硅藻土为主的非金属矿产和铜、钼、铅等有色金属矿产和黑色金属铁等。区域上硅藻土矿体的形态为层状，矿体的分布受古盆地控制，盆地的次中心地带矿床的厚度较大，质量好、稳定。而长白硅藻土矿正处于大盆地的子盆地中心地带，是硅藻土成矿的有利部位。

2 矿区地质特征

2.1 地层

研究区地层主要为中生界侏罗系中—上统果松组(J2-3g)、新生界新近系中新统马鞍山村组(N1m)、上新统军舰山组(N2j)和新近系全新统(Qhal)。硅藻土矿层即赋存于马鞍山组中(图1b)。

图1 长白县虎洞沟一带硅藻土矿床地质简图[据中国矿产地质志·吉林卷(待刊)]Fig.1 Geological sketch map of the Hudonggou area diatomite deposit in Changbai County1.军舰山组玄武岩；2.上新统；3.上侏罗统；4.上石炭统；5.奥陶系；6.寒武系；7.震旦系；8.青白口系；9.老岭群；10.鞍山群；11.燕山早期侵入岩；12.地质界线；13.断层；14.马鞍山组(含矿层)；15.马鞍山组斑状橄榄玄武岩；16.果松组；17.虎洞沟硅藻土矿体及编号

(1)中生界侏罗系中统果松组(J2-3g)：该地层大面积出露于矿区北部，面积约2.34 km2，由巨厚层状英安质含角砾晶屑凝灰岩组成。该层为马鞍山村组沉积基底。岩石中的角砾包括英安质角砾、石英闪长岩角砾、英安质晶屑凝灰岩角砾、安山质晶屑凝灰岩角砾及石英单矿物角砾，角砾呈次棱角状形态，粒度一般在2.00～8.50 mm之间。

(2)新生界新近系中新统马鞍山村组(N1m)：该套地层下伏于上新统军舰山组(N2j)玄武岩之下，产状近于水平。露头分布于矿区南部沟谷中，分布海拔标高700.00～800.00 m，为一套硅藻土沉积建造。按岩石组合特征分为3段，该层厚度40.00～90.00 m。其中上段(N1m4)为区内硅藻土矿赋存层位。与下伏地层呈平行不整合接触。自下而上分述如下：

第一层，马鞍山村组下段(N1m3)：该段区内厚度14.00～18.00 m，其岩性为硅藻黏土、砂岩。

第三层，马鞍山村组上段(N1m4)：该层为区内主要硅藻土矿赋存层位，该层东西向长约1.20 km，南北向宽0.20 km，分布面积约0.35 km2。

(3)新生界新近系上新统军舰山组(N2j)：分布于矿区南部，厚度16.00～61.00 m，近水平产出，不整合接触于马鞍山村组之上，由块状、气孔状玄武岩组成，构成玄武岩台地。

(4)新生界新近系全新统(Qhal)：为Ⅰ级阶地及河漫滩堆积，主要分布于山坡及沟谷中，由黏土矿物(60%)、砂及玄武岩砾石(40%)组成，厚度1.60～3.30 m。

2.2 构造

古近纪之前，基底地层中构造以近东西向断裂为主，北东向断裂次之，偶见南北向断裂，构成了本区断裂构造体系。新近纪之后，主要表现为喜山期构造运动，多以正断层性质的滑坡形式发育在玄武岩的边部，对矿层破坏作用不大。

研究区内主要为一北东向新生代盆地，盆地边缘位于夹心岗、错草顶子东一带，该区位于盆地中心部位。矿区构造简单，地层与含矿层倾向与倾角一致，矿区地层和矿层倾向北东，倾角1°～5°，局部由于新构造运动的影响倾角较大。

2.3 岩浆岩

研究区内岩浆发育，分布广泛，约占全区面积的2/3，主要由火山喷发岩为主，侵入岩次之。喷出岩大面积分布于区域内，为新生界上新世军舰山组玄武岩和中新世马鞍山村组玄武岩，形成玄武岩台地，岩性为气孔状、块状、斑状玄武岩；侵入岩仅在区域的北西角、南西角和南部有小面积出露。由中生代早白垩世闪长岩(δK1)、二长花岗岩(ηγK1)组成。闪长岩(δK1)出露于区域的北西角，分布面积约0.30 km2。二长花岗岩(ηγK1)出露于区域的南西角和南部，南西角分布面积约3.70 km2，南部分布面积约0.10 km2。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿床赋存于新生界新近系中新统马鞍山村组中，矿体顶板倾角一般在0°～4°之间，底板倾角一般在0°～5°之间，矿体总体产状近于水平。矿层顶、底板为硅藻黏土、砂岩或玄武岩。矿体的形态、规模、产状，在空间上严格受古地貌和沉积岩相控制。矿体在含矿层(N1m4)中，垂直方向具有明显韵律。一个完整韵律组成顺序自下而上为：硅藻黏土-黏土质硅藻土-含黏土硅藻土-硅藻土-含黏土硅藻土-黏土质硅藻土-硅藻黏土。根据硅藻土矿体赋存特征及矿体对应关系，将区内硅藻土矿体自下而上划分为①、②、③号3条矿体。

(1)①号矿体：该矿体位于马鞍山村组下部第一含矿层(N1m42)中。矿体总体倾向北西，局部倾向南东，矿体及顶底板倾角一般在0°～3°之间，矿体底板最大倾角10°。矿体主要为硅藻黏土组成。该矿体东西向长约1.30 km，南北向宽约0.20 km，分布面积约0.33 km2。矿体由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级品硅藻土组成，质量较好的Ⅰ级品硅藻土分布在矿体中部，两侧为Ⅱ、Ⅲ级品。

(2)②号矿体：该矿体位于马鞍山村组中部第二含矿层(N1m44)中，矿体规模最大。矿体总体倾向北西，局部倾向南东，矿体及顶底板倾角一般在0°～3°之间，矿体底板最大倾角7°。矿体主要为硅藻黏土组成。该矿体东西向长约1.30 km，南北向宽约0.23 km，分布面积约0.33 km2。矿体由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级品硅藻土组成，质量较好的Ⅰ级品硅藻土分布在矿体中部，两侧为Ⅱ、Ⅲ级品。

(3)③号矿体：该矿体位于马鞍山村组上部第三含矿层(N1m46)中，矿体规模较小。矿体总体倾向南东，矿体及顶底板倾角一般在0°～3°之间。矿体主要为硅藻黏土组成。控制该矿体东西向长约1.10 km，南北向宽约0.30 km，分布面积约0.20 km2。矿体由Ⅱ、Ⅲ级品硅藻土组成，Ⅱ级品硅藻土位于Ⅲ级品上部。

3.2 矿石质量

矿石主要为灰绿色，生物结构、泥质生物结构，微层状、块状构造，单层厚1～10 mm。矿石主要矿物组分为硅藻土，成分为蛋白石，非晶质，种属以小环藻、直链藻为主，少量针杆藻，硅藻质量分数61.50%～94.20%，其它矿物蒙脱石质量分数0～4.10%，云母质量分数0～3.80%，绿泥石质量分数0～3.50%，石英质量分数2.80%～8.40%，长石质量分数2.10%～15.20%，菱铁矿质量分数0～4.50%(表1)。

表1 矿石主要化学组分含量统计表

区内矿石结构特征分为三种自然类型，包括：硅藻土、含黏土硅藻土、黏土质硅藻土，其中硅藻土为小环藻(图2a)，藻体破损较重，环直径0.025～0.050 mm，小孔呈环状整齐分布，破损藻体定向分布。石英、长石、云母等较均匀零散分布硅藻间；含黏土硅藻土以小环藻为主(图2a)，环直径0.020～0.045 mm，藻体部分完整，小孔呈环状整齐分布，少见单体圆筒状直链藻，筒直径0.010～0.023 mm，藻体较完整，筒壁有整齐的格子状小孔分布，常连成长直链，破损状；黏土质硅藻土以单体圆筒状直链藻为主(图2b)，筒直径0.01～0.03 mm，藻体较完整，筒壁可见整齐的格子状小孔分布，常连成长链，少见筛状圆筛藻，筛直径最大可达0.04 mm。

图2 硅藻土显微照片Fig.2 Micrographs of the diatomite

矿石化学组分见表2。由表可以看出，①至③号矿体矿石有益组分SiO2均匀分布，且有害组分变化系数小，由于矿层中硅藻含量和SiO2含量成正相关[7]，总体来看，矿石硅藻含量均匀，质量稳定。

表2 矿石主要化学组分质量分数统计表

3.3 矿石品级

按工业用途及各类型矿石主要化学组分划分为Ⅰ级品、Ⅱ级品、Ⅲ级品三个品级，各品级矿石自然类型、化学组分和工业用途详见表3(②号主矿体)。

表3 矿石自然类型与工业品级对照表(据[8])

4 矿床成因

从生物地层分析，硅藻的生长是形成硅藻土的必要条件。硅藻是一类单细胞植物，是由几个或很多细胞个体连接成各式各样的群体。作为浮游植物广泛生存于海洋、淡水、泥土及潮湿的表面。硅藻土繁衍的重要条件是充足的SiO2供给[8]。硅藻的单细胞植物死亡后在一定的地质条件下长期堆积保存，便形成了硅藻土矿床。

通过资料可知，该区构造运动强烈。在不断加强的燕山期构造运动影响下，侏罗纪中酸性火山岩喷发形成了陆相火山岩及碎屑岩，经过漫长的演化过程，于晚侏罗世末期形成了广袤的陆相盆地，白垩纪之后，在喜马拉雅运动导致断块升降的影响下，原有中生代陆相盆地发生沉陷，并接受了河流冲积相、滨湖相、湖相沉积，沉积盆地为硅藻的生存、遗骸的堆积提供了良好的场所，湖盆的古地理形态控制着矿体的空间形态、分布，凹处矿层变厚，凸起处矿层变薄，边缘处矿层尖灭。新生界火山岩的喷发覆盖在凹陷盆地之上，具有间歇火山喷发与周期性河流-湖泊相交替特征[9]。