解立發(fā)

白山市硅藻土礦床地質(zhì)特征及其開發(fā)利用

解立發(fā)

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長春 130033）

白山市硅藻土礦床賦存于中新統(tǒng)馬鞍山組中、上部(N1m3、N1m4)地層中，主要礦體賦存于(N1m4)中。礦體(層)的分布明顯地受古地貌和沉積巖相控制，礦體(層)基本依湖盆形態(tài)呈連續(xù)層狀產(chǎn)出。凹處礦層變厚、凸起處礦層變薄、湖盆邊緣礦層尖滅。成礦有明顯的規(guī)律性，礦石質(zhì)量穩(wěn)定。礦體(層)由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)品硅藻土層組成。目前開發(fā)利用的主要是Ⅰ、Ⅱ級(jí)品硅藻土，資源嚴(yán)重浪費(fèi)。

硅藻土；地質(zhì)特征；開發(fā)利用

通過2012～2013年的硅藻土礦整裝勘查工作，基本查清了吉林省白山市硅藻土礦床地質(zhì)特征及開發(fā)利用現(xiàn)狀，為合理開發(fā)利用硅藻土資源提供了依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

區(qū)域中—新生代斷陷盆地發(fā)育，盆地基底主要為侏羅系果松組(J2-3g)，局部為元古界老嶺群珍珠門組(Pt2z)及中生代早白堊世侵入巖。其上為新近系硅藻土沉積建造，主要由玄武巖、硅藻土、粘土及砂層組成。硅藻土礦(體)層賦存于盆地之中，礦體形態(tài)嚴(yán)格受古地貌和沉積巖相控制，含礦層產(chǎn)狀與礦層產(chǎn)狀基本一致，近水平層狀產(chǎn)出，傾角0～5°，局部由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及基底地層起伏影響傾角較大。

出露地層主要為新近系馬鞍山組(N1m)和軍艦山組(N2j )，次為中生界侏羅系果松組(J2-3g)、林子頭組(J3l)，元古界、古生界在區(qū)內(nèi)零星出露。新近系馬鞍山組(N1m)是區(qū)域內(nèi)硅藻土礦賦存層位，該層大部分隱伏于軍艦山組玄武巖之下，產(chǎn)狀近于水平。露頭分布于七道溝河、干溝子河等溝谷中，出露海拔標(biāo)高在710～801m，為一套硅藻土沉積建造。與下伏地層角度不整合接觸(見下頁圖)。該組分7個(gè)巖性段，其特征詳見表1。

區(qū)域內(nèi)巖漿巖出露面積較廣，約占全區(qū)面積的三分之二以上，以噴出巖占絕對優(yōu)勢，侵入巖次之。噴出巖主要為新生代軍艦山期玄武巖(N2j)，大面積展布形成玄武質(zhì)火山熔巖臺(tái)地。巖石類型主要為玄武巖。侵入巖出露在區(qū)域西北部，為中生代早白堊世侵入巖，巖性主要為閃長巖(K1δ)。

2 礦床地質(zhì)特征及礦石加工技術(shù)性能

2.1 礦體特征

礦床賦存于中新統(tǒng)馬鞍山組中、上部(N1m3、N1m4)地層中，一般呈較規(guī)則的層狀。礦體的形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀嚴(yán)格受古地貌和沉積巖相控制，當(dāng)沉積條件發(fā)生變化時(shí)，礦體(層)則向不穩(wěn)定一側(cè)由厚變薄直至尖滅。主要礦體(層)賦存于中新統(tǒng)馬鞍山組上部(N1m4)地層中，由兩層礦體(層)組成，自下而上編號(hào)為①、②號(hào)礦體(層)。礦體(層)傾角一般在0～3°之間，局部基底起伏約5°，總體產(chǎn)狀近水平。①號(hào)礦體(層)厚度一般在1.00～10.50m，平均厚度4.23m，厚度變化系數(shù)40%～53%，礦體(層)較穩(wěn)定，呈連續(xù)性較好的近水平層狀產(chǎn)出；②號(hào)礦體(層)厚度一般在1.00～16.23m，平均厚度6.82m，厚度變化系數(shù)40%～44%，礦體(層)分布穩(wěn)定，呈連續(xù)性較好的近水平層狀產(chǎn)出。礦體(層)由Ⅰ級(jí)品硅藻土層、Ⅱ級(jí)品硅藻土層及個(gè)別Ⅲ級(jí)品硅藻土層組成。礦體(層)在厚度方向上穩(wěn)定地段分布規(guī)律性較強(qiáng)，質(zhì)量較好的Ⅰ級(jí)品硅藻土一般分布于礦體中部，兩側(cè)為Ⅱ、Ⅲ級(jí)品。礦體賦存標(biāo)高一般在海拔710～780m之間，埋藏深度60～110m。礦床規(guī)模中型為主。

表1 馬鞍山組地層簡表

白山市硅藻土礦區(qū)地形地質(zhì)圖

礦層在垂向上具有明顯韻律，礦層一般在韻律中心部位，一個(gè)完整韻律從下至上為：硅藻粘土→粘土質(zhì)硅藻土→含粘土質(zhì)硅藻土→硅藻土→含粘土質(zhì)硅藻土→粘土質(zhì)硅藻土→硅藻粘土，其間為漸變關(guān)系。2.2 礦石質(zhì)量

(1) 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。

礦石呈灰白—灰綠色，生物結(jié)構(gòu)，微層狀或塊狀構(gòu)造，單層厚1～10mm，質(zhì)輕，硅藻土、含粘土硅藻土，疏松細(xì)膩，濕潤時(shí)似豆渣狀，干燥時(shí)似白土狀，粘土質(zhì)硅藻土濕潤狀態(tài)粘性較強(qiáng)，干燥后較堅(jiān)硬。

(2) 礦石礦物成分。

礦石主要礦物組分為硅藻，成分為蛋白石，均質(zhì)性，其種屬以圓篩藻、直鏈藻為主，少量羽紋藻，硅藻含量65%～98%；其他粘土質(zhì)礦物及碳酸鹽分別呈顯微鱗片狀、泥粉晶狀，均勻分布在硅藻間，有鐵染呈黃褐色；此外有少量石英、長石、鐵質(zhì)，石英、長石呈微粒狀、棱角狀，粒徑0.01～0.09mm。

(3) 礦石化學(xué)成分及品級(jí)。

礦石化學(xué)成分主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、燒失量組成，其中SiO2為礦石中主要有益組分，而Al2O3、Fe2O3、CaO、燒失量為有害組分，有害組分含量少，變化大，不穩(wěn)定。按化學(xué)組分的含量、工業(yè)用途不同將礦石劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)品。礦石化學(xué)成分及品級(jí)見表2。

表2 不同品級(jí)礦石化學(xué)成分(%)

(4) 礦石類型。

礦石分為三種自然類型：硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質(zhì)硅藻土。

硅藻土：為Ⅰ級(jí)品優(yōu)質(zhì)礦石，主要為白色、灰白色、灰綠色，以灰綠色為主，硅藻含量約90%以上，粘土礦物約5%，少量碎屑礦物及磁鐵礦物，有時(shí)可見植物化石。生物結(jié)構(gòu)，微層狀或塊狀構(gòu)造，單層厚1～5mm，質(zhì)輕，疏松細(xì)膩，濕潤時(shí)似豆渣狀，干燥時(shí)似白土狀。

含粘土硅藻土：為Ⅱ級(jí)品較優(yōu)質(zhì)礦石，以灰綠色為主，白色、灰白色為輔，硅藻含量約80%以上，粘土含量約10%，其他為碎屑礦物及磁鐵礦物；生物結(jié)構(gòu)，微層狀構(gòu)造，微層厚一般3～10mm，質(zhì)感較輕，固結(jié)差。

粘土質(zhì)硅藻土：為Ⅲ級(jí)品，屬一般礦石，質(zhì)量較差，以灰、灰綠色為主，硅藻含量約65%～80%，粘土含量約25%，含少量碎屑礦物及磁鐵礦物；生物結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，濕潤狀態(tài)粘性較強(qiáng)，干燥后較堅(jiān)硬。

(5) 礦體(層)頂?shù)装鍑鷰r及夾(層)石。

礦體(層)頂?shù)装鍑鷰r一般分為兩種：①硅藻粘土，其頂?shù)装迮c礦層之間為漸變過渡、整合接觸關(guān)系；②玄武巖，亦為礦層保護(hù)層。礦體(層)夾層一般為有益、有害組分低于工業(yè)指標(biāo)要求的硅藻粘土。

(6) 礦石物理技術(shù)性能。

礦石物理性能測試結(jié)果見表3。

表3 礦石物理性能測試結(jié)果

硅藻土礦石的質(zhì)量是以硅藻土的礦物成分作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的，而其用途則取決于硅藻的種屬。圓盤形硅藻為主的硅藻土用于制作助濾劑效果最佳，圓柱形硅藻為主的硅藻土用于制作催化劑載體、化肥包裹劑、保溫隔熱材料效果最好。本區(qū)Ⅰ、Ⅱ級(jí)品硅藻土以圓篩藻為主，Ⅲ級(jí)品以直鏈藻、管形藻為主。

2.3 礦石加工技術(shù)性能

Ⅰ、Ⅱ級(jí)品礦石目前主要用于直接生產(chǎn)加工助濾劑，另外在涂料、油漆等行業(yè)也廣泛應(yīng)用。

Ⅲ級(jí)品硅藻土，若用作助濾劑需要提純選礦后才能利用。其選礦工藝如下：①粗選：采用濕法選礦，其流程是：原土→搗漿→分級(jí)→快速沉降→懸浮→精土，精土可達(dá)到Ⅱ級(jí)品要求；②精選：對精土進(jìn)一步低溫焙燒—酸性處理，其程序是：精土→焙燒→酸浸→過濾→烘干→化學(xué)精土，最終可達(dá)到Ⅰ級(jí)品要求。

Ⅲ級(jí)品硅藻土可直接用于制作各種保溫輕質(zhì)材料，具有體輕、保溫、隔熱、吸音、吸潮等多種功能，其產(chǎn)品深受市場歡迎，前景看好。

3 礦床成因及找礦標(biāo)志

3.1 礦床成因

礦床賦存于新近系中新統(tǒng)馬鞍山組中、上部地層中，其巖性組合為砂—粉砂、粉砂質(zhì)粘土、硅藻土層(礦層)。從生物地層分析，硅藻為淡水種屬，是在氣候溫暖濕潤、雨水較充沛，能使湖盆長期保持穩(wěn)定水位的淡水環(huán)境下生長—繁殖—死亡—沉積的，是以生物沉積為主、機(jī)械沉積為輔的淡水湖泊相沉積類型，由硅藻周期性沉積形成小型韻律構(gòu)造(紋層構(gòu)造)。沉積盆地是硅藻土成礦的重要條件。沉積盆地為硅藻的生存、遺骸的堆積提供了良好的場所，湖盆的古地理形態(tài)控制著礦體的空間形態(tài)、分布，凹處礦層變厚，凸起處礦層變薄，邊緣處礦層尖滅。硅藻的生長、繁殖需要水中有豐富的可溶SiO2，區(qū)內(nèi)新生代間歇性的玄武質(zhì)火山噴發(fā)活動(dòng)為可溶性SiO2提供了豐富的物質(zhì)來源，為硅藻的生長、繁殖提供了必要的營養(yǎng)物質(zhì)；而后期的玄武質(zhì)火山噴發(fā)活動(dòng)將已形成的硅藻土礦層覆蓋，對硅藻土礦床起到了良好的保護(hù)作用。

3.2 找礦標(biāo)志

(1) 大面積新近系玄武巖分布區(qū)，形成臺(tái)地地貌。

(2) 新生代陸相盆地。

(3) 新近系中新統(tǒng)馬鞍山組(N1m)地層。

4 開發(fā)利用

白山市硅藻土資源儲(chǔ)量大、品質(zhì)優(yōu)，是吉林省優(yōu)勢礦產(chǎn)。Ⅰ、Ⅱ級(jí)品硅藻土(混合)不經(jīng)選礦可直接加工生產(chǎn)助濾劑，是除美國加利福尼亞州羅姆波克礦床以外，目前世界僅有的不經(jīng)選礦直接加工生產(chǎn)助濾劑產(chǎn)品的硅藻土礦產(chǎn)地，在國內(nèi)外均居重要地位。目前白山市已成為我國最大的硅藻土生產(chǎn)基地，硅藻土產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。

截止2013年底，白山市已設(shè)硅藻土礦采礦權(quán)15個(gè)，面積約12km2；擬新立采礦權(quán)9個(gè)，面積約16km2。已設(shè)硅藻土探礦權(quán)6個(gè)，面積約33km2；擬新立硅藻土探礦權(quán)15個(gè)，面積約225km2。采礦權(quán)和探礦權(quán)總面積約286km2，基本含蓋了白山市硅藻土礦賦存層位新近系中新統(tǒng)馬鞍山組(N1m)地層，基本沒有了空白區(qū)。

4.1 利用現(xiàn)狀

硅藻土是一種十分重要的非金屬礦產(chǎn)，由于其具備特殊的理化性能，而廣泛用作化工生產(chǎn)中的催化劑載體，涂料、橡膠、造紙中的填料，食品工業(yè)中的過濾、漂白劑，隔熱、隔聲材料以及石油精煉、陶瓷、玻璃、鋼鐵、冶金熱處理等。

白山市目前共有生產(chǎn)礦山22個(gè)，年開采礦石總量16萬t。以臨江賽力特公司、長白賽力特公司、吉林遠(yuǎn)通、興輝助濾劑公司等企業(yè)為主體的硅藻土產(chǎn)業(yè)開發(fā)集群穩(wěn)步形成，近幾年呈快速發(fā)展態(tài)勢，其中以個(gè)體業(yè)主為主，約占80%。

目前開采的主要是②號(hào)礦體(層)的Ⅰ、Ⅱ級(jí)品硅藻土。高(厚)度在2m左右，主要用于生產(chǎn)助濾劑，涂料(硅藻泥)等產(chǎn)品。

4.2 存在問題

(1) 棄貧采富現(xiàn)象嚴(yán)重，對于Ⅲ級(jí)品硅藻土基本不采，①號(hào)礦體(層)也沒有開采，資源嚴(yán)重浪費(fèi)。

(2) 目前Ⅰ、Ⅱ級(jí)品硅藻土(混合級(jí))主要用于生產(chǎn)助濾劑，涂料(硅藻泥)等產(chǎn)品，開發(fā)利用程度低。

(3) 企業(yè)規(guī)模小，缺乏核心竟?fàn)幜?，相互之間惡性竟?fàn)帀簝r(jià)，行業(yè)利潤微薄。

(4) 企業(yè)自主創(chuàng)新能力不足，缺乏整體長遠(yuǎn)規(guī)劃。

4.3 建議

(1) 白山市硅藻土資源亞洲最大、最優(yōu)，是吉林省的優(yōu)勢礦產(chǎn)，資源不可再生，合理開發(fā)利用至關(guān)重要。嚴(yán)禁資源浪費(fèi)，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一開發(fā)。

(2) 依托大中院校、科研單位的技術(shù)力量，在選礦、產(chǎn)品深加工上多做文章，提升產(chǎn)品的科技含量，使白山市真正成為亞洲最大的硅藻土產(chǎn)業(yè)基地。

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2014-05-06