201 3年第4期 中国非金属矿工业导刊 第l05期 【矿产资源】 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) 【摘要】信阳上天梯珍珠岩矿赋存于早白垩世陈棚组上部,杨家湾段酸性熔岩内。矿体基本稳定,共有7个,矿体最 长l 500m,厚度最大102m,一般长50~800m,厚度10~60m。矿石类型主要有珍珠岩、蒙脱石化(脱玻化)珍珠岩、硅化珍 珠岩。品级为I、II、III级,矿物成分主要由玻璃质组成,少量石英、长石、微量迪开石、磁铁矿等。主要化学成分SiO 、 A1 O 、Fe O 、FeO基本稳定,K:O/Na O比值一般1.58~1.99。矿床成因系酸性岩浆沿构造部位喷发或喷溢至水下或地 表,温度速降,急骤冷却而成。上天梯一带的珍珠岩矿床,在我国众多的产地中占有十分重要的地位。 【关键词】珍珠岩;杨家湾含矿段;地质特征;类型与品级 【中图分类号】P619.229 【文献标识码】A 【文章编号】1007—9386(2013)04—0056—04 Geological Characteristics of Pearlite in Shangtianti Area of Xinyang DENG Feng,WANG Chao-hui,ZHOU Shi—quan (The First Institute of Geological Survey of Bureau of Geological and Mineral Resource Prospecting&Development,Nanyang 473000,China) Abstract:The Shangtianti pearlite ore occurred on Chenpeng formation ofearly Cretaceous and in the acidic lava ofYangjiawan section.The mineral ores are stable and have seven in total,the maximum length ofmineral ore is 1 500m,the maximum thickness is 1 02m,and he taverage length ofore is from 50m to 800m,and the general thickness ranges from 1 0m to 60m.The ore types have mainly pearlite,montmorillonite(devitriifcation)pearlite and silicated pearlite.The grade are ofGrade I,Grade II and Grade III,and het major mineral component consists ofhyaline,slight amount ofqua ̄z and feldspar,very small amount ofdickite and magnetite.The major chemical compositions such as SiO2,A1203,Fe2O3 and FeO are baSically stable,K:O/Na ̄O ratio is 1.58-1.99 in genera1.The origin ofore is hatt he tacidic magma erupted along the structural position or erupted under water or surface,and he tmagma sharply cooled to give rise to the pearlite.Consequently,the Shangtianti pearlite ore plays greatly important role among the many producing area in China. Key words:pearlite;ore beating section ofYangjiawan;geological characteristic;type and grade 1 概况 2矿区地质概况 信阳上天梯珍珠岩矿区位于河南信阳与罗山交 上天梯珍珠岩矿床位于我国大别一秦岭典型复合 大陆中央造山系的东部。该区处于信阳一霍山中生代 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 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。 置于信阳群变质岩系之上,盆地是大别一秦岭造山带 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 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。 括龟山组、南湾组的一套变质岩系,厚约1 000~ 5 000m,厚度变化大;下白垩统陈棚组火山熔岩及火 山碎屑岩类、火山一沉积碎屑岩类及次火山岩系,厚 约500~1 O00m,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 1 300m, ≮ —— 邓峰等:信阳上天梯一带珍珠岩矿地质特征 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,北部与信阳一罗山盆地相邻,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 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 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 致。节理面上发育一层白色脱玻化产物一膨润土薄 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 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 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 珍珠岩产于下白垩统陈棚组的上部,陈棚组为一 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1 200~1 360 ̄C,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 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,为火山一沉积碎屑岩 类;上段称为杨家湾段,为流纹岩一珍珠岩建造,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,间有火山侵人,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CYSt结 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 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 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1 400m和1 500m,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l0~60m,矿体一 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 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 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SiO ,且各 类珍珠岩变化不大,一般70.65%~72.85%,平均 201 3年第4期 中国非金属矿工业导刊 表1 珍珠岩化学成分(%) 总第l05期 名称 珍珠岩 脱玻化珍珠岩 SiO2 72.10 72.0O TiO3 O.O9 0.09 Al2O3 12.63 12.31 Fe2O3 0.53 0.54 FeO O.27 0.80 MnO 0.O8 O.O6 MgO 0.22 0.14 CaO 0.88 1.0O K2O 5.06 4.67 Na2O 2.94 3.29 P2O5 0.03 0.04 LOI 5.0l 4.94 71.43 71.76 0.09 0.09 l2.66 12.54 0.64 0.63 0.41 0.48 0.07 0.07 0.41 0.34 1.1 1 1.25 4.47 4.43 2.83 3.O8 0.03 0.O5 5.79 5.78 强脱玻化珍珠岩 67.75 71.80 0.O9 0.09 0.08 1 5.52 l 3.52 1.83 0.87 O.33 0.26 0.25 0.15 0.11 0.08 1.81 0.65 1.38 1.36 1.86 4.60 1.10 2.3l O.O2 0.02 0.02 7.6l 5.08 沸石化珍珠岩 硅化珍珠岩 70.65 72.85 12.38 l2.65 0.48 0.64 0.57 0.46 1.83 O.68 4.40 4.51 1.80 2.77 7.O6 5.1 8 注:引自李大好、李传炎及其他资料 7 1.29%,而脱玻化珍珠岩SiO 略低。Al O 3一般 12.31%~13.52%,平均1 3.03%,最高l 5.52%。 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iJ',0.76%,K2O/Na2O的比值偏高, 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。 般1.58~1.99,最大2.44,最小1.43。Fe2O 除 1.50%。目前,一般认为,当SiO,含量在70%、 个别外,多<1%。FeO多<0.5%,Fe2O3+FeO多< 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SiO,大部分生成蒙脱石,剩 余的SiO,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 K2O+Na2O含量5%~8%、Fe2O 3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。 3.5珍珠岩的自然类型及品级 3.5.1珍珠岩的自然类型 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。 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。 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,秦岭一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 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 组火山活动经历了从喷发一平息一喷溢的三个阶段。 早期包括火山管道相、火山喷发相、次火山相。第一 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 品级 膨胀系数 玻璃质含量 其他矿物含量 (%) I 15一加或>20 90~95 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,产生一套细一粗碎屑沉积、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 矿石类型 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 一无或极少 珍珠岩 II III 10~l5 ≥7 9O~60 40~微量或少量 蒙脱石化珍珠岩 一般 蒙脱石化、沸石 化硅化珍珠岩 60 套碱性较高的流纹质玻屑凝灰岩和火山碎屑与陆源 注:强脱玻化和强硅化珍珠岩视作非金属矿 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。 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 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 邓峰等:信阳上天梯一带珍珠岩矿地质特征 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 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l/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。 【参考文献】 [1】丁莉,杜晓冉,周世全.大别造山带北缘西部中生代晚期火山沉 积地层的时代[J].华南地质与矿产,2006(2):48—53. [2]莫吉勋.镇江圃山珍珠岩矿床地质特征及成因【J】.江苏地质, 1993,1 7(3—4):180—184. [3】单玄龙,刘青帝,任利军,等.松辽盆地三台地区下白垩统营城组 珍珠岩地质特征与成因[J】.吉林大学学报(地球科学版),2007, 37(6):1146—11 51. 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 [4】李大好.河南信阳珍珠岩矿床及其脱玻化机理[J].河南地质, 1987,5(2):7—12. [5】周世全,韩世敬,张永才.豫南信阳一带红层及火山岩时代的初 步讨论[J].河南地质,1980(2):7.1 5. 信阳上天梯一带珍珠岩,是我国重要的复合型非 【收稿日期】201 3—03—07 (上接第44页) 55.3 量从30%~50%不等的样品进行了测定,与第三方提 供的结果进行了比对,误差绝对值介于0.01%~ 0.48%间,且无系统误差。试验表明本ICP法测定灰 54.9 _.一Cal 838 —岩中CaO的含量灵敏度高,精密度与准确度良好,可 以满足并适用于石灰岩中的高含量CaO的测定,而由 ——54.5 e—一Ca1 840 _}一Ca3l 58 一于灰岩中Mg的谱线受干扰较小,并且在石灰岩里 MgO含量较低,可同时测定出CaO与MgO结果, MgO结果误差在允许范围。对于大批量基本分析生 ——Ca3l 78 咖 知0 ∞ ——●一Ca3l 8 J 54.1 一 ——— —Ca3706 ・------J—Ca3736 ---・-・Ca4226 Ca0 54 O3% 0 一53.7 产来讲,大大节省了人工消耗,提高了效率。测定 过程中,为监控仪器漂移情况,可定时用标样对结 果进行监控。 【参考文献】 [1]王丽君,王文焱,李致清.ICP—AES光谱仪的技术特点[J】.现代 仪器,2005(3):54. [2】中华人民共和国国家发展和改革委员会.JC/T1021.3—2007. 53.3 l 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 测定次数(次) 图12观测高度为12mm时Ca0稳定性测试结果 3结论 根据试验测定标准样品的RSD值及准确度,选定 以下分析条件:泵速:50r/rain;RF功率:900W; 雾化器压力:0.7L/rain;辅助气流量:0.5L/ 非金属矿和岩石化学分析方法第3部分碳酸盐岩石、矿物化学 分析方法【s】.北京:中国建材工业出版社,2007. 【3】胡晓燕.x一射线荧光光谱法测定碳酸盐岩样品中的主量元素 [J】.矿物学报,2009(S1):597—598。 ain;积分时间:Uv 1r 5s;Vis 5s;观测高度: 12ram。 【4]陈和平,沙艳梅,赵学沛,等.电感耦台等离子体发射光谱法多向 观测同时测定碳酸盐中常量和微量元素【J】.岩矿测试,2009,28 (4):367—369. 在上述最优化条件下,本试验连续对一批CaO含 ——【收稿日期】201 3-03—1 8 ≮ ——