山西省大同縣西沙窩礦區連續玄武巖纖維礦礦物學特征及其礦床研究

高志平

（山西省第一水文地質工程地質隊，山西 太原 030000）

研究區內位于大同縣瓜園鄉，冊田水庫北部的魚兒澗～西沙窩村一帶，交通情況便利，面積約9.06km2。本次工作通過對區內連續玄武巖纖維礦進行勘查、采樣分析，研究該礦礦物學特征及其礦床為下一步勘查研究工作提供資料和依據。

1 礦區地質概況

研究區位于華北地臺北中部燕山沉降帶西緣、山西隆起帶東緣，具體位于桑干河新斷陷盆地后所凹陷北部。桑干河新斷陷盆地西北以口泉大斷裂為界，南東分別以六棱山北麓斷裂、麻峪口斷裂為邊界，進一步可劃分為懷仁凹陷、黃花梁陷隆與后所凹陷。后所凹陷西部為黃花梁陷隆，東部為恒山隆起，受西部大同～鄭莊～山陰斷裂與東部的六棱山北麓斷裂控制，走向NEE，自上新世以來沉積厚度達1500m，其中新近系厚1100m，第四系厚400m。

區內東部丘陵頂部廣泛出露玄武巖，為“冊田玄武巖（ctβ）”，出露面積約5.60km2；根據地質填圖與鉆探成果，推斷研究區玄武巖分布于西部的河灣溝以東，本次工作中最大厚度達18.74 m。根據區內玄武巖分布特征、區域地質資料，推斷火山口位于研究區外北部，巖漿由北向西南漫流。

研究區玄武巖礦上部為第四系上更新統峙峪組（Q3S)次生黃土，下部為泥河灣組（Qpn），且部分鉆孔玄武巖下部地層有受烘烤的跡象；玄武巖底部附近揭露有灰綠、黃綠色粉質粘土、粉土、細砂，結合研究區地貌特征，可與“鵝毛口西剖面”、“許家窯遺址剖面”中的“灰綠層”進行比對。根據玄武巖礦上下松散層時代、區域火山活動，確定研究區玄武巖礦時代為第四系上更新統早期。

2 連續玄武巖纖維礦礦物學特征

2.1 玄武巖特征及熔融析晶性能研究

本次試驗采用粉末樣品的熱重-差示掃描量熱（DSC）分析，確定玄武巖礦石熔融和析晶溫度，為玄武巖制備提供理論依據[1]。DSC試驗采用Mettler Toledode的TGA/DSC儀器，溫度范圍室溫～1600℃，分辨率為0.1μW，加熱速率為10℃/min，氣氛流速為100 mL/min。

本次試驗選取了ZK2415-H5，ZK2415-H7，ZK2415-H9，三個玄武巖礦物樣品進行試驗，樣品的TG曲線，主要出現了2個主要失重段，表現不同程度的波動：①第一個失重段溫度為室溫～325℃，主要為樣品本身吸附水和結晶水的揮發導致失重；②第二個失重段溫度為＞1225℃，主要為樣品中堿性化合物的分解帶走一部分物質導致失重。

由于本次玄武巖取樣試驗中未進行碳酸鹽類和硫酸鹽類的測試，通過化驗數據燒失量比較低，判斷玄武巖中碳酸鹽類礦物成分很少；通過化驗數據中將化學全分析元素相加，判斷玄武巖中硫酸鹽類礦物成分較少，其失重不明顯。

與TG曲線相對應，樣品的DSC曲線，主要出現了3個主要吸熱谷和1個放熱峰[1]。第一個吸熱谷（谷底最低值分別約為293.5℃、391℃、293.5℃）主要為樣品本身吸附水和結晶水的失去引起的；第二個吸熱谷（谷底最低值分別約為1069℃、1064.5℃、1070.5℃）包含兩個反應過程，其中碳酸鹽類礦物分解（325℃～625℃）產生吸熱，而且曲線下降較緩，說明分解吸熱的速度慢；625℃～1072℃TG曲線未見明顯失重；第三個吸熱谷（谷底最低值分別約為1249℃、1225℃、1253.5℃）對應的TG曲線失重，根據數據分析該階段為樣品中硫酸鹽分解吸熱，這個吸熱峰較平緩，說明分解吸熱的速度一般，樣品中硫酸鹽很少，失重不明顯。由玄武巖三個樣品的差熱分析[1]可得如下結論：玄武巖原礦包含鈉的硅酸鹽、硅鋁酸鹽等礦物，其中碳酸鹽類是通過化驗中燒失量數值判斷其含量很少，硫酸鹽類成分是通過樣品全分析進行計算，得出硫酸鹽含量很少，與化學全分析試驗結果吻合。

2.2 玄武巖的熔融高溫粘度性能研究

本次試驗采用粉末樣品的灰粘度分析，確定玄武巖礦石高溫粘度，為玄武巖制備提供理論依據[2]次灰粘度試驗采用美國THETA高溫粘度計儀器，溫度范圍24℃～1525℃，采用的是直接升溫至1525℃，緩慢降溫觀察其玄武巖熔體粘度變化。

通過溫度-粘度曲線，從而確定粘度與溫度的關系，為以后生產拉絲提高溫度依據。本次試驗選取了ZK2415-H5，ZK2415-H7，ZK2415-H9，三個玄武巖礦物樣品進行試驗，從實驗所測三個不同樣品溫度～粘度曲線，粘度強烈的依賴于溫度而變化，隨著溫度的降低而升高，整體曲線無明顯拐點，類似于玻璃體。

根據實驗數據可知，在1100℃時曲線截止，說明樣品粘度很大狀態處于固態狀，在1525℃時，樣品粘度小，說明基本處于液態狀。本次化驗室隨機選取ZK2415-H7熔融性試驗，分析結果如下：

表1 ZK2415-H7熔融性試驗

可以看出樣品ZK2415-H7灰熔融性在1120℃處于DT（固態），在1160℃處于ST（軟化狀），在1166℃處于HT（半球狀），在1180℃處于FT（流動狀）。其1180℃流動狀，但是并不能確定樣品中所有物質全部融化。

2.3 玄武巖纖維原料開發

玄武巖纖維的生產工藝和設備與原料有很大的關系，在玄武巖纖維產業化過程中選擇生產原料時，必須要經過充分的研究與開發。現在將玄武巖的平均值數據與以上三個要求進行比較。（見表2）

研究區中玄武巖礦的數據均符合要求。

表2 玄武巖的平均值數據與俄羅斯多莫諾夫原料要求比較

3 玄武巖礦床特征

礦體厚度由西北至東南逐漸變厚，據全礦區11個見礦工程控制點統計，礦體厚度平均厚度10.44 m，厚度變化系數41.90%，達到可采厚度面積約4.22km2。

區內玄武巖礦為熔巖流相，深灰色、紫紅色，斑狀結構，斑晶成分橄欖石，呈黃及黃綠色，大小0.5mm～1mm，含量5%左右，基質微晶結構，成分橄欖石及暗色礦物。