建昌盆地膨潤土屬性特征研究

田彥凱

（中國建筑材料工業地質勘查中心遼寧總隊，遼寧沈陽 110004）

冀北—遼西地區位于華北陸塊北緣，燕山構造帶的中東段。早白堊世該區擠壓作用減弱，NW-SE 向的伸展作用加強，巖石圈由縮短為主轉向伸展為主，形成了一系列NNE 向延伸的斷陷和斷隆[1]。在遼寧西部建昌—喀左—朝陽—北票一帶形成了朝陽中生代疊加盆—嶺系，由北票盆地、大城子—四官營子盆地、建昌盆地、建平斷隆、瓦房子斷隆組成。盆地受NE 向基底斷裂控制，堆積了巨厚的火山巖含膨潤土建造及碎屑巖含煤、油頁巖建造[2]。

前人對建昌盆地的構造、地層、古生物等已經開展了一定的研究工作，而礦產方面的研究相對薄弱。本文以膨潤土礦為切入點，對建昌盆地膨潤土的屬性特征進行了分析，初步研究了膨潤土、礦化膨潤土的礦石屬性及理化特征。

1 地質背景

建昌盆地位于遼寧省西部，為一總體呈NE-NNE向展布的單斜盆地。盆地東緣為馬家店正斷層和建昌逆沖斷裂，西緣為太陽山隆起，西北接大城子—四官營子盆地，南與要路溝—葫蘆島斷裂與山海關隆起相連；南北長約60km，東西寬約15km，面積約900km2（圖1）。中國石油天然氣集團公司（CNPC）對建昌盆地進行了地震數據采集，王旖旎等對地震剖面資料進行了重新解譯，初步恢復了盆地原型，建立了早白堊世構造—沉積格架[3]（圖2）。認為建昌逆沖斷裂控制了建昌盆地早期的構造演化，馬家店正斷層控制了早白堊世火山巖、碎屑巖的沉積序列。

圖2 建昌盆地構造樣式圖

建昌盆地中發育了較為完整的早白堊世地層，由老至新依次為義縣組、九佛堂組和冰溝組。義縣組底部為灰褐色安山巖及火山碎屑巖夾氣孔狀玄武巖，局部地段見有流紋巖和松脂巖，斷續分布在盆地西側，呈角度不整合覆蓋在土城子組砂礫巖或髫髻山組安山巖之上；中部以雜色復成分礫巖，灰黃色、灰白色砂巖為主，夾有少量的灰綠色泥巖，在盆地西側連續分布；頂部為灰褐色安山巖、青灰色角閃安山巖、安山質玄武巖及火山碎屑巖,夾薄層角礫凝灰巖,局部可見膨潤土礦化，大面積分布于盆地中部。九佛堂組整合于義縣組之上，下部主要由凝灰巖、安山巖、粉砂質頁巖、砂礫巖夾灰白色砂巖組成；上部由灰綠色頁巖、粉砂質頁巖夾粉砂巖、油頁巖，灰褐色安山巖夾凝灰巖組成，是油頁巖和膨潤土的主要賦礦層位，也是熱河生物群重要的含化石層位。冰溝組與下伏九佛堂組整合接觸，巖性為灰黃色礫巖、雜色礫巖、含礫砂巖，夾灰紫、灰綠色砂巖、灰黑色泥質粉砂巖、灰綠色頁巖。

2 建昌盆地膨潤土分布及規模

建昌盆地膨潤土礦體主要分布在喇嘛洞—素珠營子一帶，呈NE向似層狀產于早白堊系九佛堂組與中元古界接觸帶附近的凝灰巖中，屬凝灰巖水解型膨潤土礦床。喇嘛洞膨潤土礦體NW-N傾，傾向300°～13°，傾角5°～15°，走向延長200～500m，傾向延伸100～300m，目前已開發利用；素珠營子膨潤土礦體總體NW傾，傾向315°，傾角45°，可見走向延長130m，向南西隱伏于地表之下，出露最大寬度18.2m，為本次地質找礦工作揭露。

膨潤土礦化體主要分布在蒿子溝、石佛地區，呈近SN、NE向層狀產于早白堊世義縣組上部的角礫凝灰巖中，屬角礫凝灰巖水解型膨潤土礦化帶。蒿子溝膨潤土礦化體走向近南北，產狀75°∠20°，走向延伸1200m，出露最大寬度近70m，規模較大；石佛膨潤土礦化體走向北東東向，產狀158°∠22°，出露長度346m，出露最大寬度11m，均為本次地質找礦工作揭露。

3 建昌盆地膨潤土屬性特征研究

3.1 膨潤土表觀特征

膨潤土顏色多樣，呈藍色、紫紅色、黃白色、紫灰色、淡青色，凝灰結構，風化呈土狀，原巖為塊狀，貝殼狀斷口，臘狀光澤，細膩具滑感，具可塑性與粘結性，遇水膨脹，失水后形成龜裂或團塊狀。

礦化膨潤土多呈藍色、藍綠色，角礫凝灰結構，風化呈砂土狀，原巖為塊狀，參差狀斷口，無光澤，有砂感，可見角礫，可塑性與粘結性差，遇水弱膨脹。

3.2 膨潤土礦石屬性

結合本次地質找礦工作采集的膨潤土樣品（表1）物性測試結果來看，建昌盆地膨潤土、礦化膨潤土可交換陽離子ECa2+與陽離子交換容量CEC的比值普遍高于50%，可交換陽離子ENa+遠小于可交換陽離子ECa2+（表1），初步判定該地區的膨潤土礦石屬性為鈣基膨潤土。

表1 物性測試結果

3.3 膨潤土礦物組成

通過對建昌盆地膨潤土X射線衍射分析（表2），素珠營子膨潤土主要礦物成分為蒙脫石，含量70%左右，次要礦物為石英、長石，基本不含其它礦物，顯示膨潤土陸源碎屑較少，火山玻璃含量較高，脫玻水解作用較充分，礦石質量較好。石佛、蒿子溝礦化膨潤土蒙脫石含量普遍偏低，含量30%左右，石英、長石含量相對較高，基本在55%以上，此外，還見有少量的高嶺石、角閃石，顯示陸源碎屑、火山巖碎屑含量較高，占主導地位，火山玻璃含量低，膨潤土礦化差。

表2 X射線衍射分析結果

3.4 膨潤土DAT曲線特征

膨潤土DAT曲線（圖3）第一吸熱峰為雙峰，可視為鈣基膨潤土的特征曲線[4]。主峰是逸出大量吸附水和層間水，吸收熱量所造成的；溫度略高的復峰是脫去晶層鈣離子周圍束縛的水分子，消耗熱能所造成的。素珠營子膨潤土第一吸熱峰溫度較之石佛、蒿子溝礦化膨潤土要高，說明素珠營子膨潤土比石佛、蒿子溝礦化膨潤土含水量多，粘性大。

圖3 不同膨潤土的差熱曲線

膨潤土DAT曲線第二吸熱峰是脫去結晶水消耗熱能所造成的。第二吸熱峰出現的早晚，可用于評價膨潤土耐熱性能的優劣。素珠營子膨潤土脫去結晶水的溫度普遍在700℃左右，石佛、蒿子溝礦化膨潤土脫去結晶水的溫度在500℃左右，說明礦化膨潤土鐵、鎂含量較高，雜質較多，耐熱性能差，致使第二吸熱峰溫度偏低。

膨潤土DAT曲線第三吸熱峰是蒙脫石結構徹底破壞，生成非晶質無水蒙脫石的溫度。在第三吸熱峰之后，膨潤土會常常出現一個放熱峰，而礦化膨潤土則沒有，這也是區別膨潤土礦化程度的標志。

3.5 膨潤土其他理化特性

素珠營子膨潤土吸藍量75.0～123.8mmol/100g，平均97.2mmol/100g；膠質價含量67.0～76.0mL/15g，平均71.8mL/15g；膨脹倍數7.0～7.5mL/g，平均7.2mL/g。石佛、蒿子溝礦化膨潤土吸藍量28.8～47.5mmol/100g，平均38.6mmol/100g；膠質價含量35.0～40.0mL/15g，平均37.6mL/15g；膨脹倍數3.6～4.0mL/g，平均3.8mL/g。不難看出，素珠營子膨潤土的各種理化指標基本是石佛、蒿子溝礦化膨潤土的兩倍，膠質價、膨脹容與吸藍量呈正向相關。相較于優質的建平膨潤土，建昌盆地膨潤土的親水性、分散性、膨脹性和潤滑性均有一定差距，更傾向于與黑山膨潤土理化性質一致，更適合鑄造用或冶金球團用。

4 結論

（1）建昌盆地是中生代晚期形成的伸展型斷陷盆地，建昌逆沖斷裂控制了盆地早期的構造演化，馬家店正斷層控制了早白堊世火山巖、碎屑巖的沉積序列。

（2）建昌盆地膨潤土礦體主要賦存于早白堊系九佛堂組與中元古界接觸帶附近的凝灰巖中，屬凝灰巖水解型膨潤土礦床。膨潤土多呈似層狀NE向展布，地表出露的雜色凝灰巖是其找礦的直接標志。

（3）從膨潤土的表觀特征、礦石屬性、礦物組成、DAT 曲線特征和其他理化特性可知，建昌膨潤土屬鈣基膨潤土，土中含有少量的陸源碎屑物質，耐熱性能較好，適于鑄造用或冶金球團用。