硅藻土矿资源地质特征

一、 矿床时空分布及成矿规律

　　硅藻土矿成矿时间分布很局限，硅藻的最老记录仅在侏罗纪早期，但含工业意义的大矿床则限于第三系及第四系。硅藻土矿在空间上分布很广泛，除寒冷的南极洲外，其他各大洲均有硅藻土矿床。硅藻种属十分多，约有12 000～16 000种。几乎各种水域都有硅藻分布，现存硅藻可生长在海草上形成凝胶状薄膜，也可附于某些种属的腹部，既可栖息于海水的浮冰块上，也可以生活于湿土壤及热泉中，因此，可以在十分广泛的空间堆积成矿。
　　中国主要硅藻土矿集中形成于中新世至更新世，其中以中新世为主导。云南寻甸县和吉林长白县大型硅藻土矿皆属中新世矿床。矿床分布受新生代断陷盆地控制。

中国硅藻土矿床皆为陆相湖泊沉积，尚未发现海相沉积矿床。成矿条件首先是沉积盆地。新生代以来中国东部断裂及升降运动发育，形成一系列断陷盆地，为大型湖盆提供了先决条件，湖泊为硅藻的生存及遗骸堆积准备了良好的场所。

　　成矿条件之二是古地理环境。气候温暖湿润，雨水较充沛，能使湖盆常保持着一定的水量。但水深度不很大，一般不超过35m。这可从硅藻土中常含有石英、长石、云母及碳质碎屑，也与黄铁矿、磷矿结核等伴生，并含丰富的动植物化石等特征得到证明。该环境下硅藻可得到必须的营养物质和日光。
　　成矿条件之三是物质来源。硅藻的生长、繁殖需要水中有溶融的SiO₂，而且有长期稳定的来源。中国东部地区新生代广泛发育基性岩，硅藻土矿多形成于喷发间歇期，火山活动为可溶性SiO₂提供了丰富的物质来源。西部地区例如云南省的硅藻土矿则与火山活动无关，而是风化分解某些湖盆外围岩石而提供可溶性硅质。

　　从硅藻土的生存条件出发，带入湖盆的水不能含有高浓度的酸、碱及其他有毒害的物质。高质量的硅藻矿的形成还要求带入湖盆中的碎屑矿物很少。

二、 矿 床 类 型

　　世界硅藻土矿床类型有海相沉积与陆相沉积两大类，中国硅藻土矿皆为陆相湖泊沉积类型。湖盆可归纳为三种，即火山盆地(如吉林省长白县、山东省临朐县、浙江省嵊县等)、断陷盆地(如云南省昆明)及山间盆地(如四川省米易县)。含矿地层沉积类型属淡水湖的生物化学沉积型，特点是有较多的动、植物化石，与碳质碎屑粉砂层、粉砂质粘土层及硅藻粘土层共生。硅藻土矿层层理发育，岩性、岩相变化不大，矿体呈层状、似层状、透镜状、扁豆状产出，产状平缓，并由四周向盆地中心倾斜。硅藻种属为淡水型，例如颗粒直链藻、中国小环藻、冰岛直链藻等。

　　根据SiO₂来源不同，可分成两个亚类。一个是火山物源硅藻土矿床，另一个亚类是陆源沉积硅藻土矿床。前者矿床所需SiO₂主要来自火山，硅藻形成于玄武质火山喷发间歇期的湖盆中，以含矿岩系中夹有玄武岩层为特征，如吉林长白、敦化，山东临朐，浙江嵊县等中国东部的一系列矿床均属此亚类。

　　陆源沉积硅藻土矿床的SiO₂主要是岩石经风化分解、搬运提供的。矿床内含矿岩系没有玄武岩层，但周围常有时代较早的玄武岩层，它是SiO₂的物源岩石。例如云南寻甸、四川米易等地的硅藻土矿床。此外，广东雷州半岛发现了半咸水型硅藻土矿床，表明除了上述淡水湖相沉积矿床外，还有沼泽相和深湖相沉积类型。

三、 典 型 矿 床

(一) 吉林长白县西大坡硅藻土矿

　　该矿属于陆相湖泊沉积硅藻土矿类型中的火山物源矿床亚类，为中国已知的最大矿床，其规模世界少见。硅藻土层与粘土层、粉砂层交替，地质剖面上位于玄武岩喷发韵律之间的间歇期，矿区地层见表4.21.5所示。
　　矿床空间分布受古构造格局控制。喜马拉雅期大量火山喷溢后形成的大型火山景观凹地，为硅藻的沉积提供了空间条件。古盆地不同部位及湖水盆地内的水下地形直接控制了矿床的展布。盆地边缘区由于受河流干扰，沉积环境不稳定，不利于硅藻的生存和堆积。盆地中心则由于水较深，阳光不足，因此同样也不利于硅藻生存所需的光合作用。中心与边缘过渡带阳光照度、沉积环境和水中SiO₂含量均有利于硅藻的繁殖和堆积，可以形成质优的工业矿体。

　　含矿岩系为马鞍山组沉积层，分布面积4.2kmm²，厚度1.36～57.58m。矿层赋存于含矿岩系内，垂直方向有明显的韵律，从下向上的完整韵律序列为：硅藻粘土→粘土质硅藻土→含粘土硅藻土→硅藻土→含粘土硅藻土→粘土质硅藻土→硅藻粘土，其间为渐变关系。韵律中心硅藻含量高，单层多，厚度大，粘土含量低；韵律上、下则粘土含量递减。中部矿层有三层，下面为第一矿层，厚0.88～5.67m，平均2.83m；第二矿层厚1.20～14.71m，平均6.9m；上面为第三矿层，不稳定，厚0.7～4.5m。

表4.21.5吉林长白县西大坡矿床地层表

　　矿石主要矿物成分为硅藻蛋白石，少部分有再结晶现象，向玉髓方向转化。硅藻之间有少量粘土充填，粘土以水云母居多，也有高岭石及伊利石。含少量石英、长石、黑云母、菱铁矿等碎屑矿物。石英粒有溶蚀现象。黑云母已向蛭石、绿泥石转化。矿石化学成分中SiO₂ 73.1%～90.86%，Fe₂O₃ 1%～5%，Al₂O₃ 2.30%～6.67%，CaO 0.67%～1.36%，烧失量3.58%～8.31%。矿区内已发现硅藻22个种属，68种以上，占绝对优势的是圆盘形小环藻属和圆筒形直链藻属、桅杆藻属和舟形藻属，羽纹目的棒杆藻属也常见。其次还有卵行藻属、弯杆藻属等。

(二) 浙江嵊县硅藻土矿

　　该矿属于陆相湖泊沉积硅藻土矿类型中的火山物源矿床亚类，主要分布于浦桥、福泉山、崇仁、逵溪、广利、大湾、四亩岭等地，出露面积35km²，目前仅东南郊浦桥至福泉山约5km²范围进行了较详细的地质工作。

　　矿层赋存于玄武岩喷溢间歇期形成的河湖相沉积层中。下伏地层为下白垩统期朝川组与部分上侏罗统黄尖组，在它的剥蚀面上沉积了第三系上新统嵊县组地层，上覆第四系残坡积层。地层自上而下为：

　　第四系，砂砾、砂质粘土　角度不整合0～30m

　　第三系，上新统嵊县组：
　　6.第三期橄榄玄武岩。　　＞30m

　　5.第三沉积层玄武质砂砾岩，下部为含砾粉砂岩。

　　12～50m

　　4.第二期玄武岩上层，气孔状橄榄玄武岩，中部见0～0.7m白色含硅藻土薄层或透镜体，下部为致密块状玄武岩。　　　　　　　　　　　　26～60m

　　3.第二沉积层上层，上部10～20m，中—细粒砂层、粘土质砂层；中部26～65m白、蓝及少量黑色硅藻土层；底部0～15m含植物碎屑粘土或砂砾层。20～78m

　　2.第二期玄武岩下层，致密块状橄榄玄武岩。　　　　5～88m
　　1.第二沉积层下层，顶部为灰白色粘土质砂岩，中部为白、蓝色硅藻土层，下部为砂砾层。5～35m
　　不整合

　　白垩系下统朝川组紫红色粉砂岩。

　　硅藻土产于嵊县组第二沉积层中，含矿二层。出露地表部分风化为白色或灰白色，其余为蓝灰色。上矿层厚26～65m，出露面积40km²。下矿层厚度不到30m，出露面积约30km²。矿体产状近于水平，呈层状、似层状，见图4.21.2。

　　硅藻土含硅藻遗骸60%～80%，此外为粘土矿物及少量粉砂。蓝色硅藻土(称为蓝土)粘土矿物相对含量依次为：高岭石、埃洛石、水云母、蒙脱石；白色硅藻土(称为白土)则依次为蒙脱石、高岭石、埃洛石、水云母。

　　上、下两层硅藻土的主要化学成分基本相同，不同颜色硅藻土间也无明显变化，只是白土因混入粉砂、粘土，使其SiO₂含量相对较低，Al₂O₃、Fe₂O₃含量相对较高。矿层中部化学成分比较均匀，平均SiO₂ 63.94%、Al₂O₃ 16.16%、Fe₂O₃ 4.07%、TiO₂ 0.8%～1.01%、CaO 0.39%～1.22%、MgO 0.14%～1.38%。

　　硅藻种属以直链属的冰岛直链藻占优势，约占95%，此外为湖沼圆筛藻、蛛网藻，见个别舟形藻和瑞士桥穹藻，可能还有短缝藻。均为淡水种群。

　　硅藻土堆密度：上矿层蓝土0.56 g/cm³，白土为0.70 g/cm³，原土孔体积0.6 cm³/g。比表面积46.5 m²/g。主要孔半径50～800nm。耐火度1 470～1 510℃。导热系数0.297～0.264W/(m·K)。原土脱色力33～144。

　　嵊县硅藻土矿的特点是矿层分布面积广、厚度大、连续性好、品位均匀、硅藻种属单一。沉积环境稳定，属淡水湖泊相生物化学沉积矿床。

图4.21.2 浙江嵊县硅藻土矿床剖面示意图

N₂Sh-B₁. 第二沉积层中砂砾层和植物碎屑粘土层；N₂Sh-B₂. 第二沉积层中硅藻土层；N₂Sh-B₃. 第二沉积层中灰白色粘土和砂质粘土层； N₂Sh-β².  第二期玄武岩；N₂Sh-C.  第三沉积岩；N₂Sh-β³. 第三期玄武岩；K₄C_1.下白垩统朝川组。

1残坡积物；2粘土层；3砂质粘土层；4砂岩、细砂岩；5含砾砂岩；6砂砾岩；7玄武岩；8矿层；据浙江绍兴地质队

(三) 云南寻甸先锋硅藻土矿

　　该矿床属于陆相湖泊沉积类型中的陆源沉积矿床亚类，位于昆明市东北60km寻甸县先锋新生代构造盆地内。盆地呈近东西向梭形，长9.5km，宽0.5～2km，面积12.5km²。含矿岩系为上第三系中新统小龙潭组，厚约1 000m，由砂质泥岩、粉砂质泥岩、泥岩、硅藻土、褐煤及透镜状砂岩组成。自下而上可分为四个岩性段：①含砾砂质泥岩段；②下含煤段；③硅藻土段；④上含煤段。含有植物化石及孢粉、硅藻等化石，与下伏地层下寒武统呈不整合接触，上覆第四系。

　　硅藻土赋存于上第三系中统小龙潭组第三岩性段中。矿层顶、底板为褐煤层。东西长6.5km，南北宽0.5～2km，面积10km²。但是，矿层既厚质量又优而达工业要求的仅在17勘探线以东部分，面积3.2km²。矿体自下而上分五个亚段：①N³_lg1亚段，厚113.59m；由黑褐色含碳含粘土硅藻土、褐灰色含粘土硅藻土和粘土质硅藻土组成；②N³_lg2亚段，厚151.09m，由灰色含粘土硅藻土和粘土质硅藻土互层组成；③N³_lg3亚段，厚57.10m，由绿灰色粘土质硅藻土夹硅藻质粘土组成；④N³_lg4亚段，厚105.98m，由灰绿色粘土质硅藻土夹含硅藻粘土组成，底部有一层厚1.03～1.33m的褐煤；⑤N³_lg5亚段，厚110.49m，由灰绿色硅藻质粘土夹粘土质硅藻土及含硅藻砂质泥岩组成。矿层产状与围岩一致，界线清晰，但倾角有所变化，北翼倾角15°～25°，南翼倾角25°～50°，矿体埋深0～825m。

　　硅藻土有灰色、褐灰色、绿灰色、灰绿色等四种颜色。质地细腻、均一，孔隙度高，密度低，吸附性强，熔点高。呈硅藻遗骸堆积结构，块状或薄层状构造。矿物成分中硅藻蛋白石含量为50%～80%，粘土矿物15%～30%，有机质17%～32%。陆源碎屑有石英、白云母、玄武岩屑，由微量至5%。偶尔见电气石、白钛矿、磁铁矿和锆石等颗粒。自生矿物有方解石、菱铁矿、黄铁矿和软锰矿，局部还有三水铝石，一般含量由微量至10%。次生矿物有褐铁矿等。

　　硅藻土在化学成分上的特点是高烧失量，比正常硅藻土高2～4倍之多，主要由有机质引起。化学组分如表4.21.6。

表4.21.6寻甸先锋硅藻土成分

　　硅藻土富含有机质,发热量3 333～5 719J/g，松散密度0.64g/cm³。孔体积1.34ml/g。比表面积23.7m²/g。硅藻孔径50～3 000nm。硅藻个体大小1～100μm，其中10～100μm占50%，可塑指数19.77，液限72.20%，塑限52.52%。吸水率18.15%～211.17%，平均69.15%。孔隙率90.2%。白度20.93%。pH值3.12～3.75。松散系数1.39。

    矿石自然类型有：含粘土硅藻土、粘土质硅藻土和硅藻质粘土3种。前二类型层厚、储量大，品位达工业要求，后一类型层薄，无工业价值。

　　硅藻土经氧化作用后，由于有机质的氧化、淋失，硅藻相对富集，SiO₂含量提高7.9%，烧失量降低3.26%，矿石质量变好。氧化带深度一般6～9m，最深达13.69m。

　　矿石中硅藻共有17属37种，绝大部分为中心目，淡水型。

　　矿石质量下部好于上部，东部好于西部。由此划分出东部富矿带，中部分叉变化带，西部不稳定薄层带，如图4.21.3所示。

图4.21.3寻甸先锋硅藻土矿矿带变化剖面示意图①

1.含硅藻粘土；2.含粘土硅藻土；3.粘土质硅藻土；4.硅藻质粘土；5.褐煤；6.石英砂岩；7.含砾泥质粉砂岩；8.粉砂质泥岩；9.泥岩；10.页岩；11.灰岩；12.白云岩；13.断层；14.不整合；15.钻孔；16.下寒武统；17.上震旦统灯影组；18.中元古界昆阳群；①据徐则达、帅正川

　　东部富矿带主要是下部层位，矿层厚，矿石质量好，较稳定，宜于露天开采，又处于富煤带。

　　总之，矿床特点有以下四点：①矿体厚度大，储量集中，矿床规模特大。相伴褐煤亦为大型矿床；②含有机质高，为高烧失量型；③为陆相山间盆地的淡水湖泊，但还大量存在着喜盐环境里的圆筛藻，还有少量诺尔曼辐环藻盐生变种，与直链藻、桅杆藻和针杆藻共生，反映高有机质的特殊环境；④原矿石SiO₂含量较低，但经煅烧后质量显著变好，易精选。

(四) 广东海康—徐闻硅藻土矿

　　该矿位于雷州半岛，包括火山湖沉积的海康青桐洋、九斗洋，徐闻田洋等矿床及海滨沼泽相、深湖相沉积的徐闻九亩、海康卜昌等矿床。

　　矿层赋存于第四系，其层位如下：

　　下更新统湛江组(Q1Z)：灰白、灰黄、褐红等杂色砾石、砂、砂质粘土、杂色粘土互层，主要为河流相沉积，少部分为河口三角洲相或湖相沉积，其中夹有1～2层玄武岩，称湛江期火山岩。

　　中更新统早期石峁岭期火山岩(β^3B(1)_6S)：玄武岩喷发，同时沉积了河流相北海组地层。下部为砂砾层，上部为杂色粘土质砂或含砂粘土层，有淡水藻和半咸水藻发现。

　　中更新统晚期—晚更新统早期田洋组(Q_2-3t)：为火山口塌陷形成的湖盆沉积。底板为层凝灰质角砾岩或玄武岩，顶板为有机质粘土及泥炭，再上则为粘土、砂质粘土等。该组是富集硅藻土的主要层位。

　　晚更新统中晚期下录组(Q₃X)：为泥炭、粘土和砂质粘土层，属海滨泥炭沼泽相沉积，与田洋组连续沉积。

　　全新统坡残积层(Q^edl₄)：为深灰色淤泥，属于近代滨海、海湾相沉积，其中有咸水种属的硅藻分布。

　　破火山口受北西及北东向断裂交汇点控制，火山湖沉积特征见图4.21.4。

图4.21.4田洋火山湖沉积示意图①

Q^edl₄.全新统坡残积层；Q_2-3t.中—上更新统田洋组；Q₁Z下更新统湛江组；N2X.上新统下洋组；β^3B(1)_6S.石峁岭期火山岩；①据徐则达、帅正川

　　矿体呈水平层状分布。厚层矿层除含少量硅藻的粘土外，常见夹有薄层玄武岩或崩塌堆积玄武岩角砾及砂层等。矿层厚50～200m。

　　矿石中除硅藻外还含有粘土，少量石英、玄武岩屑、有机质及植物残骸。矿石化学成分为：SiO₂ 55.57%～90.94%，Al₂O₃ 2.09%～19.78%，Fe₂O₃ 0.70%～10.05%，CaO 0.22%～2.93%，MgO 0.32%～0.60%，烧失量9.84%～24.59%。

　　硅藻以中心目为主，羽纹目次之。淡水种为主，亦有少量半咸水—咸水藻。

　　硅藻层内含有石油，田洋组平均含油率为TC 5.81%～6.26%。