馬鞍山波克

Ⅰ 礦床形成條件

一、地質構造背景

我國硅藻土主要分布於東部沿海的火山構造盆地及西南地區的斷陷盆地和山間盆地。據弗雷德默（1985）研究，成礦盆地的水體應較淺，要小於33m。淺水有利於光合作用的進行，促使硅藻繁殖，也有利於底棲硅藻的生長。此外，盆地中水質要好，無毒性，水流穩定，有利於硅藻的繁殖、生長。在寧靜的湖盆中，硅藻遺骸才能沉降湖底，逐年堆積保存下來，形成礦床。無論海相或陸相水盆地內都可形成硅藻土礦床，我國硅藻土礦床都是陸相的。

二、形成硅藻的物質來源

根據硅藻土中含有大量的硅藻殘骸以及現在水盆地中正在沉積的硅藻實例都證明硅藻土是生物沉積的。據有關資料，現代海洋和湖泊中大約有一萬多種硅藻生活著，除需要充分的陽光和二氧化碳外，還需要從其生存的水體攝取各種養分，它主要來自兩方面：一是由外來水流中帶入；二是來自湖盆基底和周圍岩石的溶解。因此，硅藻可以吸取水裡的或者粘土中的二氧化硅構成軀殼，死後有機部分腐爛，而硅質部分保存下來成為厚層堆積。

另外，也有一些學者認為，SiO₂溶在水中的量是很有限的，硅藻從懸浮在海、湖水中的硅酸鹽類中吸取SiO₂的速度不可能是很大的，很難解釋幾百米厚的硅藻土的堆積。因此，他們認為，當水盆內或其附近火山噴發時，火山灰、火山碎屑以及火山噴氣、熱水可為盆地帶來大量SiO₂，為硅藻提供了生長所需的硅質。同時，火山噴發又產生大量CO₂氣體，提供了藻類植物進行光合作用的CO₂。這些由火山作用與硅藻土沉積關系密切即可得到證明。如許多厚層的硅藻土礦層均與火山灰堆積物伴生，玄武岩與硅藻土礦層互層。吉林省大多數硅藻土礦床位於玄武岩盆地之中，基底岩層為玄武岩。

三、成礦時代

至今，大多數學者認為，硅藻在地球上出現的最早時代是侏羅紀，但數量十分稀少，直到白堊紀才見到一些硅藻種群，而形成大量硅藻土礦床則是在晚第三紀中新世及其以後，如世界上最大的海相硅藻土礦美國加利福尼亞州的隆波克礦床，中國吉林省長白自治縣馬鞍山、西大坡礦床，雲南省尋甸縣先鋒礦床，山東臨朐縣解家河礦床和浙江省嵊州礦床都是中新世形成的。另外，一些硅藻土礦床如四川省米易縣回漢溝礦床、中梁子礦床，吉林省蛟河縣南崗礦床以及雲南省騰沖縣觀音塘礦床等則分別在上新世和更新世形成。

四、保存條件

湖盆中硅藻因條件急變，盆地封閉時，已堆積成的硅藻層上若沒有其他岩層覆蓋，硅藻可能裸露在空氣之中，易被風刮掉或被外來水流、雨水沖刷掉，所以硅藻沉積之後，必須有堅硬的岩層或火山岩迅速覆蓋才會使硅藻土層得以保存。

Ⅱ 礦床類型

一、海相硅藻土礦床

礦床產在海相沉積岩系地層中。礦體呈層狀與泥灰岩、白堊或砂和粘土互層，並常和含磷層及海綠石層有關或者與火山噴發岩伴生。礦層厚度可達幾百米，成分較純。硅藻土礦石是柔軟的粉末狀或白堊狀疏鬆岩石。在國外，此類礦床是硅藻土最主要的類型。大多數礦床產於第三紀，我國尚未發現海相硅藻土礦床。美國加利福尼亞州的隆波克（Lompoc）硅藻土礦床屬於此類型，它產於第三系地層中。

二、湖相硅藻土礦床

礦床產於湖相地層中，常和砂、粘土及其他湖相沉積物互層，有的礦床中見到有多層火山岩（主要是玄武岩）。礦床厚度較小，成分也較復雜，礦石在質和量上都不及前一種類型，但它分布廣，所以也有很大的工業意義。我國浙江、吉林、山東等省的硅藻土礦床均屬此類。以下重點介紹吉林省長白自治縣馬鞍山硅藻土礦床（圖7-1）。

（一）含礦地層

礦床產於新第三紀中新世馬鞍山村組（N₁m）上部第四段（N₁m⁴）中。馬鞍山村組覆蓋在遼河群千枚岩或侏羅紀火山岩層之上，兩者之間為不整合接觸。馬鞍山村組之上覆蓋著上新世玄武岩，兩者之間亦為不整合接觸。馬鞍山村組由4層沉積岩和3層玄武岩交替組成（黃成彥等，1993）。自上而下為：

圖7-1 馬鞍山硅藻土礦Ⅱ號地段剖面圖

（據陳洪才，1980）

1—灰黑色橄欖玄武岩；2—砂及粘土質粉砂；3—灰黑色斑狀橄欖玄武岩；4—礦層；5—鑽孔

上覆地層：上新世玄武岩

不整合

（9）鬆散狀沉積層 3.71～11.56m

②中粗粒砂土層 0.36～8.56m

①棕紅色分砂粘土層，有時夾含硅藻粘土層 0.20～3.60m

沉積間斷

（8）硅藻土層（N₁m⁴） 13.65～47.58m

⑧灰綠色夾黃色硅藻粘土，為礦床上部標志層

⑦白色硅藻土層，本礦區第一含礦層，只有局部具開采價值 最大厚度3.04m

⑥灰黃-灰綠色硅藻粘土，具斜層理，礦層穩定 0.4～7.92m

⑤灰白色硅藻土，本礦區第二含礦層，是本礦區的主礦層 1.19～10.43m

④灰-暗灰色硅藻粘土，塊狀，此層較穩定，富含植物化石 1.69～8.57m

③灰白色硅藻土，本礦區第三含礦層，礦層呈塊狀-薄層狀 1.26～6.10m

②灰綠色硅藻粘土，具微層理，含粉砂-粉砂質粘土，局部夾碳質粘土，富含植物化石 0.30～3.25m

①褐色片狀硅藻土，呈層狀，具微層理，富含有機質，有的為碳質粘土岩 0.20～2.32m

沉積間斷

（7）砂質、粉砂質粘土層 1.20～23.23m

③細-粗砂粒層，呈黃褐色，以石英、長石為主，磨圓度較好，厚度變化大

②粉砂質粘土，呈灰綠色，含碳質 2.38m

①底部為中粗粒含礫砂岩，厚度變化大

不整合

（6）深灰色、斑狀橄欖玄武岩（N₁β₃） （第三層玄武岩） 7～21m

不整合

（5）砂、粘土粉砂及粉砂層（N₁m³）

③灰色粉砂質粘土夾硅藻粘土及硅藻土層 2.25～3.25m

②黃褐色中粗粒砂層為主，局部夾細砂或綠色粉砂質粘土 8.44～10m

①粘土質粉砂與砂互層，局部夾有硅藻砂質粘土 0.7～7.2m

不整合

（4）灰黑色斑狀橄欖玄武岩（N₁β₂） （第二層玄武岩） 19.58～21m

（3）砂及粉砂質粘土層（N₁m²）

③灰黃-灰黑色含粉砂、粉砂質硅藻土層，具微層理，含植物化石及錳鐵結核 4.63～9.54m

②灰綠-暗灰色粉砂質粘土，含硅藻、植物化石及藍鐵礦結核 8.83～21m

①暗灰-灰白色粉砂質、中細-中粗含礫砂層，含千枚岩及中、基性玄武岩礫石，分選性差 14.52m

不整合

（2）灰黑色斑狀橄欖玄武岩（N₁β₁） （第一層玄武岩）僅見於低窪處 約20m

不整合

（1）砂礫岩層（N₁m¹）

上部為黃褐色中粗砂岩 約10m

下部為砂礫石，礫石成分，由石英岩、花崗片麻岩、千枚岩及火山熔岩等組成，分選性較好，礫徑5～6cm 約10m

不整合

下伏地層：遼河群千枚岩或侏羅紀火山岩

由上看出，硅藻土層賦存在該組的第8層（N₁m⁴）中，其中有3層含礦層。第二含礦層是主要礦層，其中Ⅰ級品礦層厚度為0.34～4.33m，Ⅱ級品礦層的厚度為0.4～4.66m；第一含礦層也是工業含礦層，其中Ⅰ級品礦層厚度為0.44～2.39m；第三含礦層厚度變化大，不屬工業開采層。

據產礦沉積地層在垂直方向上的岩相變化可以看出，沉積物的粒度由粗到細，由不含生物殘骸到形成厚度較大的硅藻土礦層。礦層賦存的岩性組合主要為粉砂層、粉砂質粘土層、粘土層和硅藻粘土層，沉積物中水平層理、微層理較為發育。硅藻具周期性沉積形成的小型韻律構造等，反映出淡水湖泊相沉積類型的特點，硅藻是在水體相對寧靜的環境下形成，而且這時陸源物質很少隨水流混入硅藻遺骸之中，在這種情況下形成的硅藻土的顏色呈現灰白色或白色。

（二）硅藻土的化學成分與物理特性

黃成彥等（1993）曾對該硅藻土的原土進行系統的化學組分測試，其中SiO₂為68.97%～86.99%，Al₂O₃為2.94%～12.30%，Fe₂O₃為0.55%～6.41%，CaO為0.23%～1.31%，MgO為0.28%～3.82%，燒失量2.45%～3.82%。據礦石中物質組分（主要為硅藻土、粘土及礦物碎屑）的相對含量及其外觀特徵，礦石有4種類型：硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質硅藻土、硅藻粘土。按礦石的化學組分與其他特點，該礦原土等級的劃分見表7-2。

表7-2 馬鞍山礦的硅藻土化學組分及其他有關成分與硅藻土等級劃分

（三）硅藻土層中的硅藻屬種組成

通過對礦層內進行硅藻分析和鑒定，確定硅藻有120種，隸屬於29個屬（黃成彥等，1993）。現已查明各礦層中的SiO₂含量高低與其同礦層中出現的硅藻種類有一定的關系，如在硅藻土層中SiO₂含量高，硅藻種類就較為單一；當礦層中雜質含量增多，SiO₂含量降低時，硅藻種類則變得多一些。

（四）硅藻土層的地質時代

硅藻土礦層中出現的3個主要種類即橫紋小環藻、具溝直鏈藻網結變種和顆粒直鏈藻中，前2個種都是晚第三紀的化石種，顆粒直鏈藻是世界各地晚第三紀非海相硅藻土礦中的優勢種和常見種，在我國的一些中新世硅藻土礦層中也都是主要種，因此礦層形成的地質時代應為中新世。此外，在礦區所採到的其他一些植物化石也都是我國中新世地層中常見的一些種類。

（五）礦床的成因

1.含礦建造

礦層賦存的岩性組合主要為粉砂層、粉砂質粘土層、粘土層和硅藻粘土層，發育有水平層理、微層理和硅藻周期性沉積形成的小型韻律構造。礦層中常見的硅藻種屬大部分是淡水種屬，因此含礦建造屬於淡水湖相碎屑岩建造。鑒於建造內還夾有多層玄武岩，所以該含礦建造也可稱為湖相細碎屑岩 玄武岩建造。

2.氣候條件與沉積環境

硅藻土礦層產狀平緩，礦層由盆地四周向中心傾斜，傾角不大，有的近於水平，顯示較穩定的湖泊相沉積和基本未受後期構造變動的特點，說明硅藻土是在水體相對寧靜環境下形成。

礦石中有少數植物碎屑，表明沉積時氣候溫暖，適合硅藻等微體生物大量繁殖。礦石中還含少量結核狀藍鐵礦（Fe₃[PO₄]₂·8H₂O）及黃鐵礦，表明沉積時為還原環境及含磷的水體有利於硅藻的繁殖。

3.成礦物質來源

礦層的上、下有玄武岩的存在，說明火山活動為硅藻生存提供了必需的SiO₂及礦層沉積形成後良好的保存條件。

上述表明，該硅藻土是由硅藻遺體部分堆積經初步成岩作用形成膠結不甚緊密的礦床成因類型屬淡水湖泊生物化學沉積礦床。

（六）工業意義

長白自治縣馬鞍山-西大坡為大型-超大型硅藻土礦床，硅藻土以優質著稱。馬鞍山礦山除生產硅藻土原礦外，並能加工5種以上的助濾劑，產品銷售國內外。

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