硅藻土矿床地质

一、成矿地质条件

硅藻大部分生于淡水，少部分生于海水，还有过渡的半咸水硅藻。硅藻在生命活动过程中，借助于光合作用可以产生其些细胞质物质，并分泌硅质，形成自己的介壳。硅藻经历了它的自然繁殖过程后最后死亡，有机物腐烂，其骨骼沉入水底，于是形成硅藻土堆积。据计算，1 立方英寸的硅藻土至少有 4000 万个独立介壳。在适宜的沉积环境和地质条件下，湖泊和海洋中的硅藻均可堆积成巨厚的硅藻土层。

硅藻土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、云母及炭质碎屑，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。浅水有利于光合作用的进行，如生长在湖泊中的硅藻，湖泊不仅给浮游硅藻的光合作用提供充分的阳光，而且亦有利于底栖硅藻的生长。在海洋中，为了使硅藻沉积物持续堆积，形成厚层的硅藻土，亦必须保持浅水条件。开阔的海洋是浮游硅藻生活的最好环境。

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。

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古、新近系及第四系。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 1 2 万 ～1 6 万种。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。

二、矿床主要成因类型及地质特征

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，与炭质碎屑粉砂层、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。

1陆相湖泊沉积火山物源矿床类型

该类为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。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。

矿床实例1:吉林长白县西大坡硅藻土矿

含矿岩系为马鞍山组沉积层，分布面积42km2，厚度136～5758m。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088～567m，平均283m;第二矿层厚120～1471m，平均69m;上面为第三矿层，不稳定，厚07～45m。

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SiO2731%～9086%，Fe2O31%～5%，Al2O3230%～667%，CaO067%～136%，烧失量358%～831%。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。

矿床实例2: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古、新近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:

非金属矿产地质与勘查评价

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，含矿两层。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16－1。

图16－1 浙江嵊县硅藻土矿床剖面示意图据浙江绍兴地质队，1999)

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)粘土矿物相对含量多少依次为: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w(SiO2)6394%，w(Al2O3)1616%，w(Fe2O3)407%，w(TiO2)08%～101%，w(CaO)039%～122%，w(MgO)014%～138%。

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056g/cm3，白土为070g/cm3，原土孔体积06cm3/g。比表面积465m2/g。主要孔半径50～800nm。耐火度1470～1510℃。导热系数0297～0264W/(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。

2陆相湖泊沉积陆源沉积矿床

矿床实例: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95km，宽05～2km，面积125km2。含矿岩系为新近系中新统小龙潭组，厚约1000m，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。

硅藻土赋存于新近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65km，南北宽05～2km，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32km2。矿体自下而上分五个亚段:①N3lg1亚段，厚11359m;由黑褐色含炭含粘土硅藻土、褐灰色含粘土硅藻土和粘土质硅藻土组成;②N3lg2亚段，厚15109m，由灰色含粘土硅藻土和粘土质硅藻土互层组成;③N3lg3亚段，厚5710m，由绿灰色粘土质硅藻土夹硅藻质粘土组成;④N3lg4亚段，厚10598m，由灰绿色粘土质硅藻土夹含硅藻粘土组成，底部有一层厚103～133m的褐煤;⑤N3lg5亚段，厚11049m，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16－5所示。

表16－5 寻甸先锋硅藻土成分 变量及单位:wB/%

续表

(据徐则达等，1989)

硅藻土富含有机质，发热量3333～5719J/g，松散密度064g/cm3，孔体积134mL/g，比表面积237m2/g，硅藻孔径50～3000nm。硅藻个体大小1～100μm，其中10～100μm占50%，可塑指数1977，液限7220%，塑限5252%。吸水率1815%～21117%，平均6915%，孔隙率902%，白度2093%，pH值312～375，松散系数139。

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。前两个类型层厚、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79%，烧失量降低326%，矿石质量变好。氧化带深度一般6～9m，最深达1369m。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16－2所示。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。

图16－2 寻甸先锋硅藻土矿矿带变化剖面示意图据徐则达等，1999a)

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。

3沼泽相和深湖相沉积类型

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。

矿床实例:广东海康－徐闻硅藻土矿

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(β3B(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(Q2－3t):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(Qedl4):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会点控制，火山湖沉积特征见图16－3。

图16－3 田洋火山湖沉积示意图据徐则达等，1999b)

N2x—上新统下洋组;β3B(1)6s—石峁岭期火山岩

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:w(SiO2)5557%～9094%，w(Al2O3)209%～1978%，w(Fe2O3)070%～1005%，w(CaO)022%～293%，w(MgO)032%～060%，烧失量984%～2459%。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TC581%～626%。

三、资源分布及成矿规律

世界上有20多个国家产出硅藻土矿。中国硅藻土矿资源较丰富，位居世界前列。中国硅藻土矿分布较广(图16－4)，保有储量的省、自治区有10个，此外在黑龙江、山西、海南皆发现了硅藻土矿。矿床分布有一定区域性，即东部和西南地区较多，西北地区较缺乏。这除了成矿条件以外也与地质工作程度有关。其中吉林省矿床数最多，保有储量也最多;其次是云南省。

图16－4 中国硅藻土矿床分布

硅藻土矿经常与粘土矿共生，粘土可以单独成层，也可与硅藻土相杂，形成粘土质硅藻土或硅藻质粘土。一般说粘土是有害组分，但在某些用途中则是有益组分。硅藻土矿与褐煤、泥炭层共生以云南先锋矿区最为典型。

硅藻土矿成矿时代一般较新，埋藏多数不深，因此主要是露天开采，仅部分矿床采取地下开采。有的从水下挖出，以矿泥形式泵取。

碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。碳的相对原子质量是120107，相对分子质量是1201。

碳的相对原子质量

碳的相对原子质量是多少

碳的化学式是C，相对原子质量是120107。

碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳和生物之中。纯净的、单质状态的碳有三种，它们是金刚石、石墨、C60。它们是碳的三种同素异形体。以化合物形式存在的碳有煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。

单质碳的化学性质

(1)在氧气中燃烧，剧烈放热，发出刺眼白光，产生无色无味能使氢氧化钙溶液(澄清石灰水)变浑浊的气体：C+O2==点燃==CO2(化合反应)。

(2)在空气中燃烧，放热，持续红热，产生无色无臭能使氢氧化钙溶液(澄清石灰水)变浑浊的气体CO2;当燃烧不充分，即氧气量不足时，产生一氧化碳：

氧气充足时化学方程式：C+O2==点燃==CO2(化合反应);

氧气不足时化学方程式：2C+O2==点燃==2CO(化合反应)。

(3)碳作为还原剂拥有和氢气、一氧化碳相似的化学性质(但生成物不同)，都可以从金属氧化物中还原出金属单质。碳还原氧化铜：C+2CuO==高温==2Cu+CO2↑(置换反应)