一、膨润土的成矿地质条件及成矿规律
（一）成矿原岩
各种富含铝硅酸盐矿物的岩石，在多种地质营力作用下都可能以不同方式生成蒙脱石。但形成具有一定工业规模的膨润土矿床的原岩，主要是偏碱性、中酸性火山碎屑岩、熔岩及它们的沉积岩，如粗安质火山凝灰岩、安山质凝灰岩、流纹质凝灰岩、流纹岩、英安岩、粗安岩、安山玢岩和英安玢岩等。与火山岩有关的膨润土矿床都是由火山玻璃物质脱玻形成的。例如，美国怀俄明膨润土的成矿原岩是粗安质火山凝灰岩；意大利庞廷膨润土成矿原岩是安山玢岩、安山－英安岩和火山灰；我国浙江平山膨润土原岩是酸性火山碎屑岩，部分是中酸性火山碎屑岩；山东潍县膨润土原岩是酸性火山碎屑岩、流纹岩和珍珠岩；河南信阳上天梯钠质膨润土原岩是玻屑凝灰岩；辽宁黑山膨润土原岩是中酸性沉积凝灰岩；新疆柯尔碱原岩是玻基安山岩和安山质凝灰岩。
（二）成矿时代和含矿层位
国外膨润土矿床主要产于中、新生代，以白垩系最多（如怀俄明为K1和K2），古、新近系次之，侏罗系较少。上古生代的矿床，目前仅见有库兹巴斯巴拉洪的上石炭—下二叠统与煤系有关的钠质膨润土矿床一处。我国情况与国外基本一致，除新疆柯尔碱膨润土矿床产于石炭系和甘肃金昌红泉产于二叠系外，其他多产于中、新生代地层中。侏罗系、白垩系是目前已知的最主要含矿层位，其次是古、新近系和第四系。大多数膨润土呈层状、似层状、透镜状或囊状体产出，矿层可以延伸数百千米以上。透镜状矿体直径达几十米。矿床通常与下伏岩层呈突变接触，而与上覆地层则呈渐变关系。第四纪风化型膨润土矿床产状比较复杂。
（三）构造条件
膨润土矿床的生成与火山活动有关，一般产于火山附近的洼地或盆地中。火山活动和盆地的形成受区域构造控制。膨润土矿床形成于构造相对稳定的火山活动间歇期。因为，这个时期易于获得生成蒙脱石所必需的元素，易于形成碱性介质条件，粗碎屑物质的渗入量也较少。如平山膨润土矿床就产于两组断裂控制的断陷盆地中，是在火山活动间歇期形成的。局部的断裂构造，对于热液蚀变和风化型矿床的形成起控制作用（如吉林九台膨润土矿床）。
世界上大部分膨润土矿床，集中在六大板块及无数小板块的边缘、俯冲消亡带之上、仰冲板块一侧的火山岩带中。板块构造对膨润土的成矿物质起着重要的控制作用，与其有关的岩石主要属于壳源物质和重熔型的岩浆系列。它们主要发育在会聚板块边界或俯冲带附近，即①板块边缘断裂带、岛弧火山带中；②沿断裂的凹陷中；③造山带；④构造活化区。
（四）成矿物理化学条件
人工合成蒙脱石资料及自然界膨润土的产状、矿物组合和深埋条件下的转变证实：碱性介质环境是形成膨润土矿床不可缺少的条件，形成温度小于350℃，压力低—中等。碱性介质条件只有在封闭或半封闭的弱循环系统中才能得到。如干旱气候条件下的风化作用，盆地火山物质底部淤泥（或泥沙）的存在，以及上部由细碎屑沉积物组成的阻隔层，是形成并保持碱性介质体系的有利环境。因为，底部淤泥中的水既是分离硅酸盐矿物的介质，又是提供蒙脱石所需的碱和碱土金属阳离子的源泉。有利成矿的物理条件，类似于表生和中低温热液环境。若温度、压力过高，将使蒙脱石转变为伊利石、绿泥石和与其有关的混层矿物，或生成无水、少水的其他铝硅酸盐。
钠质膨润土是在钠元素较丰富的条件下形成的。海盆地的淤泥水属硫酸镁型水，含有Na＋,Mg2＋,Cl－，
（五）岩相古地理条件
沉积型膨润土矿床的形成，与岩相古地理条件关系密切。已知的膨润土矿床既有河床相（广东），也有潟湖相（俄罗斯鞑靼比克梁，摩洛哥）。很多大型、巨大型膨润土矿产于湖泊相（浙江平山，辽宁，山东，河南，新疆夏子街）和湖－沼相中（黑龙江，怀俄明西部，库兹巴斯巴拉洪），而另一些大型优质膨润土，则产于正常含盐度的浅海相内（怀俄明东部，奥格兰雷等）。膨润土矿床在平面分布上，盆地中心较边缘部位的粒度细，粗碎屑渗入量少，矿石分散程度高，质量好。在垂直剖面上，一般上部易氧化改型，底部颗粒则较粗，分散性差，中、下部质量最好。
与沉积有关的膨润土矿床，产于一定的沉积建造和岩相组合中。主要含矿建造有：
1.浅海、滨海相膨润土－钙质灰岩－钙质砂岩建造
如以色列内格夫地区罗蒙马克特希北部晚白垩世的膨润土矿床，产于海相岩石中，与灰岩、泥灰岩伴生，Bentor(1966）认为是正常海相沉积岩。美国怀俄明产于白垩系海相页岩、泥页岩及泥质砂岩层序中，下伏页岩往往局部硅化而成为燧石层，系火山灰沉积蚀变而成。
2.海相或陆相膨润土（火山质）－砂页岩建造
膨润土呈层状、似层状与火山质及砂、页岩层呈互层产出，赋存于浅海相、滨海相火山沉积岩系及正常的海相沉积碎屑岩系中。陆相主要产于内陆河流、湖泊中，与陆源碎屑岩互层产出。美国密西西比晚白垩世膨润土矿床上覆砂岩，下伏各种砂岩（从泥质云母砂岩到海绿石砂岩），膨润土与上、下岩渐变过渡。阿根廷Patagonia古、新近纪膨润土矿床与未蚀变的火山灰互层，含有许多锰结核，火山灰和膨润土矿床的沉积环境为滨海相。南非奥兰治Parys早侏罗纪膨润土矿床与页岩、砂岩互层，该地区无任何火山活动迹象，矿层与底板砂岩界线清楚，与上覆页岩渐变过渡。
3.内陆潟湖相为主的含煤岩系－炭质页岩建造
由火山灰、玻屑、晶质及凝灰质散落在内陆封闭、半封闭的还原性含煤盆地中，经蚀变或沉积成岩作用形成。克里沃罗托洛姆早二叠世膨润土矿床，发育于含煤建造中，赋存在由褐煤层、炭质页岩、厚层泥岩和砂岩组成的剖面中。库页岛赫鲁舍夫矿床，产于晚中新世含煤建造中，为玻屑－晶屑凝灰岩、火山凝灰岩、凝灰质厚层泥岩、褐煤、膨润土型炭质泥岩组成的陆相剖面。
二、矿床类型及其地质特征
膨润土矿床的类型划分，目前国内外尚无统一的标准。按照成因，总体上不外乎风化型、沉积型和热液蚀变型三种类型。
（一）风化残积型膨润土矿床
地表附近的风化作用使岩石、矿物中的非蒙脱石组分迁移，把蒙脱石组分聚集在风化残积物中，经过蒙脱石化而形成膨润土。因此，风化残积型膨润土矿床赋存于各类岩石的残余风化壳地区，化学元素的迁移是在常温常压条件下进行的。影响风化残积型膨润土形成的因素有原岩成分、结构、构造、气候、水文条件、地形地貌、生物作用等。
矿化母岩大都为酸—中基性火山岩，产在陆相火山构造洼地或破山口附近。成矿母岩上部没有覆盖层，或只有薄且孔隙度较大易于透水的覆盖层。在不整合面附近的火山岩，或在火山岩与沉积岩系互层等处，有利于形成残积型膨润土。成矿作用通常在大陆稳定时期发生，矿体往往发育在地表剥蚀作用较弱的地段。化学风化作用的深度主要取决于氧渗透到地下的深度，一般与潜水面相近，常位于地下百米以下，有时可达数百米，最深可达千米或更深。矿体呈透镜状、似层状、被状、多层状产出，矿体一般厚数米至数十米，长数十米至数百米，甚至长达千米，延深数十米至数百米。矿石常具有残留母岩及其残余结构构造。矿石的矿物组合为蒙脱石、水云母、绿泥石、沸石、高岭石、埃洛石及残存的晶屑和玻屑。由于成矿母岩在风化作用下分解和元素迁移，使含矿剖面在垂直方向上发生矿物成分和化学成分的带状变化。酸性岩风化剖面中的粘土矿物自上而下一般为：高岭石→蒙脱石→水云母。膨润土矿床剖面自上而下一般为：含氧化铁较高的风化带→紫、红、褐等杂色膨润土→灰、青灰、白色膨润土→含母岩残块的膨润土→蒙脱石化母岩。各带之间往往渐变过渡。矿体底界不规则。地表附近常以钙基膨润土为主，较深部位则出现钠基膨润土。
风化残积型膨润土矿床在我国分布较广，吉林、山东、河北、江苏、浙江、江西、湖北和广东等省都有产出。
矿床实例：吉林九台膨润土矿床
矿区位于环太平洋西带松辽平原东侧的一个北东向地垒上，高出侵蚀基准面40 ～60m。成矿母岩为上侏罗统酸性火山玻璃、流纹岩、凝灰岩和珍珠岩、沸石岩，假整合于上侏罗中统煤系地层之上。矿体顺岗地长轴平行排列，一侧受正断层控制。矿床形态复杂，与底板岩石渐变过渡，界面参差不齐。矿体上部为粉红色，中部灰白色，下部浅绿色，底部常有流纹岩、蛋白石碎块和结核。近断裂处矿石质量好，远离断裂矿石变差。近地表以钙基膨润土为主，50m 以下出现钠基膨润土。矿石化学成分（wB/%）：SiO2(60.80～74.86）,TiO2(0.23),Al2O3(12.51～23.01）,Fe2O3(1.48～3.02）,CaO(1.59～1.84），MgO(1.94～3.11），烧失量（4.72～8.8）9。膨润土的形成系雨水、地表水、潜水沿酸性火山岩的构造裂隙渗透，断层下盘透水性很差，而形成一道隔水墙，使原岩充分水解，而形成风化残积型矿床（图4-2）。
（二）火山－沉积型膨润土矿床
这类膨润土是构造作用、火山作用和沉积作用三者结合的产物，是火山喷发的火山灰、碎屑物等降落沉积在湖盆、海盆，潟湖等洼地内，及由火山盆地附近的陆源火山碎屑物短距离快速搬运到水盆中，经脱玻作用、水化作用，使蒙脱石族矿物围绕许多质点结晶而成。通常见到火山灰与膨润土互层产出。膨润土有一套独特的岩相建造和岩相旋回特征，产于火山沉积岩建造的火山－沉积过渡相内，即从火山熔岩到正常沉积岩的中间部位。往往下部为熔岩、页岩，或页岩－膨润土－煤系建造。矿体呈层状、似层状，与顶底板围岩同期形成，并多呈过渡关系。沿走向、倾向常过渡为正常的沉积岩。离火山物源的距离越远，矿层厚度越薄。蒙脱石化显然是在沉积以后形成的。矿石矿物组合比较简单，常为蒙脱石、石英和沸石（都是火山灰蚀变产物），及晶屑、玻屑等火山残余物。
图4-2 吉林九台膨润土与大气降水、地质构造关系剖面图
根据矿床产出位置、形成环境及沉积组合类型，又可进一步分为：
1）海相火山－沉积亚型，如土库曼斯坦奥格兰雷，日本山形县大江等。
2）陆相火山－沉积亚型，如卡马林、顿巴斯格里耶夫和浙江平山等。但也有同一矿床一部分为海相，另一部分为陆相者，如美国的怀俄明。海相产出的膨润土，矿床规模和工业意义较大。
矿床实例1：美国怀俄明膨润土矿床（图4-3）
美国怀俄明膨润土矿床是世界最著名的大型钠质膨润土矿床，分布于落基山北部高原区，主要产于早白垩世莫里页岩中。部分产于其上的晚白垩世弗朗蒂尔组页岩中。莫里－弗朗蒂尔组沉积与“中科迪勒拉”地背斜的构造活动及爱达荷岩基，三者分别提供了形成膨润土的沉积盆地、蚀源区和成矿物质。成矿物质是白垩系火山灰和凝灰岩，平均成分接近安粗岩或具有低石英安粗岩组分。东部三分之二为海相沉积物，其余为海陆交互相，西怀俄明则是在大陆湖沼相碱性环境中形成的，与煤系地层共生。膨润土形成于火山活动间歇期，约有100层矿，一般厚0.6～1.5m，超过3m 的有四层，只有一层厚度大于4.5m，矿石中没有方石英，氧化硅和高岭石含量少，沸石较多，说明形成于碱性环境。除地表因风化作用自然改型为钙基膨润土外，其余皆为优质钠基膨润土。
矿床实例2：浙江平山膨润土矿床（图4-4）
浙江平山膨润土矿床是我国著名的钠质膨润土矿，属陆相火山－沉积型矿床。产于北东—南西向燕山期火山断陷盆地中，膨润土的母岩是晚侏罗统寿昌组中酸性火山碎屑沉积岩系，沉积韵律发育，岩、矿层分布稳定。共有膨润土矿七层，分别位于三个一级韵律层的底部，主要是6、7两层矿，厚1.5～6.0m，分布面积3km2，矿体最大埋深370m。矿石主要由蒙脱石和共生矿物沸石、石英、碱性长石，以及残留火山晶屑和少量陆源碎屑组成。矿石类型有粘土状、粉砂状、砂状及角砾状等。含矿岩系的蒙脱石化极为普遍。
图4-3 怀俄明上莫里组J-J′、K-K′剖面图
1 —硅质页岩；2—软的易裂页岩；3—粉砂、砂质页岩；4—砂岩；5—膨润土；6—煤、褐煤
（三）陆源－沉积型膨润土矿床
这类矿床的剖面中缺乏火山物质，矿床的形成与古气候、古地理条件有关。陆源物质经不同的风化作用，呈碎屑或悬浮物形式被流水搬运迁移，机械沉积于湖泊、沼泽、海洋等水盆中，经改造演变而成膨润土。与煤系地层伴生的膨润土矿层往往时代较老，是温热带气候的产物。干燥气候条件下形成的膨润土矿层，产在具有一定盐度和封闭条件的蓄水盆地的碎屑岩系中。白垩系—古、新近系的沉积膨润土矿床和石膏矿床共生，可能为同一水体不同演化期的产物，如湖南伍家峪矿床产于更新世内陆湖相沉积物中，膨润土与石膏交替沉积，互层产出。矿床往往呈层状、似层状、透镜状产在正常沉积岩系中，并遵循一定的沉积规律。顶底板可以是海相，也可以是陆相的砂页岩和少量泥灰岩层。
图4-4 浙江临安平山钠基膨润土矿床基岩地质图
K1h 白垩系横山组；J3s —侏罗系寿昌组；J3h—侏罗系黄尖组；Jl3—侏罗系劳村组；O—
矿床实例：新疆夏子街膨润土矿床（图4-5）
夏子街特大膨润土矿床位于准噶尔盆地西北边缘，产于上白垩统艾里克组砂岩、粉砂质泥岩上部岩系中。膨润土分上、中、下矿层及底部零星矿层。矿层平均厚度：上层7.80m；中层20.48m；下层14.80m，总厚度43.08m，长、宽数百米至3000余米。顶、底板和夹层为砂岩、粉砂岩和粉砂质泥岩。矿石自然类型分为灰白色、棕红色、杂色和砂状膨润土。矿石矿物除蒙脱石外，还有石英及少量长石、伊利石、高岭土等。属钙质膨润土，矿床属内陆湖相沉积型。
图4-5 新疆夏子街膨润土矿Ⅲ线地质剖面图
1—细砂岩；2—钠基膨润土；3—钙基膨润土；4—钻孔位置及编号
（四）热液蚀变型膨润土矿床
热液蚀变型膨润土矿床分布较广，它们主要由岩浆侵入、火山喷发旋回晚期产生的中低温酸性气液，淋滤出铝硅酸盐中的部分硅、碱、碱土金属，发生蒙脱石化蚀变交代而成，或由含Mg2+的碱性溶液对母岩交代而成。矿体通常产于碱性—酸偏碱性的火山岩、次火山岩、火山碎屑岩、浅成侵入岩、火山－沉积岩中，局部蒙脱石化常见于火山口和断裂带附近。母岩的成分、性质及构造环境对矿化程度影响很大。通常构造裂隙发育，岩石呈斑状、斑杂状构造的母岩，以及在火山口区火山断陷盆地内，可形成质量较好、规模较大的膨润土矿床。矿石中主要的伴生矿物有重晶石、沸石、方英石、软锰矿、镁绿泥石等热液蚀变矿物。矿体底部常见硅化，甚至形成玛瑙矿床。发生蒙脱石化的热液温度为50℃到150～200℃，pH 值较低，压力较小。这类膨润土矿床，既有钠质的，也有钙质的，工业意义较大。
热液蚀变型膨润土矿床，可分为若干亚型，如：
1.火山、岩浆期后热液自变质亚型
中酸性火山岩受火山后期热液蚀变形成膨润土矿床。大部分产于阿尔卑斯火山活动区。区域性大断裂控制矿带分布，次一级断裂控制矿床分布。矿体的空间形态和成因，多与该区的晚白垩世和始新世火山作用、火山活动后期或期后阶段的气、液有关。矿体产状可呈层状、似层状、透镜状、巢状、脉状等。矿石质量一般较好，规模大小不一，是世界重要的膨润土矿床类型之一。阿塞拜疆达什萨拉赫林膨润土，呈透镜状、囊状，产于古近纪具有流纹和气孔构造的火山碎屑凝灰岩中，厚度大，主要为酸性膨润土。除蒙脱石化外，其他热液蚀变尚有水云母化、绿泥石化、铁化、硅化、沸石化、石膏和碳酸盐化，具有垂直和水平分带特征。此外，阿尔斯坎，萨里格尤赫，莫桑比克的劳伦哥马库斯，南非的苏鲁兰，意大利蓬察岛、庞廷岛和我国江苏溧阳等地膨润土矿床均属此亚型。
2.海底火山岩热液蚀变亚型
海底扩张中心，火山喷溢提供成矿的火山物质和大量热能，使附近的海水增温，并使火山物质蚀变，使部分碱、碱土金属和硅发生高温淋滤迁移.有利于形成蒙脱石。因此，与成矿有关的火山喷溢、海底沉积物和热液蚀变，在构造、成因和时间上是有机联系的。在红海海底轴心海附近，发现正在形成的暗红色薄层状蒙脱石层，厚4～15m。冰岛雷基亚内斯，日本鹤岗、中城膨润土矿床，均是在中新世海水环境中，由玄武岩或流纹质火山灰和浮石受早期热液蚀变而成。
此外，还有热液矿脉、岩脉的热液蚀变亚型，温泉、地热蚀变亚型等，工业意义不大。
三、矿床分布
我国的膨润土90%为钙基膨润土。膨润土矿产遍布全国23省区.大型矿床20多个。大多数矿床集中在东北三省、东部沿海各省及新疆、四川、甘肃、河南、广西等省（自治区）。主要矿区有：辽宁黑山，浙江临安、仇山，四川三台，甘肃酒泉，吉林双阳，福建连城，吉林九台，山东潍县涌泉，河南信阳，河北张家口、宣化，新疆托克逊矿等。我国主要膨润土矿床分布见图4-6。
图4-6 中国主要膨润土矿床分布图