豫西張窯院耐火粘土礦床地質(zhì)特征研究

梁新輝，馮紹平，高 曉，王小濤，張爭(zhēng)輝，張怡靜

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽(yáng) 471023；2.河南省金銀多金屬成礦系列與深部預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471023；3.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450000)

豫西張窯院耐火粘土礦床地質(zhì)特征研究

梁新輝1,2，馮紹平1,2，高 曉3，王小濤1,2，張爭(zhēng)輝1,2，張怡靜1,2

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽(yáng) 471023；2.河南省金銀多金屬成礦系列與深部預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471023；3.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450000)

新安縣張窯院耐火粘土礦平緩的傾斜層狀產(chǎn)出于石炭系本溪組地層中，礦體主要由高鋁粘土和硬質(zhì)粘土組成。通過(guò)礦石化學(xué)分析、鏡下特征及XRD分析，主要成分為一水硬鋁石和高嶺石；由差熱分析曲線得出礦石吸熱峰溫度約535℃、放熱峰溫度約980℃；分析認(rèn)為賦礦的本溪組地層沿襲于自中奧陶世以來(lái)形成的古陸風(fēng)化殼，自下而上由風(fēng)化殼洼坑處的陸屑充填到上面的陸緣海濱沼澤相沉積，形成了通稱(chēng)鐵鋁層含礦巖系，由各類(lèi)粘土礦物形成不同的粘土礦層，礦層產(chǎn)狀及分布特征主要受古巖溶地貌及南北向古構(gòu)造裂隙的風(fēng)化殼地形的控制。

耐火粘土；XRD；差熱分析；古陸風(fēng)化殼

1 研究區(qū)概況

張窯院耐火粘土礦位于洛陽(yáng)市新安縣西北約20km處的石寺鎮(zhèn)和鐵門(mén)鎮(zhèn)境內(nèi)，最早在1961年開(kāi)展地質(zhì)勘探工作。大地構(gòu)造屬岱嵋—西沃隆褶斷區(qū)，古地理稱(chēng)岱嵋山古陸，礦床位于黃河南岸與龍?zhí)稖洗髷嗔阎g、西沃竹園—石寺張窯院耐火粘土、鋁土成礦帶上[1](見(jiàn)圖1)。區(qū)域出露地層分布與該區(qū)大地構(gòu)造線基本一致，從北西向南東依次出露太古界，中元古界熊耳群、汝陽(yáng)群，古生界寒武系、奧陶系、石炭系，新生界古近系、新近系、第四系。區(qū)域內(nèi)的褶皺多是寬緩的褶曲，斷裂以高角度的正斷層最為發(fā)育，主要由NW向的龍?zhí)稖洗髷嗔岩约昂S河大斷層在內(nèi)的一系列NNW向斷裂組成。巖漿活動(dòng)及變質(zhì)作用比較微弱，除邊緣一些中元古界火山巖外，主要是一些輝綠巖等侵入巖。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

區(qū)內(nèi)出露地層有中奧陶系馬家溝組，石炭系本溪組、太原組，二疊系山西組，第四系黃土及河床淤泥。岱嵋寨—韶山背斜的東南翼，地層走向?yàn)镹ESW，傾向SE，傾角約10°。本區(qū)所見(jiàn)斷裂全部為正斷層，傾角60～80°，分布稀疏，一般延伸40～100m，規(guī)模較小，斷距不大。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖

2.2 礦體特征

耐火粘土礦層主要位于石炭系本溪組的中上部，下部存在少量耐火粘土礦的透鏡體，同時(shí)有赤鐵礦、褐鐵礦透鏡體的分布，但規(guī)模及質(zhì)量都難以達(dá)到工業(yè)用料要求。本溪組的耐火粘土礦本身是組成沉積巖的一部分，產(chǎn)狀與上覆巖層近似，礦層底板為粘土質(zhì)頁(yè)巖或鐵質(zhì)粘土、頂板為粘土頁(yè)巖，局部礦層上覆巖層遭侵蝕，由第四系黃土直接覆蓋。礦區(qū)不同時(shí)期勘探共圈定9個(gè)礦體，有代表性的為Ⅰ、Ⅱ礦體(見(jiàn)圖2)。

Ⅰ號(hào)礦體：礦體長(zhǎng)軸方向近南北，長(zhǎng)500m，寬100～250m，組成礦體的礦石主要為高鋁粘土[2]，上部、下部有少數(shù)硬質(zhì)粘土。礦體厚度北薄南厚，最薄0.5m，厚度1.16～41.18m，平均15.30m。礦石礦物成分主要為一水硬鋁石，大多呈豆?fàn)畲植跔罱Y(jié)構(gòu)，主要化學(xué)成分為Al2O3。Ⅰ號(hào)礦體的特點(diǎn)是形態(tài)簡(jiǎn)單，厚度大而穩(wěn)定，品級(jí)高且連續(xù)。

Ⅱ號(hào)礦體：礦體長(zhǎng)軸方向NNE，長(zhǎng)500m，寬260m，組成礦體的礦石主要為高鋁粘土，上部、下部及高鋁粘土層內(nèi)有少數(shù)硬質(zhì)粘土。礦體厚度0.74～13.43m，平均4.61m。礦體頂部往往有0.43～1.39m的硬質(zhì)粘土。礦石礦物成分為高嶺石及一水硬鋁石，顏色較深，多呈致密狀，少量為豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。Ⅱ號(hào)礦體的特點(diǎn)是厚度呈波狀起伏，厚度較大程度的受底板控制，但礦體連續(xù)性好。

圖2 礦體特征示意圖

2.3 礦石特征

礦石多為灰白—灰褐色，鮞粒狀結(jié)構(gòu)、粗糙狀結(jié)構(gòu)、致密塊狀結(jié)構(gòu)，鮞粒直徑一般0.2～4mm，鮞粒邊緣較圓滑，形態(tài)呈圓形或橢圓形，孔穴膠結(jié)類(lèi)型，風(fēng)化后常呈黃褐色。礦石礦物成分主要為一水硬鋁石及粘土礦物(主要為高嶺石、少量伊利石、水云母、綠泥石等)，含少量黃鐵礦及次生的褐鐵礦等。一水硬鋁石或分布于鮞粒中心、或分布于鮞粒膠結(jié)物中、或呈放射狀分布于致密礦石中。

礦石品級(jí)不同顯示出不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造：特級(jí)品及一級(jí)品多呈鮞粒狀結(jié)構(gòu)，鮞粒渾圓狀，邊界平滑，一水硬鋁石分布于鮞粒中心及膠結(jié)物中，膠結(jié)物為粘土礦物，含少量黃鐵礦、褐鐵礦(圖3a、圖3b)；二級(jí)品及三級(jí)品呈鮞粒結(jié)構(gòu)，鮞粒分布緊密，一水硬鋁石零星分布于鮞粒中心(圖3c)或分布于鮞粒膠結(jié)物中(圖3d)；礦層頂板巖石多呈灰白色，致密塊狀，含少量高嶺石鮞粒，一水硬鋁石零星分布在致密塊狀中，含5%左右的黃鐵礦(圖3e)；礦層底板巖石多呈似球狀結(jié)構(gòu)，球粒由菱鐵礦組成，粘土礦物多為伊利石，少量為高嶺石，一水硬鋁石零星分布于球粒或粘土礦物中(圖3f)。

經(jīng)化學(xué)分析，耐火粘土礦化學(xué)成分主要由Al2O3組成，含量達(dá)34.7%～50.1%，SiO2含量11.9%～35.6%，次要有TiO2，含量1.9%～2.8%，燒失量達(dá)12.9%～19.4%(見(jiàn)下表)。

圖3 耐火粘土礦礦物特征

3 礦石XRD分析

本次采用X-射線衍射儀對(duì)所采礦石標(biāo)本進(jìn)行XRD物相分析，顯示礦石礦物成分主要為一水硬鋁石，粘土礦物主要為高嶺石，少量白云母、斜綠泥石，部分礦石含有少量黃鐵礦、菱鐵礦，與礦石化學(xué)分析結(jié)果及鏡下分析顯示出一致性[3](見(jiàn)圖4)。

4 耐火粘土礦差熱分析

差熱分析是在程序控制溫度下，測(cè)試待測(cè)試樣和參比樣之間的溫度差與溫度(或時(shí)間)關(guān)系的一種技術(shù)[4-6]。本次利用Thermo plus TG8120儀器對(duì)耐火粘土礦石粉進(jìn)行差熱分析，圖5為兩幅CR1/BP的差熱分析。

從圖5熱重曲線可看出，原樣樣品從加熱到1 000℃時(shí)，逐漸失重。從圖5a中DTA曲線可知，其有三個(gè)放熱峰，其第一個(gè)放熱峰溫度為467.3℃，其第二個(gè)放熱峰溫度為547.2℃，其第三個(gè)放熱峰溫度為975℃左右；從圖5b中DTA曲線可知，樣品吸熱峰溫度為532.7℃，樣品放熱峰溫度為980℃。對(duì)礦區(qū)全部8張熱重TG圖分析，礦石吸熱峰溫度約535℃、放熱峰溫度約980℃。

耐火粘土礦化學(xué)分析結(jié)果(%)

圖4 礦石XRD分析

圖5 礦石粉CR2/BP的差熱分析

對(duì)礦區(qū)8件礦石樣品的鋁硅比進(jìn)行測(cè)算，位于2.19～8.41之間，其中2.6以下樣品2件、2.6以上樣品6件。根據(jù)穆亞蓬等[7]的研究成果，鋁硅比值大于2.6其耐火度＞1 770℃，由此推斷礦區(qū)大部分樣品耐火度＞1 770℃。

5 礦床成因分析

礦床含礦巖系為本溪組，系沿襲于自中奧陶世以來(lái)形成的古陸風(fēng)化殼，在古陸邊緣產(chǎn)出的一套由鐵、鋁質(zhì)氧化物和泥、灰質(zhì)組成的海陸過(guò)渡相沉積，自下而上由風(fēng)化殼洼坑處的陸屑充填到上面的陸緣海濱沼澤相沉積，顯示了大海的填平補(bǔ)齊、各類(lèi)沉積物的均衡代償作用，形成了通稱(chēng)鐵鋁層含礦巖系，由各類(lèi)粘土礦物形成不同的粘土礦層。

礦層產(chǎn)狀及分布特征主要受古地理、古地貌的控制，在古地貌形成的有些溶溝中沉積或堆積了厚達(dá)幾十米的示溶斗狀高鋁土礦體(見(jiàn)圖6)。古巖溶地貌的形成，除了白云巖巖石化學(xué)性質(zhì)外，還有古構(gòu)造因素。在剝蝕作用較深的黃河沿岸新安北部石井以及其他鋁土礦地表揭露程度較高地區(qū)，可見(jiàn)比較有規(guī)律展布的近南北向奧陶系溶蝕殘丘和溶溝等巖溶地貌，它們很可能是繼承南北向古構(gòu)造裂隙的風(fēng)化殼地形。

圖6 張窯院12線示溶斗狀礦體

6 結(jié)論

(1) 新安縣張窯院耐火粘土礦平緩的傾斜層狀產(chǎn)出于石炭系本溪組地層中，礦體主要由高鋁粘土和硬質(zhì)粘土組成，礦石主要成分為一水硬鋁石和高嶺石。

(2) 礦石吸熱峰溫度約535℃、放熱峰溫度約980℃，推斷礦區(qū)大部分樣品耐火度＞1 770℃。

(3) 分析認(rèn)為賦礦的本溪組地層沿襲于自中奧陶世以來(lái)形成的古陸風(fēng)化殼，自下而上由風(fēng)化殼洼坑處的陸屑充填到上面的陸緣海濱沼澤相沉積，形成了通稱(chēng)鐵鋁層含礦巖系，礦層產(chǎn)狀及分布主要受古巖溶地貌及南北向古構(gòu)造裂隙的風(fēng)化殼地形控制。

[1]石毅,錢(qián)建立,付法凱,等.洛陽(yáng)市非金屬礦產(chǎn)資源[M].鄭州:黃河水利出版社,2013.

[2]劉長(zhǎng)齡.《關(guān)于高鋁粘土名稱(chēng)討論》和徐平坤同志討論[J].硅酸鹽通報(bào),1985,1(1):37-43．

[3]李大勇,李守權(quán).X射線熒光光譜法測(cè)定高鋁粘土中主成分方法研究[J].貴州地質(zhì),2010,27(2):157-160,144.

[4]韓維屏.差熱分析DTA技術(shù)及其應(yīng)用指導(dǎo)[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,1982:56-60.

[5]劉振海.分析化學(xué)手冊(cè)(第八分冊(cè))熱分析[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000:50-56．

[6]邱小云.差熱分析曲線的影響因素[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè))試驗(yàn)技術(shù)與方法,2012,48(12):801-803.

[7]穆亞蓬,肖紅平.高鋁粘土的耐火度測(cè)算[J].甘肅冶金,2012,34 (1):27-29,39.

[8]劉長(zhǎng)齡,時(shí)子禎.山西、河南高鋁粘土鋁土礦礦床礦物學(xué)研究[J].沉積學(xué)報(bào),1985,3(2):18-36.

Study on Geological Characteristics of Zhangyaoyuan Refractory Clay Deposit in Western Henan

LIANG Xin-hui1,2, FENG Shao-ping1,2, GAO Xiao3, WANG Xiao-tao1,2, ZHANG Zheng-hui1,2, ZHANG Yi-jing1,2
(1. No.1 Institute of Geological & Mineral Resources Survey of Henan, Luoyang 471023, China; 2. Key Laboratory of Gold and Silver Polymetallic Ore-forming Series and Deep Prognosis of Henan Province, Luoyang 471023, China; 3. No.2. Institute of Geological & Mineral Resources Survey of Henan, Zhengzhou 450000, China)

The refractory clay deposit is gently tilted and stratified in the Carboniferous Benxi Formation, and the orebodies are mainly composed of high-alumina clays and hard clays.Through the ore chemical analysis, microscopic characteristics and XRD analysis, the main components are monohydrate diaspore and kaolinite. The endothermic peak temperature of the ore is about 535℃and the exothermic peak temperature is about 980℃, which is obtained by differential thermal analysis curves. It is believed that the ore-bearing strata of Benxi Formation strata inherited the paleo-continental weathering crust formed since Middle Ordovician, bottomup chip by weathering crust depression crater where land filling to the upper epicontinental coastal swamp facies, formed the known as the Fe-Al layer of ore-bearing rock series, different clay layer formed by all kinds of clay minerals, the occurrence and distribution characteristics of the ore-bearing strata are mainly controlled by the ancient karst landform and weathering crust topography of the north-south tectonic fissures.

refractory clay; XRD; differential thermal analysis; the paleo-continental weathering crust

P619.23

A

1007-9386(2017)02-0012-04

2017-02-16

河南省“兩權(quán)價(jià)款”地質(zhì)科研項(xiàng)目(2015-258-03)。