江西上猶小寨背高嶺土礦礦床地質(zhì)特征及礦床成因

鄭 翔, 任國剛, 張德志, 王宇飛, 黃實衛(wèi), 何玉波

(1.江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院,江西 贛州 341000; 2.江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院 立達科技開發(fā)總公司,江西 贛州 341000;3.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心 福建總隊,福建 福州 350000; 4.江西省贛州市崇義縣劍橋礦業(yè)有限公司,江西 崇義 341300)

江西上猶小寨背高嶺土礦屬于風(fēng)化殘積亞型高嶺土礦,小寨背高嶺土礦區(qū)成礦的圍巖為加里東晚期龍頭巖體邊緣相細(xì)粒白云母花崗巖及中細(xì)粒二云母花崗巖,礦石類型為砂質(zhì)高嶺土,礦床類型為風(fēng)化型風(fēng)化殘積亞型。加強對礦區(qū)高嶺土礦成因的研究,對尋找新礦點具有重要意義,對發(fā)展地方經(jīng)濟也起到至關(guān)重要的作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

本區(qū)位于南嶺緯向構(gòu)造帶東段大余—瑞金東西構(gòu)造亞帶與興國—崇義北東向構(gòu)造帶交匯部位,地處華南褶皺系贛中南隆褶斷束的西南部,區(qū)內(nèi)構(gòu)造運動多期活動,褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育,巖漿侵入頻繁,成礦作用顯著,是江西南部以鎢錫為主的多金屬礦產(chǎn)主要產(chǎn)地之一(圖1)。多期次侵入的花崗巖體廣泛分布,地表風(fēng)化殼發(fā)育,也是風(fēng)化殼型稀土、高嶺土礦主要產(chǎn)地之一。

2 礦區(qū)及礦體地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)出露地層主要有寒武系高灘群和第四系全新統(tǒng),高灘群地層巖性主要為長石石英砂巖、粉砂質(zhì)板巖及灰?guī)r,第四系全新統(tǒng)地層主要為殘坡積巖石碎屑及砂質(zhì)粘土、亞粘土、腐質(zhì)粘土等。礦區(qū)以斷裂構(gòu)造為主,主要有北東向、南北或近南北向構(gòu)造。礦區(qū)出露巖漿巖以龍頭巖體邊緣相為主,次為侵入巖體中的花崗斑巖、細(xì)晶巖脈。龍頭巖體巖性主要為白云母花崗巖和二云母花崗巖。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map1.第四系;2.白堊系上統(tǒng)南雄組;3.泥盆系中統(tǒng);4.寒武系上統(tǒng);5.寒武系中統(tǒng);6.寒武系下統(tǒng);7.震旦系上統(tǒng)上部;8.震旦系上統(tǒng)下部;9.燕山早期第二階段第一次黑云母花崗巖;10.燕山早期第一階段第二次黑云母花崗巖;11.加里東晚期第二階段第二次黑云母花崗巖;12.加里東晚期第二階段第一次黑云母花崗二長巖;13.加里東晚期第一階段第二次黑云母花崗閃長巖;14.地質(zhì)界線;15.角度不整合;16.正斷層;17.逆斷層;18.航照解釋斷層;19.性質(zhì)不明斷層;20.礦區(qū)位置。

礦區(qū)內(nèi)施工66個淺鉆,以揭穿半風(fēng)化層及基巖,控制了礦體的底板。鉆探工程施工43個鉆孔,最大深度達58.1 m。43個鉆孔均揭穿了全風(fēng)化層、半風(fēng)化層至基巖,為了解礦區(qū)全風(fēng)化層礦體厚度及半風(fēng)化層礦化程度起到了良好的引導(dǎo)作用,礦區(qū)地質(zhì)圖見圖2。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Regional geological map1.第四系全新統(tǒng);2.加里東晚期龍頭巖體邊緣相中細(xì)粒二云母花崗巖;3.礦體及編號;4.花崗斑巖及產(chǎn)狀;5.地層產(chǎn)狀;6.相變界線;7.淺井及編號;8.槽探及編號;9.勘探剖面線;10.寒武系高灘群;11.加里東晚期龍頭巖體邊緣相細(xì)粒白云母花崗巖;12.硅化破碎帶;13.石英脈及產(chǎn)狀;14.地質(zhì)界線;15.鉆孔及編號;16.洛陽鏟及編號;17.勘探線及編號。

2.2 礦體原巖特征

龍頭花崗巖體主要巖性為細(xì)粒的云母花崗巖及中細(xì)粒二云母花崗巖,二者呈過渡接觸關(guān)系。巖石呈灰白色、灰色、細(xì)粒及中細(xì)粒花崗巖結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造,主要造巖礦物有石英、微斜長石、中—更斜長石、白云母及黑云母,副礦物有鋯石、磷灰石。石英呈他形粒狀,交代蠶蝕狀,微斜長石呈半自形柱狀,交代殘余狀,被絹云母、白云母交代,雙晶不明顯,少見殘留的格狀雙晶,中—更斜長石呈半自形板狀,聚片雙晶模糊,雙晶紋寬度中等,少見環(huán)帶,中心較基性,邊緣較酸性;黑云母少見,多為白云母交代,白云母呈黑云母假象存在。主要造巖礦含量石英30%～35%,微斜長石20%～25%,中—更斜長石35%～40%,白云母(包括黑云母)6%～7%,其他礦物少量?；◢弾r巖石化學(xué)成分見表1及微量元素含量見表2。

巖石蝕變主要由交代作用形成的面型蝕變,蝕變類型有硅化、鉀長石化、鈉長石化、綠泥石化及白云母化。

表1 龍頭花崗巖與南嶺花崗巖化學(xué)成分對比表Table 1 The chemical composition contrast table of Longtou and Nanling granites

表2 龍頭花崗巖微量元素含量對比表Table 2 The trace elements comparison table of Longtou granite

2.3 礦體垂向特征

花崗巖風(fēng)化成礦具有明顯的垂直分帶特征[2-3],本區(qū)花崗巖風(fēng)化殼的垂直分層特征也非常顯著,其發(fā)育完整的垂直剖面從上到下,可劃分為表土層、全風(fēng)化層、半風(fēng)化層、弱風(fēng)化至基巖四層(圖3)。

圖3 風(fēng)化殼剖面分層示意圖Fig.3 The layered schematic of weathering crust cross-sectional

表土層上部為腐植層,由大量植物根系和粘土、砂質(zhì)粘土組成;下部為亞粘土層,主要成分為粘土和細(xì)小石英粒。全風(fēng)化層上部為網(wǎng)紋狀風(fēng)化層,由于沿著巖石原有裂隙風(fēng)化作用更為強烈,形成網(wǎng)紋狀亞粘土,與上覆表土層呈漸變過渡關(guān)系;下部為灰白、乳白色全風(fēng)化層,原巖結(jié)構(gòu)模糊不清,長石基本完全解體變?yōu)檎惩恋V物,礦物成分有高嶺石、石英、白云母及絹云母,黑云母極少見。全風(fēng)化巖石質(zhì)地疏松,易碎,手捏即碎,具滑感,是高嶺土礦體的主要賦礦層位。往下漸變?yōu)榘腼L(fēng)化層,風(fēng)化程度與上層相比大大降低,呈灰白,淺黃褐色,半疏松狀,手捏較難破碎,具明顯砂感,原巖結(jié)構(gòu)尚清楚,長石晶形保留完好,大部分風(fēng)化成高嶺石,部分半風(fēng)化巖石可達高嶺土礦工業(yè)指示要求?；鶐r呈弱風(fēng)化,基本保留巖石原貌。下部由弱風(fēng)化漸變?yōu)榛鶐r,基本無風(fēng)化跡象。

2.4 礦體平面分布特征

礦體主要分布在海拔250～350 m之間,南部較高,北西部偏低。沿著呈似層狀的風(fēng)化殼中、上部分布,平面形態(tài)嚴(yán)格受風(fēng)化殼分布形態(tài)的控制。形態(tài)平面上多呈闊葉狀、似圓狀、橢圓狀,剖面上形態(tài)較為簡單,單體呈似層狀隨地形波浪起伏產(chǎn)出。當(dāng)?shù)匦蔚那懈钶^深時,礦體多呈透鏡狀尖滅。高嶺土礦化均勻,礦體基本連續(xù)。礦區(qū)內(nèi)除切割較深的溝谷、沖積殘坡積層及基巖暴露的陡壁無礦外,絕大部分風(fēng)化殼全為礦體。非礦蓋層較薄,一般0.1～1.5 m,呈小塊零星分布在下山坡及坡腳地帶。礦體下部為半風(fēng)化層,其分界線即為礦體底板。分界線無明顯變化,只是花崗巖風(fēng)化程度變?nèi)?呈漸變過渡關(guān)系。礦區(qū)主要勘探線剖面圖(見圖4)。

圖4 礦區(qū)主要勘探線剖面圖(A-A’剖面)Fig.4 The layered schematic of weathering crust cross-sectional(A-A′ profile)1.第四系全新統(tǒng)；2.加里東晚期龍頭巖體邊緣相中細(xì)粒二云母花崗巖；3.變質(zhì)石英砂巖；4.細(xì)粒白云母花崗巖；5.礦體及編號；6.地層產(chǎn)狀；7.相變界線；8.寒武系高灘群；9.加里東晚期龍頭巖體邊緣相細(xì)粒白云母花崗巖；10.砂質(zhì)板巖；11.中細(xì)粒二云母花崗巖；12.硅化破碎帶；13.地質(zhì)界線。

3 礦石特征

3.1 礦物學(xué)特征

礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造已改變了原巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造而呈砂狀,砂土狀及松散狀構(gòu)造,局部見高嶺土礦化現(xiàn)象;部分裂隙充填褐黃色粘土、褐鐵礦,使鐵染組成斑染構(gòu)造。礦石結(jié)構(gòu)有變余花崗巖結(jié)構(gòu),礦石雖呈松散狀,但大多不破壞原巖結(jié)構(gòu),仍可見由石英、高嶺土(長石風(fēng)化而成)白云母等組成的花崗結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)及交代殘余結(jié)構(gòu)。

取樣送國土資源部南京礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心X衍射檢測,礦物成分含量石英30%～50%,長石18%～35%,水云母10%～25%,高嶺石5%～18%,綠泥—蛭石—蒙脫混層5%,黑云母皆風(fēng)化呈土狀,暗色礦物極少量。石英呈乳白色,煙灰色,透明—半透明,玻璃光澤,渾圓狀,粒徑2～5 mm。白云母無色,淡藍色,片狀,大小1～5 mm,完全解理,薄片具彈性,部分

白云母具不同程度的高嶺土化,風(fēng)化作用較強時,高嶺石呈白云母假象。高嶺石白色、黃褐色,土狀,具滑感、易碎,主要由長石風(fēng)化而成。原礦粒度分析結(jié)果,高嶺石細(xì)粒主要分布在2～25 μm之間,占總量的61.14%。

3.2 地球化學(xué)特征

礦體及礦塊的Al2O3和Fe2O3含量變化特征從表3可看出,礦塊Al2O3含量最低14.38%,最高16.17%,平均15.17%,含量均勻,變化系數(shù)僅3.87%;礦塊Fe2O3含量最低0.65%,最高1.51%,平均1.01%,變化系數(shù)達32.05%,比Al2O3含量變化大了許多。表4為礦石多元素含量檢測結(jié)果,除常見主要成分含量外,對次要元素也作了部分分析,其結(jié)果是多數(shù)含量甚微,檢出值大都<0.01%,對高嶺土礦的質(zhì)量基本不構(gòu)成影響。礦石中TiO2平均含量0.06%,含量低,不大均勻,變化系數(shù)47.75%。

從表4、表5可看出原礦的全分析與精礦的全分析,精礦分析SiO2明顯減少14.05%,Al2O3增加3.78%,Fe2O3增加1.11%,TiO2增加0.09%,Na2O增加1.26%,K2O減少1.28%,其他變化不大。

表3 礦體厚度Al2O3及Fe2O3含量變化表Table 3 The Al2O3 and Fe2O3 content variation table of the ore body thickness

3.3 礦石物理學(xué)特征

礦石樣品平均小體重值為1.69 g/cm3,大體重中濕體重為1.81 t/m3,干體重為1.68 t/m3;自然白度為61.6°～64.9°,燒成白度為69.8°～71.9°,屬中等偏上;干燥收縮率檢查結(jié)果為2.8%,低于一般5%左右的收縮率;可塑性指數(shù)為0.29,比一般0.5指數(shù)偏小;可塑水值為24.3%,與一般26%左右基本持平。

表4 原礦多元素含量檢驗結(jié)果表(%)Table 4 Results table of ore multi-elements content test

表5 精礦多元素含量檢驗結(jié)果表(%)Table 5 Results table of concentrate multi-element content test

4 礦床成因分析

4.1 原巖物質(zhì)條件

高嶺土蝕變前的原巖是影響其質(zhì)量的先決條件,由于中性—基性原巖中鐵、鈦含量高,形成的高嶺土中鐵、鈦含量仍然很高,決非優(yōu)質(zhì)礦,甚至不能成為高嶺土礦[4]。龍頭巖體屬加里東運動后期產(chǎn)物,經(jīng)歷了相對成熟的巖漿分異演化,形成富硅鋁巖漿,相比早期形成的內(nèi)潮巖體、藍田埠巖體和上猶巖體,其鐵、鈦含量也相對較低,為形成質(zhì)量較好的高嶺土礦提供了較好的先天條件。

風(fēng)化型風(fēng)化殘積亞型高嶺土礦床是主要由鋁硅酸鹽礦物組成的巖石經(jīng)長期化學(xué)風(fēng)化作用過程中形成的,較為富含鋁硅酸鹽礦物的龍頭花崗巖經(jīng)風(fēng)化形成了小寨背高嶺土礦床。鋁硅酸鹽礦物組成的巖石風(fēng)化殘積成高嶺土礦床要經(jīng)過長期地質(zhì)作用,主要為內(nèi)生巖漿作用和表生風(fēng)化成礦作用兩個重要階段。在內(nèi)生巖漿作用階段,由于強烈的構(gòu)造運動,致使上地殼前寒武系基底的長英質(zhì)巖局部熔融,產(chǎn)生花崗質(zhì)熔融體,在外界條件制約下,源地巖漿分異演化,形成富硅鋁巖漿。待再次構(gòu)造活動時(即加里東晚期),源地分異演化的巖漿上侵定位于由寒武系地層構(gòu)成的復(fù)式向斜核部薄弱地段,形成了龍頭花崗巖株。在巖漿結(jié)晶晚期,熱夜蝕變使巖體產(chǎn)生自交代作用,特別是在巖體邊緣地帶,黑云母普遍白云母化,隨著蝕變作用的強弱差異變化,形成了富硅鋁酸鹽礦物而貧鐵的白云母花崗巖及二云母花崗巖。二者呈漸變關(guān)系,為生成高嶺土礦床奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。在表生風(fēng)化成礦作用階段,龍頭巖體所處地段段區(qū)域上構(gòu)造活動較為強烈,致使巖體及其上覆地層嚴(yán)重破裂,加上其他營力(重力、氣候變化等),從而加速了巖體的物理風(fēng)化作用。巖體裸露地表后,因地處亞熱帶,氣候溫和潮濕,植被繁茂,對巖石化學(xué)風(fēng)化作用十分有利,容易形成富硅鋁風(fēng)化殼。礦區(qū)地處丘陵地帶,花崗巖風(fēng)化作用形成的風(fēng)化殼厚度大于遭受剝蝕的厚度,在漫長的化學(xué)風(fēng)化作用中,Al2O3與Fe2O3等成分相對富集或分散,形成了現(xiàn)今風(fēng)化殼厚度保存較好的高鋁低鐵高嶺土礦床。

4.2 巖石風(fēng)化條件

在表生風(fēng)化成礦作用階段,原巖經(jīng)風(fēng)化作用形成富硅鋁風(fēng)化殼。巖石風(fēng)化殼風(fēng)化階段分為早、中、晚期三個風(fēng)化階段。早期風(fēng)化階段巖石中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等離子部分逐漸被水溶液中的H+置換,從礦物晶格中離解出來,大部分隨水遷出風(fēng)化產(chǎn)地,而難溶解礦物中Ca、Mg等流失少,則相對富集,成為早期富Ca階段。中期階段原巖中的鋁硅酸鹽在濕熱條件下經(jīng)風(fēng)化成為粘土礦物,屬次生鋁硅酸鹽,如高嶺石等,不易流失,就地殘積?；◢弾r風(fēng)化殼高嶺土礦床即為中期風(fēng)化富硅鋁階段的產(chǎn)物。晚期在濕熱條件下高嶺石繼續(xù)風(fēng)化,SiO2不斷游離出來,使高嶺土脫硅成為富鋁階段。本礦區(qū)地處濕熱氣候地帶,花崗巖風(fēng)化作用較為強烈,正處于中期富硅鋁風(fēng)化階段,為形成風(fēng)化殼殘積型高嶺土礦床提供了有利條件。

風(fēng)化殼化學(xué)成分同原巖相比,Na2O含量明顯降低,其次是CaO、MgO,K2O呈增高趨勢;Al2O3含量有所增加,而Fe2O3含量出現(xiàn)波動,表明Fe2O3成分在風(fēng)化殼中呈不穩(wěn)定狀態(tài)。Al2O3含量平均15.22%,比基巖13.65%增加1.57%,變化系數(shù)小,平均4.76%,屬均勻變化類型。Al2O3含量頻率分布曲線(圖5)呈較為標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布形式,表明Al2O3的含量變化趨向于受一個主導(dǎo)因素控制。事實上,Al2O3屬穩(wěn)定成分,它的增加是以其它成分如Na2O等減少而成的,因此,這個主導(dǎo)因素就是花崗巖的風(fēng)化地質(zhì)作用,其它成分減少越多,Al2O3就增加越多。Fe2O3含量平均1.04%,比基巖0.67%有所增加。變化系數(shù)平均34.11%,比Al2O3大了許多,屬比較均勻變化類型。Fe2O3含量頻率曲線(圖6)呈多峰分布形式,但整體基本對稱為一個大的高峰,表明Fe2O3在巖石風(fēng)化過程中除一個大的主導(dǎo)因素即風(fēng)化作用控制外,還存在一些小的控制因素。這些小的控制因素可能包括Fe的氧化還原作用,次生礦物的分散與聚集作用及風(fēng)化殼剝離侵蝕作用等。

圖5 Al2O3含量頻率分布圖Fig.5 The frequency distribution of Al2O3 content

龍頭巖體所處地段區(qū)域上構(gòu)造活動較為強烈,致使巖體及其上覆地層嚴(yán)重破裂,加上其它營力(重力、氣候變化等)作用,從而加速了巖體的物理風(fēng)化作用。酸性介質(zhì)條件有利于長石、云母類礦物水解形成風(fēng)化殘積型高嶺土礦床,影響水介質(zhì)性質(zhì)及其對原巖蝕變強度的因素除原巖成分、構(gòu)造條件、地貌特征等外,氣候和植被也是成礦的重要影響因素。礦區(qū)處亞熱帶季風(fēng)區(qū),氣候溫濕,雨量充足,植被發(fā)育,有機酸作用強烈,對巖石化學(xué)風(fēng)化作用十分有利,使鋁硅酸鹽巖礦物更容易向高嶺石方向水解蝕變,并通過淋慮作用帶走有害元素。

4.3 構(gòu)造成礦條件

本區(qū)經(jīng)歷過多次構(gòu)造運動和長期的發(fā)展演化歷程,各種類型的構(gòu)造運動發(fā)生、發(fā)展、繼承、改造復(fù)合等復(fù)雜多變,對成巖成礦的制約也相對復(fù)雜。區(qū)域內(nèi)復(fù)雜的構(gòu)造,也是成礦的主要因素之一。斷裂及褶皺構(gòu)造對巖漿侵入具有明顯的控制作用,早期的構(gòu)造運動形成的斷裂為巖漿侵位提供了上升通道和成巖空間,區(qū)內(nèi)出露的加里東晚期藍田埠、歐田、龍頭巖體的空間侵位嚴(yán)格地受基底褶皺和區(qū)域性大斷裂的聯(lián)合控制。后期的構(gòu)造運動使已侵位的原巖破碎,這屬于物理風(fēng)化作用。并且,大量的斷裂構(gòu)造為地下水的流動提供了很好的條件,利于水介質(zhì)對巖石進行充分的淋洗,去除有害組分,從而加速成礦作用;斷裂構(gòu)造還使風(fēng)化成礦作用向花崗巖深部發(fā)展,形成更大的礦體。

圖6 Fe2O3含量頻率分布圖Fig.6 The frequency distribution of Fe2O3 content

5 找礦標(biāo)志

形成風(fēng)化殘積型砂質(zhì)高嶺土礦床的花崗巖富含長石,少含暗色礦物,主要巖性為白云母花崗巖,次為二云母花崗巖,此類花崗巖多呈巖株、巖瘤或巖枝巖脈產(chǎn)出,其化學(xué)成分中含有較低的鐵、鈦含量,也是形成質(zhì)量較好高嶺土礦的先決條件。所以,加強對此類花崗巖體的勘查工作,對于尋找高質(zhì)量高嶺土礦大有裨益。

花崗巖風(fēng)化殼的形成嚴(yán)格受到外生作用的制約,溫濕、熱濕氣候,雨量充沛,植被發(fā)育,土壤呈酸性,有利于風(fēng)化殼的形成。地貌條件主要制約風(fēng)化殼的保存與剝蝕,一般在山頂、山脊及緩坡地段風(fēng)化殼相對保存完好,大都有工業(yè)礦體存在。另外,風(fēng)化殼含鐵質(zhì)少,含白云母少,高嶺土呈灰白色、淡黃色等色調(diào)時,往往是優(yōu)質(zhì)高嶺土的重要找礦標(biāo)志。

6 結(jié)論

(1) 小寨背高嶺土礦原巖為龍頭巖體邊緣相,為細(xì)粒似斑狀黑云母二次花崗巖。其高硅富鋁、低鐵鈦的地球化學(xué)性質(zhì),成為形成優(yōu)質(zhì)高嶺土的天然條件。

(2) 本區(qū)處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),溫濕的氣候條件,繁茂的植被,為巖石的化學(xué)風(fēng)化作用提供了有利的條件。

(3) 本區(qū)內(nèi)復(fù)雜密集的斷裂等地質(zhì)構(gòu)造,為成巖成礦提供了良好的通道和空間;后期的斷裂使巖體碎裂,發(fā)生物理風(fēng)化,加快了巖石的化學(xué)風(fēng)化作用;深大斷裂使巖石的風(fēng)化作用進入礦體深部,形成更大礦體。

(4) 加強山頂、山脊及緩坡等地段對富含長石、少暗色礦物的白云母花崗巖的勘查工作,對于尋找高質(zhì)量高嶺土礦有重要意義。

[1] 黎彤,袁懷雨,吳勝昔,等.中國花崗巖類的大地構(gòu)造巖石化學(xué)區(qū)劃[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué),2000,24(3):202-207.

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