山東省陶瓷土(瓷石)礦資源特征及成礦規(guī)律

焦麗香

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100)

1 山東省陶瓷土(瓷石)資源概況

1.1 資源現(xiàn)狀

據(jù)2016年《全國礦產(chǎn)資源儲量通報》[1]，我國查明陶瓷土(瓷石)礦區(qū)358個，查明資源儲量(礦石，下同)189490.43萬t。山東省查明陶瓷土(瓷石)礦區(qū)27個，查明資源儲量49316.80萬t[2]，占全國總量的25.54%，排名第2(圖1)。另有未上表礦區(qū)7個，資源量1885.49萬t，合計礦產(chǎn)地34個(表1)，資源儲量51202.29萬t。經(jīng)統(tǒng)計，山東省以巖漿巖型陶瓷土礦床為主，查明資源儲量占92.18%，而火山-沉積型礦床占4.32%，其他類型礦床(巖漿熱液型/熱液蝕變型、生物化學(xué)沉積型、風(fēng)化殘余型)占3.5%。

圖1 2016年各省陶瓷土(瓷石)查明資源量柱狀圖

山東省陶瓷土(瓷石)資源主要分布在3個成礦亞帶和淄博市、沂南縣、沂水縣和日照市(表2，圖2)。礦石主要組分含量Al2O310.64%～46.62%，F(xiàn)e2O3+TiO20.67%～3.03%，K2O+Na2O 2.04%～10.75%。總體特點為質(zhì)量變化大，含鐵鈦較高，大部分符合普通陶瓷(包括衛(wèi)生瓷)的一般工業(yè)指標(biāo)要求(Al2O3>13%、Fe2O3+TiO2<1%、K2O+Na2O 3%～6%)[8]，但優(yōu)質(zhì)陶瓷土(瓷石)較少，需從山西大同、安徽介休、福建、江蘇、內(nèi)蒙古、河南等地購入[9]。

2005—2016年，山東省陶瓷土(瓷石)礦保有儲量變化平穩(wěn)(圖3)，2007—2011年保有資源量變化也平穩(wěn)，2011年后逐年上升(礦床編號見表1)。

1.2 勘查程度

山東省陶瓷土(瓷石)礦產(chǎn)地34處，按規(guī)模劃分，大型5處，中型1處，小型28處。按勘查程度劃分，勘探1處，詳查9處，普查7處，勘查程度不明的17處，總體為普查—詳查，勘查程度偏低。

表1 山東省陶瓷土(瓷石)礦

圖2 山東省陶瓷土(瓷石)礦分布圖

全國劃分及編號省內(nèi)編號Ⅰ級成礦域Ⅱ級成礦省Ⅲ級成礦帶Ⅳ級成礦亞帶Ⅰ4濱太平洋成礦域Ⅱ14華北成礦?、?5膠東(次級隆起)AuFeMo菱鎂礦滑石石墨成礦帶膠萊盆地CuAuPbZn螢石重晶石膨潤土成礦亞帶(Ⅲ65②)Ⅲ64魯西(斷隆、含淮北)FeCuAu鋁土礦煤金剛石成礦帶濰坊臨沂FeAu螢石重晶石金剛石成礦亞帶(Ⅲ64①)魯中地區(qū)煤FeAiAu建材、非金屬成礦亞帶(Ⅲ64②)

1.3 開發(fā)利用程度

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，山東省34個陶瓷土(瓷石)礦產(chǎn)地中，正在開采礦山1處，正在籌建礦山3處，停采礦山5處，未開采礦山25處。開采礦山生產(chǎn)規(guī)模一般為3萬～5萬t/a，年總生產(chǎn)規(guī)模為12萬～15萬t。大多采用露天開采方式，僅有山東省淄博市大史礦區(qū)耐火粘土礦為地下開采。山東陶瓷土(瓷石)主要用于陶瓷工業(yè)，陶瓷企業(yè)主要集中在淄博和臨沂?？偲饋碚f，山東陶瓷土(瓷石)開發(fā)利用程度較低。

2 陶瓷土(瓷石)礦成礦地質(zhì)條件

2.1 成礦原巖

巖漿型陶瓷土(瓷石)礦床成礦原巖主要為燕山期淺成花崗斑巖、石英斑巖、細晶巖及霏細巖巖脈、巖蓋，常呈群、呈帶產(chǎn)出，脈體長數(shù)十米至數(shù)千米，寬數(shù)米至數(shù)十米。巖脈經(jīng)風(fēng)化后，淺部瓷土或高嶺土呈土狀和粉狀，其下為半風(fēng)化塊狀瓷石?；瘜W(xué)組分以硅高鋁低為特點。

火山-沉積型陶瓷土(瓷石)礦床原巖主要為早白堊世青山群石前莊組陸相火山巖系中的酸性—中酸性流紋質(zhì)玻璃質(zhì)火山碎屑巖和玻璃質(zhì)熔巖。礦床形成的主導(dǎo)因素是火山噴發(fā)作用及蝕變成巖作用[10]。

2.2 控礦層位及控礦條件

山東省陶瓷土(瓷石)礦主要控礦層位為中生代燕山期侵入巖和早白堊世青山群石前莊組。

早白堊世青山期巖漿活動頻繁，形成了與火山熔巖、火山碎屑巖有關(guān)的非金屬礦火山-沉積建造。

早白堊世青山群石前莊組：主要為酸性熔巖和火山碎屑巖，含有陶瓷土(瓷石)、沸石、膨潤土、珍珠巖礦層。

3 陶瓷土(瓷石)礦的時空分布規(guī)律

3.1 成礦時代

山東省陶瓷土(瓷石)的成礦時代有中生代侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)，古生代寒武紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)和新太古代，以中生代為主。中生代主要為巖漿型、巖漿熱液型、陸相火山巖型礦床(火山沉積型)、風(fēng)化型礦床。石炭紀(jì)、二疊紀(jì)主要為生物化學(xué)沉積型礦床。

3.2 與陶瓷土(瓷石)礦有關(guān)巖漿巖的成巖時代

與山東省陶瓷土(瓷石)礦有關(guān)巖漿巖的成巖時代為中生代和新太古代。

(1)中生代燕山期巖漿巖：燕山期巖漿侵入活動頻繁而強烈，分為早、晚2期。

早期：形成于早白堊世之前，呈巖基或巖株產(chǎn)出，以酸偏堿性巖石及基性巖石為主，屬鈣堿性巖石系列，絕對年齡為180～135Ma。

晚期：形成于古近紀(jì)之前，侵入于白堊系，呈巖基、巖株產(chǎn)出，以中酸性-酸性巖為主，多呈鈣堿性系列。絕對年齡為140～70Ma。霏細巖脈地質(zhì)年齡為118Ma，屬于燕山晚期的產(chǎn)物。

(2)新太古代巖漿巖[11]：呂梁期傲徠山花崗巖，侵入巖巖體條花峪單元弱片麻狀中粒含黑云二長花崗巖和松山中粒二長花崗巖。傲徠山花崗巖為上地殼物質(zhì)重熔形成的巖漿結(jié)晶分異作用，屬殼源重熔型花崗巖類。其同位素年齡大多在2450～2560Ma[12]。

3.3 空間分布

山東省陶瓷土主要賦存于白堊紀(jì)蒼山序列于山單元，新太古代松山單元和條花峪單元；白堊紀(jì)青山群、大盛群和萊陽組，侏羅紀(jì)坊子組及石炭—二疊紀(jì)月門溝群。

(1)霏細巖脈中：瓷石礦體為超淺成中酸性侵入巖。地表出露的霏細巖脈為直接找礦標(biāo)志[12]。

(2)白堊紀(jì)蒼山序列于山單元：斑狀、少斑狀二長花崗斑巖為賦礦巖體。

(3)新太古代松山單元和條花峪單元：松山單元中粒二長花崗巖和條花峪單元弱片麻狀中粒含黑云二長花崗巖為賦礦巖體。

(4)白堊紀(jì)青山群石前莊組：是一套中酸性流紋巖-凝灰?guī)r組合，有4個巖性層：灰白—灰紅色流紋巖層、角礫凝灰?guī)r層、凝灰?guī)r層和角礫熔巖層，其中角礫凝灰?guī)r層、凝灰?guī)r層是重點的成礦層位。

(5)白堊紀(jì)大盛群大土嶺組：安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖為主要賦礦層位。

(6)白堊紀(jì)萊陽群: 上段主要為暗紫色巨礫巖、礫巖；下段為中粒長石砂巖、砂礫巖、頁巖、泥巖，是—套河湖相沉積的碎屑巖。侏羅紀(jì)萊陽組上段地層為賦礦層位。

(7)石炭-二疊紀(jì)月門溝群[13]：月門溝群本溪組：下部為紫色頁巖，其上為灰白色 “G”層鋁土礦，再上為砂頁巖互層夾薄層灰?guī)r，更上為深灰色含燧石結(jié)核灰?guī)r。頂部為炭質(zhì)頁巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r及砂頁巖與薄層煤層。月門溝群本溪組下部為主要賦礦層位。

4 礦床成礦模式及找礦方向

4.1 成礦模式

4.1.1 火山-沉積型陶瓷土(瓷石)礦床

典型礦床：郯城縣大埠嶺陶瓷土礦床特征[注]山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省郯城縣大埠嶺礦區(qū)陶瓷土礦普查報告，2004年。

(1)礦床分布位置及特征：大埠嶺陶瓷土礦床位于郯城縣偏北方向8km，大地構(gòu)造位置位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)沂沭斷裂帶(Ⅲ)郯城斷陷(Ⅳ)郯城凹陷(Ⅴ)。大埠嶺礦床有5個礦體，分布在火山口以北，賦存標(biāo)高23～60m。礦體呈似層狀產(chǎn)出，除②號礦體外，其他4個礦體均出露地表。產(chǎn)狀復(fù)雜，由中心向外逐漸變緩，北冀和東冀發(fā)育較好，南冀和西冀保存較差。礦體東西長約200～500m，南北寬約60～380m，厚度1～39m。各礦體分屬不同的噴發(fā)旋回，主要巖性為角礫凝灰?guī)r、凝灰?guī)r。資源量1621.0萬t，屬大型礦床。

(2)礦床成礦時代：中生代白堊紀(jì),賦礦層位為青山群角礫凝灰?guī)r層、凝灰?guī)r層。

(3)控礦條件：白堊紀(jì)初，沂沭斷裂帶強烈活動，發(fā)生左行平移，魯西地塊以伸展作用為主，形成構(gòu)造盆地，巖漿沿著張性、張扭性斷裂噴出，沉積到盆地中，形成萊陽群火山巖。隨著構(gòu)造活動的加強，魯西牽引裂陷盆地強烈張開，沂沭斷裂帶內(nèi)拉分盆地也拉開，巖漿沿著張性斷裂迅速爆發(fā)，充填盆地，形成青山群火山巖。

大埠嶺陶瓷土礦床是典型的中心式火山噴發(fā)形成的產(chǎn)物，因噴發(fā)強度及噴出物在物化性質(zhì)上的差別，形成多韻律的結(jié)構(gòu)模式。礦床控礦因素較為簡單，主要為歷次火山噴發(fā)的物質(zhì)成分、強度、沉積環(huán)境等。在同一個噴發(fā)旋回中，遠離火山口的方向，礦石的質(zhì)量逐漸變好。

成礦模式：中酸性巖漿沿斷裂構(gòu)造上涌并噴溢到沉積盆地中，由噴發(fā)-沉積作用而形成規(guī)模巨大的火山-沉積礦床。成礦物質(zhì)來源于火山噴發(fā)物，成礦作用主要是在外生沉積作用過程中發(fā)生的。陶瓷土礦床主要賦存于火山碎屑巖(以凝灰?guī)r為主)中(圖4)，部分賦存于火山巖系中的砂巖、泥質(zhì)巖以及碳酸鹽巖夾層中。礦床為火山噴發(fā)沉積而成，具有多個噴發(fā)旋回。

1—流紋巖；2—英安流紋巖；3—角礫熔巖；4—砂巖；5—含礫砂巖；6—凝灰?guī)r；7—角礫凝灰?guī)r；8—頁巖；9—瓷石礦體圖4 火山-沉積型陶瓷土(瓷石)礦成礦模式圖

4.1.2 巖漿型陶瓷土(瓷石)礦床

典型礦床：沂南縣大馮家樓子瓷石礦特征[注]山東省地質(zhì)科學(xué)實驗研究院，山東省沂南縣大馮家樓子礦區(qū)瓷石礦詳查報告，2013年。

(1)礦床分布位置及特征：礦床位于沂南縣城南偏西約20km。大地構(gòu)造位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)馬牧池-沂源斷隆(Ⅳ)馬牧池凸起(V)東南部，圈定礦體8個。礦體為于山單元二長花崗斑巖，呈脈狀、似層狀，賦存標(biāo)高68～152m，走向1°～29°,傾向E或W，傾角11°～82°。礦體長82～871m，斜深21.6～235m，厚度7.82～57.62m。礦石主要礦物成分為斜長石、鉀長石、石英，含少量絹云母、方解石及磁鐵礦。主要組分平均含量：Al2O314.89%、Fe2O3+TiO21.10%。礦體與圍巖寒武紀(jì)頁巖、砂巖和薄層灰?guī)r界線清晰。

(2)礦床成礦時代：為中生代燕山晚期白堊紀(jì)。

(3)成礦物質(zhì)來源：成礦物質(zhì)來源于燕山晚期于山單元二長花崗斑巖，其巖體中石英、硅、鉀含量增多，暗色礦物和鐵、鎂、鈣含量減少，由細粒結(jié)構(gòu)向斑狀結(jié)構(gòu)演化，與圍巖超動侵入，具有淺成巖特點，為巖漿局部熱事件的產(chǎn)物。巖漿沿構(gòu)造薄弱地帶侵入于地殼較高部位而被動就位。

成礦模式：酸性淺成侵入巖——二長花崗斑巖呈脈狀，或順層侵入寒武紀(jì)地層中，形成瓷石礦床(圖5)。礦體頂?shù)装鍑鷰r主要為寒武紀(jì)頁巖、砂巖和薄層灰?guī)r，有的底板為二長花崗斑巖。

1—寒武紀(jì)九龍群張夏組下灰?guī)r段；2—寒武紀(jì)長清群饅頭組洪河段；3—中生代白堊紀(jì)蒼山序列于山單元中細粒二長花崗斑巖；4—殘坡積層；5—紫紅色粉砂質(zhì)頁巖；6—紫紅色粉砂巖；7—灰色砂屑灰?guī)r；8—灰色薄層鮞粒狀灰?guī)r；9—二長花崗巖；10—地質(zhì)界線及礦層界線；11—瓷石礦體；12—地幔流體；13—地幔；14—巖漿流體圖5 巖漿型瓷石礦成礦模式圖

4.2 找礦方向

山東省地處濱西太平洋成礦域，陶瓷土(瓷石)多數(shù)是由酸性淺成火成巖或酸性火山巖經(jīng)過熱液蝕變和風(fēng)化作用形成[13]。陶瓷土(瓷石)找礦方向主要有以下幾方面：

(1)巖漿型瓷石礦床：大都與燕山晚期酸性巖漿的淺層分異有關(guān)[14]，所以燕山晚期酸性巖漿巖是尋找瓷石礦的必要條件，也是找礦的間接標(biāo)志。蝕變花崗(斑)巖石是尋找瓷石的直接標(biāo)志[15]。區(qū)域性深斷裂帶是瓷石礦的定位構(gòu)造，已知瓷石礦床的走向延伸方向是尋找新的瓷石礦床的有利部位。代表性礦床有蒙陰縣石龍礦區(qū)瓷石礦[16]、沂水縣鄭家莊礦區(qū)瓷石礦、桃花埠瓷石礦床[17]。

(2)火山-沉積型瓷石礦床：主要賦存于早白堊世青山期第Ⅲ火山活動旋回形成的含礦火山-沉積巖系，即青山群石前莊組中，這套火山-沉積巖系分布區(qū)是尋找陶瓷土礦的有利地區(qū)。代表性礦床有郯城縣大埠嶺礦區(qū)瓷石礦、莒縣前溝西礦區(qū)陶瓷土礦、諸城市孟家莊子礦區(qū)瓷土(石)礦。

(3)風(fēng)化型瓷土礦床：主要為酸性凝灰?guī)r和酸性淺色脈巖經(jīng)風(fēng)化作用而形成的礦床，因此，酸性凝灰?guī)r和酸性淺色脈巖風(fēng)化帶，是尋找風(fēng)化型瓷石礦床的有利部位。代表性礦床有泰安市南店子礦區(qū)瓷土礦[18]、棲霞市峨山莊礦區(qū)陶瓷用凝灰?guī)r礦。