淄博盆地A層硬質黏土—鋁土礦礦床地質特征及分布規(guī)律

劉東義，韓鎏，鄭驥飛，胡小輝

(1.山東省地質礦產勘查開發(fā)局八〇一水文地質工程地質大隊，山東 濟南 250014；2. 山東黃金資源開發(fā)有限公司，山東 濟南 250101)

0 引言

山東省賦存于石盒子群萬山組底部的A層硬質黏土—鋁土礦，集中分布在淄博盆地地區(qū)，目前該區(qū)已查明的A層硬質黏土—鋁土礦礦床有20余處，其中大中型礦床10余處，該區(qū)硬質黏土資源儲量約占全省總量的87%[1]，與其共生的全省最大規(guī)模的鋁土礦分布在東寶山—東沖山一帶，通過以往的勘查研究，總結了賦存于萬山組A層含礦巖系中的A層硬質黏土—鋁土礦礦體質量特征及成礦分布規(guī)律，為該區(qū)A層硬質黏土—鋁土礦礦床的勘查和開發(fā)利用提供了科學依據(jù)。

1 區(qū)域概況

1.1 區(qū)域地質

區(qū)內地層主要為古生代寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系,中生代三疊系、侏羅系、白堊系，新生代新近系、第四系[2]。其中古生代二疊紀石盒子群萬山組是A層含礦巖系的賦存層位，該層在魯西地區(qū)分布相對穩(wěn)定，但發(fā)育較好的地段主要分布于淄博盆地(圖1)[1]。A層硬質黏土和鋁土礦即賦存于A層含礦巖系的下部和上部。

該區(qū)所屬大地構造，位于華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起(Ⅱ)、魯中隆起(Ⅲ)、泰山-沂山斷隆(Ⅳ)鄒平-周村凹陷區(qū)(Ⅴ)[3]。區(qū)內發(fā)育3組斷裂：NNW向的文祖斷裂、青龍山斷裂，SN向的朱家莊斷裂、金山斷裂、NE向的淄河斷裂等[4]。區(qū)內北部巖漿活動強烈，但對區(qū)內礦床影響較小[5]，該區(qū)巖漿巖主要為燕山期的閃長巖類侵入體及煌斑巖、輝綠巖、閃長玢巖等巖脈[6]。

1.2 區(qū)域礦床分布

在淄博盆地內，賦存于A層含礦巖系下部的A層硬質黏土，大體以金山斷裂為界，分為東西2個成礦帶。斷裂以東地帶，從西南的博山到北部的南定地區(qū)，以NNE向呈帶狀展布，長度約35km，主要分布有博山、大奎山、洪山、南定等礦床；斷裂以西地帶，從淄川西部的東沖山至章丘溫莊村地區(qū)均有分布，以NWW向呈帶狀展布，長度約40km，分布有東沖山、西沖山、小口山、東寶山、西寶山、王村、后營、溫家村等礦床[1]；礦床規(guī)模以大中型為主[7]。其中賦存于A層含礦巖系上部的鋁土礦礦床主要分布于東寶山—東沖山一帶，礦床規(guī)模一般為中小型。

1—第四系；2—新近系；3—白堊系；4—侏羅系；5—二疊系；6—石炭系；7—奧陶系；8—寒武系；9—輝長巖；10—實測及推測斷裂；11—地質界線圖1 淄博盆地區(qū)域地質簡圖

2 礦床地質特征

2.1 A層含礦巖系

A層含礦巖系位于石盒子群萬山組地層的下部，為陸相湖沼沉積[6,8]，與下伏黑山組地層呈整合接觸[9]。A層含礦巖系層位穩(wěn)定，是區(qū)內A層硬質黏土和鋁土礦的主要賦存層位，分別賦存于A層含礦巖系的下部和上部(圖2)。A層含礦巖系在區(qū)內連續(xù)分布，金山斷裂以東地層走向一般280°～340°，傾向10°～20°，斷裂以西走向一般210°～220°，傾向300°～310°；厚度一般6.00～9.35m，較薄處2.85m，最厚達13.25m，平均厚度7.63m。

A層含礦巖系之上一般有一層碳質頁巖，是該巖系出現(xiàn)的標志層位[10]。該巖系從上至下分別為：灰色含碳黏土巖，灰—深灰色含鮞粒黏土巖或鋁土礦(東寶山—東沖山一帶見有鋁土礦)，灰—深灰、灰綠、淺灰白色黏土巖，深灰、灰、淺灰色硬質黏土礦，雜色黏土巖、淺灰色含砂質黏土巖或黏土質砂巖。相互之間沒有截然界線，存在著相互消長的關系[11]。

2.2 礦體特征

A層硬質黏土—鋁土礦礦體分別賦存于萬山組地層底部A層含礦巖系的下部和上部，礦體總體呈單斜層狀產出，與地層產狀一致。

2.2.1 A層硬質黏土

A層硬質黏土總體呈單斜層狀產出，與地層產狀一致，沿走向和傾向分布基本穩(wěn)定，現(xiàn)揭露最大埋深為900m。金山斷裂以西走向一般280°～340°，傾向10°～70°，傾角10°～20°，斷裂以東走向一般210°～220°，傾向300°～310°，傾角10°～20°；厚度一般1.80～3.21m，較薄處0.85m，最厚達5.21m，平均2.31m，厚度變化系數(shù)50%左右。有益組分Al2O3含量一般36.38%～39.60%，平均37.85%，變化系數(shù)10%左右；有害組分Fe2O3含量一般1.10%～2.80%，平均1.72%，品位變化系數(shù)5%左右。該層礦體在西寶山—小口山一帶厚度較大、質量較好，厚度一般為2.53～2.80m，Al2O3含量一般38.86%～39.60%，F(xiàn)e2O3含量一般1.29%～2.20%。現(xiàn)有開采礦體規(guī)模多為大中型，礦石品級以特級品和一級品為主，少部分為二、三級品。

圖2 A層含礦巖系柱狀圖

2.2.2 鋁土礦

鋁土礦礦體主要分布于金山斷裂以西的東寶山—東沖山一帶，受沉積環(huán)境影響，礦體沿走向和傾向分布不大穩(wěn)定，總體淺部發(fā)育較好、中深部零星發(fā)育[1，10]。礦體與地層產狀一致，總體走向一般290°～310°，傾向20°～40°，傾角10°～18°；受后期構造影響，朱家莊斷裂以東的小口山—西沖山地區(qū)產狀發(fā)生一定變化，該區(qū)一般330°～340°，傾向60°～70°，傾角10°～20°；礦體厚度一般0.50～2.74m，平均1.30m，自西向東礦體逐漸變厚，厚度變化系數(shù)100%左右；在平面和剖面上，與黏土巖呈漸變關系，無明顯界線。主要化學組分含量：Al2O3一般53.37%～57.73%，平均55.47%，變化系數(shù)20%左右；SiO2一般15.93%～21.14%，平均1.62%，品位變化系數(shù)30%左右；Fe2O3一般7.06%～13.54%，平均9.82%，品位變化系數(shù)50%左右；Al2O3/SiO2一般2.62～3.62，平均3.24。礦體規(guī)模多為中小型，礦石品級一般為四級品。

2.3 礦石質量

2.3.1 A層硬質黏土

(1)礦石礦物成分：礦石礦物成分比較簡單，主要由高嶺石(含量80%～90%)、少量一水硬鋁石、三水鋁石、水云母、鋯石、石英等組成，局部含少量菱鐵礦。

(2)結構構造及礦石類型：礦石結構以隱晶—顯微鱗片結構為主，局部為鮞粒結構，塊狀構造[12]。按其顏色可分為淺灰色、灰色、深灰色硬質黏土，顏色一般由下至上逐漸變深，局部為含鮞粒硬質黏土。

(3)主要化學成分：區(qū)內礦石化學成分比較穩(wěn)定，主要化學成分含量Al2O3一般36.38%～39.60%，SiO2一般40.26%～44.16%，F(xiàn)e2O3一般1.10%～2.80%，CaO一般0.02%～0.39%，TiO2一般0.52%～1.11%，LOI一般13.57%～14.12%，此外含Ga一般0.002%。如西寶山—西沖山地區(qū)主要化學成分含量情況見表1。

表1 西寶山—西沖山地區(qū)A層硬質黏土主要化學成分(%)

(4)吸水率：一般為0.1%～0.3%，顯氣孔率一般為0.2%～0.7%，礦石密度一般為2.60～2.63g/cm3，體積密度一般為2.59～2.61g/cm3，耐火度一般大于1750℃；礦石易風化、沒有可塑性[13]；礦石品級多為特級品和一級品，少量為二、三級品。

2.3.2 鋁土礦

(1)礦石礦物成分：可分為2種，一種是高嶺石水鋁石鋁土礦，是該區(qū)的主要礦石類型，主要礦物以水鋁石為主，次為高嶺石，其他少量菱鐵礦、絹云母、電氣石、綠泥石等；另一種是高嶺石勃姆石鋁土礦，以勃姆石為主，次為高嶺石、水鋁石，少量氧化鐵、水云母、電氣石、鋯石等。

(2)結構構造及礦石類型：一般為豆狀結構或鮞粒結構，致密塊狀構造[14]。礦石自然類型主要以灰—深灰色菱鐵礦一水硬鋁石豆狀(鮞狀)鋁土礦、菱鐵礦一水硬鋁石致密狀鋁土礦及高嶺石—勃姆石一水硬鋁石鋁土礦為主[1]。

(3)主要化學成分：區(qū)內礦石化學成分比較穩(wěn)定，Al2O3一般為53.37%～57.73%，SiO2一般為15.93%～21.14%，F(xiàn)e2O3一般為7.06%～13.54%，Al2O3/SiO2一般為2.62～3.62。其次有TiO2，K2O，CaO，MnO，MgO，P2O5，微量成分有Na2O，Ga，V2O5，Ni，Cr2O3，S等，伴生半生元素為Ga 0.005%～0.006%(表2)。

表2 東寶山—西沖山地區(qū)鋁土礦主要化學成分(%)

3 分布規(guī)律

3.1 層位分布規(guī)律

A層硬質黏土的直接頂板為含鐵黏土巖，以灰—深灰色、灰綠色、淺灰白色為主，隱微鱗片結構，塊狀構造，其礦物成分、化學成分與礦石礦物、化學成分基本相同[15]，礦物中多含有菱鐵礦，主要區(qū)別是Fe2O3含量超出一般工業(yè)指標要求，個別地段未見該層，該層厚度一般0.20～7.07m，平均1.69m。其上部為灰—深灰色豆狀(鮞狀)黏土巖，其中東寶山—東沖山一帶分布有鋁土礦，厚度一般0.20～2.74m，平均1.30m，豆狀或鮞狀是該層的主要標志[15]，F(xiàn)e2O3含量偏高，一般向下漸變過渡為A層硬質黏土礦體。

A層硬質黏土的底板為雜色黏土巖、淺灰色砂質黏土巖或黏土質砂巖，厚度一般0.25～1.65m，平均0.86m，漸變過渡為黑山組的長石石英砂巖。雜色黏土巖一般分布于淺灰色砂質黏土巖或黏土質砂巖之上，部分地段缺失。

盆地內A層含礦巖系厚度大的地區(qū)，對于A層硬質黏土—鋁土礦的形成極為有利，同時礦體厚度越大，成礦質量越好。受沉積環(huán)境影響，該區(qū)層位垂向分布呈現(xiàn)一定的分布規(guī)律，礦體與圍巖的大致界線，在野外可通過顏色、結構等肉眼易區(qū)分的宏觀地質特征，大致判斷礦體的層位[16]；因Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3的含量是確定礦與圍巖的主要指標，礦體與圍巖的具體界線，主要靠化學分析結果予以區(qū)分。

3.2 主要化學成分分布規(guī)律

3.2.1 A層硬質黏土

在淄博盆地內，礦石質量較好的地段主要分布在礦體比較厚的西寶山—東沖山一帶，主要化學成分含量在空間上呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律：礦體厚度與Al2O3，SiO2含量呈正相關，與Fe2O3呈負相關。如西寶山—西沖山地區(qū)A層硬質黏土中Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3含量與厚度變化關系見圖3。當厚度增大時，Al2O3，SiO2含量增加，F(xiàn)e2O3含量減少，反之Al2O3，SiO2含量減少，F(xiàn)e2O3含量增加。

1—Al2O3(%)；2—SiO2(%)；3—Fe2O3(%)；4—厚度(m)圖3 A層硬質黏土中Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3含量與厚度變化關系

3.2.2 鋁土礦

該區(qū)鋁土礦主要化學成分的空間變化規(guī)律，與A層硬質黏土有著相似性。礦體厚度與Al2O3含量呈正相關，與Fe2O3含量變化不明顯，但總體呈現(xiàn)負相關的趨勢；SiO2含量與Fe2O3含量基本呈負相關。東寶山—西沖山地區(qū)鋁土礦Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3含量變化與厚度關系如圖4所示。伴生元素Ga的平均含量在鋁土礦中要高于A層硬質黏土[2]。

1—Al2O3(%)；2—SiO2(%)；3—Fe2O3(%)；4—厚度(m)圖4 鋁土礦中Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3含量變化與厚度關系

3.2.3 A層含礦巖系

A層含礦巖系主要化學成分Al2O3，F(xiàn)e2O3，SiO2的含量在本區(qū)的分布規(guī)律如下：

(1)全區(qū)主要化學成分Al2O3+Fe2O3+SiO2=83.5%～85.5%。

(2)三者含量在垂向上有相互消長的關系，但在不同礦石類型中卻有著不同的變化，以東寶山地區(qū)某鉆孔揭露的"A"層含礦巖系中不同礦石主要化學成分分布為例(圖5)。在硬質黏土中，Al2O3含量一般較SiO2含量略低，F(xiàn)e2O3含量很低，三者變化不大。在含鐵黏土巖中，隨著Al2O3含量的降低，SiO2的含量也隨之降低，F(xiàn)e2O3含量則增高，反之亦然。在鮞粒鋁土礦(或黏土巖)中，三者升降幅度尤為明顯，隨著Al2O3含量的增高，SiO2的含量降低，F(xiàn)e2O3的含量也隨著增高。

1—Al2O3(%)；2—SiO2(%)；3—Fe2O3(%)圖5 A層中Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3含量垂向空間變化關系圖

4 結論

(1)淄博盆地內共生的A層硬質黏土和鋁土礦，分別賦存于二疊紀石盒子群萬山組底部A層含礦巖系的下部和上部，受后期構造影響，礦體產狀發(fā)生一定變化。下部的A層硬質黏土在該區(qū)分布穩(wěn)定，東西呈帶狀分布，厚度一般1.80～3.21m；主要礦物以高嶺石為主，少量一水硬鋁石、三水鋁石等其他礦物；化學組分含量：Al2O3一般36.38%～39.60%，F(xiàn)e2O3一般1.10%～2.80%，厚度及品位變化均勻；礦體規(guī)模多為大中型，礦石品級以特級品和Ⅰ級品為主。位于其上部共生的鋁土礦主要分布于西寶山—東寶山一帶，厚度一般0.50～2.74m；主要礦物以高嶺石為主，次為水鋁石、勃姆石等其他礦物；化學組分含量：Al2O3一般53.37%～57.73%，SiO2一般15.93%～21.14%，F(xiàn)e2O3一般7.06%～13.54%，Al2O3/SiO2一般2.62～3.62，厚度及品位變化較均勻；礦體規(guī)模多為中小型，礦石品級一般為Ⅵ級品。

(2)在橫向上，A層含礦巖系厚度大的地區(qū)，對于A層硬質黏土—鋁土礦的形成極為有利，礦體厚度越大，成礦質量越好，盆地內A層硬質黏土—鋁土礦的有利地段，主要分布在寶山—沖山一帶，該地區(qū)礦體厚度較大、質量較好，其中鋁土礦礦體淺部發(fā)育較好，中深部零星發(fā)育。

(3)兩礦體垂向分布呈漸變關系，野外可通過顏色、結構等肉眼易區(qū)分的宏觀地質特征，大致判斷礦體的層位，具體界線，主要靠化學分析結果予以區(qū)分；伴生元素Ga在鋁土礦中的含量高于A層硬質黏土；兩礦體的厚度總體上與Al2O3，SiO2含量呈正相關，與Fe2O3呈負相關；主要化學成分Al2O3，F(xiàn)e2O3，SiO2的總含量一般在83.5%～85.5%，不同礦石類型在垂向上有著相互消長的關系。

(4)通過該次歸納研究，對該區(qū)A層硬質黏土和鋁土礦礦床地質特征及變化規(guī)律，有了更為直觀的認識，為該區(qū)A層硬質黏土和鋁土礦礦體的勘查和開發(fā)利用提供一定的科學依據(jù)，以便于更合理的利用礦產資源。