陜西千陽尚家莊制陶用粘土礦地質(zhì)特征及成因

陰建定，嚴(yán)鵬程

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003)

千陽制陶歷史悠久，東城考古發(fā)掘的前川遺址證明早在兩千年前的西漢時期千陽縣已經(jīng)開始了規(guī)?；谱魈沾桑珜υ搮^(qū)制陶粘土的地質(zhì)研究卻極少。本文通過地質(zhì)調(diào)查，配合化學(xué)分析、物理測試等方法對尚家莊粘土礦產(chǎn)[1]進(jìn)行燒結(jié)試驗，發(fā)現(xiàn)該處粘土礦具有硅高鋁低、鐵、鈣、鎂高的特點，是優(yōu)質(zhì)的制陶原料。目前千陽縣依托縣域及周邊地區(qū)陶瓷原料資源豐富、交通便利、能源充沛等優(yōu)勢，已建成陜西省乃至西北最大的陶瓷產(chǎn)業(yè)基地。尚家莊制陶用粘土礦礦石化學(xué)成分穩(wěn)定、可塑性高、干燥強(qiáng)度大，可為其提供優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

尚家莊制陶用粘土礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北板塊構(gòu)造單元的鄂爾多斯南緣翹起帶[2](圖1)。

區(qū)域地層屬于華北地層大區(qū)的隴縣—永壽小區(qū)。區(qū)內(nèi)出露第四系、新近系、白堊系、侏羅系、三疊系、奧陶系、寒武系等地層[3]。白堊統(tǒng)六盤山群和尚鋪組(K1hs)為粘土礦含礦地層。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為兩條北西西—南南東向斷層，固關(guān)—虢鎮(zhèn)斷裂和千陽—彪角斷裂，這兩條斷裂是六盤山—寶雞斷裂帶南段隴縣—寶雞斷裂帶的主要斷裂，在晚白堊紀(jì)形成了“兩塹夾一壘”的構(gòu)造地貌。區(qū)域上，晚白堊紀(jì)六盤山斷陷盆地的沉降受兩條斷裂的控制，礦區(qū)位于兩條斷裂的中部，沉積了一套陸源碎屑巖地層，地層產(chǎn)狀平緩。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)地層簡單，主要為中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)、白堊統(tǒng)六盤山群和尚鋪組(K1hs)和第四系更新統(tǒng)黃土(Qp)。

2.1.1 中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)

區(qū)內(nèi)馬家溝組地層主要出露一套深灰—灰黑色灰?guī)r。泥晶粒屑結(jié)構(gòu)、中厚層狀、薄層狀構(gòu)造。巖石局部可見重結(jié)晶的方解石集合體，呈顆粒狀。

2.1.2 下白堊統(tǒng)六盤山群和尚鋪組(K1hs)

和尚鋪組為一套湖泊—河流相碎屑沉積建造，與下伏馬家溝組地層呈角度不整合接觸。巖性組合自下而上依次為薄層底礫巖夾長石砂巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖、中粗粒長石砂巖，巖性組合總體構(gòu)成向上粒度變粗的韻律沉積(圖2)，其自下而上分為四個巖性層。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖

圖2 礦區(qū)和尚鋪組第二、三、四巖性層出露剖面

(1)第一巖性層(K1hs1)：紅色底礫巖夾中細(xì)粒砂巖。位于和尚鋪組最底部，不整合面之上。底部為紫紅色粗底礫巖，上部為褐紅色中細(xì)粒砂巖，其在沉積序列上表現(xiàn)為向上變細(xì)的正韻律層序。

(2)第二巖性層(K1hs2)：雜色泥巖層，為礦體的主要賦礦層位。自下而上又可分為青灰色泥巖、紫紅色泥巖兩層。呈近水平狀上覆于第一巖性層底礫巖之上，為賦礦層位。

(3)第三巖性層(K1hs3)：粉砂巖夾泥巖，為礦體的賦礦層位，礦體為夾于泥質(zhì)粉砂巖中的泥巖。顏色整體為土黃色，頂部和底部均為泥質(zhì)粉砂巖，中間夾有青灰色泥巖層。巖層產(chǎn)狀平緩，整合上伏于雜色泥巖層之上，為賦礦層位。

(4)第四巖性層(K1hs4)：中粗粒長石砂巖。顏色整體為土黃色，巖性較為單一，為中粗粒長石砂巖。

2.1.3 第四系更新統(tǒng)(Qp)

為風(fēng)積黃土，由褐黃色亞砂土、亞粘土組成，夾棕紅色古土壤層，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙發(fā)育，土質(zhì)不均勻。呈被覆狀披覆于馬家溝組及和尚鋪組之上。

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要受加里東及燕山運(yùn)動的影響。加里東期，受南北向主壓應(yīng)力作用影響，形成尚家莊向斜，之后區(qū)域處于伸展斷陷期，穩(wěn)定接受了一套白堊系碎屑巖沉積建造，在燕山期，以走滑拉伸隆升斷陷為主，形成脆性斷裂變形，形成F1逆斷層。

尚家莊向斜由馬家溝組地層呈一寬緩的軸面近東西向的向斜產(chǎn)出，北翼產(chǎn)狀170～192°∠65～75°；南翼產(chǎn)狀350～30°∠32～46°。和尚鋪組地層呈近水平狀覆于馬家溝組地層之上。

F1逆斷層斷層位于礦區(qū)南部，出露長度約500m，呈北西南東走向產(chǎn)出，斷層面上見厚約2～5cm的黑色粉末狀炭質(zhì)泥，產(chǎn)狀208～245°∠57～75°，為一高角度逆斷層，使得位于斷層南側(cè)礦體(上升盤)被整體抬升。

3 礦體地質(zhì)特征

和尚鋪組第二巖性層和第三巖性層為賦礦層位，呈近水平層狀不整合于馬家溝組灰?guī)r地層之上。受斷層F1影響，兩側(cè)出露高度不同，F(xiàn)1斷層北側(cè)礦體產(chǎn)狀355～14°∠2～6°，東西長324m，南北寬61～206m；F1斷層南側(cè)礦體產(chǎn)狀0～20°∠2～5°，受礦權(quán)限制，在平面上呈三角形，東西長137m，南北寬115m。

圖3 礦區(qū)地質(zhì)簡圖

3.1 礦體特征

礦體頂板為第四巖性層中粗粒長石砂巖，底板為第一巖性層底礫巖夾砂巖層。區(qū)內(nèi)發(fā)育的高角度逆斷層F1，切穿和尚鋪組地層，致使斷層南側(cè)地層整體抬升。礦區(qū)共圈定出4個制陶用粘土礦體，在F1斷層兩側(cè)各2個[4](圖3)。

K1礦體位于F1斷層北側(cè)，賦存于和尚鋪組第二巖性層下部，巖性為青灰色泥巖。礦體出露標(biāo)高984～995m，賦存標(biāo)高980～999.64m。礦體東西長310m，南北寬55～200m，傾向355～10°，傾角2～6°。礦體厚度12.33～13.13m，平均厚度12.73m，屬厚度穩(wěn)定型沉積礦層。

K2礦體位于K1礦體頂部5～7m處，賦存于和尚鋪組第三巖性層中部，巖性為青灰色泥巖。礦體出露標(biāo)高997～1 002m，賦存標(biāo)高987.64～1 006.37m。礦體東西長324m，南北寬161～206m，總體產(chǎn)狀0～20°∠2～5°。礦體厚度2.25～2.29m，平均厚度2.27m，屬厚度穩(wěn)定型沉積礦層。

K3礦體位于F1斷層南側(cè)，賦存于和尚鋪組第二巖性層下部，巖性為青灰色泥巖。礦體賦存標(biāo)高989.82～1 013.35m，因受F1斷層的影響，表現(xiàn)出在溝心等局部地段厚度增厚的特征。礦體呈對稱的等腰三角形，底邊長112m，腰長103m，厚度為12.69m?？傮w產(chǎn)狀12～40°∠1～4°。

K4礦體位于K3礦體頂部約7m處，賦存于和尚鋪組第三巖性層中部，巖性為青灰色泥巖。礦體出露標(biāo)高1 011.41～1 015.33m，賦存標(biāo)高1 011.41～1 028.80m。該礦體出露范圍較小，在平面上呈矩形，東西出露長76m，南北出露寬27m，厚度為2.30m。礦體呈水平狀，總體產(chǎn)狀14°∠5°。

3.2 礦石質(zhì)量特征

3.2.1 礦石類型

礦石的自然類型為青灰色泥巖、紫紅色泥巖。礦石工業(yè)類型為制陶用粘土礦。

3.2.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石的結(jié)構(gòu)以泥質(zhì)碎屑結(jié)構(gòu)為主，少量發(fā)育有豆鮞狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造，部分為微波層狀構(gòu)造。

3.2.3 礦石礦物成分

根據(jù)野外觀察及巖礦鑒定、X-衍射分析等樣品的測試結(jié)果，礦區(qū)組成礦體的巖石主要為青灰色泥巖。其礦物組成主要由石英、伊利石、綠泥石、斜長石及少量鉀長石、赤鐵礦、方解石等組成，粘土礦物以伊利石—綠泥石為主，石英碎屑占比較大[5-6]。

3.2.4 礦石化學(xué)成分

礦區(qū)制陶用粘土礦礦石化學(xué)成分比較穩(wěn)定，各礦層的主要化學(xué)成分接近，化學(xué)特征近似(表1)。

表1 尚家莊制陶用粘土礦化學(xué)分析結(jié)果 (單位：%)

3.2.5 礦石物理性能

礦石原巖較堅硬，但表層易風(fēng)化呈粒度較均勻、質(zhì)硬的團(tuán)粒狀，吸水可崩解變軟不膨脹，具可塑性。本次采取一塊青灰色泥巖和紫紅色泥巖，編號分別為1#青泥、2#紫泥，進(jìn)行礦石燒結(jié)性能試驗[7]。

(1)可塑性和干燥性。

礦石的可塑性、干燥強(qiáng)度、收縮率和干燥敏感性等指標(biāo)是生產(chǎn)過程中的重要工藝參數(shù)。對區(qū)內(nèi)所采樣品的可塑性、干燥抗折強(qiáng)度、干燥線收縮性能等進(jìn)行了測試(表2)。區(qū)內(nèi)所有青灰色泥巖礦石樣品的塑性測試，塑性指數(shù)(IP)在7.1～10.6，平均9.3。紫紅色泥巖塑性指數(shù)(IP)在7.6～9.5，平均8.4。本區(qū)礦石可塑性為中等，易成形，干燥收縮率小，不易變形。

表2 工藝試驗可塑、干燥性指能標(biāo)測試結(jié)果

(2)礦石的燒結(jié)性能。

陶瓷產(chǎn)品的燒成溫度、吸水率是重要的工藝參數(shù)及性能指標(biāo)，而這都與原料的燒成性能有關(guān)。原料的燒成收縮、樣品吸水率等性能測試結(jié)果見表3。試驗表明，礦石具有燒成收縮率小，不易變形，燒結(jié)溫度低、燒結(jié)范圍寬、節(jié)能又易于熱工操作、燒成吸水率低等特點。

和尚鋪組賦存的制陶用粘土礦可滿足擠出成型類陶瓷產(chǎn)品，且產(chǎn)品性能達(dá)到國標(biāo)要求。

4 礦床成因

依據(jù)區(qū)域成礦條件、礦體地質(zhì)特征，認(rèn)為該礦床為一套湖泊—河流相碎屑沉積型礦床。早白堊世初，六盤山盆地受晚侏羅世強(qiáng)烈擠壓構(gòu)造背景的影響，盆地格局為周緣高、內(nèi)部低，盆地周緣為剝蝕區(qū)[8]。和尚鋪組在盆地周緣山前形成礫石含量較高的山麓洪積扇堆積。由盆地周緣向盆地內(nèi)部洪積扇砂體迅速變薄，逐漸過渡為辮狀河相；早白堊世晚期六盤山盆地總體構(gòu)造格局處于弱伸展背景，開始斷陷接受下白堊統(tǒng)晚期的沉積，在濱淺湖亞相的氧化—還原[9]的靜水沉積環(huán)境中，經(jīng)早盆地的沉積作用、隴山褶皺帶古隆起的剝蝕作用及成巖成礦作用[10]，形成自下而上依次為薄層底礫巖夾長石砂巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖、中粗粒長石砂巖，總體構(gòu)成向上粒度變粗的韻律沉積礦床。

表3 應(yīng)用試驗物性測試結(jié)果

5 結(jié)論

(1)通過地質(zhì)調(diào)查，化學(xué)分析、物理試驗等方法對尚家莊制陶用粘土礦進(jìn)行質(zhì)量分析，認(rèn)為礦石質(zhì)量滿足制陶用粘土礦要求。

(2)千陽縣尚家莊制陶用粘土礦屬于內(nèi)陸河流湖泊相沉積型礦床。