安徽蕭縣河頭耐火粘土礦地質(zhì)特征及成因淺析

查旭利

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325地質(zhì)隊，安徽 淮北 235000)

耐火粘土制作的耐火材料具有耐火度高，熱穩(wěn)定性好及抗酸、堿性爐渣的性能，應用范圍廣泛，幾乎涉及所有工業(yè)窯爐及熱工設(shè)備均有利用。我國耐火材料產(chǎn)量中，耐火粘土制品占80%以上。其中硬質(zhì)粘土主要作為耐火粘土磚骨料，用于鋼鐵工業(yè)各種冶煉爐及盛鋼桶的襯磚、流鋼磚、澆鋼設(shè)施及加熱爐、均熱爐和其它工業(yè)窯爐。硬質(zhì)粘土與工業(yè)氧化鋁結(jié)合可制作合成莫來石；與石墨結(jié)合可制作耐火制品石墨-粘土磚和石墨-粘土坩堝等。高鋁粘土主要用作高鋁耐火材料高鋁磚的骨料，用于鋼鐵工業(yè)高爐、平爐、電爐、盛鋼桶及加熱爐、均熱爐等重要部位內(nèi)襯，及其它工業(yè)窯爐重要部位；還可與煅燒鎂砂制作鋁鎂磚；與燒結(jié)氧化鋁配合制作剛玉磚等。Fe2O3含量高的高鋁粘土還作為鐵礬土原料，用于煉鋼造渣料或水泥工業(yè)制作高鋁水泥。軟質(zhì)粘土和半軟質(zhì)粘土作為結(jié)合粘土，用于制品成型結(jié)合劑。

河頭耐火粘土礦位于安徽蕭縣縣城南3km。大地構(gòu)造位置為中朝準地臺淮河臺坳，淮北陷褶帶，宿州凹斷褶東[3]。地層以寒武系、奧陶系最為廣泛，震旦系少見，石炭系零星。巖漿巖主要分布在蕭縣、濉溪縣、埇橋區(qū)等地，規(guī)模較小，多以巖床產(chǎn)出，少量為巖株。巖性為花崗巖、石英斑巖、閃長巖和輝綠巖等?？傮w構(gòu)造線以北北東為主，自東向西有皇藏峪復背斜、閘河復向斜、蕭縣復背斜、蔣河向斜等。礦區(qū)位于閘河復式向斜中段東翼，閘河煤田北部，礦層賦存于二疊系下石盒子組底部鋁土泥巖中，礦體延展面積0.55km2，礦床具中型規(guī)模。礦床礦石工業(yè)類型為沉積型硬質(zhì)粘土。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 地層

礦區(qū)出露石炭系上統(tǒng)太原組(C2t)，二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)、下石盒子組(P1x)，二疊系中統(tǒng)上石盒子組(P2s)和第四系(Q)，圖1。由老到新特征如下：

(1)石炭系上統(tǒng)太原組(C2t)：主要為石灰?guī)r，其間夾泥巖、粉砂巖和中細粒砂巖及煤層。厚105m～145m。

(2)二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)：分三個巖性段，厚110m～150m。其中，上段灰-深灰色粉砂巖、細砂巖、淺灰-灰色泥巖及砂巖交替成層，底部有較穩(wěn)定發(fā)育的灰-灰綠色中細粉砂巖。粉砂巖常帶有少量紫斑或綠色，致密均一。泥巖斷口光滑，微含鋁土質(zhì)。底部中細粉砂巖具硅質(zhì)膠結(jié)，含少量泥質(zhì)包體，可見斜層理，層面含煤屑；中段粉砂巖、砂巖互層及薄層泥巖與煤層組成，底部為淺灰-灰色中粒砂巖或細粒砂巖，含炭屑和植物化石碎片，可見不連續(xù)斜層理；下段以砂巖、粉砂巖互層為主，夾1～3層薄煤，互層中見波狀層理、透鏡狀層理、云霧狀層理，常含炭屑、菱鐵礦等。

(3)二疊系下統(tǒng)下石盒子組(P1x)：分三個巖性段，厚140m～260m。其中，上段以砂巖為主夾雜色泥巖與粉砂巖。砂巖顏色淺灰-灰白色，具斜層理；中段由砂巖、粉砂巖、泥巖與煤組成；下段泥巖夾砂巖、粉砂巖及1～2層薄煤。砂巖細?；蛑辛?，灰白色，成分以石英為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，分選、滾圓較好，常有炭屑及粉砂質(zhì)包體，顯水平層理。底部耐火粘土礦，呈淺灰、青灰色，塊狀，具滑膩感，含少量鮞狀菱鐵礦。

(4)二疊系中統(tǒng)上石盒子組(P2s)：礦區(qū)東北部多被風化剝蝕，巖性為一套雜色粉砂巖、泥巖夾灰色、淺灰色中粗粒砂巖、灰色粉砂巖，偶見薄煤層或煤線。厚30m～120m。

(5)第四系(Q)：粘土、粉砂質(zhì)粘土、粉砂、細砂及粘土夾砂礫等。厚30m～57m。

K1標志層為太原組最頂部第一層灰色，深灰色生物碎屑灰?guī)r，分布穩(wěn)定，以該層為太原組與山西組分界；K2標志層為耐火粘土礦層位，淺灰-灰白色，有時灰綠、灰黃色鋁土泥巖，致密塊狀，具貝殼狀斷口，頂?shù)缀b狀菱鐵礦，以該層為下石盒子組與山西組分界[3]。

1.2 構(gòu)造

區(qū)域上屬閘河煤田。為軸向北北東向斜盆地的一部分，東西兩邊分別為皇藏峪復背斜和蕭縣背斜，礦區(qū)位于閘河復向斜中段東翼，總體上呈西傾的單斜構(gòu)造，淺部陡，深部緩。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，發(fā)育次級褶曲，西部地層較緩，東部地層傾角>50°，構(gòu)造復雜程度中等，地層傾角較大。據(jù)鉆孔揭露礦區(qū)內(nèi)共有斷層5條，斷層特征見圖1、表1。

圖1 安徽蕭縣河頭耐火粘土礦區(qū)地質(zhì)簡圖

表1 斷層特征一覽表

1.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿巖較發(fā)育，侵入時期為燕山期。屬丁里巖體南端，據(jù)二維地震和鉆孔揭露西部、南部大部分地區(qū)均不同程度受巖漿巖侵蝕。主要巖性為花崗巖，呈淺肉紅色，風化后呈淺黃色，致密堅硬，細晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物為斜長石、鉀長石、石英，暗色礦物為少量黑云母、角閃石等。多呈層狀侵入于二疊系下石盒子組煤系中，形成巖床、巖株，破壞了煤層的連續(xù)性、完整性。

2 礦體地質(zhì)

2.1 礦體特征

礦體賦存于下石盒子組底部鋁土泥巖中，為“K2”標志層，習慣稱高嶺巖礦化層。距底部太原組石灰?guī)r(K1)約140m。層狀，似層狀，傾角45°～50°，南北長600m，東西寬230m，賦存標高-50～-400m。礦層厚度變化大，以2線厚度最大，向北、向南分別變薄。2線09-2孔礦層厚度最大7.70m(圖2)。5線26孔厚度最薄為1.00m，平均厚度2.56m。礦層結(jié)構(gòu)簡單，均為單層。礦層頂板巖性以砂巖為主，其次為粉砂巖、泥巖，砂巖呈淺灰色細-中粒，多為鈣質(zhì)膠結(jié)。底板均為泥巖，致密塊狀，局部含鋁土質(zhì)。區(qū)域上由于部分地段Fe2O3、TiO2含量較高，致使礦體(層)不連續(xù)，分成若干個礦體。

圖2 蕭縣河頭耐火粘土礦2線地質(zhì)剖面簡圖

2.2 礦石質(zhì)量

(1)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分

通過顯微鏡觀察鑒定，礦石主要為顯微鱗片狀高嶺石組成，少量結(jié)晶為細小蠕蟲狀；赤鐵礦呈微粒狀，均勻散布于高嶺石中(圖3)。礦石構(gòu)造主要為致密塊狀、鮞狀。礦石主要礦物有水鋁石、高嶺石、地開石、埃洛石、伊利石及褐鐵礦、赤鐵礦，其它礦物含量一般不超過3%，化學分析結(jié)果顯示部分樣品Al2O3較高(可達39.99%)，說明含水鋁石較高。

圖3 耐火粘土礦顯微鏡下照片

(2)礦石物理性質(zhì)

礦石顏色主要為淺灰-灰黑色，少量花斑狀，暗紅黃綠，以暗紅為主；礦石結(jié)構(gòu)為顯微鱗片狀結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造為呈凝膠致密塊狀構(gòu)造，質(zhì)地細膩，有滑感；礦石質(zhì)硬性脆，地表易風化裂解成不規(guī)則尖銳棱角狀小塊；摩氏硬度3～4級；礦石比重2.54g/cm3～2.72g/cm3，平均2.60g/cm3；暗淡油脂光澤，斷口呈貝殼狀、平坦狀、參差狀；7個樣品測試結(jié)果(表2)，礦石未燒結(jié)吸水率最低46.11%，最高68.57%，平均57.65%。

表2 礦石未燒結(jié)吸水率結(jié)果表

(3)礦石化學成分

區(qū)內(nèi)16個采樣工程，42個基本分析樣礦體平均化學統(tǒng)計結(jié)果見表3。礦石化學成份上有以下特征：①有益成份Al2O3含量較高，兩極值為30.87ω%～46.30ω%，平均43.46ω% 。控制資源量平均43.43ω%，A/S為0.85；推斷資源量平均43.47ω% ，A/S為0.85。Al2O3含量較高說明礦石中含水鋁石含量高，耐火度高。②SiO2含量偏高，兩極值為43.21%～52.58%，平均51.21% ?？刂瀑Y源量平均51.22%，推斷資源量平均51.20%。③Fe2O3含量較低，兩極值為1.40%～3.49%，平均2.46%?？刂瀑Y源量平均2.48%，推斷資源量平均2.31 %。④TiO2含量偏低，兩極值為1.03%～1.40%，平均1.12%?？刂瀑Y源量平均1.11%，推斷資源量平均1.12%。⑤Al2O3與Fe2O3成反比關(guān)系，即Al2O3偏高時則Fe2O3偏低，反之亦然，主要表現(xiàn)在礦石和頂?shù)装鍑鷰r中。⑥CaO含量偏低，兩極值為0.034%～0.64%，平均0.14% 。⑦LOI(燒失量)含量為6.38%～13.87%，平均12.86%?；痉从称銱2O的含量較高。⑧耐火度最低1730℃，最高1790℃，平均1773℃。

2.3 礦石類型

依據(jù)礦區(qū)礦石的顏色、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分、比重、未燒結(jié)吸水率、耐火度等礦石特征和鄰近的朔里煤礦區(qū)對比，本礦床的礦石工業(yè)類型為沉積型硬質(zhì)粘土。

2.4 礦石品級和工業(yè)利用性能評價

參照DZ/T0206-2020《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范高嶺土、葉臘石、耐火黏土》耐火黏土礦一般工業(yè)指標以及結(jié)合本區(qū)耐火粘土品級分布情況，品級統(tǒng)一按Ⅲ級品，工業(yè)指標如下(表4)：

表3 礦體主要元素平均化學成分統(tǒng)計表

表4 蕭縣河頭硬質(zhì)耐火粘土的工業(yè)指標

2.5 礦體圍巖和夾石

礦體賦存于二疊系下石盒子組底部高嶺巖礦化層中，礦化層直接頂板為深灰色塊狀泥巖，厚2.12m～4.42m，平均3.58m，直接底板為灰～淺灰色細粒砂巖與砂質(zhì)泥巖互層，厚度在1.29m～2.29m，平均1.84m。耐火粘土礦化層分布較穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)均勻，礦區(qū)內(nèi)見礦工程均無夾層出現(xiàn)。

礦體位于耐火粘土礦化層中部，與上、下部高嶺巖呈漸變關(guān)系，有時呈突變關(guān)系。巖石特征上，一般礦體中無或很少有鮞狀菱鐵礦，在垂直礦體厚度向上或向下鮞狀菱鐵礦呈逐漸增加趨勢，變成含鮞狀菱鐵礦高嶺巖。當巖(礦)中鮞狀菱鐵礦增多使Fe含量達到一定值時，則視作圍巖，反之則視作礦體。根據(jù)鑒定，高嶺土礦與圍巖的關(guān)系在26孔段表現(xiàn)得較為完全。礦體厚1.00m，為灰-灰白色或深灰色致密塊狀耐火粘土礦。礦體之上為淺灰-灰色塊狀含鮞狀菱鐵礦鋁質(zhì)泥巖，下部為灰-淺灰色含鮞狀菱鐵礦。

3 礦床成因

河頭耐火粘土礦礦床賦存于煤系地層之中，其層位位于二疊系下石盒子組底部與山西組頂部的交界面上。礦層上約40m處有可采煤層，下約65m處有局部可采煤層，因此沉積具有煤系地層的特征。二疊系山西組下部為河流間灣相充填和碎屑潮坪相沉積，上部為受潮汐作用影響的河控三角洲沉積；下石盒子組以河流作用為主的進積型三角洲沉積為主，因此礦床從屬于煤系地層沉積的環(huán)境，屬下三角洲分流間灣型沉積[3]。耐火粘土礦與煤層沉積環(huán)境、巖相等方面存在著一定的聯(lián)系：首先除層序與煤系地層有關(guān)外，其分布范圍與煤層大致相同，淮北煤田范圍內(nèi)幾乎普遍存在高嶺土礦化層，過去統(tǒng)稱鋁土泥巖，并且層位也穩(wěn)定，厚度變化相對不大，煤田勘查時把它作為K2標志層。相當于華北A層鋁土礦層位。其次礦石顏色為淺灰-深灰色，頂?shù)装鍘r性大多為灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖和細砂巖，期間含有植物根莖化石。

4 結(jié) 論

河頭耐火粘土礦母巖賦存于二疊系下石盒子組底部，稱其為鋁土泥巖。該鋁土泥巖不但在河頭耐火粘土礦礦區(qū)，而且在整個淮北煤田都普遍發(fā)育。是尋找與煤共生沉積型硬質(zhì)粘土礦床的重要標志。主要發(fā)育于古構(gòu)造穩(wěn)定的緩慢沉降階段的下三角洲分流間灣中。