青州市馬家莊地區(qū)黏土礦成礦地質(zhì)特征研究

劉繼勇，武斌，張洪濱，董美川

(山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省地礦局海岸帶地質(zhì)環(huán)境保護重點實驗室，山東 濰坊 261021)

0 引言

黏土礦作為我國優(yōu)勢礦產(chǎn)資源之一，其物質(zhì)成分較為復雜，往往由多種細小礦物顆?；旌隙蒣1]，在化工、陶瓷等領域應用十分廣泛，水泥配料用黏土是燒制水泥熟料主要配料之一，在水泥燒結過程中起著提供SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3的作用，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，對黏土礦的需要與日俱增,急需更優(yōu)質(zhì)的黏土礦為國民經(jīng)濟發(fā)展提供助力。

1 區(qū)域地質(zhì)

1.1 地層

區(qū)內(nèi)主要被古生代寒武系和新生代第四系所覆蓋，呈現(xiàn)南西高北東低的構造格局，出露地層單元由老到新有寒武-奧陶紀張夏組、崮山組、炒米店組、三山子組、馬家溝群及第四紀大站組、臨沂組(圖1)。寒武-奧陶紀地層巖性較為單一，以灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖為主，局部出露小面積的泥巖，地層總體傾向NW，傾角不大，一般5°～13°；第四紀上更新統(tǒng)大站組及全新統(tǒng)臨沂組是馬家莊地區(qū)黏土礦的主要賦礦層位，巖性以砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂巖等為主，含礫粉砂及混礫砂少量[5-6]，其產(chǎn)狀與地形坡角大致一致，傾向NE。

1.2 構造

區(qū)域內(nèi)斷裂較為發(fā)育，主要有NE向及NW向兩組斷裂，其中規(guī)模較大的有上五井斷裂及青州斷裂(圖1)[7-14]。

1—張夏組；2—崮山組；3—炒米店組；4—三山子組；5—東黃山組；6—北庵莊組；7—土峪組；8—大站組；9—臨沂組；10—地質(zhì)界線；11—平行不整合界線；12—實測斷裂；13—推測斷裂；14—礦區(qū)位置及范圍圖1 馬家莊地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖

上五井斷裂總體走向30°～40°左右，主體南東傾，傾角60°～80°，主要由數(shù)條張性斷裂為主的破碎帶構成，總體顯示南東盤下降，北西盤上升的張性斷裂性質(zhì)，在印支晚期-燕山早期即開始活動，成型應在燕山晚期，古近紀時受區(qū)域應力場影響，又有較大規(guī)模活動，至中更新世之后仍有活動，活動具多期性，以張性為主。

青州斷裂總體走向330°左右，傾向60°，傾角60°～72°，破碎帶寬10～20m，帶內(nèi)巖石產(chǎn)狀雜亂，近直立，牽引褶皺發(fā)育，所切割巖石為寒武紀地層和新太古代二長花崗巖，斷裂性質(zhì)為張性，南東端被上五井斷裂所截。區(qū)內(nèi)地表覆蓋嚴重，僅沿沖溝等地勢低洼處可見其露頭。

2 含礦層系

區(qū)內(nèi)賦礦層系為第四紀上更新世大站組、全新世臨沂組[15-18]，以大站組為主。

2.1 大站組

廣泛分布于溝谷、山間盆地及山前斜坡、臺地，常構成二級階地，局部被臨沂組所覆蓋。上部為紫褐色砂質(zhì)黏土，黏土中含少量有機質(zhì)及鐵錳質(zhì)結核；中部由紫紅色黏土、紫紅色含砂質(zhì)黏土組成，含少量鐵錳質(zhì)結核及鈣質(zhì)結核，厚2～16m；下部由紫紅色黏土夾紫紅色—棕紅色砂質(zhì)黏土組成，厚2～5m；底部由黃褐色基巖分化物、姜結石及灰?guī)r角礫組成，厚0～0.4m。為區(qū)內(nèi)黏土礦最主要的開采層位。

2.2 臨沂組

全新統(tǒng)臨沂組主要分布于現(xiàn)代河流一級階地及河漫灘，是一套灰黃色河流沖擊相碎屑沉積[19]，由富含有機質(zhì)的耕植土及人工堆積沙土、砂質(zhì)黏土組成,厚0.5～2m。層內(nèi)亦有黏土礦的賦存，但不論其規(guī)模還是品質(zhì)均次于大站組地層。

3 礦體地質(zhì)特征

礦體在空間上呈層狀、等軸狀展布，礦體長1km，礦體厚度與古地形關系密切，厚度變化較大(圖2)，古地形低洼處礦體厚度較大，隆起區(qū)域則厚度較小，礦層最大厚度18.42m，最小厚度8.15m，平均厚度12.61m，厚度變化系數(shù)27.79%?？傮w變化趨勢是礦體底板東南部較高，向北西逐漸變低，自南向北略有傾斜。

1—寒武紀炒米店組；2—更新世大站組；3—全新世臨沂組；4—鉆孔位置及編號；5—地質(zhì)界線；6—礦層等厚線；7—樣品位置及編號圖2 馬家莊地區(qū)礦區(qū)地質(zhì)簡圖

3.1 礦石自然類型及其特征

礦石結構以泥狀結構為主，豆粒結構、顯微鱗片結構次之。礦石構造主要是土狀構造，部分為層狀、微層狀構造。礦石自然類型分為耕植土、黏土兩大類，但以黏土為主。

耕植土：礦石呈土黃色—黑褐色，富含有機質(zhì)，含少量的粉砂及礫石。

黏土：主要包括紫紅色黏土、黃褐色黏土及砂質(zhì)黏土，為主要礦石類型，各工程均有分布，呈紫紅色、黃褐色等，含少量鐵錳質(zhì)結核，核徑1～3mm，局部可見少量鈣質(zhì)碎屑、礫石及有機質(zhì)。

3.2 礦石化學成分

全區(qū)礦石平均品位SiO267.61%，F(xiàn)e2O35.35%，Al2O314.79%，硅酸率n=3.37，鋁酸率p=2.77。礦石最主要的特征是SiO2含量較高，一般66%～70%。

通過對區(qū)內(nèi)100件樣品進行統(tǒng)計結果(圖3、圖4)，顯示礦區(qū)硅酸率(n)略正偏，鋁酸率(p)基本為正態(tài)分布，各勘探線n，p值變化幅度不大(表1)，平均值：3.26～3.62，變化幅度0.36，平均值：2.74～2.84，變化幅度0.1，沿勘探線方向自西向東n，p值具有逐漸增高的趨勢，從南向北n，p值逐漸降低，n，p值得的變化受到SiO2、Fe2O3、Al2O3三者品位的控制，礦區(qū)SiO2、Fe2O3品位波動幅度較大，Al2O3品位穩(wěn)定，因此，n值與SiO2正相關，p值與Fe2O3負相關。

表1 礦區(qū)各剖面線n，p平均品位

圖3 礦區(qū)硅酸率(n)、鋁酸率(p)平均值變化圖

圖4 礦區(qū)SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3平均品位變化圖

按不同礦石類型取6件樣品進行多元素分析(表2)，平均化學成分CaO 1.24%，MgO 1.46%，K2O 2.53%，Na2O 0.99%，SO31.02%，燒失量2.96%，其結果顯示礦層中CaO，MgO含量穩(wěn)定，各勘探線變化不大，K2O，Na2O含量較高(圖5)，K2O含量較為穩(wěn)定，變化幅度一般小于0.4%，Na2O含量變化較大，變化幅度一般0.5%～0.8%，K2O，Na2O含量與SiO2含量呈正相關關系，SiO2含量高，K2O+Na2O相應較高，反之亦然。SO3含量穩(wěn)定，沿各勘探線基本無變化。

圖5 礦區(qū)K2O、Na2O變化曲線

表2 0～8線CaO，MgO，K2O，Na2O，SO3平均品位

與中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標準《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范石灰?guī)r、水泥用黏土質(zhì)和硅質(zhì)原料》DZ/T0213中規(guī)定數(shù)值(表3)相比較，該區(qū)黏土礦可以作為水泥用黏土質(zhì)原料。

表3 水泥用黏土質(zhì)原料礦石化學成分一般要求

經(jīng)差熱分析顯示：190℃以下的吸熱谷主要為蒙脫石和水云母脫層間水和吸附水所致；515℃～530℃吸熱谷為蒙脫石和水云母脫羥基所致；570℃的小尖吸熱谷代表石英相變，因此黏土主要由蒙脫石+水云母+石英組成(圖6)。

圖6 黏土差熱分析曲線

4 礦床成因

礦區(qū)位于魯山-博山向斜斷凸東部邊緣地帶，寒武-奧陶紀地層經(jīng)過長期的風化剝蝕作用，形成的古巖溶地形為后期黏土礦的沉積提供了充足的沉積空間。礦體底板與基巖為不整合接觸關系，自上而下包括黏土--黏土夾礫石-基巖，礦石的化學成分從上到下頗有規(guī)律，中—上部SiO2、Fe2O3、Al2O3波動較大，下部較穩(wěn)定，SiO2含量變低，F(xiàn)e2O3、Al2O3略增高。綜上，該礦床屬于陸相殘-坡積相混合而成的風化殼型沉積礦床[20]，下部沉積物來源是寒武-奧陶紀基巖風化的產(chǎn)物，以殘積相為主；中—上部沉積物來源是通過地表雨水及風的動力搬運沉積的產(chǎn)物，其物源主要來自于礦區(qū)南側的云門山一帶的寒武-奧陶紀地層，以坡積相為主。

5 結語

(1)黏土礦主要賦存于大站組及臨沂組地層中，層控性明顯，大站組及臨沂組地層是其最直接的找礦標志。

(2)礦體厚度與古地形關系密切，厚度變化較大，古地形低洼處礦體厚度較大，隆起區(qū)域則厚度較小，總體變化趨勢是礦體底板東南部較高，向北西逐漸變低，自南向北略有傾斜。

(3)礦石最主要的特征是SiO2含量較高，一般在66%～70%之間，其硅酸率、鋁酸率等各項測試指標較高，可以作為一類水泥用黏土質(zhì)原料。

(4)礦床類型為風化殼型沉積礦床，下部以殘積相為主，中上部則以坡積相為主。