河北唐縣齊家佐高嶺土礦地質(zhì)特征及成因探討

王 政，齊新國，王立考，李博文，田 賀

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊，河北 保定 071051)

高嶺土因具有分散性、可塑性、黏結(jié)性、燒結(jié)性、耐火性、離子交換性和物理化學(xué)上的穩(wěn)定性，用途除造紙、陶瓷、橡膠、塑料、耐火材料，化工等傳統(tǒng)行業(yè)外，在新一代信息技術(shù)、新材料及新能源等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，是我國戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)資源之一。我國高嶺土多為普通陶瓷用土，優(yōu)質(zhì)高嶺土比較短缺，以蘇州、茂名、龍巖、大同的高嶺土為好[1-4]。

唐縣齊家佐高嶺土礦其生產(chǎn)規(guī)模1.00萬t/年，開采方式為地下開采，開采指標(biāo)Al2O3≥13%，F(xiàn)e2O3+TiO2＜1%，經(jīng)選礦加工后主要產(chǎn)品作為高級陶瓷原料以及水泥配料。通過地質(zhì)調(diào)查和綜合研究工作，初步查明唐縣齊家佐高嶺土礦賦存于燕山期石英鈉長斑巖脈中，呈脈狀產(chǎn)出，礦床成因為風(fēng)化型高嶺土礦床。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

唐縣齊家佐高嶺土礦大地構(gòu)造位置位于中朝準(zhǔn)地臺(I2)、燕山臺褶帶軍都山巖漿巖帶大地構(gòu)造單元的南偏西部、狼牙山凹褶斷束大地構(gòu)造單元的中西部，靈山復(fù)式向斜東北端(圖1)[5]，紫荊關(guān)—靈山深斷裂東部。

圖1 大地構(gòu)造單元圖

區(qū)域上出露地層主要有中元古界長城系高于莊組、薊縣系霧迷山組、上元古界青白口系景兒峪組、古生界寒武系、奧陶系及第四系。

褶皺位于礦區(qū)西南部，為靈山復(fù)式向斜的東北段。該向斜軸向北東，兩翼基本對稱，核部為奧陶系馬家溝組，翼部由寒武系、薊縣系地層組成。

受紫荊關(guān)—靈山深斷裂影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造以褶皺、斷裂為主。斷裂以北東向為主，分布于礦區(qū)西側(cè)。該斷裂為一正斷層，走向東北45°，傾向東南，傾角75°～80°，斷距自南西向北東由大逐步變小。

此外北西向斷裂也較發(fā)育，一般長數(shù)千米，寬2～20m，多被中酸性脈巖充填。為區(qū)內(nèi)高嶺土礦主要控礦、容礦構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)巖漿巖按產(chǎn)狀可分為兩類，一類為受紫荊關(guān)—靈山深斷裂帶控制，沿之串珠狀分布的中酸性小巖株，分布在齊家佐一帶，形成時代屬燕山期，主要巖石類型為細(xì)粒花崗閃長巖、花崗巖、花崗斑巖、輝石閃長巖、鈉長斑巖等；另一類為沿西北向分布的脈巖類，主要為閃長巖脈、花崗細(xì)晶巖脈和鈉長斑巖、石英鈉長斑巖脈。走向北西，長數(shù)百米至數(shù)公里不等，寬一般2～10m。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為元古界薊縣系霧迷山組三段、上元古界青白口系景兒峪組及少量第四系(圖2)。霧迷山組三段(Jxw3)主要為灰白、粉紅色中—細(xì)晶含燧石條帶白云巖、微晶白云巖。景兒峪組(Qnj)主要為燧石角礫巖、石英砂巖，局部含鐵。第四系主要為洪積、沖積物，分布于溝谷及坡底處。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡圖

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡單，僅見一條斷裂構(gòu)造，編號F，呈NNW向，寬10～27m，一般20m左右，延伸約2km，總體走向340°，傾向60°～80°，傾角78°～85°。為壓性正斷層，斷面平直，具明顯擦痕，沿走向及傾向有波狀起伏現(xiàn)象，后期被石英鈉長斑巖充填，為區(qū)內(nèi)控礦、容礦構(gòu)造。圍巖為霧迷山組白云巖，巖石較完整、穩(wěn)定，圍巖蝕變微弱，主要為高嶺土化、硅化、絹云母化和碳酸鹽化。

區(qū)內(nèi)巖漿活動不甚發(fā)育，見1條石英鈉長斑巖脈，受斷裂F控制，侵入霧迷山組白云巖中，為火山活動的產(chǎn)物。為區(qū)內(nèi)高嶺土礦成礦母巖，在地貌多呈低洼淺溝處出現(xiàn)。

2.2 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)高嶺土礦體賦存在石英鈉長斑巖中，呈脈狀產(chǎn)出，因地表出露不全分南、北兩段(圖3)。

圖3 4線勘查線地質(zhì)剖面簡圖

北段礦體往南分為兩支，產(chǎn)狀近平行,編號為K1-1、K1-2。K1-1礦體受石英鈉長斑巖脈控制，傾向75°～100°，傾角70°～85°。礦體地表出露長約2 240m，平均厚度10.85m，主要化學(xué)成分平均含量：Al2O314.01%、Fe2O30.67%、TiO20.049%；K1-2礦體受石英鈉長斑巖脈控制，傾向70°～110°，傾角75°～80°。礦體地表出露長度約822m，平均厚度5.96m，主要化學(xué)成分平均含量：Al2O313.37%、Fe2O30.66%、TiO20.053%。

南段礦體編號為K1-3，受石英鈉長斑巖脈控制，傾向60°～80°，傾角78°～81°。礦體地表出露長約766m，平均厚度10.0m，主要化學(xué)成分平均含量：Al2O313.82%、Fe2O3 0.68%、TiO20.043%。

2.3 礦石特征

⑴礦石類型及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。

礦石自然類型為高嶺石—石英型，依據(jù)其風(fēng)化特征，又可分為松散土塊狀和致密土塊狀，風(fēng)化脫水后均呈粉土狀，質(zhì)地純白，多呈乳白色或淡青灰色。礦石多呈白色，淡青色，斑狀變余結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。風(fēng)化強烈的礦石呈土狀，風(fēng)化弱的礦石呈塊狀。具土狀、蠟狀光澤，滑膩感及黏性。

⑵礦石礦物組成及化學(xué)成分。

根據(jù)巖礦鑒定、礦石X-射線衍射[7]分析結(jié)果可知，礦石礦物成分主要為高嶺石36.7%、蒙脫石9.5%、伊利石6.2%、方解石4.1%、石英31.8%、長石9.5%及云母2.2%。

礦石化學(xué)成分(表1)平均值：Al2O313.91%、TiO20.039%、Fe2O30.74%、SiO270.34%、CaO 1.33%、MgO 1.36%、K2O 3.89%、Na2O 0.82%、TSO30.011%、LOI 7.08%，礦石化學(xué)成分屬高硅低鋁。

表1 礦石化學(xué)全分析結(jié)果表 (單位：%)

⑶礦石物理性能。

白度68.1～78.1，塑性指數(shù)15.6～16.8，干燥收縮率-1.74%～-3.6%，耐火度1 210～1 310℃。

3 成因探討

礦體嚴(yán)格受構(gòu)造控制，呈脈狀賦存于燕山期石英鈉長斑巖脈中，礦區(qū)礦石礦物組合為高嶺石、蒙脫石、石英。據(jù)野外觀察，礦體節(jié)理裂隙發(fā)育程度，以靠近脈體上盤的走向節(jié)理最為發(fā)育，風(fēng)化淋濾作用強烈，巖石全風(fēng)化呈松散土塊。燕山期唐縣齊家佐地區(qū)的石英納長斑巖脈受巖漿作用沿北北西向構(gòu)造裂隙侵入地表，在大氣、地表水、地下水的物理化學(xué)作用下，將一些易溶活動組分帶出風(fēng)化場所，殘留的硅和鋁以Al(OH)42+和Si2O52-的膠體形式在水的參與下與母巖體反應(yīng)形成高嶺土。圍巖的白云巖和石英鈉長斑巖的長石成分為高嶺土形成提供了Ca、Mg、K等元素。后期的節(jié)理裂隙發(fā)育影響其礦石的風(fēng)化程度，加速了長石類礦物在表生條件下向高嶺石族礦物轉(zhuǎn)化進(jìn)程。因此，本區(qū)礦床屬風(fēng)化型高嶺土礦床[8-16]。

4 結(jié)論

(1)唐縣齊家佐高嶺土礦體賦存燕山期石英鈉長斑巖中，呈脈狀產(chǎn)出，層位穩(wěn)定。

(2)礦石主要為高嶺石—石英型，礦石結(jié)構(gòu)為斑狀變余結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

(3)礦床成因與燕山期中酸性脈巖及風(fēng)化作用關(guān)系密切，屬于風(fēng)化型高嶺土礦床。