河南省博愛縣江嶺地區(qū)耐火粘土礦地質特征與成礦機理研究

馬振興

摘 要：江嶺地區(qū)耐火粘土礦大地構造位置處于華北地臺山西臺隆南緣太行山拱斷束帶西部，地層分區(qū)屬華北地層區(qū)山西分區(qū)太行小區(qū)。礦區(qū)出露地層主要有古生界奧陶系、石炭系和二疊系；地層呈南東向單斜產出，構造簡單，以斷層為主，為北東向和近東西向高角度正斷層，并形成地壘、地塹；區(qū)內無巖漿巖出露。在對礦區(qū)地層、構造、含礦巖系特征、礦層特征進行詳細分析的基礎上，從礦床成因和找礦標志兩個方面對成礦機理進行研究，研究結果對同類礦床勘查具有重要的指導作用。

關鍵詞：博愛縣；江嶺地區(qū)耐火粘土礦；地質特征；成礦機理

1?地層

礦區(qū)出露地層以奧陶系、石炭系為主，次為二疊系，第四系零星分布于溝谷和坡頂。現將地層由老至新分述如下。

1.1? 奧陶系

礦區(qū)大面積出露奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組、上馬家溝組和峰峰組。礦區(qū)外圍西北方向丹河一帶小面積出露奧陶系下統(tǒng)冶里組。

1.1.1? 奧陶系下統(tǒng)冶里組

奧陶系下統(tǒng)冶里組僅出露于礦區(qū)外圍北西方向丹河溝谷底部，為淺海相碳酸鹽沉積，下部以條帶狀、竹葉狀泥質白云巖為主，中上部巖石結晶程度較高，為結晶白云巖，厚度大于38.48 m。

1.1.2? 奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組

奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組出露于礦區(qū)北西部丹河溝谷一帶，出露面積較小，下部為黃色薄層泥灰?guī)r、砂巖及頁巖互層夾同生角礫狀灰?guī)r（俗稱賈旺層）；中部為黑色厚—巨厚層狀灰質白云巖、灰?guī)r互層；上部為灰黃色同生角礫狀灰?guī)r及灰黑色中厚層狀灰?guī)r，夾白云巖。該組厚約107.20 m，與下伏冶里組呈平行不整合接觸。

1.1.3? 奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組

奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組出露于礦區(qū)東西邊部地區(qū)，下部由灰黑色—灰綠色鈣質頁巖與灰黑色中厚層狀含泥質白云巖組成，局部夾角礫狀泥灰?guī)r；中部灰黑色中—巨厚層狀灰?guī)r夾含燧石團塊灰?guī)r、白云巖；上部由泥質灰?guī)r、灰?guī)r及白云巖組成。該組厚約245.00 m，與下伏地層下馬家溝組呈整合接觸。

1.1.4? 奧陶系中統(tǒng)峰峰組

奧陶系中統(tǒng)峰峰組小面積出露于礦區(qū)北部，下部由深灰色—灰黑色生物碎屑灰?guī)r和泥質灰?guī)r組成，上部由灰黑色—灰黃色白云巖和含泥質白云巖組成。該組厚約204.03 m，與下伏地層上馬家溝組呈整合接觸。

1.2? 石炭系

石炭系在區(qū)內北部和西南部地表廣泛出露，西北部第四系黃土層、二疊系山西組覆蓋嚴重，局部可見該地層出露，平均厚度為88.83 m。受風化剝蝕作用影響，經鉆孔揭露，石炭系厚度為11.62～96.17 m，平行不整合于奧陶系之上。石炭系在該區(qū)出露地層主要為本溪組和太原組。

1.2.1? 石炭系上統(tǒng)本溪組

本溪組為一套以粘土礦物為主的鐵鋁質沉積巖系，也是礦區(qū)的含礦巖系，主要由粘土巖、含鐵質粘土巖、鐵質粘土巖和含炭質粘土巖組成，局部夾有含綠泥石粘土巖、砂巖及煤層，與下伏地層奧陶系呈平行不整合接觸，平均厚度為14.59 m。

礦區(qū)內本溪組為粘土巖和（含）鐵質粘土巖構成的3個沉積旋回，按照巖性組合特征可分成以下3段。

（1）下段。上部為灰白—灰色粘土巖；下部為鐵質粘土巖（山西式鐵礦賦礦層位），局部夾有砂巖、含鐵質砂巖等透鏡體，巖石中常見黃鐵礦顆粒零星分布，局部可見黃鐵礦結核，與下伏地層奧陶系峰峰組呈平行不整合接觸。經鉆孔揭露，該段厚度變化較大，為0.77～11.14 m，平均厚度為3.88 m。

（2）中段。中段為區(qū)內耐火粘土礦主要含礦層位，上部為灰—深灰色粘土巖，下部為褐黃—褐紅色鐵質粘土巖，局部夾有含炭質粘土巖，偶見薄煤層。經鉆孔揭露，該段厚度為2.82～12.49 m，平均厚度為6.88 m。

（3）上段。頂部為雜色粘土巖，灰白色、灰黃色、黑色、褐紅色等混雜，巖石較破碎；上部為粘土巖，常含少量炭質，局部可見煤線及薄煤層；下部為含鐵質粘土巖。經鉆孔揭露，該段厚度為0.44～9.25 m，平均厚度為3.55 m。

1.2.2? 石炭系上統(tǒng)太原組

礦區(qū)內太原組為一套由灰?guī)r、砂巖、砂質粘土巖、炭質粘土巖及煤層組成的海陸交互相地層，一般含4～9層灰?guī)r，下部灰?guī)r中常含燧石結核、燧石條帶，含腕足類、蜓類動物化石碎片。粘土巖普遍含黃鐵礦，且下部含量較高，平均厚度為74.32 m，與下伏地層本溪組呈整合接觸。根據區(qū)內太原組巖性分布特征，太原組可劃分為以下3段。

（1）下段。下段為灰?guī)r段，以灰?guī)r為主，含L₁、L₂灰?guī)r，其中，L₁灰?guī)r不發(fā)育，L₂灰?guī)r較發(fā)育。L₂灰?guī)r又被稱為“四丈青”，細晶結構、層狀構造，巖石中普遍可見蜓類、腕足類動物化石碎片，局部含有燧石結核、燧石條帶。L₂灰?guī)r是本溪組頂板，具有厚度大、層位穩(wěn)定的特征，是良好的標志層。經鉆孔揭露，該段地層厚度為0.98～12.62 m，平均厚度為10.06 m。

（2）中段。中段由碎屑巖、粘土巖和灰?guī)r組成，含灰?guī)r6層（L₈～L₃）。巖段頂部L₈灰?guī)r和底部L₃灰?guī)r層位較穩(wěn)定。L₈灰?guī)r厚度為2.40～7.57 m，平均厚度為4.54 m；L₃灰?guī)r厚度為0.67～4.10 m，平均厚度為2.58 m。該段共含煤5層，平均厚度為1.17 m。經鉆孔揭露，該段地層厚度為40.82～49.04 m，平均厚度為43.75 m。

（3）上段。上部為粘土巖段，巖性以粘土巖為主，夾有一層灰?guī)r（L₉），呈透鏡狀產出，底部為一層細砂巖。經鉆孔揭露，該段地層厚度為13.88～28.34 m，平均厚度為20.23 m。

1.3? 二疊系

礦區(qū)內二疊系主要出露于陳洼—寨豁東一帶，呈北東—南西向帶狀展布，與下伏石炭系呈整合接觸，與其周邊出露的奧陶系、石炭系均呈斷層接觸。根據鉆孔揭露，區(qū)內僅分布二疊系下統(tǒng)山西組。

二疊系下統(tǒng)山西組為區(qū)域內主要含煤沉積巖系，屬含煤碎屑巖建造。上部以過渡相深灰色—灰色粉砂質粘土巖、粘土巖為主，夾薄層砂巖，含主要可采煤層二1煤，厚度為1.09～2.13 m，平均厚度為1.61 m；下部發(fā)育煤底砂巖“大占砂巖”為中細粒長石石英砂巖，巖性特征如下：深灰色，中細粒結構，層狀構造，主要由石英（約80.0%）、長石（約16.0%）和雜基（約4.0%）組成，含少量白云母；巖層自上而下粒度逐漸變大，具正粒序特征，底部含泥質斑塊，層厚為22.57～28.05 m，平均厚度為25.31 m。其巖性特征明顯，層厚穩(wěn)定，是山西組底部良好的標志層。

山西組在區(qū)內出露于地表，風化剝蝕造成巖組出露不全。經鉆孔揭露，該層厚度為6.13～57.59 m，平均厚度為28.85 m。

1.4? 第四系

第四系主要分布在礦區(qū)內山間溝谷，坡頂亦有零星分布，厚度變化較大，一般在數米到數十米。巖性主要為黃土、次生黃土，其次為砂礫石、粉砂土、黃土狀粉砂土、粘土等，與下伏地層均為角度不整合接觸。

2?構造

礦區(qū)內構造簡單，主要構造形式為斷層。較大規(guī)模的斷層有5條，自北而南編號分別為F11、F12、F13、F14和F15，主要為高角度的正斷層，以北東—南西向斷層為主。其中，F13、F15組成地塹，F11、F13組成地壘。F12斷層斜切礦區(qū)北西部，F15斷層斜切礦區(qū)南東邊部。斷層對礦層起到“破壞”和“保護”雙重作用[1]。斷層特征分述如下。

2.1? F11斷層

F11斷層位于礦區(qū)西北部，西起丹河，經南洞村至焦谷堆，區(qū)內長約3.6 km。斷層西段走向近東西，東段走向為北東向，總體走向65°，傾向北西，傾角為65°～76°，是北盤下降的正斷層。斷層兩盤巖性主要是上石炭統(tǒng)太原組含燧石灰?guī)r、粉砂巖、泥巖與中奧陶統(tǒng)的灰?guī)r、泥質白云巖；局部地段則為中奧陶統(tǒng)灰?guī)r與上石炭統(tǒng)本溪組粘土巖。斷層沿走向和傾向均呈舒緩波狀，斷層面上發(fā)育有垂直擦痕和斜擦痕。破碎帶寬為5.00～10.00 m，斷距為10.00～130.00 m，具有西部斷距大而東部小的特征。斷層在地貌上具有負地形特征。

2.2? F12斷層

F12斷層位于礦區(qū)西部，西起礦區(qū)西邊界，經原背至江嶺，被黃土覆蓋，區(qū)內長約2.4 km。斷層總體走向50°，傾向北西，傾角為60°～80°。斷面呈舒緩波狀，破碎帶寬約10.00 m，斷距為10.00～50.00 m，斷距向東逐漸變小。斷層兩盤巖性分別為中奧陶統(tǒng)峰峰組褐黃色泥質角礫巖與上石炭統(tǒng)太原組中部含燧石灰?guī)r及硅質泥巖；局部地段則為中奧陶統(tǒng)灰?guī)r與上石炭統(tǒng)本溪組粘土巖。在原背村南可見粗糙不平的斷層面及不甚發(fā)育的鐵質、硅質薄膜、垂直擦痕。斷層角礫發(fā)育，角礫巖性主要為泥質角礫狀灰?guī)r、含燧石灰?guī)r、硅質泥巖等，斷層性質為正斷層。

2.3? F13斷層

F13斷層位于礦區(qū)中部，自西向北東展布，經西張毛光、焦谷堆北至邢嶺東南尖滅，貫穿整個礦區(qū)，區(qū)內長約6.3 km，斷層中段（焦谷堆北）被第四系黃土覆蓋。斷層走向52°～60°，傾向南東，傾角為60°～75°，為南盤下降的正斷層。斷層兩盤巖性主要是二疊系下統(tǒng)山西組砂巖、粉砂巖與中奧陶統(tǒng)不同層位的灰?guī)r、泥質白云巖；局部地段則為中奧陶統(tǒng)灰?guī)r與上石炭統(tǒng)本溪組粘土巖。斷面呈舒緩波狀，破碎帶寬為10.00～15.00 m，斷距為10.00～100.00 m，破碎帶內有角礫巖，角礫呈棱角、次棱角狀，礫徑大小不等。該斷層斷距由南西至北東變小。

2.4? F14斷層

F14斷層位于礦區(qū)南部，西起西張毛光、南經焦谷堆至王河，全長約4.2 km。斷層走向55°～80°，傾向北西，傾角為70°～80°，斷距約65.00 m，為正斷層。斷層切割了奧陶系中統(tǒng)峰峰組、石炭系上統(tǒng)本溪組、太原組及二疊系下統(tǒng)山西組。斷面呈舒緩波狀，破碎帶中有方解石脈充填。

2.5? F15斷層

F15斷層位于礦區(qū)東南部，西起謝莊、南經寨豁至小王莊延出區(qū)外，全長大于5.0 km，區(qū)內僅王河東至小王莊一帶出露。斷層走向40°～70°，傾向北西，傾角為60°～70°，北西盤下降，南東盤上升，為正斷層。斷層兩盤巖性主要為二疊系上統(tǒng)山西組砂巖、頁巖與中奧陶統(tǒng)不同層位的灰?guī)r、白云巖；局部地段則為上石炭統(tǒng)本溪組粘土巖與灰?guī)r。斷面沿走向呈明顯的舒緩波狀，破碎帶寬為5.00～10.00 m，斷距為10.00～150.00 m。斷層角礫發(fā)育，呈棱角狀，大小為10～20 cm。該斷層與F13、F14斷層組成地塹形態(tài)，控制著礦區(qū)南部上石炭系、下二疊系山西組的分布。

3?含礦巖系特征

3.1? 含礦巖系的分布特征

石炭系本溪組為區(qū)內耐火粘土礦含礦巖系，下伏于區(qū)內中部二疊系和石炭系太原組，平行不整合于奧陶系白云巖之上，呈東西向展布于西張毛光和小王莊之間，東西兩端出露地表。區(qū)內本溪組巖層呈單斜形態(tài)，總體傾向南東，傾角一般為0°～15°，產狀較平緩，層厚為6.24～21.81 m，平均厚度為14.59 m。區(qū)內本溪組總體上呈西薄東厚，但整體變化不大。

3.2? 含礦巖系的地質特征

含礦巖系本溪組為一套以粘土礦物為主的鐵鋁質沉積巖系，主要由粘土巖、含鐵質粘土巖、鐵質粘土巖和含炭質粘土巖組成，局部夾有含綠泥石粘土巖、砂巖及煤層[2]。按照巖性組合及沉積旋回特征可將其分成3段。

（1）上段。頂部為含鈣質的雜色粘土巖，上部為粘土巖，下部為含鐵質粘土巖。上部常見含炭質粘土巖，局部地段含煤線及薄煤層。施工的37個工程中有5個工程未見到該段，該段平均厚度為3.55 m，局部地段不發(fā)育。

（2）中段。上部為粘土巖，下部為鐵質粘土巖，局部夾有含炭質粘土巖，偶夾薄煤層。該段全區(qū)發(fā)育，施工的37個工程中僅有一個由于本溪組存在采空區(qū)而未見到該段，平均厚度為6.88 m。

（3）下段。上部為粘土巖，下部為鐵質粘土巖（山西式鐵礦賦礦層位），局部夾有砂巖、含鐵質砂巖透鏡體，偶見褐鐵礦結核。該段平均厚度為3.88 m，施工的37個工程中僅有3個工程未見到該段，個別地區(qū)不發(fā)育。

綜上所述，含礦巖系各段巖性以粘土巖和含鐵粘土巖為主，總體為粘土巖和（含）鐵質粘土巖組成的3個沉積旋回，每個旋回均以（含）鐵質粘土巖沉積開始，以形成粘土巖結束。

3.3? 含礦性

區(qū)域上耐火粘土礦層賦存于含礦巖系本溪組3個巖性段中，自上而下分別稱為上、中和下礦層。由區(qū)內工程揭露情況可知，區(qū)內本溪組含耐火粘土礦兩層，分別為上礦層和中礦層，礦層總厚度為0.81～8.64 m，平均厚度為3.14 m，含礦系數為23.5%。根據鉆孔揭露，含礦巖系的完整度影響了兩個礦層發(fā)育齊全的程度；同時，含礦巖系的厚度決定了礦層的總厚度，兩者呈明顯的正比關系。

4?礦層特征

礦區(qū)內本溪組含耐火粘土礦兩層，分別為上礦層和中礦層。礦層嚴格受到含礦巖系地層的制約，具有一般層控礦床的共性，賦存于一定的層位中。工程揭露表明：上礦層賦存于含礦巖系上段，中礦層賦存于含礦巖系中段地層中，各礦層情況如表1所示。

4.1? 上礦層

上礦層賦存于含礦巖系本溪組上段。揭露礦層厚度為0.50～3.22 m，平均厚度為1.93 m，礦石工業(yè)類型為硬質粘土。根據見礦情況和見礦工程分布位置可知，上礦層在區(qū)內零星分布，空間分布不連續(xù)，因為規(guī)模較小的透鏡體產出，綜合判定不具有工業(yè)開采價值。

4.2? 中礦層

中礦層賦存于本溪組中段，分布于西光毛光至小王莊之間，北至F13斷層，南到礦區(qū)南邊界，平面上礦層東西長約5.7 km，南北寬約0.7 km，面積約4.35 km²，總體呈較規(guī)則的多邊形。礦層沿走向控制長度約5.7 km，沿傾向控制最大斜深約380.00 m，礦層底板標高+305.00～+485.00 m，埋深0～165.00 m。礦層形態(tài)比較簡單，呈層狀分布，產狀較平緩。礦層總體傾向南東；礦層傾角為0°～12°，總體上具有東西兩端大、中部小的特點。礦層厚度為0.81～6.81 m，平均厚度為2.88 m，厚度變化系數為49.5%，屬較穩(wěn)定型。從中礦層等厚線來看，礦層在00和03勘探線處較厚，16勘探線和12勘探線南部次之；平面上中礦層厚度無明顯規(guī)律，通過和賦礦層位本溪組中段巖層厚度對比發(fā)現，兩者大致呈正比關系。

區(qū)內耐火粘土礦為本溪組同生沉積礦產，從巖性分布和斷層性質來看，F13斷層和F15斷層形成的地塹構造對礦層起到了很好的保護作用；礦層在東西方向連續(xù)性較好，南北方向有F14斷層造成小規(guī)模錯斷。

礦石工業(yè)類型主要為硬質粘土，礦石品級可劃分為硬特級、硬Ⅰ級、硬Ⅱ級和硬Ⅲ級。中礦層以硬質粘土Ⅱ級品為主，其他品級次之，各品級在礦層中的分布無明顯規(guī)律。礦層厚度為0.82～2.22 m，分布面積較小。

5?成礦機理研究

5.1? 礦床成因

礦區(qū)所處大地構造位置為華北地臺山西斷隆太行山復背斜之南翼。耐火粘土礦呈似層狀、層狀產出在石炭系上統(tǒng)本溪組地層中，層位穩(wěn)定，礦層與圍巖呈漸變關系，部分礦石呈豆狀、鮞狀；礦石和圍巖含植物化石及其碎片，說明礦床的形成屬于局限于陸表海環(huán)境下的潮坪—瀉湖體系沉積[3]。

5.2? 找礦標志

（1）地層標志。耐火粘土礦賦存于石炭系本溪組地層中，層控明顯，地層是最明顯的標志。

（2）構造標志。由于本溪組巖性以粘土巖為主，地表易風化剝蝕，本溪組地層在地表多為小面積殘留。本溪組保存較好的地段一般在多個斷層形成的地塹或斷陷中，故這些地段是尋找耐火粘土礦最有希望的部位。

6?結論

礦床的形成屬于局限于陸表海環(huán)境下的潮坪—瀉湖體系沉積。石炭系本溪組地層和多個斷層形成的地塹或斷陷是重要的找礦標志。礦區(qū)石炭系本溪組為耐火粘土礦主要含礦巖系，本溪組厚度為6.24～21.81 m，平均厚度為14.59 m，含耐火粘土礦兩層，礦層鉛垂厚度為0.82～8.64 m，平均鉛垂厚度為3.43 m，含礦系數為23.0%，其中，中礦層比較發(fā)育。中礦層以近東西向展布在張毛光至小王莊一帶，礦層主體位于由F13和F14斷層構成的地塹內。

[參考文獻]

[1]白英建.博愛—焦作粘土礦區(qū)地質特征及找礦前景[J].西部探礦工程，2020（2）：165-167.

[2]葉星，常偉麗，劉二歡，等.河南省新密市趙溝耐火粘土礦床地質特征研究[J].遼寧化工，2019（2）：160-162，165.

[3]梁新輝，馮紹平，高曉，等.豫西張窯院耐火粘土礦床地質特征研究[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊，2017（2）：12-15.