江西寧都官齊坑地區(qū)瓷土、瓷石礦地質(zhì)特征與礦床成因

王洪榮，王 凱

(江西省地質(zhì)調(diào)查勘查院礦產(chǎn)勘查所，江西 南昌 430038)

瓷土和瓷石礦可作日用、衛(wèi)生、電瓷、建筑陶瓷等[1]，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的礦產(chǎn)資源。因工業(yè)需要，瓷土和瓷石礦的消耗逐年增加，具有較好的開(kāi)發(fā)利用前景[2]。瓷土、瓷石礦多由酸性火成巖經(jīng)熱液蝕變和風(fēng)化作用形成，主要類(lèi)型包括石英斑巖型瓷土、瓷石礦，花崗斑巖型瓷土、瓷石礦，霏細(xì)巖型瓷土、瓷石礦，次生石英巖型瓷石礦等[3]。隨著現(xiàn)代選礦工藝和陶瓷工藝水平的提高，出現(xiàn)了新的瓷土瓷石礦類(lèi)型，如江西寧都官齊坑礦區(qū)，為花崗巖脈型瓷土瓷石礦。本文以該礦區(qū)為例，探討瓷土瓷石礦的礦產(chǎn)地質(zhì)特征及礦產(chǎn)成因，旨在為今后該區(qū)域瓷土、瓷石礦勘查開(kāi)發(fā)提供參考。

1 成礦地質(zhì)背景

官齊坑礦區(qū)位于江西省寧都縣田埠鄉(xiāng)官齊坑—新屋一帶，從瓷土瓷石礦成礦區(qū)帶看，位于華夏板塊武夷隆起帶內(nèi)，成礦區(qū)帶上位于雩山—九連山(隆褶帶)成礦亞帶以東的其他成礦亞帶中[4]。

區(qū)域地層主要有新元古界青白口系潭頭群庫(kù)里組地層和第四系亞粘土層。庫(kù)里組分布在礦區(qū)內(nèi)和礦區(qū)東部外圍，為大小不一的橢圓狀變質(zhì)巖殘留體(圖1)，以灰綠、灰黃厚層狀變質(zhì)中—細(xì)屑沉凝灰?guī)r與薄層狀粉屑沉凝灰?guī)r互層為主，局部夾變質(zhì)粉砂巖。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖

區(qū)域內(nèi)斷裂發(fā)育，主要為北東向斷裂，集中分布于礦區(qū)北部外圍，呈帶狀展布，帶內(nèi)長(zhǎng)石多擠壓成透鏡狀定向排列。

區(qū)域巖漿巖十分發(fā)育，主要為加里東期中酸性巖漿巖，巖性為斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖，其次還有少量燕山期脈巖。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)出露地層為新元古界青白口系潭頭群庫(kù)里組(Pt31bk)，巖性為灰綠、灰黃、棕紅色厚層狀變質(zhì)沉凝灰?guī)r和變質(zhì)砂巖，是礦區(qū)主要的成礦圍巖(圖2)。礦區(qū)構(gòu)造不發(fā)育，僅見(jiàn)少量裂隙。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)圖

礦區(qū)巖漿巖十分發(fā)育，主體巖性為加里東期斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖，該巖體內(nèi)見(jiàn)庫(kù)里組變質(zhì)巖殘留體。近東西向的正長(zhǎng)花崗巖脈侵入于變質(zhì)巖殘留體和加里東期花崗巖體中。正長(zhǎng)花崗巖由堿性長(zhǎng)石、石英、斜長(zhǎng)石、白云母和極少量黑云母組成。礦區(qū)蝕變類(lèi)型主要有：白云母化、黏土礦化、局部硅化。白云母化和黏土礦化均有利于形成瓷土和瓷石礦，白云母化可有效降低巖石中鐵質(zhì)含量，黏土礦化有助于形成瓷土礦。

正長(zhǎng)花崗巖脈總體走向?yàn)榻鼥|西向，總體傾向南，傾角約20°～50°，局部地段傾向北。東西長(zhǎng)超過(guò)1000m；南北最寬約150m。地表巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化殘積物為砂質(zhì)黏土，淺肉紅色—白色，主要由石英顆粒和黏土類(lèi)礦物組成，具滑膩感，呈土狀；靠近基巖部分的風(fēng)化作用較弱，斜長(zhǎng)石風(fēng)化為黏土礦物，鉀長(zhǎng)石相對(duì)完整，呈松散狀；未風(fēng)化的基巖為肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。風(fēng)化殼厚0～41.6m。該巖脈為礦區(qū)瓷土、瓷石礦體的成礦原巖。

3 礦體地質(zhì)特征

瓷土礦和瓷石礦為共生關(guān)系，其原巖均為正長(zhǎng)花崗巖，圍巖為變質(zhì)巖和黑云母花崗巖。礦體與圍巖的界線除了按巖性確定外，還依據(jù)江西省地方標(biāo)準(zhǔn)DB36/T 1157-2019《瓷土、瓷石礦地質(zhì)勘查規(guī)范》。圈定瓷土礦的指標(biāo)為：Al2O3≥13%，F(xiàn)e2O3+TiO2≤3.0%，其中TiO2≤1.3%，最低可采厚度2m，夾石剔除厚度2m。圈定瓷石礦的指標(biāo)為：Al2O3≥12%，F(xiàn)e2O3+TiO2≤2.5%，其中TiO2≤0.8%，最低可采厚度2m，夾石剔除厚度1m，剝采比＜4。

瓷土礦賦存于正長(zhǎng)花崗巖風(fēng)化殘積物中，呈似層狀覆蓋于正長(zhǎng)花崗巖基巖之上，局部見(jiàn)變質(zhì)巖殘留體(圖3)。瓷土礦體總體呈東西走向，可分為東西兩段。東段礦體總體傾向北，傾角約10°～30°，地表被第四系分開(kāi)；西段礦體傾向南，傾角約5°～20°，礦體相對(duì)完整。受地形地貌影響，礦體厚度變化較大，最大厚度34.3m。在地形起伏較小的山脊上，礦體發(fā)育和保存較好，如礦區(qū)中部和西部(圖4)；而在沖溝、陡坡等處，礦體發(fā)育和保存均較差。

圖3 礦區(qū)08線勘探線剖面圖

圖4 瓷土礦厚度等值線圖

瓷石礦體賦存于正長(zhǎng)花崗巖基巖中，呈脈狀產(chǎn)出，東西走向，傾向南。瓷石礦埋深相對(duì)瓷土礦更深，厚度更大，礦體較完整。瓷石礦連續(xù)分布于礦區(qū)內(nèi)，東西長(zhǎng)約1000m，南北寬50～150m。瓷石礦體最大厚度為66.5m，東西兩端礦體較薄，中部礦體較厚；北部較薄，南部較厚(圖5)。

圖5 瓷石礦厚度等值線圖

4 礦石特征

4.1 礦物成分特征

瓷土礦石顏色為淺肉紅色—白色。在礦體頂部，由于風(fēng)化作用形成的次生鐵質(zhì)淋濾污染，常形成淺黃白色鐵染砂質(zhì)瓷土礦，局部地段夾砂土(圖6a)。礦石礦物成分主要為黏土礦物、石英、白云母、少量黑云母及其他次生礦物。礦石多為松散結(jié)構(gòu)，局部可見(jiàn)殘留花崗結(jié)構(gòu)(圖6b)。

圖6 瓷土礦野外照片

瓷石礦石為肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由堿性長(zhǎng)石、石英和少量白云母組成(圖7)。堿性長(zhǎng)石呈板柱狀和粒狀，半自形至他形，粒徑0.5～30mm，主要是正長(zhǎng)石、條紋長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石，有卡氏雙晶、條紋雙晶和格子狀雙晶；含量約占35%。斜長(zhǎng)石呈板柱狀和粒狀，半自形至他形，粒徑0.8～20mm，斜長(zhǎng)石具模糊的聚片雙晶，有泥化和絹云母化，斜長(zhǎng)石被條紋長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石交代；含量約占20%。石英呈白色，油脂光澤，粒徑在3mm以下；含量約占30%。白云母呈片狀，較自形，粒徑0.3～2mm，解理極完全；含量約占10%。黑云母呈片狀，較自形，粒徑0.3～2mm，多色性明顯，淺黃色至黃褐色，常被白云母交代；黑云母含量約占5%。

圖7 瓷石礦巖心及鏡下照片

4.2 礦石化學(xué)成分特征

瓷土礦原礦Al2O3含量12.94%～17.55%，平均15.35%；Fe2O3含量0.28%～1.96%，平均0.63%；TiO2含量0.03%～0.16%，平均0.08%；Fe2O3+TiO2含量0.34%～2.12%，平均0.71%。Al2O3變化范圍較大，而Fe2O3+TiO2變化范圍相對(duì)較小，集中分布于0.5%～1%(圖8a)。

圖8 瓷土瓷石礦主量元素地球化學(xué)圖解

瓷石礦Al2O3含量12.11%～19.38%，平均14%；Fe2O3含量0.15%～2.02%，平均0.59%；TiO2含量0.01%～0.22%，平均0.05%；Fe2O3+TiO2含量0.15%～2.02%，平均0.64%，F(xiàn)e2O3+ TiO2集中分布于0.2%～1%(圖8c)。

瓷土礦的Na2O含量較低，一般低于2%，K2O/Na2O比值較高，最高43.36，在Na2O-K2O/Na2O圖解中，Na2O與K2O/Na2O呈指數(shù)相關(guān)性(圖8b)。瓷石礦Na2O含量較高，一般高于2%， K2O/Na2O比值最高5.42，Na2O與K2O/Na2O相關(guān)性較差(圖8d)。

4.3 稀土元素特征

測(cè)試結(jié)果顯示所有樣品的稀土元素含量均低于稀土礦邊界品位要求。瓷土礦的稀土配分型式為平直型，輕重稀土分異不明顯，呈輕微富集輕稀土和重稀土的特點(diǎn)，Eu呈明顯的正異常(表1、圖9)。

表1 稀土元素測(cè)試結(jié)果表 (單位：×10-6)

圖9 瓷土礦稀土配分曲線圖

4.4 礦石物理性能特征

物理技術(shù)性能測(cè)試結(jié)果顯示，地表瓷土礦受淺層鐵質(zhì)污染，白度較低，但淺層瓷土礦厚度較薄，僅0.5m左右；經(jīng)淘洗，自然白度和燒成白度均有所提高，變化最大的是下部靠近基巖的瓷土礦。從可塑性看，塑性指數(shù)最高的為下部瓷土礦，其次為上部瓷土礦，塑性指數(shù)最低的為中部瓷土礦(表2、表3)。

表2 瓷土礦白度測(cè)試結(jié)果表

表3 瓷土礦可塑性測(cè)試結(jié)果表

本研究對(duì)2個(gè)瓷土礦和1個(gè)瓷石礦樣品進(jìn)行了燒制試驗(yàn)，結(jié)果表明：①本礦區(qū)瓷土和瓷石礦是瘠性礦物原料，加入適量高嶺土、鉀長(zhǎng)石及石英可成功制得坯體樣品；②試驗(yàn)獲得最佳成瓷配方：本礦區(qū)瓷土礦(30%)+龍巖高嶺土(50%)+鉀長(zhǎng)石(10%)+石英(10%)；本礦區(qū)瓷石礦(15%)+龍巖高嶺土(75%)+鉀長(zhǎng)石(5%)+石英(5%)；③樣品的干燥收縮為4.07，燒成收縮為6.19，成瓷樣品的吸水率為0.5%，樣品的干燥收縮適中，燒成收縮較大，這是由于高嶺土中含有較多的水及有機(jī)物，吸水率達(dá)到了建筑陶瓷和日用陶瓷的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；④成瓷樣品變形較小，表面較光滑，白度較高，無(wú)明顯氣孔缺陷(圖10)。

圖10 成瓷樣品

綜上所述，礦區(qū)瓷土和瓷石礦可以作為制作日用陶瓷的配料和建筑陶瓷原料。

5 礦床成因

瓷土、瓷石礦床的成礦條件包括有用元素的形成與富集過(guò)程以及礦體保存條件等，控礦因素主要包括巖漿作用、表生作用和地貌作用等。

5.1 巖漿作用

與江西省內(nèi)絕大部分瓷土、瓷石礦一樣，本礦區(qū)成礦物質(zhì)來(lái)源為巖漿巖[4]。燕山期正長(zhǎng)花崗巖脈是本礦區(qū)成礦原巖。巖石在成巖后經(jīng)歷了熱液蝕變和風(fēng)化作用，白云母化明顯，Al2O3含量相對(duì)較高，而Fe2O3和TiO2含量相對(duì)較低，屬酸性侵入巖風(fēng)化疊加熱液蝕變作用而形成的混合型瓷石礦床[5]。瓷土礦體上覆于正長(zhǎng)花崗巖上，礦石局部殘留花崗巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，屬花崗巖風(fēng)化殘積型瓷土礦床。

5.2 表生作用

瓷土礦的形成既與成礦原巖有關(guān)，其物質(zhì)基礎(chǔ)是原巖中的長(zhǎng)石和云母類(lèi)礦物[6]，同時(shí)還與風(fēng)化作用有關(guān)，其成礦經(jīng)歷了巖漿作用和表生風(fēng)化作用兩個(gè)成礦階段[7-9]。

礦區(qū)位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤(rùn)，生物豐富多樣，降水量大且較集中，冬夏溫差大，導(dǎo)致巖石物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化均較強(qiáng)?；◢弾r脈經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化作用，長(zhǎng)石等抗風(fēng)化能力差的礦物在水和二氧化碳的作用下，堿金屬、堿土金屬被帶走[10]，Al2O3和SiO2成為黏土類(lèi)礦物的主要成分，黏土礦物與未分解的石英、長(zhǎng)石殘留原地而形成風(fēng)化殘積型瓷土礦[11]。

在風(fēng)化和水解過(guò)程中，由于離子半徑不同，Na+相對(duì)K+更容易形成水合陽(yáng)離子(形成水合陽(yáng)離子從易到難的順序?yàn)镹a+，K+，Mg2+，Ca2+，H+，F(xiàn)e3+，Al3+)[12]，Na+比K+更容易進(jìn)入水中而遭受淋失[13]，導(dǎo)致風(fēng)化殼中K2O/Na2O明顯增高。Fe3+和Al3+則因較難進(jìn)入水中而被保存下來(lái)，因此風(fēng)化殼中Fe2O3和Al2O3的含量相對(duì)較高。

在瓷土礦稀土配分圖解中，稀土元素呈平直型配分模式，輕重稀土分異不明顯，可能反映風(fēng)化殼繼承母巖的稀土配分特征[14]。Eu呈明顯的正異常，與風(fēng)化殼淋積型稀土礦具有相似特征，具有稀土配分的富銪效應(yīng)[15]，可能與斜長(zhǎng)石殘留風(fēng)化殼有關(guān)。

5.3 地貌作用

瓷土厚度與地形地貌緊密聯(lián)系，在地形起伏較小的山脊上，因雨水沖蝕作用小，瓷土礦易于保存，瓷土礦厚度較大；在地形較陡的山坡和地勢(shì)較低的洼地附近，因相對(duì)高差較大或接近常年地表流水，瓷土礦體受流水沖蝕明顯，難以保存，礦體厚度小甚至沒(méi)有瓷土礦體。

6 結(jié)論

(1)官齊坑地區(qū)的瓷土、瓷石礦的成礦原巖為東西走向的燕山期正長(zhǎng)花崗巖脈，圍巖為庫(kù)里組變質(zhì)巖和加里東期花崗巖。

(2)瓷土礦體為正長(zhǎng)花崗巖脈風(fēng)化殘積物，礦體連續(xù)性較差，礦石質(zhì)量與原巖礦物組成、化學(xué)組成、風(fēng)化程度等有關(guān)，礦體厚度受地形地貌影響明顯。瓷土礦石具較低的Na2O 含量和較高的K2O/Na2O比值；具有平直且明顯富銪的稀土配分型式，這既與原巖的稀土特征有關(guān)，也與成巖后表生作用有關(guān)。

(3)瓷石礦體附存于正長(zhǎng)花崗巖基巖中，礦體連續(xù)性較好，厚度較大。礦石質(zhì)量與正長(zhǎng)花崗巖原巖化學(xué)成分緊密聯(lián)系；具有相對(duì)較高的Na2O含量和較低的K2O/Na2O比值。

(4)本礦區(qū)瓷土、瓷石礦可以作為制作日用陶瓷的配料和建筑陶瓷原料。