湖北老河口水泥配料用頁巖礦地球化學(xué)特征及找礦意義

敖明勇　鄔寶華　張志文　李偉文　蘇明月

［摘要］為滿足葛洲壩老河口水泥有限公司后續(xù)生產(chǎn)需求，水泥廠委托中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊(duì)對(duì)老河口市及周邊地區(qū)開展水泥配料資源地質(zhì)調(diào)查工作。最后選取丹江口市疙瘩灣陡山沱組頁巖礦為目標(biāo)層。在該礦區(qū)布設(shè)勘查線連續(xù)取樣，共選取１８個(gè)樣品，分別對(duì)樣品的ＳiO2、ＡL2O3、Ｆe1O3、Ｋ2Ｏ、Ｎa2Ｏ 進(jìn)行測試，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該地層符合企業(yè)對(duì)高鋁高鐵配料的需求。通過對(duì)化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的分析，ＳiＯ2、Ｎa2Ｏ 相關(guān)性較強(qiáng)，Ａl2Ｏ3、Ｋ2Ｏ 相關(guān)性較強(qiáng)，ＳiＯ2與Ａl2Ｏ3、Ｋ2Ｏ、Ｆe2Ｏ3負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)，Ｎa2O和Ｋ2O負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)。鉀長石的野外辨識(shí)度較高，多呈肉紅色，對(duì)鉀長石含量的判定，對(duì)找礦意義較大。

［關(guān)鍵詞］老河口；頁巖；地球化學(xué)特征；找礦意義

葛洲壩老河口水泥有限公司的礦山是早奧陶世海相沉積型礦床，礦體賦存在奧陶系下統(tǒng)水田河組地層中。礦石類型是泥晶灰?guī)r和亮晶砂屑灰?guī)r、花斑狀泥晶灰?guī)r夾亮晶砂屑灰?guī)r、硅化晶?；?guī)r、硅化花斑狀晶粒灰?guī)r。該礦體擁有10個(gè)高硅礦體（fＳiＯ2＞４％），在使用時(shí)，需搭配高鋁高鐵低硅的水泥配料。通過勘查線連續(xù)取樣的結(jié)果，探索其地球化學(xué)特征，以期指導(dǎo)本區(qū)同類礦床找礦。

１ 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1?區(qū)域地質(zhì)

在構(gòu)造區(qū)劃上，本礦區(qū)位于昆侖—秦嶺緯向大構(gòu)造體系東秦嶺南亞帶，十堰—朱連山褶皺帶，漢江斷裂以北的朱連山一帶。區(qū)域構(gòu)造以褶皺構(gòu)造占主導(dǎo)，斷裂構(gòu)造居其次，區(qū)域褶皺主要為一組由震旦系陡山沱組至奧陶系水田河組組成的一系列北西西—南東東向緊密褶皺—向西翹起、向東傾伏的背斜、向斜構(gòu)造組成。

1.２ 區(qū)域地層

區(qū)域出露地層從老到新為：元古界下武當(dāng)群組楊坪組（Ｎh1y）、雙臺(tái)組（Ｎh1s）。上元古界青白口系耀嶺河群（Ｎh2-3y）及震旦系上統(tǒng)陡山沱組（Ｚ1d）和燈影組（Ｚ2∈１d），古生界寒武系下統(tǒng)水口溝組（∈１sg）、中統(tǒng)岳家坪組（∈2-3y），晚寒武世一早奧陶世石甕子組（∈3O1s）。白堊系寺溝組（Ｋ2s）。新生界下第三系始新統(tǒng)玉皇頂組（Ｅ1-3y）及第四系（Ｑ）。震旦系上統(tǒng)至奧陶系下統(tǒng)主要是淺海相至濱海相碳酸鹽沉積建造；白堊系和第三系屬于內(nèi)陸河湖相；第四系主要是沖積、洪積及坡積堆積層。其中震旦系下統(tǒng)陡山沱組（Ｚ１d）為含礦層位，在區(qū)域上廣泛分布（圖１）。

２ 礦區(qū)地質(zhì)

2.1?地層

礦區(qū)出露地層主要為震旦系上統(tǒng)燈影組（Ｚ2∈１d），震旦系上統(tǒng)陡山沱組（Ｚ1d）和少量的第四系全新統(tǒng)殘坡積物（Q），如圖２實(shí)測剖面圖。

震旦系上統(tǒng)燈影組（Ｚ2∈１d）：巖性為淺灰色厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖。下部為絹云石英片巖夾大理巖及鈣質(zhì)千枚巖。

震旦系上統(tǒng)陡山沱組（Ｚ1d）：上部為含礦層，巖性為灰黃色絹英頁巖，薄層或中厚層狀，粘土礦物以水云母為主，呈鱗片狀定向排列，屬淺海盆地環(huán)境沉積。礦體賦存最高標(biāo)高約175ｍ，最低標(biāo)高約225ｍ，初步推測厚度500ｍ。

下部由變石英砂巖、鈣質(zhì)砂巖或絹云片巖、絹英片巖、片狀云母石英巖組成，普遍夾藍(lán)閃石片巖。

第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q）：沖積、洪積砂，礫石、砂礫石、砂、亞砂土、亞粘土，與下伏地層角度不整合接觸，工作區(qū)之外的南東側(cè)大面積出露，區(qū)內(nèi)零星分散于溝谷低洼處。層厚小于0.5ｍ。

2.２ 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造比較簡單，主要表現(xiàn)為齊家埡復(fù)式背斜南西翼的單斜構(gòu)造及其次級(jí)小褶皺，其褶皺軸跡展布方向均為北西向，傾向南東，傾角多為23°～35°。地層單斜產(chǎn)出，走向近東西，傾向北北西或南西。傾角較陡，多為70°～75°。

２.３ 礦產(chǎn)

礦區(qū)內(nèi)未見其它類型礦產(chǎn)。

３ 構(gòu)造樣品采集

樣品取自丹江口市疙瘩灣陡山沱組頁巖地層。本次工作選取一條地質(zhì)出露較好線路做剖面，采用地表連續(xù)取樣的方法，約20ｍ 采取一個(gè)樣，共采樣18件。

以常規(guī)巖石宏觀描述、薄片鑒定、常規(guī)元素分析為基礎(chǔ)，從而鑒定礦物，判斷其是否為企業(yè)需要的目標(biāo)層。

４ 巖石化學(xué)元素結(jié)果通過化學(xué)分析可知（表１）：SiO2 51.１4％ ～64.45％，平均57.53％；Ａl2Ｏ3? 11.93％ ～16.86％，平均14.36％；Ｆe2Ｏ3 8.89％ ～13.24％，平均11.75％；Ｋ2Ｏ 0.69％ ～44.42％，平均2.49％；Ｎa2Ｏ 0.073％～3.34％，平均1.25％；硅酸率（SM）1.75％～2.91％，平均2.22％；鋁氧率（ＡＭ）0.090％～1.48％，平均1.23％；（Ｋ2Ｏ＋Na2O）2.40％ ～4.49％，平均3.74％。

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，石灰?guī)r、水泥用粘土質(zhì)和硅質(zhì)原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范（DZ／Ｔ 0213—2020），水泥用粘土質(zhì)原料礦石化學(xué)成分一般要求：硅酸率（SM）：２～３，（Ｋ2Ｏ＋Ｎa2Ｏ）≤４。

分析結(jié)果表明，除了Ｈ16硅酸率（SM）值略低一些，但不影響整體質(zhì)量，平均為2.22（2～3）且較穩(wěn)定；（K2O＋Ｎa2Ｏ）值有8個(gè)超過指標(biāo)，但平均3.74（＜４％）且穩(wěn)定?？傮w上礦石品質(zhì)屬于Ⅱ 類，礦石質(zhì)量較好。

５ 礦區(qū)巖石地球化學(xué)特征

對(duì)表１氧化物進(jìn)行Ｒ 型聚類分析見圖３。

從圖中可以看出，礦區(qū)內(nèi)５ 種氧化物，除了Ｆe2Ｏ3以外，主要分為SiO2—Ｎa2Ｏ、Ｋ2Ｏ—Ａl2O3兩個(gè)組合相關(guān)性較強(qiáng)。根據(jù)氧化物特征判別礦區(qū)化合物演化特征明顯。

巖石樣品地球化學(xué)數(shù)據(jù)相關(guān)系列矩陣（表2），從表中可以看出ＳiO2與Ｎa2O、Al2O3與K2O正相關(guān)性較強(qiáng)。SiＯ2跟Al2O3、Fe2Ｏ3、K2Ｏ 負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)。Ｋ2Ｏ 跟Ｎa2O負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)。

據(jù)此推測陡山沱組（Ｚ1d）頁巖的物質(zhì)基礎(chǔ)可能來自不同的源巖。ＳiO2與Ｎa2Ｏ、Ａl2Ｏ3與Ｋ2Ｏ分別來自不同的陸源因子，Ｆe2O來自熱源因子。

６ 頁巖礦物的成因類型與主要組成礦物

進(jìn)入震旦紀(jì)，鄂北（南華紀(jì)）裂谷活動(dòng)停止，轉(zhuǎn)入揚(yáng)子陸塊北緣蓋層穩(wěn)定碳酸鹽巖臺(tái)地沉積，形成一套臺(tái)地陸棚相碳酸鹽巖與陸源碎屑巖沉積建造。

作為細(xì)粒碎屑巖，從成因上來講，頁巖組成礦物的成因類型可分為５類，各成因類型的主要礦物名稱、形成階段與賦存狀態(tài)如表３所示。

同一頁巖樣品中，一種礦物可以有兩種或三種成因。同一礦物的多種成因是頁巖組成礦物的共同特點(diǎn)。從礦物晶體化學(xué)種類上來看，頁巖中有氧化物，硫化物，硅酸鹽礦物、碳酸鹽礦物、磷酸鹽礦物、黏土礦物、非晶質(zhì)礦物，礦物成分比較復(fù)雜。

疙瘩灣陡山沱組頁巖，源巖物質(zhì)初步推測，ＳiO2跟Ｎa2Ｏ，Ａl2Ｏ3跟Ｋ2O分別來自不同的陸源，Ｆe2O3來自后期淺埋環(huán)境熱源物質(zhì)。

７ 討論

黏土質(zhì)輔料包括：黏土、黃土、紅土、泥巖、頁巖、炭質(zhì)頁巖（煤矸石）、粉砂巖、板巖、千枚巖和片巖。目前已限制使用黏土，要求盡可能使用黏土巖類。

老河口地區(qū)合適的目標(biāo)層位較少，只有隔壁城市丹江口市的陡山沱組（Ｚ1d）頁巖滿足企業(yè)生產(chǎn)的需要。

對(duì)于陡山沱組（Ｚ1d）頁巖文獻(xiàn)較少，收集的資料有限。對(duì)于頁巖也多傾向于油氣相關(guān)的討論。且對(duì)于頁巖成分的認(rèn)識(shí)，多傾向于室內(nèi)化驗(yàn)。對(duì)于地質(zhì)工作者的野外找礦，特別是對(duì)于高鋁的特殊高品位需求，需要盡可能地在野外進(jìn)行初步判定。通過此次采取的樣品化驗(yàn)后，分析其相關(guān)性，總結(jié)一定的規(guī)律。

ＳiＯ2、Ｎa2Ｏ相關(guān)性較強(qiáng)，Ａl２O3、Ｋ2Ｏ相關(guān)性較強(qiáng)，ＳiO2與Ａl2O3、Ｋ2Ｏ、Ｆe2Ｏ3負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)，Ｎa2Ｏ 和Ｋ2Ｏ 負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)。在野外對(duì)于Ｋ2Ｏ 以經(jīng)過肉眼初步判定其含量的多少（鉀長石多呈淺肉紅色）。如果在野外陡山沱組（Ｚ1d）頁巖鉀長石偏高則初步認(rèn)為鋁含量較高，相對(duì)應(yīng)Ｎa2Ｏ含量較低則ＳiＯ2含量隨之較低，反之鉀長石偏低則初步認(rèn)為鋁含量較低，相對(duì)應(yīng)Ｎa2Ｏ含量較高則ＳiＯ2含量隨之較高。

８ 結(jié)論

通過對(duì)丹江口市疙瘩灣陡山沱組頁巖礦的巖石學(xué)特征與地球化學(xué)特征研究表明：

（１）老江口周邊的陡山沱組頁巖可作為水泥配料用黏土巖，且礦層較厚，品質(zhì)較好。

（２）陡山沱組（Z1d）頁巖的物質(zhì)基礎(chǔ)可能來自不同的源巖。SiO2跟Ｎa2Ｏ，Ａl2Ｏ3跟Ｋ2O分別來自不同的陸源因子，Ｆe2Ｏ3來自熱源因子。

（３）陡山沱組（Z1d）頁巖SiＯ2、Ｎa2Ｏ 相關(guān)性較強(qiáng)，Ａl2Ｏ3、Ｋ2Ｏ 相關(guān)性較強(qiáng)，ＳiＯ2與Ａl2Ｏ3、K2Ｏ、Fe2Ｏ3負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)，Ｎa2Ｏ 和Ｋ2Ｏ 負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)。

（４）通過初步判定陡山沱組（Z1d）頁巖中K2O含量的多少，可初步推測Al2O3、ＳiO2等含量的多少。當(dāng)Ｋ2Ｏ 含量的多時(shí)，可初步認(rèn)為頁巖中鋁含量較高，相對(duì)應(yīng)Na2O含量較低則SiO2含量隨之較低，反之鉀長石偏低則初步認(rèn)為鋁含量較低，相對(duì)應(yīng)Na2O含量較高則SiO2含量隨之較高。