段世輕，魏 磊

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南鄭州450001）

耐火粘土是我國的優(yōu)勢資源，是多種礦物的混合物，具有較高的耐火度，在高溫條件下能保持體積的穩(wěn)定性，并具有抗渣性、對急冷急熱的抵抗性，以及一定的機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)煅燒后異常堅(jiān)硬。耐火粘土依其理化性質(zhì)和礦石特征，廣泛應(yīng)用于冶金、建材、研磨、化工和陶瓷等行業(yè)。我單位在焦作地區(qū)為企業(yè)找尋了大量耐火粘土，保障了當(dāng)?shù)啬突鹫惩疗髽I(yè)的生產(chǎn)，為國家建設(shè)做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。借鑒前人工作成果對這一帶粘土礦成礦地質(zhì)特征進(jìn)行歸納研究、探討，為該地區(qū)粘土礦找礦提供指導(dǎo)意義。

焦作地區(qū)位于華北地臺(tái)區(qū)，太行山臺(tái)拱與華北坳陷的接壤地帶，地層沉積具“華北型”地質(zhì)特征[1]，區(qū)域構(gòu)造屬新華夏系華北坳陷之太行山隆起，區(qū)域沉積礦產(chǎn)較為豐富，主要礦種有煤礦、耐火粘土礦、鋁土礦、硫鐵礦、“山西式”鐵礦、石灰?guī)r及白云巖等礦產(chǎn)，其中耐火粘土礦和煤礦為區(qū)域內(nèi)的主要優(yōu)勢礦產(chǎn)，全國聞名。

1 含礦巖系及成礦性

1.1 含礦巖系

石炭系本溪組為區(qū)內(nèi)耐火粘土礦含礦巖系，下伏于區(qū)內(nèi)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。本溪組巖層呈單斜形態(tài)，總體傾向南東，傾角一般0°～15°，產(chǎn)狀較平緩，層厚6.24～21.81m，平均厚度14.59m。沁陽常平粘土礦層厚大約20m，到焦作西江嶺一帶層厚約14m，至焦作東寺嶺層厚變薄，大約11m左右；含礦巖系由西向東，厚度由厚變?。ㄒ妶D1）。

1.2 含礦性

圖1 含礦巖系厚度變化示意圖

本溪組為粘土礦的含礦巖系，分為三個(gè)巖性層。

下部粘土巖：底部粘土質(zhì)頁巖、中部綠泥石巖、上部粘土質(zhì)綠泥石巖。下礦層位于粘土質(zhì)頁巖中，單孔見礦，不具工業(yè)價(jià)值；

中部鋁土質(zhì)粘土巖：粘土巖或鋁質(zhì)粘土礦、鐵礬土，中礦層位于粘土巖中，具工業(yè)價(jià)值；

上部粘土質(zhì)砂質(zhì)頁巖：底部為粘土質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖，中部粘土質(zhì)綠泥石巖，上部粘土質(zhì)頁巖或雜色粘土巖上。上礦層位于粘土質(zhì)頁巖中，局部具工業(yè)價(jià)值。

根據(jù)鉆孔揭露，含礦巖系的完整度影響到三個(gè)礦層發(fā)育齊全的程度；同時(shí)，含礦巖系的厚度決定著礦層的總厚度，兩者呈明顯的正比關(guān)系[1]（見圖2）。

該含礦巖系厚度與下伏奧陶系古地形關(guān)系密切，厚度變化大，一般在古風(fēng)化面低凹處沉積厚度大，隆起處厚度薄，一般厚15～20m。總的趨勢是沿走向西薄東厚，其間有兩個(gè)厚度較大的地段，焦作市及以東的上劉莊一帶，含礦巖系厚22～30m。在傾向上、北薄南厚。一般含礦巖系厚度增大，礦層亦變厚，但含礦巖系厚度太大對成礦亦不利，當(dāng)含礦巖系的巖性以粘土巖—鐵質(zhì)粘土巖為主時(shí)，礦層較厚，而當(dāng)鐵礦、黃鐵礦、砂巖、炭質(zhì)頁巖，煤層發(fā)育時(shí)，粘土礦薄或尖滅。

圖2 含礦巖系厚度與礦層總厚度曲線圖

2 礦體地質(zhì)特征

本區(qū)粘土礦上、下礦層呈透鏡狀，小而分散，以軟質(zhì)粘土礦Ⅱ級為主；中層礦沿走向、傾向延伸分布穩(wěn)定，以高鋁、硬質(zhì)粘土礦為主，礦體規(guī)模簡單，呈層狀分布。

2.1 礦石質(zhì)量特征

2.1.1 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，次為鮞狀結(jié)構(gòu)、豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)、顯微鱗片結(jié)構(gòu)和粒狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造以塊狀構(gòu)造為主，部分為層狀構(gòu)造、土狀構(gòu)造，少量微層狀構(gòu)造。

2.1.2 礦石類型

按結(jié)構(gòu)、構(gòu)造可分為五種礦石自然類型：

致密塊狀礦石：為區(qū)內(nèi)主要礦石類型，質(zhì)量最佳，硬質(zhì)粘土礦中最為常見，高鋁粘土礦中亦可見到。

豆鮞狀礦石：僅零星分布，為高鋁粘土礦的主要礦石類型，硬質(zhì)、軟質(zhì)粘土礦中少見。

松軟土狀礦石：軟質(zhì)粘土礦的主要類型之一。

碎屑狀礦石：僅在區(qū)內(nèi)零星分布，多見于高鋁粘土礦中。

頁片狀或薄層狀礦石：軟質(zhì)粘土礦中較為常見。礦石工業(yè)類型按耐火材料工業(yè)部門對礦石的利用程度可劃分為：

高鋁粘土礦：Al2O3＞50%，其余指標(biāo)符合工業(yè)要求。

硬質(zhì)粘土礦：Al2O3在30%～50%之間，其余指標(biāo)符合工業(yè)要求者。

軟質(zhì)粘土礦：Al2O3在22%～30%之間，其余指標(biāo)符合工業(yè)要求者。

2.2 礦石礦物成分

高鋁粘土礦石:深灰色、灰色，參差狀斷口，堅(jiān)硬，泥質(zhì)—顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，豆—鮞狀構(gòu)造。礦物成分主要由一水硬鋁石、葉臘石組成，雜質(zhì)礦物為褐鐵礦、黃鐵礦、電氣石、金紅石、鋯英石、高嶺石、石英和方解石等。

硬質(zhì)粘土礦石：深灰—淺灰色，質(zhì)硬稍具滑感，部分具貝殼狀斷口，少部分含植物化石，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分以葉臘石、一水硬鋁石為主，其次為水白云母、方解石、褐鐵礦、石英、金紅石等。

軟質(zhì)粘土礦石：白色、灰白色，質(zhì)軟染指具滑感，遇水可呈膠泥狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為高嶺石、白云母，其次為電氣石、金紅石、赤鐵礦、褐鐵礦等[2]。

2.3 礦石化學(xué)成份

礦石化學(xué)成份主要由Al2O3、TiO2、Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O等組成。其中，Al2O3、TiO2為礦石有益組分,Al2O3含量在24%～60%，TiO2含量在1.46%～2.26%之間。Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O等為有害組分。礦石主要組分變化情況如圖3所示。

Al2O3：為礦石最重要的有益組分，其含量高低是劃分礦石類型和品級的主要依據(jù)，同時(shí)也決定著礦石的物理性能。在空間上，上層礦Al2O3含量一般在23.91%～30.05%之間，故上層礦為軟質(zhì)粘土礦。下層礦含量在36.03%～60.14%之間，故以硬質(zhì)粘土礦為主，次為高鋁粘土礦石。在下層礦中部，Al2O3含量高于礦層的頂部和底部，所以中間常夾高鋁粘土礦石，底部和頂部為硬質(zhì)粘土礦。從整個(gè)含礦巖系來看，由下而上Al2O3含量由高變低，其主要賦存于水鋁石、高嶺石、葉臘石、水云母等礦物中。Al2O3與Fe2O3、SiO2、CaO、TiO2、R2O（K2O、Na2O）變化關(guān)系見圖4。

TiO2：含量一般在1.46%～2.26%之間，主要賦存于金紅石等礦物中，含量不高，為礦石有益組分。

Fe2O3：含量一般在0.80%～3.38%之間，主要賦存于褐鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦等礦物中。褐鐵礦主要呈薄膜狀集中分布于礦石節(jié)理裂隙中，亦有少量呈似鮞粒狀散布于礦石中，為礦石主要有害組分。部分粘土礦石僅因其含量高而被列入鐵礬土。從圖5中可以看出，在Al2O3+TiO2含量基本接近的情況下，F(xiàn)e2O3含量低者，礦石耐火度高；Fe2O3含量高者，礦石耐火度低。

CaO：含量一般在0.80%～3.38%之間，主要賦存于微粒狀方解石和淋濾在礦石節(jié)理裂隙面上的碳酸鹽類礦物中，為高鋁粘土礦石的有害組分之一。在礦區(qū)由于其含量低，對礦石的影響不大，僅有極個(gè)別樣品因其含量稍高而被劃入鐵礬土中。

K2O:含量在0.26%～2.17%之間，主要賦存于云母類礦物中，其含量會(huì)降低礦石耐火度，為礦石的有害雜質(zhì)。其含量與Al2O3含量成反比關(guān)系。故軟質(zhì)粘土礦中K2O含量高于高鋁粘土礦石中的含量。

Na2O:含量一般在0.06%～0.18%之間。為礦石有害組分，由于含量低，對礦石影響不大。

SiO2：含量一般在24.95%～56.04%之間。賦存于石英和硅酸鹽礦物中。礦石中SiO2與Al2O3在含量上成高低相對負(fù)相關(guān)關(guān)系。SiO2含量高時(shí)則Al2O3含量低，反之亦然。

燒失量（L0SS）：軟質(zhì)粘土礦石含量在8.29%～12.41%之間；硬質(zhì)粘土礦石含量在10.91%～13.91%之間；高鋁粘土礦石在13.54%～14.43%之間。其與Al2O3含量成同升同降的正相關(guān)關(guān)系。

Li2O:是粘土礦石中伴生的主要稀有金屬，含量一般在0.1%以上，最高達(dá)1.068%。其賦存狀態(tài)尚未清楚。在粘土礦層中鋰極為富集。粘土礦有上下兩層含礦層位，以下層礦為主。鋰也分上下兩個(gè)含礦層位，亦以下層礦中含鋰最為豐富[2]。

2.4 礦石品級

本區(qū)粘土礦石按礦石理化性能可劃分為四類十三級[2]，詳述如下：

（1）高鋁粘土礦石，分三級：高鋁Ⅱ甲級品（GⅡ甲）、高鋁高鋁Ⅱ乙級品（GⅡ乙）、高鋁Ⅲ級品（GⅢ）。

（2）硬質(zhì)粘土礦石，分四級：硬質(zhì)特級品（YO）、硬質(zhì)Ⅰ級品（YⅠ）、硬質(zhì)Ⅱ級品(YⅡ)、硬質(zhì)Ⅲ級品（YⅢ）。

（3）軟質(zhì)粘土礦石，分三級：軟質(zhì)Ⅰ級品（RⅠ）、軟質(zhì)Ⅱ級品(RⅡ)、軟質(zhì)Ⅲ級品(RⅢ)。

（4）鐵礬土礦石，分三級：鐵礬土Ⅰ級品（TⅠ）、鐵礬土Ⅱ級品(TⅡ)、鐵礬土Ⅲ級品(TⅢ)。

3 礦床成因

本區(qū)粘土礦位于華北地臺(tái)，為古陸邊緣地帶，奧陶系經(jīng)受漫長的歷史時(shí)期的風(fēng)化剝蝕作用，形成準(zhǔn)平原巖溶地形，為沉積粘土礦提供了沉淀場所；礦體賦存層位位于中石炭系地層中下部，由下往上沉積層序：中奧陶系灰?guī)r（侵蝕面）→鐵鋁硅酸鹽→高鋁粘土礦→粘土質(zhì)巖石→上石炭系石英砂巖或燧石灰?guī)r，為海進(jìn)沉積層序。礦石為致密塊狀、豆、鮞狀礦石主要為葉蠟石及一水硬鋁石。綜上所述，本區(qū)高鋁粘土礦、硬質(zhì)粘土礦的形成過程為：在中奧陶系以后，由于地殼上升，海水退出地面形成陸地，奧陶系灰?guī)r經(jīng)受長時(shí)期的風(fēng)化剝蝕作用，是奧陶系石灰?guī)r形成準(zhǔn)平原巖溶地形。到中石炭系時(shí)期，地殼下降，海水慢慢浸入準(zhǔn)平原內(nèi)，由于海水的浸入，鐵、鋁物質(zhì)成為膠體進(jìn)入海水中，經(jīng)較短距離搬運(yùn)，在奧陶系侵蝕面上，各種元素按著化學(xué)特征先后沉積，其中鐵在氧化電位高，pH值＜2.3時(shí)沉淀，鋁在氧化電位較低，pH值=4.1時(shí)，使鋁膠體凝結(jié)成膠狀水化物（水鋁石）在近海岸線沉淀下來，形成粘土礦層[3]。

4 找礦標(biāo)志

（1）地層標(biāo)志：耐火粘土礦賦存在石炭系本溪組地層中，層控明顯，地層是最為明顯的標(biāo)志。

（2）巖性標(biāo)志：礦體產(chǎn)出受鐵質(zhì)粘土巖、粘土巖控制。鐵質(zhì)粘土巖、粘土巖厚度于粘土礦厚度呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)含碎屑物質(zhì)多時(shí)，則形不成粘土礦；當(dāng)炭質(zhì)增加時(shí)，粘土礦變薄或無礦，說明沼澤相的沉積環(huán)境對粘土礦形成是不利的。

（3）地貌特征：含礦巖系地層主要分布在低山丘陵區(qū)，中高山區(qū)含礦巖系遭受強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕保留不住，而在低山丘陵區(qū)風(fēng)化剝蝕作用相對減弱，加之上石炭統(tǒng)石灰?guī)r的保護(hù)，含礦巖系多殘留在平緩的山頂至山底的坡上。山前平原則屬下降沉積區(qū)，含礦巖系深埋地下，必須借助其他找礦手段才能找到。

5 結(jié)論

本溪組粘土礦、鋁土礦都屬風(fēng)化殼性沉積礦床，受古風(fēng)化殼沉積古地理環(huán)境影響較大，礦石厚度、品位等質(zhì)量特征變化較大，硬質(zhì)粘土礦、軟質(zhì)粘土礦的界定在地質(zhì)勘查中一定要嚴(yán)格采樣要求、仔細(xì)劃分，鋁土礦在本溪組中分布為中下層。總體來說，沉積層控特征明顯，便于開展地質(zhì)勘查找礦工作。