淄博市西寶山耐火黏土礦地質特征及找礦方向

孫聰聰

(山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250014)

1—白云湖組;2—大站組;3—淄博群三臺組;4—淄博群坊子組;5—石千峰群劉家溝組;6—石千峰群孫家溝組;7—石盒子群孝婦河組;8—石盒子群奎山組;9—石盒子群萬山組;10—石盒子群黑山組;11—月門溝群山西組;12—月門溝群太原組;13—月門溝群本溪組;14—馬家溝群八陡組;15—馬家溝群閣莊組;16—馬家溝群五羊山組;17—實測及推測地質界線;18—實測及推測斷層;19—實測及推測平行不整合界線;20—地層 產狀;21—隱伏背斜；22—礦區范圍圖1 西寶山地區區域地質簡圖

耐火黏土礦是指耐火度大于1580℃、可做耐火材料的黏土。至今，全球約有50個國家探明富存耐火黏土礦[1]，我國的耐火黏土礦石類型品種齊全，礦床分布廣泛，屬于我國的優勢資源[2-3]。山東查明的耐火黏土礦多分布于魯西隆起區北緣的淄博盆地，主要含礦層位為二疊紀石盒子群萬山組，層控性強[4]。

1 區域地質特征

西寶山耐火黏土礦位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)魯山-鄒平斷隆(Ⅳ)鄒平-周村凹陷區(Ⅴ)，處于嶺子-明水向斜西部的禹王山斷裂和青龍山斷裂所組成的地壘構造中[5]。區域地層主要有古生代奧陶紀馬家溝群，石炭—二疊紀月門溝群，二疊紀石盒子群，三疊紀石千峰群以及侏羅紀淄博群[6]。區域構造主要為單斜構造與斷裂構造。區域巖漿巖主要為中生代燕山晚期蘇長輝長巖，局部發育有煌斑巖脈、安山玢巖脈、輝長玢巖脈、輝石閃長玢巖脈[7]。區域北部巖漿活動強烈，構造復雜，但對中部的黏土礦影響較小，萬山組是耐火黏土礦的賦礦層位(圖1)。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區地表主要為第四系覆蓋區，僅在西南側有小面積基巖出露，由南向北依次為石盒子群黑山組、萬山組和奎山組。據鉆孔揭露，北部隱伏地層為石盒子群孝婦河組，石千峰群孫家溝組、劉家溝組。

2.1.1 石盒子群黑山組

該組地層分布在研究區西南側(圖2)，僅有小面積出露，結合鉆孔資料，該組與上覆地層呈整合接觸，主要巖性以灰綠色、灰色中粗粒長石石英砂巖、細砂巖、粉砂巖和灰—灰黑色、紫色泥巖、泥質粉砂巖為主，下部含有數層煤線，頂部紫色成分增加。該組厚度約96m(圖3)。

1—石千峰群劉家溝組;2—石千峰群孫家溝組;3—石盒子群孝婦河組;4—石盒子群奎山組;5—石盒子群萬山組;6—石盒子群黑山組;7—整合地質界線;8—平行不整合界限;9—斷層位置及編號;10—鉆孔位置及編號;11—勘探線位置及編號;12— 基線剖面位置；13—礦區范圍圖2 礦區基巖地質簡圖

1—大站組;2—石千峰群劉家溝組;3—石千峰群孫家溝組;4—石盒子群孝婦河組;5—石盒子群奎山組;6—石盒子群萬山組;7—石盒子群黑山組;8—地層界線;9—角度不整合界線;10— 平行不整合界線;11—鉆孔位置、編號及標高;12—礦層圖3 礦區基線剖面圖

根據鉆孔揭露情況，該組之上的萬山組底部為以紫色為主夾雜灰綠色的雜色黏土巖、淺灰色黏土質砂巖，是區內對比的良好標志層，該層位較穩定。以該標志層底面為界，下部為黑山組，黑山組頂部為灰—灰白色、淺灰綠色粉細?！写至ｉL石石英砂巖，由上至下顆粒逐漸變大，該層砂巖為該標志面底板，其接觸面通常有一薄層砂質黏土巖或黏土質砂巖，之間為逐漸過渡關系，向上紫色成分逐漸增加，反映了從潮濕氣候條件逐漸向干旱氣候過渡。

2.1.2 石盒子群萬山組

該地層在礦區西南側有小面積出露，該組是該區研究的重點，也是耐火黏土礦的賦礦層位所在。該組是一套湖相沉積地層，與上覆奎山組砂巖及下伏黑山組地層均呈整合接觸。該組巖性主要由灰綠色中薄層中細粒長石石英砂巖、粉細砂巖和灰綠色、紫色砂質泥巖或泥質砂巖、泥巖多沉積旋回組成，并夾有灰—深灰色黏土巖，灰、灰綠、紫等雜色泥巖構成的巖石組合，局部夾有薄層煤線，以雜色泥巖增多區別于上、下以砂巖為特征的奎山組及黑山組，底部以雜色、灰色黏土巖或“B”層黏土巖底面為界，頂部以奎山組灰白色中厚層細—粗粒石英砂巖底面為界[6]。礦區內該組厚度為118.73～155.19m，平均厚度133.63m。

耐火黏土礦賦存于萬山組“B”層黏土巖下部[8-9]，為硬質黏土巖(圖4)?！癇”層黏土巖從上至下巖性分別為灰色含碳質黏土巖，灰—深灰色鮞粒黏土巖或鋁土礦，灰—深灰色、灰綠色、淺灰白色黏土巖，深灰色、灰色、淺灰色硬質黏土礦，以紫色為主的雜色黏土巖或淺灰色黏土質砂巖。礦區內鉆孔均見到“B”層黏土巖，其厚度不穩定，部分層位缺失，厚度3.86～11.20m，平均7.18m。

“B”層黏土巖之上，一般有1層碳質泥巖(局部缺失)，厚度一般0.67～2.27m，是“B”層黏土巖出現的標志層位。

圖4 礦區“B”層黏土巖柱狀示意圖

2.1.3 石盒子群奎山組

該地層出露于礦區南側，區內均被第四紀地層覆蓋。該組地層連續沉積于萬山組地層之上，呈整合接觸。該組地層多由3層砂巖夾2層泥巖、1層粉砂巖組成。砂巖多為淺灰、灰白色石英砂巖或石英砂礫巖，局部為長石石英砂巖，中厚、薄層狀，石英顆粒多為中粗粒，部分為細?；蚍奂毩?，部分地段為石英砂礫，礫石顆粒較均勻，多為2～4mm，為泥質膠結或鈣質膠結，質地堅硬，局部裂隙發育，部分裂隙面見有斑狀黃鐵礦。層間夾有2層以紫色為主的雜色泥巖或粉砂質泥巖及1層灰—深灰色泥質粉砂巖或粉砂質泥巖[6]。該組地層砂巖部分斜層理較發育，為河流相沉積環境，礦區內該組地層厚度為42.71～70.08m，平均厚度61.36m。

根據鉆孔揭露情況，該組地層以奎山組頂部灰白色中厚層中粗粒石英砂巖或石英砂礫巖頂面為界，與上覆地層呈整合接觸，該組地層厚度較穩定，局部變薄。

2.1.4 石盒子群孝婦河組

區內該組地層均被第四紀地層覆蓋。連續沉積于奎山組砂巖之上，其頂部的雜色泥巖或泥質砂巖與石千峰群孫家溝組地層呈平行不整合接觸，該接觸面及其附近多見有灰綠色蝕變輝石閃長玢巖巖脈侵入。該組地層巖性下部以紫色、灰綠色為主的雜色泥巖、泥質粉砂巖夾細砂巖，中部為灰色、深灰色細砂巖、泥巖、砂質泥巖，上部為灰黃色、紫色、灰綠色、深灰色泥巖、泥質粉砂巖夾灰色、黃綠色砂巖，全組組成厚度不等的多個沉積旋回[6]。該組地層顏色整體以暗紫色夾灰綠色、灰—深灰色調為主要特征，而上覆孫家溝組地層以紫紅色調為主，2組地層易于區分，同時也反映了內陸盆地持續干旱的特征。

根據鉆孔揭露情況，該組地層厚度較穩定，鉆孔揭露厚度276.46～312.70m，平均厚度296.56m。

2.1.5 石千峰群孫家溝組

區內該組地層均被第四紀地層覆蓋。與下伏石盒子群孝婦河組地層呈平行不整合接觸、與上覆劉家溝組地層呈整合接觸。其巖性主要由紫紅色泥巖、粉砂質泥巖(或砂質泥巖)夾灰紫色中細粒砂巖組成[6]。該組底部分布有2層砂礫巖—紫紅色和灰白色砂礫巖(部分地段灰白色砂礫巖缺失)，砂礫巖的底部與孝婦河組頂部的雜色泥巖或泥質砂巖呈平行不整合接觸。該組地層中下部至不整合面常見蝕變灰綠色輝石閃長玢巖巖脈侵入。該組上部常見淺灰白色似蛋狀“砂巖球”，頂部常含硅質層，分界處可見燧石結核和條帶，與上覆以淺紫紅色粉細砂巖夾薄層泥巖為特征的劉家溝組地層呈整合接觸。

根據鉆孔揭露情況，該組地層厚度較穩定，局部稍厚，鉆孔揭露該層厚度91.46～129.71m，平均厚度108.15m。

2.1.6 石千峰群劉家溝組

區內該組地層均被第四紀地層覆蓋。與上覆第四紀地層不整合接觸，與下伏孫家溝組地層整合接觸。由層理發育的淺紫紅色細砂巖、粉砂巖、粉細砂巖夾薄層紫紅色泥巖或砂質泥巖，上部含砂礫巖及礫巖組成的巖石地層單位，具有交錯層理。底部與孫家溝組頂部含燧石結核、硅質條帶為界，該組下部多見有淺灰白色“砂巖球”。該組地層厚度約557m，工作區內鉆孔揭露厚度90.30～297.20m。

2.1.7 第四紀大站組

區內均被第四系覆蓋，為大站組地層，主要巖性為沖積、洪積相黃色、黃褐色粉土、砂質黏土、亞黏土，局部含有多層較多礫石和膠結礫巖，礫石成分主要為石灰巖、砂巖及閃長玢巖，膠結礫巖為鈣質膠結，磨圓度好，粒度大小不一，分選性差。鉆孔揭露工作區厚度1.10～23.19m，呈現西南厚東北薄。

2.2 構造

礦區構造主要為單斜構造與斷裂構造(圖2)。

單斜構造：巖層總體走向310°，傾向40°，傾角13°～21°，產狀較平緩。

F1正斷裂：位于礦區西南側1km，自東向西橫穿王村礦段南部，大部分被第四系覆蓋，全長7.50km，礦區長度2.40km，傾向N，傾角75°，斷距7m。對礦層無影響。

朱家莊正斷裂：分布在礦區東側400m，有多條附屬斷裂，大部分被第四系覆蓋，全長6.7km，礦區出露較短，走向8°～25°，傾向W，傾角70°左右，垂直斷距110～400m，水平斷距800～1000m。對礦層基本無影響。

2.3 巖漿巖

礦區巖漿巖主要為中生代燕山晚期灰綠色輝石閃長玢巖脈，主要呈層狀侵入于孝婦河組與孫家溝組不整合面附近及其上地層的薄弱層面間，厚度6.36～32.52m，平均16.26m，該巖脈對礦層無影響。

3 礦層地質特征

3.1 礦層特征

礦區揭露耐火黏土礦層1個，編號為B，賦存于萬山組底部“B”層黏土巖下部，規模為中型。礦層呈單斜層狀產出，總體走向310°，傾向40°，傾角一般13°～21°，平均14.5°。走向長度1500m，傾向延深1450m，厚度0.82～5.31m，平均2.71m，厚度變化系數48%，屬厚度變化較穩定型礦層。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦物成分

礦物成分主要為高嶺石，約占80%～90%，其次為三水鋁石，約占10%～15%。含少量一水硬鋁石，局部有脈石礦物菱鐵礦等。

3.2.2 礦石結構

礦石結構比較簡單，主要為隱晶—顯微鱗片結構、鮞粒結構(照片1，照片2)。

照片1 隱微鱗片狀結構

照片2 含鮞粒隱晶—顯微鱗片結構

隱晶—顯微鱗片結構：礦石中高嶺石多呈隱微鱗片狀集合體，個別顆粒呈片狀，構成微鱗片狀結構。

鮞粒結構：礦石中多見有鮞粒，肉眼觀察多呈灰白色圓形、橢圓形，呈星散狀，略顯定向分布。粒徑一般0.1～0.3mm，部分0.3～0.5mm，少量0.5～1mm，個別1～2mm。成分為一水硬鋁石及三水鋁石、高嶺石，包殼同心環最多可見11層。含鮞粒黏土巖主要分布在B層硬質黏土礦之上，由上至下鮞粒逐漸增多、變大，呈正粒序層理。

3.2.3 礦石構造

礦石中常見塊狀構造，高嶺石均勻分布，排列基本無方向性。

3.2.4 礦石的化學成分(熟料)

礦石組合分析結果見表1。有益組分Al2O330.59%～51.47%，平均44.73%。有害組分Fe2O3，TiO2，K2O，Na2O平均含量較低，對礦石質量影響較小。

表1 組合分析結果

光譜分析結果見表2。礦石中微量元素含量較低，無綜合利用價值。

表2 光譜全分析結果

3.2.5 物理性能

礦石耐火度1680～1780℃，平均1760℃；真密度2.60～2.63g/cm3，平均2.61g/cm3；體積密度2.59～2.61g/cm3，平均2.60g/cm3；顯氣孔率0.20%～0.70%，平均0.40%；吸水率0.10%～0.30%，平均0.18%，符合硬質黏土要求。

3.2.6 礦石類型和品級

礦石自然類型較單一，為致密塊狀礦石。礦石工業類型為硬質黏土礦[10]。

礦石品級劃分為Ⅰ級品和Ⅱ級品，分別占總資源儲量的91.32%，8.68%。

Ⅰ級品分布在全礦區，平均化學組分含量(熟料)Al2O344.97%、Fe2O31.63%。

Ⅱ級品位于Ⅰ級品之下，分布不連續，平均化學組分含量(熟料)Al2O342.27%，Fe2O32.71%，多數Fe2O3含量偏高。

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因

該礦床屬于中二疊紀湖相沉積礦床[11]。在中二疊世，山東中部處于河淮盆地內，被內蒙古陸、秦嶺古陸、淮陽古陸和膠東古陸所包圍。古陸隆起，長期風化剝蝕，為盆地內沉積提供了豐富的物質來源[12-14]。古陸區富含鋁的鋁硅酸鹽，經長期風化、剝蝕、搬運，Al2O3、SiO2和溶于水中的H2SO4及腐植酸的絡合物發生作用，形成膠體溶液被帶走。當介質發生變化，破壞了膠體溶液平衡時，這種絡合物在低洼處沉積下來，固結成礦，形成“B”層黏土巖[15]。

在沉積初期，夾雜較多的以長石、石英為主的碎屑物，所以底部普遍含有1層砂質黏土巖；其后，Al2O3成分逐漸增多，碎屑物成分減少，形成了具有工業意義的硬質黏土礦。當膠體溶液中Al2O3含量高時，局部地段則形成了鋁土礦。在成礦作用過程中，當介質發生變化時(pH值接近7時)，溶液中鐵質沉淀，生成菱鐵礦，因此，“B”層黏土巖上部普遍含有菱鐵礦。

4.2 找礦標志

該礦床具有明顯的層位和巖性找礦標志。

(1)層位標志。礦層位于萬山組底部的“B”層黏土巖下部，“B”層黏土巖之上有一薄層黑色炭質泥巖，之下以紫色為主的雜色泥巖(部分缺失)和淺灰色砂質黏土巖或黏土質砂巖，標志層清晰，構成了耐火黏土礦找礦的明顯層位標志。

(2)巖性標志。礦石類型主要為淺灰—深灰色硬質黏土礦，構成了耐火黏土礦找礦的明顯巖性標志。

5 結論

礦層受沉積地層控制，賦存于萬山組底部，呈層狀分布，層位及厚度較穩定，屬于中二疊世晚期湖湘沉積礦床。區域地質特征顯示，在青龍山斷裂與禹王山斷裂之間及兩側，均具備對成礦有利的巖相古地理環境，有良好的找礦前景，但受大林池斷裂-朱家莊斷裂的影響，礦層會有所錯斷。