陜西千陽尚家莊制陶用粘土礦地質特征及成因

陰建定，嚴鵬程

(中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003)

千陽制陶歷史悠久，東城考古發掘的前川遺址證明早在兩千年前的西漢時期千陽縣已經開始了規?；谱魈沾?，但對該區制陶粘土的地質研究卻極少。本文通過地質調查，配合化學分析、物理測試等方法對尚家莊粘土礦產[1]進行燒結試驗，發現該處粘土礦具有硅高鋁低、鐵、鈣、鎂高的特點，是優質的制陶原料。目前千陽縣依托縣域及周邊地區陶瓷原料資源豐富、交通便利、能源充沛等優勢，已建成陜西省乃至西北最大的陶瓷產業基地。尚家莊制陶用粘土礦礦石化學成分穩定、可塑性高、干燥強度大，可為其提供優質的陶瓷原料。

1 區域地質概況

尚家莊制陶用粘土礦區大地構造位置處于華北板塊構造單元的鄂爾多斯南緣翹起帶[2](圖1)。

區域地層屬于華北地層大區的隴縣—永壽小區。區內出露第四系、新近系、白堊系、侏羅系、三疊系、奧陶系、寒武系等地層[3]。白堊統六盤山群和尚鋪組(K1hs)為粘土礦含礦地層。

區內構造主要為兩條北西西—南南東向斷層，固關—虢鎮斷裂和千陽—彪角斷裂，這兩條斷裂是六盤山—寶雞斷裂帶南段隴縣—寶雞斷裂帶的主要斷裂，在晚白堊紀形成了“兩塹夾一壘”的構造地貌。區域上，晚白堊紀六盤山斷陷盆地的沉降受兩條斷裂的控制，礦區位于兩條斷裂的中部，沉積了一套陸源碎屑巖地層，地層產狀平緩。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區地層簡單，主要為中奧陶統馬家溝組(O2m)、白堊統六盤山群和尚鋪組(K1hs)和第四系更新統黃土(Qp)。

2.1.1 中奧陶統馬家溝組(O2m)

區內馬家溝組地層主要出露一套深灰—灰黑色灰巖。泥晶粒屑結構、中厚層狀、薄層狀構造。巖石局部可見重結晶的方解石集合體，呈顆粒狀。

2.1.2 下白堊統六盤山群和尚鋪組(K1hs)

和尚鋪組為一套湖泊—河流相碎屑沉積建造，與下伏馬家溝組地層呈角度不整合接觸。巖性組合自下而上依次為薄層底礫巖夾長石砂巖、泥巖、泥質粉砂巖夾泥巖、中粗粒長石砂巖，巖性組合總體構成向上粒度變粗的韻律沉積(圖2)，其自下而上分為四個巖性層。

圖1 區域地質圖

圖2 礦區和尚鋪組第二、三、四巖性層出露剖面

(1)第一巖性層(K1hs1)：紅色底礫巖夾中細粒砂巖。位于和尚鋪組最底部，不整合面之上。底部為紫紅色粗底礫巖，上部為褐紅色中細粒砂巖，其在沉積序列上表現為向上變細的正韻律層序。

(2)第二巖性層(K1hs2)：雜色泥巖層，為礦體的主要賦礦層位。自下而上又可分為青灰色泥巖、紫紅色泥巖兩層。呈近水平狀上覆于第一巖性層底礫巖之上，為賦礦層位。

(3)第三巖性層(K1hs3)：粉砂巖夾泥巖，為礦體的賦礦層位，礦體為夾于泥質粉砂巖中的泥巖。顏色整體為土黃色，頂部和底部均為泥質粉砂巖，中間夾有青灰色泥巖層。巖層產狀平緩，整合上伏于雜色泥巖層之上，為賦礦層位。

(4)第四巖性層(K1hs4)：中粗粒長石砂巖。顏色整體為土黃色，巖性較為單一，為中粗粒長石砂巖。

2.1.3 第四系更新統(Qp)

為風積黃土，由褐黃色亞砂土、亞粘土組成，夾棕紅色古土壤層，結構疏松，孔隙發育，土質不均勻。呈被覆狀披覆于馬家溝組及和尚鋪組之上。

2.2 構造

區內構造主要受加里東及燕山運動的影響。加里東期，受南北向主壓應力作用影響，形成尚家莊向斜，之后區域處于伸展斷陷期，穩定接受了一套白堊系碎屑巖沉積建造，在燕山期，以走滑拉伸隆升斷陷為主，形成脆性斷裂變形，形成F1逆斷層。

尚家莊向斜由馬家溝組地層呈一寬緩的軸面近東西向的向斜產出，北翼產狀170～192°∠65～75°；南翼產狀350～30°∠32～46°。和尚鋪組地層呈近水平狀覆于馬家溝組地層之上。

F1逆斷層斷層位于礦區南部，出露長度約500m，呈北西南東走向產出，斷層面上見厚約2～5cm的黑色粉末狀炭質泥，產狀208～245°∠57～75°，為一高角度逆斷層，使得位于斷層南側礦體(上升盤)被整體抬升。

3 礦體地質特征

和尚鋪組第二巖性層和第三巖性層為賦礦層位，呈近水平層狀不整合于馬家溝組灰巖地層之上。受斷層F1影響，兩側出露高度不同，F1斷層北側礦體產狀355～14°∠2～6°，東西長324m，南北寬61～206m；F1斷層南側礦體產狀0～20°∠2～5°，受礦權限制，在平面上呈三角形，東西長137m，南北寬115m。

圖3 礦區地質簡圖

3.1 礦體特征

礦體頂板為第四巖性層中粗粒長石砂巖，底板為第一巖性層底礫巖夾砂巖層。區內發育的高角度逆斷層F1，切穿和尚鋪組地層，致使斷層南側地層整體抬升。礦區共圈定出4個制陶用粘土礦體，在F1斷層兩側各2個[4](圖3)。

K1礦體位于F1斷層北側，賦存于和尚鋪組第二巖性層下部，巖性為青灰色泥巖。礦體出露標高984～995m，賦存標高980～999.64m。礦體東西長310m，南北寬55～200m，傾向355～10°，傾角2～6°。礦體厚度12.33～13.13m，平均厚度12.73m，屬厚度穩定型沉積礦層。

K2礦體位于K1礦體頂部5～7m處，賦存于和尚鋪組第三巖性層中部，巖性為青灰色泥巖。礦體出露標高997～1 002m，賦存標高987.64～1 006.37m。礦體東西長324m，南北寬161～206m，總體產狀0～20°∠2～5°。礦體厚度2.25～2.29m，平均厚度2.27m，屬厚度穩定型沉積礦層。

K3礦體位于F1斷層南側，賦存于和尚鋪組第二巖性層下部，巖性為青灰色泥巖。礦體賦存標高989.82～1 013.35m，因受F1斷層的影響，表現出在溝心等局部地段厚度增厚的特征。礦體呈對稱的等腰三角形，底邊長112m，腰長103m，厚度為12.69m?？傮w產狀12～40°∠1～4°。

K4礦體位于K3礦體頂部約7m處，賦存于和尚鋪組第三巖性層中部，巖性為青灰色泥巖。礦體出露標高1 011.41～1 015.33m，賦存標高1 011.41～1 028.80m。該礦體出露范圍較小，在平面上呈矩形，東西出露長76m，南北出露寬27m，厚度為2.30m。礦體呈水平狀，總體產狀14°∠5°。

3.2 礦石質量特征

3.2.1 礦石類型

礦石的自然類型為青灰色泥巖、紫紅色泥巖。礦石工業類型為制陶用粘土礦。

3.2.2 礦石結構構造

礦石的結構以泥質碎屑結構為主，少量發育有豆鮞狀結構。礦石構造主要為塊狀構造，部分為微波層狀構造。

3.2.3 礦石礦物成分

根據野外觀察及巖礦鑒定、X-衍射分析等樣品的測試結果，礦區組成礦體的巖石主要為青灰色泥巖。其礦物組成主要由石英、伊利石、綠泥石、斜長石及少量鉀長石、赤鐵礦、方解石等組成，粘土礦物以伊利石—綠泥石為主，石英碎屑占比較大[5-6]。

3.2.4 礦石化學成分

礦區制陶用粘土礦礦石化學成分比較穩定，各礦層的主要化學成分接近，化學特征近似(表1)。

表1 尚家莊制陶用粘土礦化學分析結果 (單位：%)

3.2.5 礦石物理性能

礦石原巖較堅硬，但表層易風化呈粒度較均勻、質硬的團粒狀，吸水可崩解變軟不膨脹，具可塑性。本次采取一塊青灰色泥巖和紫紅色泥巖，編號分別為1#青泥、2#紫泥，進行礦石燒結性能試驗[7]。

(1)可塑性和干燥性。

礦石的可塑性、干燥強度、收縮率和干燥敏感性等指標是生產過程中的重要工藝參數。對區內所采樣品的可塑性、干燥抗折強度、干燥線收縮性能等進行了測試(表2)。區內所有青灰色泥巖礦石樣品的塑性測試，塑性指數(IP)在7.1～10.6，平均9.3。紫紅色泥巖塑性指數(IP)在7.6～9.5，平均8.4。本區礦石可塑性為中等，易成形，干燥收縮率小，不易變形。

表2 工藝試驗可塑、干燥性指能標測試結果

(2)礦石的燒結性能。

陶瓷產品的燒成溫度、吸水率是重要的工藝參數及性能指標，而這都與原料的燒成性能有關。原料的燒成收縮、樣品吸水率等性能測試結果見表3。試驗表明，礦石具有燒成收縮率小，不易變形，燒結溫度低、燒結范圍寬、節能又易于熱工操作、燒成吸水率低等特點。

和尚鋪組賦存的制陶用粘土礦可滿足擠出成型類陶瓷產品，且產品性能達到國標要求。

4 礦床成因

依據區域成礦條件、礦體地質特征，認為該礦床為一套湖泊—河流相碎屑沉積型礦床。早白堊世初，六盤山盆地受晚侏羅世強烈擠壓構造背景的影響，盆地格局為周緣高、內部低，盆地周緣為剝蝕區[8]。和尚鋪組在盆地周緣山前形成礫石含量較高的山麓洪積扇堆積。由盆地周緣向盆地內部洪積扇砂體迅速變薄，逐漸過渡為辮狀河相；早白堊世晚期六盤山盆地總體構造格局處于弱伸展背景，開始斷陷接受下白堊統晚期的沉積，在濱淺湖亞相的氧化—還原[9]的靜水沉積環境中，經早盆地的沉積作用、隴山褶皺帶古隆起的剝蝕作用及成巖成礦作用[10]，形成自下而上依次為薄層底礫巖夾長石砂巖、泥巖、泥質粉砂巖夾泥巖、中粗粒長石砂巖，總體構成向上粒度變粗的韻律沉積礦床。

表3 應用試驗物性測試結果

5 結論

(1)通過地質調查，化學分析、物理試驗等方法對尚家莊制陶用粘土礦進行質量分析，認為礦石質量滿足制陶用粘土礦要求。

(2)千陽縣尚家莊制陶用粘土礦屬于內陸河流湖泊相沉積型礦床。