河北省邯邢地区高岭石伊利石粘土矿床特征及找矿方向
2011-12-08郝俊杰莘建宏赵新卫董立帅孙富海
郝俊杰 莘建宏 赵新卫 董立帅 孙富海
1.河北省地矿局第十一地质大队,河北邢台,054000;
2.沙河市国土资源局,河北邢台,054100
河北省邯邢地区高岭石伊利石粘土矿床特征及找矿方向
郝俊杰*1莘建宏1赵新卫1董立帅1孙富海2
1.河北省地矿局第十一地质大队,河北邢台,054000;
2.沙河市国土资源局,河北邢台,054100
邯邢地区高岭石、伊利石粘土矿赋存于石炭系本溪组、太原组,二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组的7个层位。矿体主要呈层状产出,厚度变化较大。矿石主要由片状高岭石组成,次要和少量矿物为绢云母、石英、黑云母等。矿床成因包括沉积矿床(如石炭–二叠系高岭石伊利石粘土矿)、风化残积矿床(如软质高岭石粘土矿床)。该地区可划分出临城竹壁、武安邑城、沙河北掌、永年焦窑、武安市康二城等5个预测区,可作为今后寻找粘土矿的重点地区。
粘土矿 矿床特征 找矿方向 成矿预测 邯邢地区
研究区位于河北省南部,京广铁矿路西侧至太行山麓,行政隶属邢台市邯郸市管辖,区内交通便利,经济繁荣。邯邢地区石炭二叠系高岭石伊利石粘土矿产地有35处,分布于临城、沙河、武安、峰峰等地。经过普查及以上工作的22处【1】(图1)。
1 区域地质
1.1 地层
由老到新、由西北向东南依次分布有前寒武系的阜平群、五台群,中上元古界长城系,古生界寒武系,奥陶系石炭系二叠系,中生界和新生界【2,3】。其中石炭-二叠系地层为本区高岭石、伊利石粘土矿的赋存层位。
1.2 构造
研究区位于三级构造单元太行山拱断束的南段,四级构造单元包括赞皇穹断束的南部和武安凹断束的大部,表现盖层的次一级构造以北北东向高角度正断层及平缓褶皱为主,同时兼有北西西向的低级断裂和褶皱构造。
本区盖层构造主要形成于燕山运动和喜马拉雅运动时期,大大小小的断块构造构成了现今的构造格局。石炭二叠系含矿层位总体呈北北东向单斜构造产出,倾向东,倾角较缓,如临城一带;部分地段分布于平缓的向斜及背斜的翼部,如武安李家庄一带和康二城一带,或因断裂构造而出露地表。
1.3 岩浆岩
区内燕山期中性-中偏碱性岩浆岩分布于本区的中部沙河—南洺河之间,由西而东分布有固镇岩体、矿山村岩体、綦村-新城岩体、武安岩体、白沙岩体、洪山岩体等,侵位于寒武系—三叠系中。岩浆岩分布区与周围的围岩及矿产发生不同程度的变质作用,煤变为无烟煤,粘土矿变为瓷土矿等。
2 含矿地层
石炭系本溪组、太原组,二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组为高岭石、伊利石粘土矿的含矿层位。主要为砂岩及泥质岩石,易风化,分布于京广铁路以西的低山丘陵及冲积平原的边部,大部被新生界覆盖,出露较为零星。现以矿产较发育的武安地区为例说明【4】。
图1 研究区地质矿产简图Fig.1 Sketch map showing geology and mineralresources in reserching area
2.1 本溪组(C2b)
本组为G层铝土矿和硬质高岭石粘土的含矿层位。
综合各沉积剖面岩性及含矿层位特征自下而上层序划分为8层:
(1)山西式铁矿:为沉积于奥陶系峰峰组灰岩侵蚀面上的赤铁、褐铁矿,不稳定,呈透镜状偶尔出现。在临城、西绍明、沙河马庄、峰峰孙庄、莘庄、岗子窑等皆有所见。厚一般0~2.6m。
(2)铁铝质岩:以紫色、灰色相间的铁、铝质页岩为主,有时相变为残余状褐铁矿、铝质泥岩、高岭石粘土岩、砂岩等。铁、铝质的含量不均一。厚一般1~5m。
(3)G层铝土矿:灰白、青灰等色,块状或豆鲕状铝土矿,常沿横向、垂向相变为铝土页岩,并与其上覆的硬质粘土矿为渐变关系。铝土矿呈扁豆状、透镜状、似层状的形态产出,局部形成有工业价值的铝土矿体。厚1~6m。
(4)硬质高岭石粘土矿:连续沉积于铝土矿的顶部或与其为垂直、水平相变关系。岩性为灰、灰白、灰黑等色,致密块状或具稀疏鲕状,贝壳状断口。有时变为半软质高岭石粘土矿。厚2~5m。
(5)煤层:只于北部临城和武安一带见到厚0.30~2.60m。
(6)石灰岩:黑灰色不纯,含海百合茎化石。在沙河~武安一带常位于本溪组顶部,灰岩以上为太原组。暴庄以南灰岩尖灭。厚1~6m。
(7)砂岩:灰白色,中粒或细粒结构,成分以石英、长石为主,局部有铁质结核。该层仅见于邢台以北内邱—临城一带,厚6~12m。
(8)铝土质页岩或粘土矿:灰色、灰黑色,薄层状,主要成分为高岭石及伊利石。沿走向变化较大,绍明以南缺失,绍明区为半软质粘土矿,临城一带为铝土页岩。厚0~8m。
本溪组由南向北厚度增大,沿着走向、倾向岩性变化不稳定:南部峰峰一带,硬质高岭土粘土矿较稳定,厚度较大,和村、暴庄一带粘土矿中有铝土矿,武安以北粘土矿不稳定,部分地段变为铝土页岩或砂岩;本溪组灰岩在和村至邢台之间比较稳定,厚5~8m,和村以南灰岩变薄尖灭;本溪组顶部以泥质岩为主,邢台以北有2~3层灰岩,砂岩层状变多,显示其沉积环境与南部不同。总之,根据岩石组合、厚度变化特点,本溪组沉积以邢台、武安为界划分为3个部分:南部泥岩区,厚度5~12m;中部灰岩—泥岩区,厚度10~20m;北部砂岩—泥岩区,厚度26~36m。
2.2 太原组(C3t)
本组为半软质粘土矿的含矿层位。
煤夹矸粘土矿分布普遍,以9号煤夹矸为主,厚度小,一般小于0.2m,最厚达0.5m,不稳定,但质量较好,有的为晶质高岭石。9号煤底板粘土矿相当D层铝土矿层位,本区称“大青土”、“大槽”或“D”石,厚度1~6m,主要见于峰峰地区,不稳定,峰峰以北主要为粘土岩、页岩或铝土页岩。粘土矿以上的9号煤及大青灰岩较稳定,是较好的对比标志。
大青灰岩以下含矿段厚度10~36m,由南向北有变厚趋势。南部峰峰区大青土较稳定,底部尚见有“小槽”粘土矿,9号煤有变薄尖灭现象;武安以北大青土不发育,9号煤厚度增大,且较稳定,为该段的沉积特征。
2.3 山西组(P1s)
山西组主要含软质高岭石粘土矿(紫木节)两层,一为煤2层位粘土矿,呈灰褐色,厚0.6~2m,见于南辛庄、竹壁等地;另一为上部煤1附近的软质粘土矿,厚度小于0.5m,有2~3个分层。分布于康二城、南辛庄、祁村等处。
于山西组顶部,局部有灰色粘土矿,厚0.5m左右,含于砂质泥岩中。
2.4 下石盒子组(P1x)
本组是高岭石、伊利石粘土矿重要含矿层位。
高岭石、伊利石粘土矿皆位于下石盒子组一段顶部,矿体厚0.6~5m不等。最厚达5.6m。顶底板为含铁质鲕粒粘土岩、中细粒砂岩。高岭石粘土岩分布于武安车网口、康二城、邑城及临城竹壁等地,伊利石粘土主要见于沙河章村,次为武安史石门。两者应为同一时期不同沉积环境形成的矿床。
2.5 上石盒子组(P2s)
本组二段(P2s2)泥质岩发育,局部铝土泥岩经蚀变形成粘土矿。
该段以紫色、灰绿色粉砂岩夹薄层泥质岩为主,砂岩极少。底部为一层浅灰色、灰白色粗粒石英砂岩,与一段分界。下部紫灰、淡绿及紫绿色粉砂岩;上部从紫色粉砂岩为主,间夹铝土质泥岩、铝土岩。厚50~124m。
3 矿床特征
3.1 含矿层位
石炭二叠系本溪组至上石盒子组地层厚度800~1000m,共有7个含矿层位,其中硬质高岭石粘土主要赋存于本溪组和下石盒子组中,是本区重要的含矿层位,次为太原组的D层半软质伊利石、高岭石粘土。煤层夹矸及其上下的软质及硬质高岭石粘土厚度小,仅可在采煤过程中顺便回收。
各层位粘土矿床主要特征见表1。
3.2 矿床类型
石炭二叠系高岭石粘土矿矿床按照成因划分为两大类:沉积矿床和接触交代矿床,软质高岭石粘土矿可以划为风化残积矿床。本区以沉积矿床为主。
根据沉积环境,沉积粘土矿可进一步分为两类:①过渡相泻湖沉积,滨海湖沼沉积及三角洲之间湖沼沉积;②陆相湖泊沉积。
3.3 主要类型矿床特征
现择主要类型矿床特征叙述如下:
3.3.1本溪组高岭石粘土矿 本类型粘土矿分布广泛,由北部的临城向南的内邱、沙河、武安、峰峰、磁县均有产出,全区有大型2处,中型9处,小型7处,是邯邢地区主要的矿床类型。
高岭石粘土矿呈层状、似层状、扁豆状或透镜状产出,矿体长度一般200~600m,宽度一般200~500m,厚度一般2~5m,最厚达10.65m(水池沟)。总体而言,峰峰南部矿体厚度较大,临城一带厚度较小。
矿石一般呈灰色、灰白色或灰黑色,致密块状,或碧玉状,斑杂状,断口贝壳状或参差状,有的具鲕状构造,鲕粒为高岭石及水铝石等集合体。粘土矿物主要成分为高岭石,含量80%~95%,次有水铝石、伊利石和微量褐铁矿、方解石、石英等。水池沟粘土矿矿石化学成分见表2。
表1 邯邢地区高岭土—伊利石粘土矿床(点)特征一览表Table 1 Characteristics of Kaolinite and Illite clay deposits in the Handan—Xingtai area
表2 典型矿区矿石化学成分简表1)Table 2 Summary of ore chemical compositions about typical deposits
3.3.2 山西组高岭石粘土矿 山西组高岭石粘土矿主要包括软质高岭石粘土矿,次为煤夹矸高岭石粘土矿。
前者,常分布于含煤盆地边缘地带,如邯邢地区南部鼓山背斜东西两侧以及北部临城煤田西侧。矿体规模受煤系厚度以及氧化带深度控制,煤层氧化带深度一般30~50m。南部峰峰、武安一带主要为1号煤层位,粘土厚度0.2~1.0m,分布普遍;临城一带层位相当于1号煤和2号煤上层层位,单层厚0.2~0.4m,累计厚度0.6~2m,控制矿体长度800余m。
矿石呈紫色、黑褐色,软质—半软质土状,具微细层纹构造,有滑感,镜下为显微鳞片结构,平行构造,纹层构造,主要矿物成分为高岭石,含量70%~90%,次为伊利石,石英、金红石和褐铁矿等。临城竹壁一带矿石化学成分见表2。3.3.3 下石盒子组高岭石粘土矿 下石盒子组是本区重要的含矿层位,一般位于该组中下部。高岭石粘土矿分布于临城、沙河、武安等地。矿体形态复杂,呈似层状、团块状、薄层状。矿体厚度0.6~5m,变化较大,其中车网口一带控制矿体长度500~800m,埋深0~100m,其他矿点情况不明。
矿石为白色、灰色,略带青色,致密块状,较硬,贝壳状断口,质量高者呈蛋青色,蜡状光泽,细腻。矿物成分主要为高岭石,含量85%~97%,次为伊利石,微量石英、褐铁矿等。车网口、姬庄一带矿石化学成分见表2。
3.3.4 伊利石粘土—瓷土矿 伊利石粘土——瓷土矿瓷土矿主要分布在沙河以南,已知矿产地5处,最大的为章村瓷土矿,资源储量704万t。矿体呈层状、似层状赋存于下石盒子组一段顶部,沿着一定层位分布,矿物主要成分为伊利石,次为绢云母。该矿是下石盒子组高岭石粘土矿受热变质改造而成。现以章村矿床叙述之。
矿体控制长度850m,宽200~400m,向深部尚可延伸,厚度一般3~4.5m,较稳定,仅边部有变薄现象。
矿石呈灰白色、白色,有时带褐色,致密块状,少数鳞片状,豆状,细腻,有滑感,贝壳状断口。主要矿物成分为伊利石,含量70%~90%,微量矿物包括钠长石、绢云母,黄铁矿和石英等。矿石化学成分见表2。
4 找矿方向
根据高岭石粘土矿的成矿规律及区内地质条件,高岭石粘土矿找矿方向如下:
(1)本溪期泻湖相沉积高岭石粘土矿主要位于湖滨潮坪区。邯邢地区本溪组沉积由南向北厚度增大,碳酸盐层数增多,显示了南高北低的地势特点。高岭土粘土矿主要发育在本区的南部峰峰一带,次为临城附近。由南向北沉积环境变化,粘土矿分为上下2层,厚度变小。泻湖边部有铝土矿沉积,泻湖区可能有黄铁矿形成。
下石盒子期陆相沉积高岭石粘土矿,发育在河间湖泊及河间平原中,沙体厚度大的河道相高岭土矿成矿较差,本区东部下石盒子组河间沉积相发育,且有多处矿点出露,从沉积条件分析,是找矿远景区。
(2)本区上古生界主要分布于向斜构造的核部,其次有呈现单斜产出,或受到断裂的影响而抬升到地表。根据构造的特征,向斜构造德翼部、单斜部位或断层一侧为找矿的有利地段。老地层出露区或中新生界地层发育区,找矿条件不利。
(3)本区中部岩浆活动强烈,侵入于奥陶系及石炭系二叠系地层中。由于热变质作用,沙河—武安以南煤层变质为无烟煤,伊利石粘土矿变质为瓷土矿,特别是近岩浆岩处,叠加蚀变,使粘土岩“净化”,形成质量较好的瓷土矿。
5 成矿预测
根据成矿地质条件及高岭土粘土矿产出情况,可以划出5个成矿预测区,主要预测下石盒子组高岭土粘土矿,其次为本溪组粘土矿。本地区的5个成矿预测区主要预测成矿层位见表3。
表3邯邢地区主要成矿预测区主要预测成矿层位简表Table 3 Topic mineralization layers of forecast areas in the Handan-Xingtai area
5.1 临城竹壁预测区
该预测区位于临城北12km的黑城乡竹壁—牟村一带,南北长约2km(见图1)。
区内零星出露石炭系二叠系。地层走向北北东,倾向东,为一个单斜构造,北北东向断层发育,全为正断层,断距10~30m不等。
在竹壁—牟村以西的石炭—二叠系中,普遍挖掘耐火粘土作为耐火材料和陶瓷原料使用。与山西组地层中开采紫木节粘土购陶瓷厂应用,下石盒子组有高岭石粘土岩,有一定的应用价值。
紫木节系软质粘土,位于2号煤顶板,厚度0.6~2m,顶板为灰色页岩,底板为煤层,粘土岩为黑褐色,具层纹构造,富含有机质。化学成分:SiO241.58%~55.20%,Al2O325.46%~38.80%,Fe2O31.09%~2.80%,TiO20.75%~0.88%,烧失量10.81%~14.04%。该粘土除用作陶瓷原料外,还可用于玻璃坩埚的制造。
高岭土粘土岩,位于下石盒子组一段上部,分布于竹壁—牟村以西。长约1.5km。据煤田勘探资料,该地段钻孔均见到了该层铝土泥岩,厚度5~10m不等,最厚14.30m。竹壁西北地表粘土岩总厚度15m,其中部有灰白色致密状,含有铁质鲕粒,成分主要为高岭石岩。拣块样化学成分SiO244.60%,Al2O337.54%,Fe2O31.00%,TiO20.50%,适宜做细瓷原料,但灰白色的质纯的高岭石岩石含量较低,大部分需要经过除铁方可以利用。
该区粘土矿层位多,具有一定规模。特别是在下石盒子组地层中查找优质高岭石矿具有一定远景,同时可对紫木节粘土及其他耐火粘土进行勘查工作。
5.2 武安邑城预测区
该预测区位于武安市北17km,邑城镇南(见图1)。
该区地表大部分为第四系覆盖,仅少量下石盒子组露头。据钻孔揭露,基岩为下石盒子组及上下石盒子组地层,为一个单斜构造,走向东西,倾向南,倾角20°左右。邑城北部及地下深部有闪长玢岩侵入。
区内有8个钻孔在下石盒子组一段见到瓷土矿,深度88~370m。见矿厚度最小0.4m,最厚5.66m,一般1~2m。顶底板以铝土页岩为主,原钻孔缺少分析资料。瓷土矿呈灰白色,致密块状,质纯,硬、脆,养儿河东地表瓷土矿厚0.6m,灰白色,致密坚硬,分析结果为 SiO251.24%,Al2O332.78%,Fe2O30.74%,TiO21.07%,K2O 7.00%,鉴定为伊利石粘土岩。
该区西部CK59至CK68钻孔沿着走向控制长度1500m,平均厚度3.0m,埋深88~169m,沿倾向上下深推400m,估算资源储量800万t,可望为一个大型粘土矿。
5.3 沙河北掌预测区
该预测区位于沙河市西10km,北掌村西(见图1)。
该区地表为第四系覆盖,有零星下石盒子组及上下石盒子组露头。北掌村西南开采耐火粘土及硬质高岭石粘土,该区南部尚庄东南开采粘土矿。
硬质高岭石粘土,位于下石盒子组中,采坑长约30m,深10~15m,,有两层硬质粘土矿,上层厚1~1.5m,下层厚1~1.5m,中夹粘土页岩0.5m。矿石呈灰色,微红色,致密,贝壳状断口,矿物成分主要是高岭石,85%,次为伊利石14%。化学成分为SiO243.84%~46.38%,Al2O336.64%~38.12%,Fe2O30.66%~0.86%,TiO20.38%~0.70%。高岭石含量高,铁钛杂质含量低,可用作高级陶瓷原料。
上庄东南粘土矿位于下石盒子组地层中,走向近南北,倾向东,倾角30°。采坑长约200m,半硬质粘土矿,厚1~2m,,矿石呈灰褐色,顶板为粉砂岩,底板为泥岩,粘土矿以西有闪长玢岩出露。
鉴定岩石为伊利石粘土岩,伊利石90%。化学成分为 SiO253.69%,Al2O335.25%,Fe2O30.84%,TiO20.54%,烧失量8.86%。
该区两处粘土矿位于位于下石盒子组地层中,成分为高岭石伊利石粘土矿。该区钻孔较疏,深部于下石盒子组地层中见到铝土质页岩。地表高岭土粘土质量较好,为一个有望地区。
5.4 永年焦窑预测区
该预测区位于临洺关西南15km,包括邯郸的陈窑一带(见图1)。该区分布有下石盒子组及上石盒子组地层,总体呈北北东走向。倾向东。焦窑 附近有闪长玢岩似层状侵位于上石盒子组地层中。
陈窑村西700m山谷中有一个高岭石粘土矿,位于下石盒子组下部,顶板为细砂岩,底板为粉砂岩。铝土泥岩全厚1.6m,呈灰白色,浅黄褐色,下部0.65m为瓷土矿,呈淡青色,浅灰色,致密具滑感。矿体走向北北东,倾向东,倾角20°左右,沿走向向北西有出露,向南被第四系覆盖。鉴定成分为主要为高岭石 60% ,此为伊利石,有少量的绿帘石和褐铁矿。化学成分为SiO247.26%,Al2O337.38%,Fe2O30.32%,TiO20.30%,烧失量5.33%。铁钛杂质含量低。该区铝土岩发育,高岭石粘土有一定远景。
焦窑西北1km有一开采粘土矿坑,长约80m,位于上石盒子组二段中,粘土矿厚度7~8m,中夹厚度约2m的粉砂岩。矿体顶板为粉砂质粘板岩,底板为页岩,被闪长玢岩侵入。矿体走向345°,倾向东,倾角20°,向南被第四系覆盖。
矿石呈白色,致密块状,断面平坦,矿物成分为钠长石岩。化学成分为SiO2:64.03%,Al2O3:22.39%,Fe2O3:0.49%,TiO2:0.61%。
根据焦窑、陈窑一带地质条件及已知的粘土矿情况,认为该区粘土矿规模可以继续扩大,并有发现新矿体的可能。
5.5 武安市康二城预测区
该预测区位于武安市东10km,包括康二城、车网口、姬庄等地,面积约14km2(见图1)。该区石炭-二叠系地层发育,总体呈现北北东向分布,矿体走向345° ,倾向东,倾角20°,向南被第四系覆盖。
硬质高岭石粘土矿产于下石盒子组地层中,本区的南辛庄、车网口、姬庄已经提交储量。
康二城井田下石盒子组一段厚30~35m,为砂岩及砂质页岩;二段底部位粗砂岩,向上为砂质页岩、页岩夹砂岩。二段下部有铝土质页岩,岩石呈灰色、灰白色,局部有花斑,含铁质鲕粒,中夹瓷土矿。矿区南部的CK14孔于193.08~197.07m见到厚3.99m瓷土矿,CK17孔见矿厚度0.5m,顶板为青灰色页岩,底板为铝土页岩。矿石呈灰色、青灰色,硬脆,具贝壳状断口;鲕状、豆状结构。钻孔稀疏,矿体规模及矿石质量资料少。
另外据资料,灵山有硬质高岭石粘土矿,化学成分为SiO258.29%~66.37%,Al2O321.28%~28.43%,Fe2O30.22%~0.48%,TiO20.51%~0.7%。
康二城煤矿1号煤底部赋存软质高岭石粘土岩(紫木节),层位稳定,面积较大,有一定的矿产储量。矿石呈灰黑色,主要矿物成分为高岭石,次为伊利石、褐铁矿、有机质等。化学成分为SiO263.4%,Al2O322.28%,Fe2O30.12%,TiO20.30% ,K2O 0.50%。
由以上资料可以看出,武安市康二城预测区高岭石粘土矿有一定远景可以进一步展开勘查工作。
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6 马吉群,冯更取,刘武卫,等. 河北省沙河市章村-新城一带瓷土矿普查报告[R].河北省地勘局第十一地质大队,1998
GEOLOGICAL FEATURES AND PROSPECTING ABOUT KAOLINITE AND ILLITE CLAY DEPOSITS IN THE HANDAN~XINGTAI AREA,HEBEI PROVINCE
Hao Junjie1Xin Jianhong1Zhao Xinwei1Dong Lishuai1Sun Fuhai2
1. No.11 Geological Party,Hebei Exploration Burau of Geology and Mineral Resources Xingtai,Hebei,054000,China;
2. The Bureau of Land and Resources,Shahe,Xingtai,Hebei,054100,China
In the article,kaolinite and illite clay deposits in the Handan-Xingtai area occurs in the seven stratums: Benxi formation and Taiyuan formation of carboniferous system,Shanxi formation lower Shihezi formation and upper Shihezi formation of permian system. The ore of kaolinite and illite clay usually layered and their thickness of ore vary very large.The ore is contained of the main Minerals such as kaolinite and the minor minerals for example sericite,quartz,biotite,etc. genesises of the ores Include two kinds,the first one is sedimentary such as carboniferous-permian system kaolinite and illite clay deposits,the other is weathering-residual for example soft Kaolinite clay deposits.Five forecast areas for example Zhubi in Lincheng city,Yicheng in Wu’an city,Beizhang in Shahe city,Jiaoyao in Yongnian city and Kang’ercheng in Wu’an city are zoned out in the end.These will be pointed out the some areas for the next geological explorations to kaolinite and illite clay deposits in the Handan-Xingtai area,Hebei province.
kaolinite and illite clay deposits, geological features, prospecting,metallogenic prediction,the Handan-Xingtai area
P619.231
A
1006–5296(2011)02–0073–08
* 第一作者简介:郝俊杰(1967~),男,地质工程专业,硕士
2010-03-12;改回日期:2010-11-15