广西合浦县耀康高岭土矿地质特征和矿床成因

叶张煌,闫　强,王安建,李以科，汪柏山

(1.江西科技师范大学,南昌　330038;2.中国地质科学院 矿产资源研究所,北京　100037;3.江西鸿亿矿业有限公司,南昌　330002)



广西合浦县耀康高岭土矿地质特征和矿床成因

叶张煌1,2,闫强2,王安建2,李以科2，汪柏山3

(1.江西科技师范大学,南昌330038;2.中国地质科学院 矿产资源研究所,北京100037;3.江西鸿亿矿业有限公司,南昌330002)

摘要：广西合浦县耀康高岭土矿是一个探明资源量达1.977亿t、淘洗精矿量达7 500万t的超大型矿床，延展面积约16 km2，矿体平均厚度12.86 m；矿石的矿物成分以石英 (30%～48%)、 高岭石(20%～35%)、 云母类矿物(14%～35%)为主， 副矿物<1%。该高岭土矿赋存于加里东晚期钾长花岗岩风化壳内，矿体呈层状、似层状产出，顶底板呈缓波状起伏，覆盖于花岗岩之上。该矿床是一个典型的花岗岩风化残余型矿床,风化作用是其主要的成矿机理。成矿原岩那车垌钾长花岗岩体，其长石含量高(>60%)而含铁钛量低(<1.5%)； 区域内多期次断裂活动造成矿区韧性变形构造发育，湿热多雨的气候条件等加速了岩石的风化分解；该区长石蚀变为高岭石主要有两种途径，即长石—绢云母—高岭石和长石—高岭石。

关键词：高岭土;地质特征;矿床成因;耀康村；合浦

耀康高岭土矿位于广西合浦县城北东75°方向、直线距离约23 km的耀康村一带,具有规模大、矿体形态简单、矿石结构单一、产状稳定、矿石易选等特征,该矿床具有良好的潜在经济价值和开发前景。

1地质概况

1.1区域地质概况

本区大地构造位置为南华准地台云开台隆、钦州残余地槽和北部湾坳陷3个二级构造单元的相邻部位[1],以博白-岑溪深断裂为界,北西为钦州残余地槽区,构造线为近东西向;南东属云开台隆构造区,构造线为北东向。

区域地层：以第四系和志留系为主,另有泥盆系、石炭系、白垩系和古近系-新近系。志留系主要分布于东南部和西北部。第四系广泛分布于区域中北部、西部和南部。

区域构造：褶皱主要有大田平背斜和公馆向斜；断裂构造主要为北东向和东西向,韧性变形构造比较发育,尤以花岗岩受动力构造作用的现象最为明显。

岩浆岩主要为加里东晚期侵入的花岗岩体,次为燕山期花岗岩。

1.2矿区地质概况

耀康高岭土矿区位于云开台隆的西南端、博白-岑溪大断裂的西南侧。

矿区地层以第四系为主,下志留统连滩组(S1l)分布在矿区南东部(图1)。 连滩组岩性为黄、灰黄、浅灰白色中薄层状泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、泥岩夹细砂岩,局部有含砾砂岩、砾岩;岩石具轻变质,片理化、硅化、白云母化及角岩化现象普遍,属浅海相类复理石陆源碎屑岩建造,厚度>300 m。其风化物以细砂粒、多泥质为特征,局部见褐色铁质碎块,地貌上表现为剥蚀残丘地貌(图2a), 相对高差较大。 第四系由中更新统北海组、 全新统花岗岩风化残坡积层及全新统冲积层组成。 中更新统北海组(Qpb)分布于矿区的北西部, 由棕黄、灰白色含砾砂层、 含泥砾质砂层、 砂质砾层、 泥砂层等组成。 多见磨圆度较好的砾石, 地貌上表现为冲蚀台地(图2b)。 全新统花岗岩风化残坡积层(Qhesl)分布广泛, 由褐黄色、 浅灰、 褐红色砂质粘土组成, 由花岗岩经过长期的风化剥蚀而在原地残留堆积而成, 平均厚度22.46 m, 地貌上表现为剥蚀残积残丘，图2c为该单元的钻孔岩心样。 全新统冲积层(Qhal)多呈树枝状展布, 由灰色、 灰黑色、 土黄色砂质土、 砂、 砾、 淤泥等组成, 上部多为深色的腐植土, 地貌上表现为冲积洼地(图2d)。

图1　耀康高岭土矿区地质简图 (据文献[1]修改)Fig.1　Simplified geological map of Yaokang kaolin deposit Qhal—第四系全新统; Qpb—第四系更新统北海组; D1-2—泥盆系中下统; S1l—志留系下统连滩组; —加里东晚期中细粒钾长花岗岩

矿区构造主要为花岗岩韧性变形构造形迹, 区域上是新屋面韧性变形构造带在南西方向的延伸。

图2　耀康矿区的地貌类型及岩心样Fig.2　Landform types and well core from Yaokang deposit

矿区内岩石蚀变现象非常普遍,主要为高岭石化,次为硅化、绢云母-白云母化、褐铁矿化、绿泥石化等。

2矿体特征

2.1矿体形态和规模

矿体呈NE-SW向展布, 北东起自回岭村, 南西至瓦窑头, 北西起自垌八村, 南至东岭村一带。 矿体最大长度约为5 000 m, 最小宽度约2 650 m,最大宽度约为3 550 m, 平均宽度为3 200 m, 延展面积约16 km2。 矿体厚度2～42 m, 平均13 m[2]。

耀康矿区共分3个矿段：Ⅰ+Ⅱ级品矿石资源储量在瓦窑头矿段占比较大，Ⅲ级品矿石资源储量在冬叶冲矿段和东岭矿段占比较大。矿区内Ⅰ+Ⅱ级品矿石分布不连续，剖面上Ⅰ+Ⅱ级品矿石大部分分布于矿体的下部，少部分分布于矿体中部或上部，各单工程见矿厚度不等，有的呈层状、似层状，有的呈透镜状尖灭于两头无矿孔之间。Ⅲ级品矿石分布面积最大，分布连续成片，局部地段出现无矿天窗，平面上呈较规则状；剖面上呈层状、似层状、透镜状产出，其与Ⅰ+Ⅱ级品矿石的相互关系复杂多变，无明显分布规律。

经计算, 矿区Ⅰ+Ⅱ级品矿石资源储量约为9 220万t, 矿石的平均指标Al2O332.52%、 Fe2O31.41%、 TiO20.12%, 白度68.29%,淘洗率39.51%。Ⅲ级品矿石资源储量约为10 550万t, 矿石的平均指标Al2O331.07%、Fe2O31.93%、TiO20.18%, 白度55.67%, 淘洗率38.01%。 全矿区估算控制的经济基础储量(122b)约为11 260万t, 推断的内蕴经济资源量(333)为8 510万t, 总资源量约为19 770万t, 淘洗精矿量约为7 500万t[2]。

总体上本矿床属于矿体剖面形态较规则、厚度变化较稳定、构造较简单的超大型矿床规模。

2.2矿石特征

2.2.1结构和构造矿石具显微鳞片结构、残余他形粒状结构、残余鳞片结构、隐晶质及显微粒状结构、碎粒状结构、碎片状结构。

显微鳞片变晶结构， 高岭石、 绢云母呈显微鳞片状结晶形态； 他形粒状结构， 残留的原岩碎块、 碎粒中石英呈他形粒状结晶形态； 鳞片结构， 残留的原岩碎块、 碎粒中白云母呈鳞片状结晶形态； 隐晶质及显微粒状结构，矿石中的褐铁矿、软锰矿、硬锰矿呈该结晶形态；碎粒状结构，指石英、高岭石、绢云母及白云母等矿物各自或共同组成的嵌连体、单体、聚集体呈不规则的碎粒状；碎片状结构，白云母集合体呈破碎的片状形态。

矿石具土状构造、疏松块状构造。

土状构造，由各种矿物共同或单独组成的碎粒、碎片、粉末松散而不均匀地堆积在一起的构造；疏松块状构造，主要由石英、高岭石、绢云母等矿物不均匀地嵌在一起组成,但因风化作用,这种连接作用已变得疏松、松散。

2.2.2矿石组成矿石矿物成分较简单,以石英(30%～48%)、 高岭石(20%～35%)、 云母类矿物(14%～35%)为主, 残余长石(1%～5%)次之，副矿物(<1%)有褐铁矿、伊利石、钛铁矿、金红石、白钛石、锆石、沸石等。主要矿物特征如下:

1)高岭石。 呈显微鳞片状, 在-2 μm粒级产品中的矿物成分主要是高岭石，高岭石多以集合体出现,也有部分与绢云母混杂组成较松散的碎粒出现。扫描电镜照片上可观察到样品(-2 μm)中高岭石多为不大完整的假六方鳞片状,厚度均匀,并沿(001)面可以剥离开,但板片常叠置在一起。从Ⅰ+Ⅱ级品与Ⅲ级品的高岭石晶型比较来看，前者更加完整,晶片较大,自形程度较好,后者集合体较为破碎,晶型发育不够完善(图3、 图4)。

在X射线衍射图谱中(图5), 7.202 0、3.587 1 nm处出现强衍射峰, 表明样品中含有大量的高岭石。X射线衍射图谱显示,高岭石峰形狭窄且尖锐对称,说明高岭石结晶较好。高岭石是该粒级产品的主量矿物，绢云母是少量矿物， 石英、 长石、 褐铁矿是微量矿物。 此样品是0.045mm粒级产品经沉降分离后所得,因此高岭石更为富集,绢云母及白云母、石英的含量下降明显。

相同矿样的差热曲线(图6)显示,在586.5 ℃处有个明显较尖锐的吸热谷,1 008.8 ℃处有明显较尖锐的放热峰。从差热曲线来看,样品中矿物成分主要是高岭石,这与X射线衍射分析结果吻合。

图3　耀康高岭土矿(Ⅰ+Ⅱ级品)中-2 μm产品扫描电镜照片Fig.3　SEM photographs of -2 μm product(GradeⅠ+Ⅱ) from Yaokang kaolin mine K—高岭石;I—杂质

图4　耀康高岭土矿(Ⅲ级品)中-2 μm产品扫描电镜照片Fig.4　SEM photographs of -2 μm product(Grade Ⅲ) from Yaokang kaolin mine K—高岭石;I—杂质

图5　耀康Ⅰ+Ⅱ级高岭土样品-2 μm粒级产品的X射线衍射图Fig.5　X-ray diffraction spectra of Yaokang kaolin samples for -2 μm products (GradeⅠ+Ⅱ)

图6　耀康Ⅰ+Ⅱ级高岭土样品-2 μm粒级 产品的差热曲线Fig.6　Differential thermal curve of Yaokang kaolin samples for-2 μm products (GradeⅠ+Ⅱ)

2)云母。绢云母呈显微鳞片状，白云母呈鳞片状。绢云母或以绢云母集合体、单体出现,或与高岭石混杂组成较松散的碎粒出现,有时还见绢云母、高岭石与石英连生或分布于石英组成的嵌连体、单体表面的凹陷处。白云母多以碎片状集合体出现,有时见白云母与石英连生。

3)石英。呈他形粒状，以集合体或解离的单体形式出现。

4)长石。呈细小的柱状、细微质点状和碎粒状分布，大部分以解离的单体出现,还有部分零星分布于少量白云母碎片中、绢云母及高岭石集合体中，有时也见与石英颗粒连生在一起。

5)褐铁矿。呈隐晶质状，部分褐铁矿以较单一的颗粒状集合体、细小皮壳状集合体出现,这些集合体有时还与石英、绢云母或高岭石连生。

2.2.3围岩与夹石顶板围岩一般呈似层状、长透镜状,主要由第四系全新统冲积层(Qhal)、 花岗岩风化残坡积层(Qhesl)和更新统北海组(Qpb)构成。 矿体与顶板围岩的接触关系大致有6种情况: (1)全新统冲积层(Qhal)-矿体; (2)花岗岩风化残坡积层(Qhesl)-矿体; (3)全新统冲积层(Qhal)-花岗岩风化残坡积层(Qhesl)-矿体; (4)全新统冲积层(Qhal)-高铁高岭土-矿体; (5)高铁高岭土-矿体; (6)更新统北海组(Qpb)-矿体。

据467个参加资源储量估算钻孔的顶板围岩厚度进行统计：≤3 m的有158个孔,3～6 m有175个孔,6～9 m有69个孔,9～12 m有32个孔,12～15 m有11个孔,大于15 m的有22个孔,矿体盖层厚度主要集中在6 m以下区段,占71.31%。其中最薄的为0 m,最厚为37.10 m,平均5.44 m。厚度变化系数为0.861[2]。

底板围岩以半风化花岗岩为主,次为高铁高岭土、新鲜花岗岩。

半风化花岗岩:属微风化带的岩石,岩石裂隙发育,易碎散。岩石结构以残余花岗结构为主。矿物成分以石英、长石为主,长石已部分风化为高岭石,表面模糊。

高铁高岭土:风化程度较半风化花岗岩强,属强风化带产物,呈紫红色、褐红色砂土状,质松散,矿物成分种类多数与矿石相同,多以铁含量超出矿石工业指标而划为非矿。

花岗岩:浅灰、浅红、灰白色,粗粒结构、块状构造,主要由石英、长石、白云母和黑云母组成,岩石坚硬。

矿区夹石形态呈楔状、透镜状、局部呈燕尾状，夹石厚度2～6 m,平均3.39 m,岩性为半风化花岗岩。

2.3选矿试验

据广西地质矿产测试研究中心的试验分析, Ⅰ+Ⅱ级品平均化学成分： Al2O333.73%、 SiO251.10%、 Fe2O31.18%、 TiO20.10%， 白度69.72%; Ⅲ级品:Al2O334.79%、SiO248.55%、Fe2O31.76%、 TiO20.10%， 白度59.73%。 选矿试验表明， 该矿床矿石属易选矿石， 选矿工艺流程较简单。 选矿产品, 耀康矿区与新屋面矿区在质量指标上具有很大相似性。 若在选矿工艺流程中适当增加高梯度强磁选工艺， 则其铁含量可望进一步降低， 产品的质量档次可以得到提高。

3矿床成因

高岭土矿床成因类型一般划分为风化型、热液蚀变型和沉积型[3-4]。分析认为,耀康高岭土矿床成因类型为花岗岩风化残余型,矿床成矿母岩为加里东晚期的那车垌钾长花岗岩。

(1)成矿物质来源: 该高岭土矿产于那车垌钾长花岗岩体风化壳中,高岭土矿物特征、 含量和化学成分与原岩矿物有继承性和一致性。 野外观察和室内岩矿鉴定资料显示, 矿石中的高岭石、 绢云母常常保留有明显的长石假晶。 矿石中无层理、 化石、 搬运碎屑物等沉积物标志。 矿石结构自上而下残余花岗结构愈来愈明显, 并逐步向原岩过渡, 矿体底板主要为半风化花岗岩。 原岩物质在风化壳剖面上也具有垂直分带性, 高岭石含量自上而下逐渐减少, Al2O3含量降低, 出现残留长石并逐渐向原岩过渡。 对比表明, 耀康与清水江、 十字路、 新屋面等矿区的矿石在矿物成分上基本一致,只有量的差异, 没有质的区别, 矿床成因相同, 它们的成矿母岩均为那车垌岩体[1,5]。

(2)成矿物质基础:成矿原岩为加里东晚期那车垌钾长花岗岩体,原岩长石含量达60%～67%，Fe2O3含量为1.42%～1.47%,TiO2为0.05%～0.08%。具有比一般花岗岩的长石含量高和铁钛含量低的特征。

(3)构造条件: 矿区处于博白-岑溪大断裂带上, 受多期次断裂活动影响, 导致岩石变形强烈, 碎裂化、 糜棱岩化发育, 并伴随钾化、 云英岩化、 绢云母化及早期的混合岩化等热液蚀变变质作用, 对岩石及其矿物成分起到碎裂和破坏作用。

(4)气候条件:岩体所在区域属北部湾海洋性季风气候,常年湿热多雨，该地的年平均气温22.35 ℃,年均降雨量1 803.65 mm。温暖潮湿的风化淋滤环境、低缓平坦的地形以及有利的地下水条件(pH值为5.1～6.6), 为形成和保留矿区厚大的风化壳提供了有利的次生成矿条件。特别是那车垌花岗岩体的韧性变形构造发育,有利于水介质下渗、流动循环,加速岩石的风化分解,为风化成矿创造有利条件。

矿样中的矿物组合主要为高岭石、石英、伊利石、正长石、褐铁矿等,也指示该地区处于一个比较稳定、温暖潮湿的气候环境[6-8]。

(5)成矿机理: 风化作用是该高岭土矿床的主要成矿机理, 主要有长石经过绢云母阶段再转变为高岭石以及长石直接转变为高岭石两种途径[1]。

第1种途径可用下面两个方程表示：

热力学研究表明,pH值一定时,温度越高,越有利于K+迁出,也有利于钾长石转化为绢云母和绢云母转化为高岭石。

第2种途径可由以下化学方程式表示[9]：

其中，SiO2和KOH呈真溶液或胶体状态流失,硅铝酸根和部分氢氧根结合成高岭石残留在原地。此时在显微镜下观察到的高岭石呈较规则的片状,并保留有长石斑晶的假象,未见到绢云母。热力学研究表明：温度越高,pH值越小,越有利于钾长石直接转化为高岭石。

物理风化进程受到花岗岩中不同矿物热胀冷缩率的影响。 白天矿物的膨胀率不同, 夜晚矿物的收缩也不均匀, 致使晶体之间产生松动。 如石英的膨胀系数是长石的18倍之多(前者为0.003 1, 后者为0.000 17)[10]。

生物风化既有物理的方式,又有化学的方式。物理方式主要是根劈作用：在南方热带地区植被茂盛,随处可见植物的根系扎在岩石裂缝中,对裂缝壁产生强大压力,加速岩石破裂与崩落的进程。化学方式主要是生物在腐烂过程中释放出大量的有机酸,使岩石中的矿物发生分解,钾长石在有机酸中的化学分解如下[11]：

综上所述,矿床形成过程大致为:那车垌钾长花岗岩侵位→断裂构造活动使岩石碎裂、蚀变和糜棱岩化→风化作用使长石等矿物分解粘土化→K2O、Na2O、FeO流失→高岭石等粘土矿物相对残余残积成矿。

4结束语

在整个那车垌岩体的分布区中,新屋面、十字路、清水江、洪湾、塘亚、中城矿区等已进行详查或勘探地质工作,下一步宜沿那车垌花岗岩体分布区的北西(即石康方向)地段开展地质找矿工作,可能会有新的找矿发现。与那车垌岩体同处博白-岑溪断裂带的钾长花岗岩区,也有找到类似矿床的前景。

高岭土的用途非常广泛,已成为造纸、陶瓷、化工、农业、涂料、化妆品、农药和国防等几十个行业所必需的矿物原料,而我国优质高岭土的保障程度不高[12-13]。本矿床形态简单,呈似层状产出,岩性较单一,产状稳定,矿石易选,流程较简单。同时,水文地质、工程地质和环境地质条件较简单,宜露天凹坑开采。矿区交通便利,离北海港55 km。广西合浦是全国主要的砂质高岭土主产地,应综合利用好该类型高岭土矿,实现当地资源、经济、环保的协调可持续发展。

广西第三地质队为本次工作提供了支持和帮助，黄明富工程师给予了野外指导，在此一并表示衷心感谢！

参考文献:

[1]瞿思思,周汉文,钟增球,等. 广西合浦新屋面高岭石矿物学特征及其形成途径[J]. 地质科技情报, 2010,29(5):9-14.

[2]蒋士平,乐兴文,黄典江,等. 广西合浦县耀康矿区高岭土矿详查报告[R]. 钦州:广西壮族自治区第三地质队,2011.

[3]崔越昭. 中国非金属矿业[M]. 北京:地质出版社,2008:112.

[4]龙振根. 国内外高岭土资源和市场现状及展望[J]. 非金属矿, 2008,28(S):1-8.

[5]王苑, 周汉文, 曾伟能, 等. 广西合浦清水江高岭土矿的矿物学研究[J]. 地质科技情报, 2008, 27(1): 42-46.

[6]Murru M,Ferrara C,Da Pelo S,et al. The Palaeocene-Middle Eocene deposits of Sardinia(Italy) and their palaeoclimatic significance[J]. Comptes Rendus Geoscience,2003,335(2):227-238.

[7]汤艳杰,贾建业,谢先德. 粘土矿物的环境意义[J]. 地学前缘, 2002,9(2):337-344.

[8]陈涛,王欢,张祖清,等. 粘土矿物对古气候指示作用浅析[J]. 岩石矿物学杂志, 2003,22(4):416-420.

[9]卢欣祥,冯进城. 河南省花岗岩地质地貌概论[J]. 地质论评, 2007,53(S): 116-124.

[10]浦庆余,郭克毅.江西三清山花岗岩景观地貌的基本特征及其形成历史[J]. 地质论评, 2007,53(S): 41-55.

[11]王根厚,王训练,余心起.综合地质学[M]. 北京:地质出版社,2008.

[12]郑水林. 中国非金属矿加工业发展现状[J]. 中国非金属矿工业导刊, 2006 (3):3-8.

[13]章少华,李常有. 若干非金属矿资源可供性分析[J]. 中国非金属矿工业导刊, 2003 (2):7-11.

文章编号:1674-9057(2016)02-207-07

doi:10.3969/j.issn.1674-9057.2016.02.002

收稿日期：2014-07-13

基金项目：中国地质调查局地质调查项目(12120113091800)

作者简介：叶张煌(1973—),男,博士,副教授,研究方向:非金属矿产,chuckverna@sina.com。

通讯作者：闫强，博士，副研究员，cagsyq@163.com

中图分类号：P619.232

文献标志码：A

Geological characteristics and ore genesis of Yaokang kaoline deposit in Hepu,Guangxi

YE Zhang-huang1,2, YAN Qiang2, WANG An-jian1, LI Yi-ke2,WANG Bo-shan3

(1.Jiangxi Science and Technology Normal University, Nanchang 330038,China;2.Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China;3.Jiangxi Hongyi Mining Limited Company, Nanchang 330002,China)

Abstract:Yaokang kaolin deposit is a super large scale deposit, with reserve of 197.7 million tons, and elutriation concentrate up to 75 million tons. The deposit covers an area of about 16 km2, with the average orebody depth of 12.86 m.Most of the mineral compositions are quartz (30%-48%), kaolinite (20%-35%), and mica group (14%-35%), and the accessory mineral is less than 1%.Yaokang kaolin deposit, occurring in moyite weathering crust of the late Caledonian, is stratiform or stratoid, with slow ups and downs of the orebody roofs and floors, covering the granite.It is a typical granite weathered residual deposit, and weathering is the main ore-genesis mechanism. The ore-forming original rock is Nachedong moyite pluton, which has a high feldspar content(>60%) and lower iron and titanium content (<1.5%).Multiple regional faults caused abundant ductile deformation structures, humid and rainy climate conditions could further contribute to the decomposition of rocks.Feldspar can be transformed into kaolinite by two ways: feldspar-sericite-kaolinite and feldspar-kaolinite.

Key words:kaolin; geological characteristics; ore genesis; Yaokang Village;Hepu

引文格式：叶张煌,闫强,王安建,等.广西合浦县耀康高岭土矿地质特征和矿床成因[J].桂林理工大学学报，2016,36(2):207-213.