豫西张窑院耐火粘土矿床地质特征研究

梁新辉，冯绍平，高 晓，王小涛，张争辉，张怡静

(1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471023；2.河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室，河南 洛阳 471023；3.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州 450000)

豫西张窑院耐火粘土矿床地质特征研究

梁新辉1,2，冯绍平1,2，高 晓3，王小涛1,2，张争辉1,2，张怡静1,2

(1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471023；2.河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室，河南 洛阳 471023；3.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州 450000)

新安县张窑院耐火粘土矿平缓的倾斜层状产出于石炭系本溪组地层中，矿体主要由高铝粘土和硬质粘土组成。通过矿石化学分析、镜下特征及XRD分析，主要成分为一水硬铝石和高岭石；由差热分析曲线得出矿石吸热峰温度约535℃、放热峰温度约980℃；分析认为赋矿的本溪组地层沿袭于自中奥陶世以来形成的古陆风化壳，自下而上由风化壳洼坑处的陆屑充填到上面的陆缘海滨沼泽相沉积，形成了通称铁铝层含矿岩系，由各类粘土矿物形成不同的粘土矿层，矿层产状及分布特征主要受古岩溶地貌及南北向古构造裂隙的风化壳地形的控制。

耐火粘土；XRD；差热分析；古陆风化壳

1 研究区概况

张窑院耐火粘土矿位于洛阳市新安县西北约20km处的石寺镇和铁门镇境内，最早在1961年开展地质勘探工作。大地构造属岱嵋—西沃隆褶断区，古地理称岱嵋山古陆，矿床位于黄河南岸与龙潭沟大断裂之间、西沃竹园—石寺张窑院耐火粘土、铝土成矿带上[1](见图1)。区域出露地层分布与该区大地构造线基本一致，从北西向南东依次出露太古界，中元古界熊耳群、汝阳群，古生界寒武系、奥陶系、石炭系，新生界古近系、新近系、第四系。区域内的褶皱多是宽缓的褶曲，断裂以高角度的正断层最为发育，主要由NW向的龙潭沟大断裂以及含黄河大断层在内的一系列NNW向断裂组成。岩浆活动及变质作用比较微弱，除边缘一些中元古界火山岩外，主要是一些辉绿岩等侵入岩。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质

区内出露地层有中奥陶系马家沟组，石炭系本溪组、太原组，二叠系山西组，第四系黄土及河床淤泥。岱嵋寨—韶山背斜的东南翼，地层走向为NESW，倾向SE，倾角约10°。本区所见断裂全部为正断层，倾角60～80°，分布稀疏，一般延伸40～100m，规模较小，断距不大。

图1 研究区地质构造图

2.2 矿体特征

耐火粘土矿层主要位于石炭系本溪组的中上部，下部存在少量耐火粘土矿的透镜体，同时有赤铁矿、褐铁矿透镜体的分布，但规模及质量都难以达到工业用料要求。本溪组的耐火粘土矿本身是组成沉积岩的一部分，产状与上覆岩层近似，矿层底板为粘土质页岩或铁质粘土、顶板为粘土页岩，局部矿层上覆岩层遭侵蚀，由第四系黄土直接覆盖。矿区不同时期勘探共圈定9个矿体，有代表性的为Ⅰ、Ⅱ矿体(见图2)。

Ⅰ号矿体：矿体长轴方向近南北，长500m，宽100～250m，组成矿体的矿石主要为高铝粘土[2]，上部、下部有少数硬质粘土。矿体厚度北薄南厚，最薄0.5m，厚度1.16～41.18m，平均15.30m。矿石矿物成分主要为一水硬铝石，大多呈豆状粗糙状结构，主要化学成分为Al2O3。Ⅰ号矿体的特点是形态简单，厚度大而稳定，品级高且连续。

Ⅱ号矿体：矿体长轴方向NNE，长500m，宽260m，组成矿体的矿石主要为高铝粘土，上部、下部及高铝粘土层内有少数硬质粘土。矿体厚度0.74～13.43m，平均4.61m。矿体顶部往往有0.43～1.39m的硬质粘土。矿石矿物成分为高岭石及一水硬铝石，颜色较深，多呈致密状，少量为豆状结构。Ⅱ号矿体的特点是厚度呈波状起伏，厚度较大程度的受底板控制，但矿体连续性好。

图2 矿体特征示意图

2.3 矿石特征

矿石多为灰白—灰褐色，鲕粒状结构、粗糙状结构、致密块状结构，鲕粒直径一般0.2～4mm，鲕粒边缘较圆滑，形态呈圆形或椭圆形，孔穴胶结类型，风化后常呈黄褐色。矿石矿物成分主要为一水硬铝石及粘土矿物(主要为高岭石、少量伊利石、水云母、绿泥石等)，含少量黄铁矿及次生的褐铁矿等。一水硬铝石或分布于鲕粒中心、或分布于鲕粒胶结物中、或呈放射状分布于致密矿石中。

矿石品级不同显示出不同的结构构造：特级品及一级品多呈鲕粒状结构，鲕粒浑圆状，边界平滑，一水硬铝石分布于鲕粒中心及胶结物中，胶结物为粘土矿物，含少量黄铁矿、褐铁矿(图3a、图3b)；二级品及三级品呈鲕粒结构，鲕粒分布紧密，一水硬铝石零星分布于鲕粒中心(图3c)或分布于鲕粒胶结物中(图3d)；矿层顶板岩石多呈灰白色，致密块状，含少量高岭石鲕粒，一水硬铝石零星分布在致密块状中，含5%左右的黄铁矿(图3e)；矿层底板岩石多呈似球状结构，球粒由菱铁矿组成，粘土矿物多为伊利石，少量为高岭石，一水硬铝石零星分布于球粒或粘土矿物中(图3f)。

经化学分析，耐火粘土矿化学成分主要由Al2O3组成，含量达34.7%～50.1%，SiO2含量11.9%～35.6%，次要有TiO2，含量1.9%～2.8%，烧失量达12.9%～19.4%(见下表)。

图3 耐火粘土矿矿物特征

3 矿石XRD分析

本次采用X-射线衍射仪对所采矿石标本进行XRD物相分析，显示矿石矿物成分主要为一水硬铝石，粘土矿物主要为高岭石，少量白云母、斜绿泥石，部分矿石含有少量黄铁矿、菱铁矿，与矿石化学分析结果及镜下分析显示出一致性[3](见图4)。

4 耐火粘土矿差热分析

差热分析是在程序控制温度下，测试待测试样和参比样之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术[4-6]。本次利用Thermo plus TG8120仪器对耐火粘土矿石粉进行差热分析，图5为两幅CR1/BP的差热分析。

从图5热重曲线可看出，原样样品从加热到1 000℃时，逐渐失重。从图5a中DTA曲线可知，其有三个放热峰，其第一个放热峰温度为467.3℃，其第二个放热峰温度为547.2℃，其第三个放热峰温度为975℃左右；从图5b中DTA曲线可知，样品吸热峰温度为532.7℃，样品放热峰温度为980℃。对矿区全部8张热重TG图分析，矿石吸热峰温度约535℃、放热峰温度约980℃。

耐火粘土矿化学分析结果(%)

图4 矿石XRD分析

图5 矿石粉CR2/BP的差热分析

对矿区8件矿石样品的铝硅比进行测算，位于2.19～8.41之间，其中2.6以下样品2件、2.6以上样品6件。根据穆亚蓬等[7]的研究成果，铝硅比值大于2.6其耐火度＞1 770℃，由此推断矿区大部分样品耐火度＞1 770℃。

5 矿床成因分析

矿床含矿岩系为本溪组，系沿袭于自中奥陶世以来形成的古陆风化壳，在古陆边缘产出的一套由铁、铝质氧化物和泥、灰质组成的海陆过渡相沉积，自下而上由风化壳洼坑处的陆屑充填到上面的陆缘海滨沼泽相沉积，显示了大海的填平补齐、各类沉积物的均衡代偿作用，形成了通称铁铝层含矿岩系，由各类粘土矿物形成不同的粘土矿层。

矿层产状及分布特征主要受古地理、古地貌的控制，在古地貌形成的有些溶沟中沉积或堆积了厚达几十米的示溶斗状高铝土矿体(见图6)。古岩溶地貌的形成，除了白云岩岩石化学性质外，还有古构造因素。在剥蚀作用较深的黄河沿岸新安北部石井以及其他铝土矿地表揭露程度较高地区，可见比较有规律展布的近南北向奥陶系溶蚀残丘和溶沟等岩溶地貌，它们很可能是继承南北向古构造裂隙的风化壳地形。

图6 张窑院12线示溶斗状矿体

6 结论

(1) 新安县张窑院耐火粘土矿平缓的倾斜层状产出于石炭系本溪组地层中，矿体主要由高铝粘土和硬质粘土组成，矿石主要成分为一水硬铝石和高岭石。

(2) 矿石吸热峰温度约535℃、放热峰温度约980℃，推断矿区大部分样品耐火度＞1 770℃。

(3) 分析认为赋矿的本溪组地层沿袭于自中奥陶世以来形成的古陆风化壳，自下而上由风化壳洼坑处的陆屑充填到上面的陆缘海滨沼泽相沉积，形成了通称铁铝层含矿岩系，矿层产状及分布主要受古岩溶地貌及南北向古构造裂隙的风化壳地形控制。

[1]石毅,钱建立,付法凯,等.洛阳市非金属矿产资源[M].郑州:黄河水利出版社,2013.

[2]刘长龄.《关于高铝粘土名称讨论》和徐平坤同志讨论[J].硅酸盐通报,1985,1(1):37-43．

[3]李大勇,李守权.X射线荧光光谱法测定高铝粘土中主成分方法研究[J].贵州地质,2010,27(2):157-160,144.

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[5]刘振海.分析化学手册(第八分册)热分析[M].北京:化学工业出版社,2000:50-56．

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[8]刘长龄,时子祯.山西、河南高铝粘土铝土矿矿床矿物学研究[J].沉积学报,1985,3(2):18-36.

Study on Geological Characteristics of Zhangyaoyuan Refractory Clay Deposit in Western Henan

LIANG Xin-hui1,2, FENG Shao-ping1,2, GAO Xiao3, WANG Xiao-tao1,2, ZHANG Zheng-hui1,2, ZHANG Yi-jing1,2
(1. No.1 Institute of Geological & Mineral Resources Survey of Henan, Luoyang 471023, China; 2. Key Laboratory of Gold and Silver Polymetallic Ore-forming Series and Deep Prognosis of Henan Province, Luoyang 471023, China; 3. No.2. Institute of Geological & Mineral Resources Survey of Henan, Zhengzhou 450000, China)

The refractory clay deposit is gently tilted and stratified in the Carboniferous Benxi Formation, and the orebodies are mainly composed of high-alumina clays and hard clays.Through the ore chemical analysis, microscopic characteristics and XRD analysis, the main components are monohydrate diaspore and kaolinite. The endothermic peak temperature of the ore is about 535℃and the exothermic peak temperature is about 980℃, which is obtained by differential thermal analysis curves. It is believed that the ore-bearing strata of Benxi Formation strata inherited the paleo-continental weathering crust formed since Middle Ordovician, bottomup chip by weathering crust depression crater where land filling to the upper epicontinental coastal swamp facies, formed the known as the Fe-Al layer of ore-bearing rock series, different clay layer formed by all kinds of clay minerals, the occurrence and distribution characteristics of the ore-bearing strata are mainly controlled by the ancient karst landform and weathering crust topography of the north-south tectonic fissures.

refractory clay; XRD; differential thermal analysis; the paleo-continental weathering crust

P619.23

A

1007-9386(2017)02-0012-04

2017-02-16

河南省“两权价款”地质科研项目(2015-258-03)。