山东高岭土矿成矿特征及成矿规律探讨

焦丽香，郭加朋，程伟

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250010；2.山东省自然资源资料档案馆，山东 济南 250101；3.山东省地质科学研究院，国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东 济南 250013)

0 引言

高岭土是自然界常见的非常重要的一种黏土矿物，是在缺少碱金属和碱土金属的酸性介质中，由火成岩和变质岩中的长石或其他硅酸盐矿物经风化作用形成。高岭土因其具有分散性、可塑性、黏结性、烧结性、耐火性、离子交换性和物理化学上的稳定性，应用范围颇广[1]。20世纪60年代，山东省地质局综合一队在鲁西地区含煤盆地中对沉积型高岭土进行过调查，1982年又对鲁中地区优质高岭土做过调查，并提交山东省煤系高岭土研究及开发利用[2]。风化残积型高岭土矿较系统的地质工作始于1965年，为文登小观高岭土矿[3-4]。为了深化高岭土矿成矿理论，推动山东省优质高岭土矿的普查找矿工作，本文在大量勘查、科研、开发利用成果资料的基础上，总结探讨了山东省2种成因类型高岭土矿床的成矿地质特征、成矿规律、成矿模式。

1 矿床地质概况

截至2018年山东省上表高岭土矿床9处，查明资源储量504.46万t，其中基础储量314.08万t，资源量190.38万t，占全国查明资源储量的0.15%，位列全国第21位。已发现高岭土矿床18处[5]，大型3处，中型5处，小型8处，矿点2处。高岭土矿床勘查程度大部分达到了详查及以上程度，多数处于未开采和停采状态。

1.1 矿床类型及特点

按照高岭土矿的成因一般划分为风化矿床、热液蚀变矿床和沉积矿床3大类。由于地质情况复杂，根据成矿作用划分为3种类型、6种亚类型(表1)。

山东省地处滨太平洋成矿域，高岭土矿床有含煤地层中高岭石黏土岩型和风化残积型(表2)。沉积型高岭土矿广泛发育于鲁中地区北部的各煤田中，以新汶、肥城、淄博、莱芜含煤区中的优质高岭土质量为最好。风化残积型高岭土矿则以中、小型矿床和矿点的形式零星分布于鲁南和鲁东各地。

表1 高岭土矿主要类型及其主要矿物组分及结构构造

表2 山东省高岭土成矿特征

含煤地层中高岭石黏土岩型高岭土矿主要由铝硅酸盐陆源碎屑物经化学搬运，在海盆地内凝聚沉积而成。一般为硬质高岭土类矿石，可塑性较差。按其沉积环境和矿物组合的差异，又可分为大同土型和高铝黏土矿型2种。

大同土型高岭土主要分布于鲁中北部各煤田，鲁南至今还没有发现工业矿体。具有工业价值的矿床主要分布在新汶、肥城、淄博和莱芜煤田中。该类型高岭土矿主要与煤系地层有关，因其最早发现于山西大同煤田，故名“大同土”，亦称“碱石”。赋矿层位主要是石炭—二叠纪[6]，矿体主要以煤层夹石或底板的形式出现。矿体呈稳定的薄层状，一般厚度仅十几到几十厘米，产状与煤层一致，煤层稳定，其亦稳定。矿石特征因地而异，一般矿石呈褐灰色、棕褐色，致密块状，性脆、易碎，断口呈贝壳状，手触有滑感，高温焙烧厚，呈白色。用它制成的瓷器，瓷质白色泛青，光泽柔润，白度达70°以上，属优质陶瓷工业原料。因矿层薄，无法单独开采。仅有新汶煤田组织煤矿首选回收利用，矿石回收率极低。表面碳质污染严重，影响制品质量。高铝黏土矿型高岭土则主要与铝土岩或铝土矿关系密切，三者常互为消长。其主要赋矿层位是二叠纪石盒子群万山组A层，厚几米到几十米，淄博王村东宝山硬质黏土矿和枣庄市中区焦宝石矿皆属此种类型。高铝黏土矿型高岭土主要分布于鲁中地区，以淄博地区为最发育。

风化残积型高岭土矿由中酸性岩体或岩脉风化残积而成。矿体形态、分布及矿物组合等因母岩而异。主要见于胶东各地，如文登小观黏土矿等。矿体覆于燕山期高岭土化花岗岩之上，呈带状或脉状。矿石呈灰白色，松散状，主要矿物成分为高岭石、长石、石英，含铁略高。白垩纪青山群石前庄组的流纹质熔结角砾岩中也有高岭土成矿，但具有工业价值的矿点较少。

1.2 沉积型高岭土矿床特征

沉积型高岭土矿床分布于鲁西隆起淄博断陷东部、新汶断陷盆地或莱芜盆地之中(图1)。赋存地层为二叠纪石盒子群万山组A层、石炭—二叠纪月门沟群本溪组、太原组[7]。新汶煤矿中主要为11层煤夹矸，莱芜煤矿中为15层煤夹矸，淄博、肥城煤矿中为7层煤夹矸[8]。

1—含煤区及含煤区编号；2—高岭土矿床；3—矿床编号；含煤区名称：1—淄博含煤区；2—章丘含煤区；3—黄河北含煤区；4—肥城含煤区；5—莱芜含煤区；6—新汶含煤区；7—汶上-宁阳含煤区；8—兖州-济宁含煤区；9—巨野-郓城含煤区；10—曹县含煤区；11—金乡-单县含煤区；12—滕州含煤区；13—枣庄-韩台含煤区；14—临沂含煤区；15—垦利含煤区；16—坊子含煤区；17—昌乐-昌邑含煤区；18—龙口含煤区；①—淄博王村含煤沉积型高岭土矿；②—莱芜地区煤系高岭土矿；③—新汶煤矿沉积型高岭土矿；④—肥城煤矿沉积型高岭土矿；⑤—兖州煤矿沉积型高岭土矿；⑥—陶枣煤矿沉积型高岭土矿

山东含煤建造沉积型高岭土矿[6]主要为沉积型硬质高岭土或称硬质高岭岩,少量为软质高岭土(1)山东省地质矿产局第一地质队，山东省鲁中地区优质高岭土(大同土)矿初步普查地质报告，1984年。。硬质高铝高岭土矿主要赋存层位为二叠纪石盒子群万山段，万山段为中细粒砂岩、杂色页岩、黏土岩互层沉积层段，总厚度120余米。硬质高铝高岭土为一层，厚度为0.6～2.60m，矿层顶部为紫色为主的杂色页岩。优质大同土以薄层状煤层夹石的形式产出，矿体呈层状、似层状、透镜状，产状与所赋存的煤层一致，倾角平缓，一般10°～15°，个别达20°以上。矿层厚10～20cm，层位稳定。顶、底板为砂岩、粉砂岩(图2)。

1—砾岩；2—黏土岩；3—页岩；4—砂质页岩；5—砂岩；6—泥灰岩；7—灰岩；8—铝土岩；9—铁矿层；10—煤层；11—高岭土矿层

1.3 沉积型高岭土矿石特征

硬质高岭土呈含粉砂泥质结构，层状构造。软质高岭土具泥质结构，致密块状(层状)构造。矿石具土状光泽、表面略显粗糙，滑感不明显，可塑性略弱。各矿区煤系高岭土的矿物组成均较简单,有害杂质含量低。矿物组成以高岭石为主,新汶、肥城、兖州三矿区高岭土中高岭石含量在80%以上，其中大部分在90%以上，龙口矿区高岭土中高岭石含量在70%以上；高岭土中杂质含量较少,主要杂质为石英、云母、长石和有机质；有害杂质为Fe2O3和TiO2，其总量一般<1%[7]。同普通高岭土相比，煤系高岭土有机碳质含量较高，致使其烧失量相对提高，一般在14%左右。

1.4 风化残积型高岭土矿地质特征

风化残积型高岭土矿床主要分布于鲁东隆起的胶莱坳陷区和苏鲁造山带威海隆起区。风化残积型高岭土矿主要矿物是高岭石，晶体呈细微的鳞片或板状体。矿石中主要矿物为高岭石、埃洛石、水白云母、石英、少量的钾长石，斜长石及微量的磁铁矿、锆石。文登小观高岭土矿由花岗岩风化残积而成，矿体随母岩风化面呈鸡窝状成群分布，矿体长一般100～300m，最长600m，宽一般3～10m，最宽80m。矿体厚度主要决定于风化壳的深度，一般10～15m。主要矿物成分为高岭石、杂质少，白度高、硅铝比接近2.0，是合成新型助洗剂的上乘原料[8]。

2 高岭土矿成矿模式

2.1 沉积型高岭土矿床成矿模式

2.1.1 临淄金岭矿区高岭土矿特征

矿床位于临淄区西6～12km，隶属临淄区金岭镇、路山镇和孙楼镇管辖。处于鲁西隆起淄博断陷东部之湖田向斜内，为相对稳定的华北克拉通内部(2)山东省第四地质矿产勘查院，山东省临淄区金岭矿区高岭土矿普查地质报告，1999年。。成矿时代为古生代石炭纪—二叠纪，成矿与海陆交互相、陆相沉积作用有关，矿床赋存于月门沟群本溪组、太原组煤层中。矿区内仅有一个高岭土矿体，分布于矿区西部，隐伏于第四系之下，产于太原组底部层位，顶板围岩为煤10-3，底板为浅灰色—深灰色黏土岩、页岩、含粉砂黏土岩。矿体呈层状，产状平缓稳定，厚0.5～0.90m，平均厚0.71m，厚度变化小。矿体埋深35～200m，走向65°～85°，局部90°～95°，倾向NNW，倾角4°～8°，一般5°，控制矿体长1705m，宽(沿倾向)980m，矿体平均厚度0.71m，厚度变化系数22.49%，矿体平均品位(Al2O3含量)33.38%，品位变化系数12.98%。矿石呈深灰色，泥质结构，致密块状构造、贝壳断口、易碎、手触有滑感等。矿物成分以高岭石为主，另有少量水云母、蒙脱石、伊利石、石英、长石等。矿石有益成分Al2O3平均含量33.38%；有害组分中Fe2O3+TiO2平均含量为1.55%；SO3平均含量0.36%，含量较低。共(伴)生矿产有沉积煤矿、耐火黏土、铝土矿。

2.1.2 成矿模式

沉积型高岭土矿是在缺少碱金属和碱土金属的酸性介质中，温暖至湿热的气候条件下，由火成岩和变质岩中的长石或其他硅酸盐矿物经风化作用形成于湖泊、古大陆边缘的海湾及泻湖区域。其成矿机制一般与沉积岩中的细粒粉砂—泥岩形成过程相同。其矿石分为砂质、软质、硬质3种自然类型，成矿物质主要来自陆源区的高岭石类矿物碎屑，是以机械搬运为主。在搬运过程中，经进一步分选聚集于滨海湖沼、河漫滩等有利地区成矿；除部分机械搬运的高岭石类矿物碎屑外，有相当一部分是SiO2和Al2O3胶体物质，在成煤期，化学风化物SiO2，Al2O3在富含有机酸的水介质携带下搬运到盆地中，以胶式凝聚方式沉淀，胶体沉积物在成岩过程中重结晶形成高岭石(图3)。临淄区金岭矿区高岭土矿产于太原组底部层位煤10-3底板中，严格受层位控制。矿床成因属滨海—近海沼泽胶体化学沉积，赋存于泥岩(黏土岩)地层中，矿石呈致密块状，不具层理。它的形成严格受当时的沉积环境制约，沉积以胶体化学沉积为主时，则形成高岭土黏土矿，高岭土层位稳定，底板为黏土，顶板为煤10-3。

1—粉砂；2—含炭质砂页岩；3—炭质粉砂岩；4—砂岩；5—细砂岩夹炭质页岩；6—炭质页岩；7—太原组灰岩；8—灰岩夹煤；9—高岭土矿层；10—粉砂岩

2.2 风化残积型高岭土矿成矿模式

2.2.1 莱西市河头店镇东大寨高岭土矿特征

矿床位于莱西市城区东北约20km，行政区划隶属莱西市河头店镇东大寨村，位于村东南约1km处。处于华北板块(Ⅰ)鲁东隆起(Ⅱ)胶莱坳陷区(Ⅲ)的莱阳凹陷(Ⅴ)(3)山东省地质环境监测总站，山东省莱西市东大寨矿区高岭土矿资源储量核实报告，2013年。。成矿时代为中生代白垩纪，矿床赋存层位为青山群石前庄组的流纹质熔结角砾岩中。矿区内有2个高岭土矿体，分别编号为Ⅰ和Ⅱ号。Ⅰ号矿体分布于1～10线之间，由7个探槽和5个探井工程控制。矿体呈板状，总体走向70°，倾向SE，倾角47°～52°。矿体控制长700m，控制矿体垂深43～48m。矿体真厚度28.76～31.90m，平均30.33m，厚度变化系数3.67%，属厚度变化稳定型。矿体品位(Al2O3)12.73%～15.71%，平均14.60%，品位变化系数4.30%，属有用组分分布均匀型。矿石的矿物成分主要由高岭土矿物和火山岩的晶屑和岩屑组成。其中，高岭土矿物主要为高岭石、迪开石、水云母和少量绿泥石、方解石等；砂质含量在56%～67%之间，成分为中酸性火山岩的晶屑和岩屑，粒度在0.2～15mm之间，晶屑成分主要是石英、斜长石和钾微斜长石。矿石有用组分Al2O3平均含量13.96%，品位变化系数4.69%，属有用组分分布均匀型。有害组分Fe2O3平均含量1.13%，变化系数13.6%，属分布均匀型；TiO2平均含量0.061%，符合TiO2≤0.6%的质量要求，变化系数43.8%，属分布不均匀型。矿石中个别样品有害组分Fe2O3+TiO2大于2%。矿石自然类型均为流纹质火山角砾岩(照片1a)、火山凝灰岩型，为浅灰—深灰色，主要由火山岩的岩屑和晶屑组成，高岭土矿物以集合体呈松散状产于其中。矿石具变余凝灰结构、斑杂状构造(照片1b、1c)。

a—流纹构造;b—斑杂状构造;c—高岭土照片1 流纹质火山角砾岩照片

2.2.2 成矿模式

山东省风化残积型高岭土矿床均产于凹陷区或隆起区内的次级构造单元—胶莱凹陷(火山盆地)中，坳陷的形成发展、含矿火山岩系的形成均受区域深大断裂活动的控制，深大断裂往往伴随有多期的火山活动，而深大断裂本身往往就是火山喷发的通道。而由断裂所控制的火山岩盆地(凹陷)构造，又是形成富水环境的先决条件。此外，弱还原—弱氧化及富碱的水介质环境等，都是火山碎屑物质水化、水解、生成高岭土的基本条件。可见构造及古地理环境条件对高岭土生成的重要控制作用。控矿的白垩纪青山期酸性火山活动所形成的火山岩，主要分布在胶莱坳陷周缘，呈断续的环状分布，构成“酸性火山环”，是高岭土、沸石岩、膨润土、珍珠岩等矿产的主要分布区域[9-10]。青山群为一套酸性—中偏基性火山碎屑岩，主要岩性为安山质角砾岩，集块岩夹部分含角砾凝灰岩、安山岩，潜流纹斑岩及流纹质熔结角砾岩，高岭土矿即赋存在流纹质熔结角砾岩中。在温暖潮湿或湿热的气候带而淋滤速度有限的条件下，富铝基岩风化过程中SiO2的淋出受到限制，长石等含铝矿物分解形成高岭石、埃洛石等黏土矿物。植被发育和有机质的存在可造成风化壳下部处于pH和Eh值较低的条件，有利于高岭石的形成，而且铁易被还原成易溶的二价状态或在有机质的作用下迁出风化壳，有利于高岭土质量的提高。风化残积型高岭土矿成矿作用以风化作用为主，成矿母岩中长石达到一定含量的各种岩浆岩、火山岩、变质岩、沉积岩都可以形成这类矿床。但形成规模较大的工业矿床，成矿母岩为中酸性岩体(花岗岩、花岗斑岩、石英斑岩、细晶岩、霏细岩)，部分为酸性火山岩、火山碎屑岩(凝灰质千枚岩、凝灰岩、凝灰质斑岩、凝灰质长石石英砂岩)。构造活动的强烈程度、气候条件和地形地貌对风化残积型高岭土矿具有较强的控制作用(图4)。

1—花岗片麻岩;2—流纹质熔结角砾岩;3—花岗斑岩;4—砾石带;5—水云母岩;6—高岭土矿体

3 成矿规律

山东省地处我国大陆东缘。以沂沭断裂带为界，形成了鲁东和鲁西截然不同的2个地质单元。鲁东以丘陵山地为主，太古代—元古代的古老变质岩系地层发育，并以缺失古生代地层为特征。鲁西以中低山区、平原区为主，广泛发育古生代及中、新生代地层。由于高岭土分布区域、构造单元的差异，沉积建造的不同，决定了高岭土赋存状态以及成因的明显不同。鲁东地区发育花岗岩风化成因的文登小观高岭土矿床。风化型高岭土矿成矿作用以风化作用为主，成矿母岩中长石达到一定含量的各种岩浆岩、火山岩、变质岩、沉积岩都可形成这类矿床。鲁西地区高岭土矿以沉积型矿床为主，发育有产于二叠纪石盒子群的大型硬质黏土矿床(A层硬质黏土)；广泛发育于新汶、肥城、淄博煤田中的优质高岭土(大同土)矿床。根据徐志刚等[11]，陈毓川等[12],结合山东省矿产地质志矿床类型划分方案，山东省高岭土矿主要成矿单元包括3个Ⅲ级成矿带、3个Ⅳ级成矿带。共圈定出了4个Ⅴ级找矿远景区，详见表3、图5。

表3 山东省高岭土矿主要分布的成矿区带

1—高岭土矿床及编号；2—石炭-二叠纪海陆交互相碎屑含煤建造；3—白垩纪火山岩建造；4—找矿远景区及编号；5—全国三级成矿区带编号；备注：1—杨家巷第一高岭土矿(软质高岭土)；2—章丘埠村镇大冶高岭土矿；3—章丘埠村镇大冶第二高岭土矿；4—章丘埠村杨家巷高岭土矿(软质和硬质高岭土)；5—章丘文通高岭土矿；6—章丘文祖镇高岭土矿；7—章丘埠村镇月宫第二高岭土矿；8—青岛莱西河头店镇东大寨高岭土矿；9—文登高岭土矿小观高岭土矿；10—乳山马场地区高岭土矿；11—兖州煤田北宿煤矿三、四采区煤系高岭土矿；12—淄博临淄区金岭矿区高岭土矿；13—新汶煤田高岭土矿；14—泰安肥城地区煤田高岭土矿；15—淄博岭子煤田高岭土矿；16—淄博王村铝土矿东宝山高岭土矿；17—栖霞东孟家沟矿区高岭土(金)矿矿点；18—沂水县高桥陶瓷厂小段家荣仁黏土高岭土矿点

山东省高岭土矿床成矿系列属于山东中东部与燕山晚期火山、次火山岩、溶滤作用有关的铅、锌、萤石、重晶石、膨润土、高岭土等非金属矿床成矿系列、鲁西陆块与中侏罗世湖相沉积作用有关的煤、耐火黏土、高岭土成矿系列和鲁西陆块与石炭—二叠沉积作用有关的煤、稀散元素、耐火黏土、玻璃石英砂岩、高岭土矿床成矿系列[14-15]。

4 结论

(1)山东省高岭土矿床类型分为沉积型和风化残积型2种，沉积型优质高岭土矿赋存于古生代石炭纪—二叠纪中部煤层中，赋矿层位为月门沟群太原组、本溪组和石盒子群万山组；含矿建造为古生代海相、海陆交替相沉积建造，构造—岩浆期为华力西期。沉积型高岭土矿床以煤层夹石的形式出现，常作为煤炭勘探的标志层。风化残积型成矿时代为中生代白垩纪、中生代燕山期，赋矿层位为青山群石前庄组的流纹质熔结角砾岩、中生代燕山期中细粒白云母花岗岩、二云母花岗岩。

(2)在山东高岭土矿成矿区带(Ⅳ级)中，主要圈定4个找矿远景区。沉积型高岭土矿主要分布于新汶断陷盆地、莱芜盆地；风化残积型高岭土矿主要分布于莱阳凹陷、胶莱盆地、威海隆起区。