青州市马家庄地区黏土矿成矿地质特征研究

刘继勇，武斌，张洪滨，董美川

(山东省第四地质矿产勘查院，山东省地矿局海岸带地质环境保护重点实验室，山东 潍坊 261021)

0 引言

黏土矿作为我国优势矿产资源之一，其物质成分较为复杂，往往由多种细小矿物颗粒混合而成[1]，在化工、陶瓷等领域应用十分广泛，水泥配料用黏土是烧制水泥熟料主要配料之一，在水泥烧结过程中起着提供SiO2，Fe2O3，Al2O3的作用，随着我国社会经济的发展，对黏土矿的需要与日俱增,急需更优质的黏土矿为国民经济发展提供助力。

1 区域地质

1.1 地层

区内主要被古生代寒武系和新生代第四系所覆盖，呈现南西高北东低的构造格局，出露地层单元由老到新有寒武-奥陶纪张夏组、崮山组、炒米店组、三山子组、马家沟群及第四纪大站组、临沂组(图1)。寒武-奥陶纪地层岩性较为单一，以灰岩、白云岩等碳酸盐岩为主，局部出露小面积的泥岩，地层总体倾向NW，倾角不大，一般5°～13°；第四纪上更新统大站组及全新统临沂组是马家庄地区黏土矿的主要赋矿层位，岩性以砂质黏土、黏土质粉砂岩等为主，含砾粉砂及混砾砂少量[5-6]，其产状与地形坡角大致一致，倾向NE。

1.2 构造

区域内断裂较为发育，主要有NE向及NW向两组断裂，其中规模较大的有上五井断裂及青州断裂(图1)[7-14]。

1—张夏组；2—崮山组；3—炒米店组；4—三山子组；5—东黄山组；6—北庵庄组；7—土峪组；8—大站组；9—临沂组；10—地质界线；11—平行不整合界线；12—实测断裂；13—推测断裂；14—矿区位置及范围图1 马家庄地区区域地质图

上五井断裂总体走向30°～40°左右，主体南东倾，倾角60°～80°，主要由数条张性断裂为主的破碎带构成，总体显示南东盘下降，北西盘上升的张性断裂性质，在印支晚期-燕山早期即开始活动，成型应在燕山晚期，古近纪时受区域应力场影响，又有较大规模活动，至中更新世之后仍有活动，活动具多期性，以张性为主。

青州断裂总体走向330°左右，倾向60°，倾角60°～72°，破碎带宽10～20m，带内岩石产状杂乱，近直立，牵引褶皱发育，所切割岩石为寒武纪地层和新太古代二长花岗岩，断裂性质为张性，南东端被上五井断裂所截。区内地表覆盖严重，仅沿冲沟等地势低洼处可见其露头。

2 含矿层系

区内赋矿层系为第四纪上更新世大站组、全新世临沂组[15-18]，以大站组为主。

2.1 大站组

广泛分布于沟谷、山间盆地及山前斜坡、台地，常构成二级阶地，局部被临沂组所覆盖。上部为紫褐色砂质黏土，黏土中含少量有机质及铁锰质结核；中部由紫红色黏土、紫红色含砂质黏土组成，含少量铁锰质结核及钙质结核，厚2～16m；下部由紫红色黏土夹紫红色—棕红色砂质黏土组成，厚2～5m；底部由黄褐色基岩分化物、姜结石及灰岩角砾组成，厚0～0.4m。为区内黏土矿最主要的开采层位。

2.2 临沂组

全新统临沂组主要分布于现代河流一级阶地及河漫滩，是一套灰黄色河流冲击相碎屑沉积[19]，由富含有机质的耕植土及人工堆积沙土、砂质黏土组成,厚0.5～2m。层内亦有黏土矿的赋存，但不论其规模还是品质均次于大站组地层。

3 矿体地质特征

矿体在空间上呈层状、等轴状展布，矿体长1km，矿体厚度与古地形关系密切，厚度变化较大(图2)，古地形低洼处矿体厚度较大，隆起区域则厚度较小，矿层最大厚度18.42m，最小厚度8.15m，平均厚度12.61m，厚度变化系数27.79%。总体变化趋势是矿体底板东南部较高，向北西逐渐变低，自南向北略有倾斜。

1—寒武纪炒米店组；2—更新世大站组；3—全新世临沂组；4—钻孔位置及编号；5—地质界线；6—矿层等厚线；7—样品位置及编号图2 马家庄地区矿区地质简图

3.1 矿石自然类型及其特征

矿石结构以泥状结构为主，豆粒结构、显微鳞片结构次之。矿石构造主要是土状构造，部分为层状、微层状构造。矿石自然类型分为耕植土、黏土两大类，但以黏土为主。

耕植土：矿石呈土黄色—黑褐色，富含有机质，含少量的粉砂及砾石。

黏土：主要包括紫红色黏土、黄褐色黏土及砂质黏土，为主要矿石类型，各工程均有分布，呈紫红色、黄褐色等，含少量铁锰质结核，核径1～3mm，局部可见少量钙质碎屑、砾石及有机质。

3.2 矿石化学成分

全区矿石平均品位SiO267.61%，Fe2O35.35%，Al2O314.79%，硅酸率n=3.37，铝酸率p=2.77。矿石最主要的特征是SiO2含量较高，一般66%～70%。

通过对区内100件样品进行统计结果(图3、图4)，显示矿区硅酸率(n)略正偏，铝酸率(p)基本为正态分布，各勘探线n，p值变化幅度不大(表1)，平均值：3.26～3.62，变化幅度0.36，平均值：2.74～2.84，变化幅度0.1，沿勘探线方向自西向东n，p值具有逐渐增高的趋势，从南向北n，p值逐渐降低，n，p值得的变化受到SiO2、Fe2O3、Al2O3三者品位的控制，矿区SiO2、Fe2O3品位波动幅度较大，Al2O3品位稳定，因此，n值与SiO2正相关，p值与Fe2O3负相关。

表1 矿区各剖面线n，p平均品位

图3 矿区硅酸率(n)、铝酸率(p)平均值变化图

图4 矿区SiO2，Fe2O3，Al2O3平均品位变化图

按不同矿石类型取6件样品进行多元素分析(表2)，平均化学成分CaO 1.24%，MgO 1.46%，K2O 2.53%，Na2O 0.99%，SO31.02%，烧失量2.96%，其结果显示矿层中CaO，MgO含量稳定，各勘探线变化不大，K2O，Na2O含量较高(图5)，K2O含量较为稳定，变化幅度一般小于0.4%，Na2O含量变化较大，变化幅度一般0.5%～0.8%，K2O，Na2O含量与SiO2含量呈正相关关系，SiO2含量高，K2O+Na2O相应较高，反之亦然。SO3含量稳定，沿各勘探线基本无变化。

图5 矿区K2O、Na2O变化曲线

表2 0～8线CaO，MgO，K2O，Na2O，SO3平均品位

与中华人民共和国地质矿产行业标准《矿产地质勘查规范石灰岩、水泥用黏土质和硅质原料》DZ/T0213中规定数值(表3)相比较，该区黏土矿可以作为水泥用黏土质原料。

表3 水泥用黏土质原料矿石化学成分一般要求

经差热分析显示：190℃以下的吸热谷主要为蒙脱石和水云母脱层间水和吸附水所致；515℃～530℃吸热谷为蒙脱石和水云母脱羟基所致；570℃的小尖吸热谷代表石英相变，因此黏土主要由蒙脱石+水云母+石英组成(图6)。

图6 黏土差热分析曲线

4 矿床成因

矿区位于鲁山-博山向斜断凸东部边缘地带，寒武-奥陶纪地层经过长期的风化剥蚀作用，形成的古岩溶地形为后期黏土矿的沉积提供了充足的沉积空间。矿体底板与基岩为不整合接触关系，自上而下包括黏土--黏土夹砾石-基岩，矿石的化学成分从上到下颇有规律，中—上部SiO2、Fe2O3、Al2O3波动较大，下部较稳定，SiO2含量变低，Fe2O3、Al2O3略增高。综上，该矿床属于陆相残-坡积相混合而成的风化壳型沉积矿床[20]，下部沉积物来源是寒武-奥陶纪基岩风化的产物，以残积相为主；中—上部沉积物来源是通过地表雨水及风的动力搬运沉积的产物，其物源主要来自于矿区南侧的云门山一带的寒武-奥陶纪地层，以坡积相为主。

5 结语

(1)黏土矿主要赋存于大站组及临沂组地层中，层控性明显，大站组及临沂组地层是其最直接的找矿标志。

(2)矿体厚度与古地形关系密切，厚度变化较大，古地形低洼处矿体厚度较大，隆起区域则厚度较小，总体变化趋势是矿体底板东南部较高，向北西逐渐变低，自南向北略有倾斜。

(3)矿石最主要的特征是SiO2含量较高，一般在66%～70%之间，其硅酸率、铝酸率等各项测试指标较高，可以作为一类水泥用黏土质原料。

(4)矿床类型为风化壳型沉积矿床，下部以残积相为主，中上部则以坡积相为主。