河北唐县齐家佐高岭土矿地质特征及成因探讨

2022-11-09齐新国王立考李博文

中国非金属矿工业导刊 2022年5期

王政，齐新国，王立考，李博文，田贺

(中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队，河北保定 071051)

高岭土因具有分散性、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，用途除造纸、陶瓷、橡胶、塑料、耐火材料，化工等传统行业外，在新一代信息技术、新材料及新能源等领域也发挥着重要作用，是我国战略性非金属矿产资源之一。我国高岭土多为普通陶瓷用土，优质高岭土比较短缺，以苏州、茂名、龙岩、大同的高岭土为好[1-4]。

唐县齐家佐高岭土矿其生产规模1.00万t/年，开采方式为地下开采，开采指标Al2O3≥13%，Fe2O3+TiO2＜1%，经选矿加工后主要产品作为高级陶瓷原料以及水泥配料。通过地质调查和综合研究工作，初步查明唐县齐家佐高岭土矿赋存于燕山期石英钠长斑岩脉中，呈脉状产出，矿床成因为风化型高岭土矿床。

1 区域地质背景

唐县齐家佐高岭土矿大地构造位置位于中朝准地台(I2)、燕山台褶带军都山岩浆岩带大地构造单元的南偏西部、狼牙山凹褶断束大地构造单元的中西部，灵山复式向斜东北端(图1)[5]，紫荆关—灵山深断裂东部。

图1 大地构造单元图

区域上出露地层主要有中元古界长城系高于庄组、蓟县系雾迷山组、上元古界青白口系景儿峪组、古生界寒武系、奥陶系及第四系。

褶皱位于矿区西南部，为灵山复式向斜的东北段。该向斜轴向北东，两翼基本对称，核部为奥陶系马家沟组，翼部由寒武系、蓟县系地层组成。

受紫荆关—灵山深断裂影响，区内构造以褶皱、断裂为主。断裂以北东向为主，分布于矿区西侧。该断裂为一正断层，走向东北45°，倾向东南，倾角75°～80°，断距自南西向北东由大逐步变小。

此外北西向断裂也较发育，一般长数千米，宽2～20m，多被中酸性脉岩充填。为区内高岭土矿主要控矿、容矿构造。

区内岩浆岩按产状可分为两类，一类为受紫荆关—灵山深断裂带控制，沿之串珠状分布的中酸性小岩株，分布在齐家佐一带，形成时代属燕山期，主要岩石类型为细粒花岗闪长岩、花岗岩、花岗斑岩、辉石闪长岩、钠长斑岩等；另一类为沿西北向分布的脉岩类，主要为闪长岩脉、花岗细晶岩脉和钠长斑岩、石英钠长斑岩脉。走向北西，长数百米至数公里不等，宽一般2～10m。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地质

矿区内出露地层主要为元古界蓟县系雾迷山组三段、上元古界青白口系景儿峪组及少量第四系(图2)。雾迷山组三段(Jxw3)主要为灰白、粉红色中—细晶含燧石条带白云岩、微晶白云岩。景儿峪组(Qnj)主要为燧石角砾岩、石英砂岩，局部含铁。第四系主要为洪积、冲积物，分布于沟谷及坡底处。

图2 矿区地质简图

矿区内构造较简单，仅见一条断裂构造，编号F，呈NNW向，宽10～27m，一般20m左右，延伸约2km，总体走向340°，倾向60°～80°，倾角78°～85°。为压性正断层，断面平直，具明显擦痕，沿走向及倾向有波状起伏现象，后期被石英钠长斑岩充填，为区内控矿、容矿构造。围岩为雾迷山组白云岩，岩石较完整、稳定，围岩蚀变微弱，主要为高岭土化、硅化、绢云母化和碳酸盐化。

区内岩浆活动不甚发育，见1条石英钠长斑岩脉，受断裂F控制，侵入雾迷山组白云岩中，为火山活动的产物。为区内高岭土矿成矿母岩，在地貌多呈低洼浅沟处出现。

2.2 矿体特征

矿区内高岭土矿体赋存在石英钠长斑岩中，呈脉状产出，因地表出露不全分南、北两段(图3)。

图3 4线勘查线地质剖面简图

北段矿体往南分为两支，产状近平行,编号为K1-1、K1-2。K1-1矿体受石英钠长斑岩脉控制，倾向75°～100°，倾角70°～85°。矿体地表出露长约2 240m，平均厚度10.85m，主要化学成分平均含量：Al2O314.01%、Fe2O30.67%、TiO20.049%；K1-2矿体受石英钠长斑岩脉控制，倾向70°～110°，倾角75°～80°。矿体地表出露长度约822m，平均厚度5.96m，主要化学成分平均含量：Al2O313.37%、Fe2O30.66%、TiO20.053%。

南段矿体编号为K1-3，受石英钠长斑岩脉控制，倾向60°～80°，倾角78°～81°。矿体地表出露长约766m，平均厚度10.0m，主要化学成分平均含量：Al2O313.82%、Fe2O3 0.68%、TiO20.043%。

2.3 矿石特征

⑴矿石类型及结构、构造。

矿石自然类型为高岭石—石英型，依据其风化特征，又可分为松散土块状和致密土块状，风化脱水后均呈粉土状，质地纯白，多呈乳白色或淡青灰色。矿石多呈白色，淡青色，斑状变余结构，块状构造。风化强烈的矿石呈土状，风化弱的矿石呈块状。具土状、蜡状光泽，滑腻感及黏性。

⑵矿石矿物组成及化学成分。

根据岩矿鉴定、矿石X-射线衍射[7]分析结果可知，矿石矿物成分主要为高岭石36.7%、蒙脱石9.5%、伊利石6.2%、方解石4.1%、石英31.8%、长石9.5%及云母2.2%。

矿石化学成分(表1)平均值：Al2O313.91%、TiO20.039%、Fe2O30.74%、SiO270.34%、CaO 1.33%、MgO 1.36%、K2O 3.89%、Na2O 0.82%、TSO30.011%、LOI 7.08%，矿石化学成分属高硅低铝。

表1 矿石化学全分析结果表 (单位：%)

⑶矿石物理性能。

白度68.1～78.1，塑性指数15.6～16.8，干燥收缩率-1.74%～-3.6%，耐火度1 210～1 310℃。

3 成因探讨

矿体严格受构造控制，呈脉状赋存于燕山期石英钠长斑岩脉中，矿区矿石矿物组合为高岭石、蒙脱石、石英。据野外观察，矿体节理裂隙发育程度，以靠近脉体上盘的走向节理最为发育，风化淋滤作用强烈，岩石全风化呈松散土块。燕山期唐县齐家佐地区的石英纳长斑岩脉受岩浆作用沿北北西向构造裂隙侵入地表，在大气、地表水、地下水的物理化学作用下，将一些易溶活动组分带出风化场所，残留的硅和铝以Al(OH)42+和Si2O52-的胶体形式在水的参与下与母岩体反应形成高岭土。围岩的白云岩和石英钠长斑岩的长石成分为高岭土形成提供了Ca、Mg、K等元素。后期的节理裂隙发育影响其矿石的风化程度，加速了长石类矿物在表生条件下向高岭石族矿物转化进程。因此，本区矿床属风化型高岭土矿床[8-16]。