湖南高湖地区高岭土矿床地质特征及成因浅析

田绍松，申锡坤，莫 勇，杨 晓

(中国建筑材料工业地质勘查中心湖南总队，湖南 株洲 412011)

高岭土作为一种非金属矿产，具有许多优良的物理性能、化学性能，主要应用于陶瓷、电子、造纸、橡胶、塑料、搪瓷、石油化工、涂料、油墨、光学玻璃、玻璃纤维、化纤、砂轮、建筑材料、化肥及耐火材料等行业，发挥着重要的作用[1]。

本研究在综合分析高湖地区高岭土矿床特征基础上，运用扫描电镜观察、X-射线衍射等测试手段对该高岭土矿床的矿物学特征进行了系统的分析，研究了高岭土矿的地质特征及矿床成因，为相邻地区类似成矿条件的高岭土矿找矿勘查提供理论依据。

1 区域地质背景

研究区位于扬子陆块与华夏陆块的结合部位，属南岭构造—岩浆—成矿带中西段(图1)。区内主要经历了武陵运动、加里东运动、印支运动、早燕山运动、晚燕山运动及喜马拉雅运动等大的构造运动，从而形成大量不同时代和期次、不同方向与规模、不同性质的断裂、褶皱、中生代构造盆地等构造形迹，呈现出复杂的构造变形图像[2]。

图1 矿体分布及地质简图

区域出露地层主要有青白口系、震旦系、泥盆系、石炭系、二叠系、白垩系等。构造发育，受北北东向的鹰—安深断裂带控制，沿断裂带发育有构造破碎带、硅化蚀变带及劈理化、片理化带。褶皱强烈，褶皱轴向以近东西向、北东向为主。岩浆岩较为发育，主要以晚三叠世的酸性侵入岩为主，有少量的花岗岩脉和玄武岩脉，侵入岩主要分布在川口隆起带，玄武岩分布在攸县盆地中，出露面积较小。

2 研究区地质特征

2.1 地层

研究区出露地层主要为古生代泥盆系锡矿山组(D3x)、欧家冲组(D3o)、孟公坳组(D3m)，石炭系石磴子组(C1sd)、测水组(C1c)。高岭土矿赋矿层位主要为泥盆系欧家冲组及石炭系测水组，欧家冲组(D3o)以浅黄色泥质粉砂岩为主夹少量粉砂质泥岩，测水组(C1c)主要由粉砂质页岩、泥质粉砂岩及石英砂岩组成。

2.2 构造

研究区经历了多期次的构造变形作用，形成了不同地质构造发展阶段的构造形变特征。

规模较大褶皱有太平寺背斜，为NS-NNE展布。其中太平寺背斜核部出露花岗岩脉，整体地质构架由主应力为南东东—北西西向为主，南北向应力为辅，导致地层形态南北向展布，褶皱总体向北倾伏。靠近矿体位置，产状相对较陡，一般40°～50°。背斜的倾伏端，应力较为集中，岩石受挤压形变较严重，易形成裂隙为成矿提供空间。

断层较发育，具有代表性的为烂马冲断裂(F20)，断裂性质为倾向西的逆断裂，其限制矿体向东延伸。该断裂总体呈SN向延伸，局部弯曲呈“S”型。断裂切割的地层主要为泥盆系欧家冲组。欧家冲组岩层挤压强烈，发育揉皱构造；岩石较破碎、硅化强烈；岩层中劈理极为发育，劈理受挤压又形成褶劈理；断裂带中全风化细粒花岗岩脉发育，呈脉状、似透镜状。

2.3 岩浆岩

研究区发育花岗岩脉，分别在南东部的烂马冲、西部太平寺村一带，岩性为细粒花岗岩，呈灰白色，花岗质结构，土块状、块状构造。原岩长石含量58%～61%，石英含量28%～35%，黑云母和少量的白云母2%～4%。岩脉与区内南北向断裂发育及褶皱构造密切相关；产在石炭系、泥盆系地层中，脉宽数十米至百米，长数百米至1 000m以上，呈脉状、透镜状产出，走向为SN、NNE向。岩脉侵入时代主要为燕山晚期，其空间展布受构造裂隙控制。岩脉倾向围岩，倾角在40°～60°。由于风化，浅部及地表岩脉中长石均已高岭石化。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

研究区共发现2处规模较大高岭土矿体，分别为太平寺K1矿体、烂马冲K3矿体。赋存于NS、NNE向断裂及背斜核部，产状基本与断裂、背斜核部裂隙基本一致，呈脉状、似透镜状，规模为中、小型。

太平寺K1矿体赋存于太平寺背斜核部附近裂隙中，呈脉状产出，总体形态受核部裂隙控制，局部地段发生变形扭曲现象，产状总体倾向300°，倾角65°。矿体长1 320m，宽约45～63m，延深10～40m，围岩为泥盆系、石炭系泥质粉砂岩、砂岩、页岩等，与围岩界线清晰，表现为侵入后的构造平行化。

烂马冲K3矿体赋存于南东部烂马冲断裂内，矿体基本露于地表，呈脉状、透镜状产出，形态受断裂控制，走向总体呈南北向，向北发生扭曲偏转为北北西向，倾角70°。矿体长1 480m，宽约150～385m，延深25～50m，围岩主要为泥盆系泥质粉砂岩，靠近矿体岩石蚀变严重，硅化强烈。

3.2 矿石特征

(1)矿物组成。

原岩风化后形成高岭土，主要由高岭土矿物(含量约85%)及少量原岩矿物(主要为石英，约15%)组成；高岭土矿石矿物成分主要高岭石族矿物为主，另含有石英及少量的黏土类矿物、云母类等。高岭石族矿物有高岭石、埃洛石等，黏土类矿物有蒙脱石、伊利石等，均属层状硅酸盐矿物。其中以高岭石和埃洛石为主。外观呈白色，矿石结构疏松易碎，水解后有一定的崩解性，略具膨胀，且易分散[3]。接近地表浅部风化作用强烈，矿石多成土状、土块状，随着深度增加，风化作用逐渐减弱，深部主要以块状构造矿石为主。高岭土矿石呈灰白色、土黄色，泥质结构、风化残余、残留花岗结构，土块状、块状构造(图2)。

(2)化学成分。

根据化学分析结果(表1)，矿石中化学成分SiO2含量70.69%、Al2O3含量14.93%、Fe2O3含量0.88%、TiO2含量0.01%、K2O+Na2O含量4.85%。由分析结果可见有益组分Al2O3含量平均14.93%；有害组分Fe2O3+ TiO2含量0.89%，低于工业指标要求(＜2.0%)，表明区内高岭土矿石品质良好。

表1 矿石化学分析结果 (单位：%)

(3)矿石物理性能。

区域内高岭土矿石白度平均值为57.80。矿石的不同粒度范围占比：粒度＞0.075mm的平均占比为12.3%，粒度在0.075～0.043mm范围的平均占比为18.4%，粒度在0.043～0.01mm范围的平均占比为40.8%，粒度在0.01～0.005mm范围的平均占比为22.2%，粒度在0.005～0.002mm范围的平均占比为5.0%，粒度＜0.002mm的平均占比为1.3%。淘洗率平均为28%。物理性能测试结果表明区域内高岭土矿石矿物粒度主要集中在0.005～0.075mm之间，矿物粒度较细；白度品质一般，可能受黑云母及围岩、表土铁泥质浸染有关。

矿石天然含水率平均为10.60%，液限值平均值为33.62%，塑限值平均值为23.39，塑形指数平均值为10.23，表明高岭土矿石工业类型为软质高岭土。

区内高岭土矿物形貌由大小不等颗粒组成，颗粒主要由呈片、薄层状组成，也有少量管状存在(图3)[4]。X射线衍射图谱显示(图4)，脉中高岭石2θ在19°～25°间具分辨清晰的峰值，峰形狭窄且尖锐对称，说明其为结晶度较好的矿物。

图3 矿石扫描电镜照片

图4 矿石X-射线衍射图

4 成因分析

风化残积型高岭土矿床成矿需经内生岩浆作用期和表生风化成矿期两个重要阶段。

内生岩浆作用期，区域构造运动强烈，尤其是燕山晚期为区域造山伸展环境，张性断裂发育，深部热液沿通道上位形成花岗质岩浆，岩浆经分异自交代等作用形成富铝花岗质岩浆[5]，为成矿提供物质基础。

表生风化成矿作用期，强烈的构造活动致使花岗岩体及其围岩岩石碎裂并使花岗岩体裸露地表。其所处气候地形条件加强了表生风化作用的进行，岩石中等有害组分流失，形成目前发现的高岭土矿床[6]。矿床成矿条件分析如下。

(1)物质来源：风化型高岭土矿床主要由铝硅酸盐矿物组成的岩石经过长期风化作用所形成的，高湖地区出露花岗岩属燕山晚期侵入的细中粒花岗岩脉，为岩浆后期产物，分异作用较为充分，富含铝硅酸盐矿物[7]，为矿床的形成提供了物质来源。

(2)构造条件：区域NS-NNW向断裂及褶皱发育所引发的岩层虚脱空间及裂隙，成为岩体上升的通道及空间。区内晚期构造运动使原已成岩的岩体破碎[8]；同时后期断裂活动形成的次级裂隙加速了地下水的流动效率，并使岩体接受长期的淋滤，杂质矿物流失从而成矿[9]。

(3)风化条件：在表生风化成矿作用期，岩石风化分为早、晚期两个风化阶段。早期阶段水中的H+离子置换岩石中的离子，难溶解的离子富集，铝硅酸盐矿物风化成高岭石等黏土类矿物，由于其溶解性差而原地残积；晚期阶段为高岭石类黏土矿物在湿润多雨的气候条件下，Fe2O3、TiO2等不断从矿物中游离出，最终形成富铝的高岭土矿床[10]。

5 结论

(1)高湖一带高岭土矿由花岗岩脉风化转变而成。高岭土矿石自然类型主要被划分为砂质高岭土、软质高岭土、硬质高岭土以及其他类型高岭土[11-12]。根据工业类型划分，该区高岭土矿属软质高岭土。

(2)区内高岭土矿床类型为风化残积型，矿体赋存于NS、NNE向构造带内，形态受构造影响，深部延伸可达数十米，矿床规模以中小型为主，呈脉状、透镜状。矿体与围岩界线清晰，围岩为石炭系、泥盆系沉积岩系。其中烂马冲、太平寺矿床地质特征具有代表性，为周边区域寻找同类高岭土矿床提供参考。

(3)区内高岭土矿床控矿因素以断裂、褶皱核部裂隙为主，燕山晚期花岗岩脉为成矿提供物质来源，后期裂隙和气候地形等因素提供表生风化作用，加强了由向高岭石类矿物转变的成矿作用从而富集成矿。