古叙龙潭组粘土岩特征及铁钛元素丰度研究

张 杰，叶定南，吕川南，师晓文，石天翔

（四川省地质矿产勘查开发局一一三地质队，四川 泸州 646000）



古叙龙潭组粘土岩特征及铁钛元素丰度研究

张 杰，叶定南，吕川南，师晓文，石天翔

（四川省地质矿产勘查开发局一一三地质队，四川 泸州 646000）

摘要：四川古叙煤矿区海风矿段煤层伴生有丰富的粘土资源，通过对矿段龙潭组粘土岩赋存形式、粘土岩岩石学和岩石化学特征、“铁钛”丰度异常元素赋存规律初步分析表明：矿段龙潭组伴生的粘土岩有较高的工业价值。推断铁、钛元素富集与沉积时接受峨眉山玄武岩岩浆岩喷发期的陆源碎屑物有关；钛资源开发有较高潜在价值，海风矿段粘土岩研究成果对古叙煤矿区粘土岩研究有重要的参考价值。

关键词：粘土岩；元素丰度；研究；古叙煤矿区

古叙煤矿区主要位于四川南部，是四川省重要的煤炭资源供给基地。海风矿段位于古叙煤矿区西南部，矿段东西长约55Km，南北宽约3～4km，面积250km2。

海风矿段位于赤水河向斜北翼，总体构造线东西向展布，地层倾向南，为单斜。区内出露最新地层为侏罗系下沙溪庙组，最老地层为志留系韩家店组，缺失泥盆、石炭系。

海风矿段龙潭组煤层伴生有粘土岩，研究依托古叙煤矿区海风矿段煤炭资源普、详查，开展了龙潭组粘土岩野外专项地质调查工作。

古叙煤矿区龙潭组属海陆交互相沉积环境，图1为西南地区川滇黔龙潭期岩相古地理图。

图1西南地区川滇黔龙潭期岩相古地理图

1　龙潭组粘土矿赋存特征

海风矿段龙潭组属海陆交互相沉积，为一套含生物碎屑泥灰岩、含云泥灰岩，浅灰、灰白、暗紫、灰、灰黑色等薄～中层细砂岩、粉砂岩、泥岩、粘土岩、炭质泥岩，煤层和硫铁矿等组成的含煤岩系，含煤20余层，有可采及局部可采煤层2～8层，纯煤厚4～8m。其中粘土岩多以煤层顶、底板或夹矸形成存在，层数多，不稳定。粘土岩为灰色～灰白

色，主要矿物成分为高岭土，次有菱铁矿、石英、方解石及炭质等，厚0.5～5m。其中厚度较大、空间展布较稳定的仅有两层，分别位于龙潭煤系顶部C11-2煤层底板A层粘土岩及底部C25煤层和茅口灰岩之间B层粘土。该两层粘土岩在矿段展布呈现由东向西逐步富集趋势（图2、图3）。

图2　A层在矿段粘土岩空间展布厚度等值线图（单位：m）

图3　B层在矿段粘土岩空间展布厚度等值线图（单位：m）

2　粘土岩岩石学特征

显微镜下观察和X衍射分析：

A层粘土岩：灰色～灰白色，致密，质软细腻有滑感，上部0.20～0.50m含较多的植物碎片，中下部含鲕状菱铁矿及少量粉砂屑，横向上局部相变为含粘土质的粉砂岩。显微镜下观察，A层粘土岩主要矿物为高岭石、伊利石、石英、炭质、菱铁矿以及其他不透明矿物。

1）伊利石和高岭石：主要为隐晶质结合体及部分细小鳞片状集合体，呈细小团粒状，大片团块状，以及丝状，带状，约70%以上。

2）石英：主要为单晶石英，少见多晶石英及其细粒集合体，粒度多<0.3mm，约4%～5%。岩石中含较多后期填充物的石英及其细脉。

3）炭质：主要为细小炭质矿物集合体，呈丝状、团状、带状，分布不均，少量。

4）其他不透明矿物：多呈他形粒状及其集合体，呈团粒状、丝状带状，约4%～5%。

5）菱铁矿，分布不均，局部富集，约5%。

B层粘土岩：灰白色，致密-隐晶质结构，多为隐晶质集合体和细小鳞片状集合体。块状构造，一般不显层理，性脆，具贝壳断口，质细腻，具滑感，弱吸水性，可见菱铁矿呈鮞粒状分布。显微镜下观察，B层粘土岩主要矿物为粘土矿物、菱铁矿、方解石、砾屑，少量不透明矿物。

1）伊利石和高岭石：主要为隐晶质结合体，部分为细小鳞片状集合体，呈团块状、丝状、带状。略具定向排列特征，含量约55%。

2）菱铁矿：泥晶菱铁矿，团状、丝状、带状，与粘土矿物混杂，略具定向排列特征，约30%～45%。

3）方解石：主要为细晶、微晶、泥晶方解石，呈团粒状、丝状，略具定向分布特征，与粘土、菱铁矿混杂，约5%。此外可见后期充填形成的方解石细脉。

4）砾屑：主要为泥岩，圆形、椭圆形，粒度大小不一，多为2～20mm，分布不均，约5%～10%。

5）不透明矿物，多呈他形粒状及其集合体。

根据矿段部分钻孔粘土岩做X衍射分析结果显示（见表1、表2），该粘土岩组成矿物为高岭石、绿泥石、菱铁矿、石英以及金红石。

表1　两层粘土岩全岩X衍射分析结果

表2　两层粘土岩黏土X衍射矿物含量检测

3　粘土岩岩石化学特征

通过对矿段系统采样，对矿段A、B两层粘土岩常量化学组分分析，矿段粘土化学组分总体以SiO2和Al2O3为主，同时含有Fe、Ca、Mg及K的金属氧化物。见表3。

1）矿段SiO2含量波动值较大，部分区块略大于高岭土理论值（46.54%）初步认为是后期石英裂隙充填所致。

2）矿段Al2O3含量均小于高岭土理论值[2]（39.60%）,主要由石英含量过高所致.

3）矿段Fe2O3、FeO主要以菱铁矿形式赋存。

4）矿段K2O明显高于Na2O，有明显正常沉积岩特征，且以钾长石、钠长石形式赋存。

5）矿段CaO主要以方解石形式赋存。

6）矿段烧失量偏低主要由于石英含量较高引起，且烧失量主要为含有碳质物和高岭土结构水所致。

4　粘土岩中的铁和钛

粘土岩中Fe克拉克值为5%、Ti为0.44%[4]。由X衍射、显微镜下观察和常量化学分析，Fe主要以菱铁矿形式赋存。Ti以金红石形式赋存。

显微镜下粘土矿物表现边缘磨蚀、变薄、破裂，表明它们不是原地生成的，而是经过一定距离的搬运迁移。Ti以金红石的形式赋存，且无锐钛矿、板钛矿，也不是类质同像形式赋存于硫铁矿中,表明为陆源碎屑沉积。

东吴运动后，广大扬子地区大部成陆，出露于地表的早二叠世碳酸盐岩经剥蚀夷平，形成剥蚀低平原。接着西部玄武岩喷溢，形成康滇玄武岩山地，为东部陆地和海域提供了丰富的陆源碎屑和可溶物质，也为山地东侧不同类型的含煤岩系形成奠定了物质基础。由于西部康滇玄武岩山地崛起耸立，地势西高东低，使早二叠世形成的剥蚀低平原，向东倾斜，形成平坦宽缓的斜坡地形，在这个平缓斜坡上，海水进、退频繁，十分有利于海进或海退潮上带沼泽化成煤，当东吴运动后第一次大海侵进入古叙煤矿区，晚二叠世海陆交互相含煤建造沉积就此开始（图1）。可初步推测矿段粘土岩中金红石为峨眉山玄武岩喷发期的岩浆岩副矿物，铁质来源于西部玄武岩山地玄武岩母岩的次变析离出的铁离子。

表3　矿段粘土岩常量化学组分分析数据统计表

5　结论

1）古叙矿区海风矿段A、B两层粘土岩全矿段厚度和工业品位稳定，具有较高的资源利用价值。

2）矿段铁、钛异常丰度元素以菱铁矿和金红石形式赋存，粘土岩中铁、钛丰度异常元素富集与沉积时接受峨眉山玄武岩喷发期的岩浆岩陆源碎屑物相关。

3）矿段金红石含量较高，钛矿具有较高的潜在利用价值。

4）下一步应对矿段粘土岩做电子探针、微量元素、同位素示踪分析，同时与峨眉山玄武岩地球化学数据进行对比，进一步确认矿段铁、钛元素的物质来源。

参考文献：

[1]成伟.四川省叙永县古叙煤矿区海风矿段煤炭普查报告[R].

[2]沈明道.矿物岩石学及沉积相简明教程[M].石油大学出版社，2007.

[3]徐兴国.四川东部晚二叠世近海煤田地质特征及聚集规律[M].成都：四川教育出版社，1990.

[4]郝立波，戚长谋.地球化学原理[M].北京：地质出版社，2004.

Petrology and Petrogeochemistry as well as Fe,Ti Abundances of Clayrock of the Longtan Formation in the Guxu Coal Mine

ZHANG Jie YE Ding-nan LÜ Chuan-nan SHI Xiao-wen SHI Tian-xiang
(No.113 Geological Team,BGEEMRSP,Luzhou,Sichuan 6460000)

Abstract:The Haifeng Block of the Guxu Coal Mine is rich in clay resources.This paper deals with petrology and petrogeochemistry as well as Fe,Ti abundances of clayrock of the Longtan Formation in the block.The study indicates that the clayrock and associated Ti is of industrial value.

Key words:clayrock; element abundance; study; Guxu Coal Mine

作者简介：张杰（1972-），男，四川仁寿人，工程师，研究方向：地质找矿和水文地质

收稿日期：2015-03-07

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.014

中图分类号：P619.23+1

文献标识码：A

文章编号：1006-0995（2016）01-0063-03