淄博市西宝山耐火黏土矿地质特征及找矿方向

孙聪聪

(山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250014)

1—白云湖组;2—大站组;3—淄博群三台组;4—淄博群坊子组;5—石千峰群刘家沟组;6—石千峰群孙家沟组;7—石盒子群孝妇河组;8—石盒子群奎山组;9—石盒子群万山组;10—石盒子群黑山组;11—月门沟群山西组;12—月门沟群太原组;13—月门沟群本溪组;14—马家沟群八陡组;15—马家沟群阁庄组;16—马家沟群五羊山组;17—实测及推测地质界线;18—实测及推测断层;19—实测及推测平行不整合界线;20—地层 产状;21—隐伏背斜；22—矿区范围图1 西宝山地区区域地质简图

耐火黏土矿是指耐火度大于1580℃、可做耐火材料的黏土。至今，全球约有50个国家探明富存耐火黏土矿[1]，我国的耐火黏土矿石类型品种齐全，矿床分布广泛，属于我国的优势资源[2-3]。山东查明的耐火黏土矿多分布于鲁西隆起区北缘的淄博盆地，主要含矿层位为二叠纪石盒子群万山组，层控性强[4]。

1 区域地质特征

西宝山耐火黏土矿位于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)鲁山-邹平断隆(Ⅳ)邹平-周村凹陷区(Ⅴ)，处于岭子-明水向斜西部的禹王山断裂和青龙山断裂所组成的地垒构造中[5]。区域地层主要有古生代奥陶纪马家沟群，石炭—二叠纪月门沟群，二叠纪石盒子群，三叠纪石千峰群以及侏罗纪淄博群[6]。区域构造主要为单斜构造与断裂构造。区域岩浆岩主要为中生代燕山晚期苏长辉长岩，局部发育有煌斑岩脉、安山玢岩脉、辉长玢岩脉、辉石闪长玢岩脉[7]。区域北部岩浆活动强烈，构造复杂，但对中部的黏土矿影响较小，万山组是耐火黏土矿的赋矿层位(图1)。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区地表主要为第四系覆盖区，仅在西南侧有小面积基岩出露，由南向北依次为石盒子群黑山组、万山组和奎山组。据钻孔揭露，北部隐伏地层为石盒子群孝妇河组，石千峰群孙家沟组、刘家沟组。

2.1.1 石盒子群黑山组

该组地层分布在研究区西南侧(图2)，仅有小面积出露，结合钻孔资料，该组与上覆地层呈整合接触，主要岩性以灰绿色、灰色中粗粒长石石英砂岩、细砂岩、粉砂岩和灰—灰黑色、紫色泥岩、泥质粉砂岩为主，下部含有数层煤线，顶部紫色成分增加。该组厚度约96m(图3)。

1—石千峰群刘家沟组;2—石千峰群孙家沟组;3—石盒子群孝妇河组;4—石盒子群奎山组;5—石盒子群万山组;6—石盒子群黑山组;7—整合地质界线;8—平行不整合界限;9—断层位置及编号;10—钻孔位置及编号;11—勘探线位置及编号;12— 基线剖面位置；13—矿区范围图2 矿区基岩地质简图

1—大站组;2—石千峰群刘家沟组;3—石千峰群孙家沟组;4—石盒子群孝妇河组;5—石盒子群奎山组;6—石盒子群万山组;7—石盒子群黑山组;8—地层界线;9—角度不整合界线;10— 平行不整合界线;11—钻孔位置、编号及标高;12—矿层图3 矿区基线剖面图

根据钻孔揭露情况，该组之上的万山组底部为以紫色为主夹杂灰绿色的杂色黏土岩、浅灰色黏土质砂岩，是区内对比的良好标志层，该层位较稳定。以该标志层底面为界，下部为黑山组，黑山组顶部为灰—灰白色、浅灰绿色粉细粒—中粗粒长石石英砂岩，由上至下颗粒逐渐变大，该层砂岩为该标志面底板，其接触面通常有一薄层砂质黏土岩或黏土质砂岩，之间为逐渐过渡关系，向上紫色成分逐渐增加，反映了从潮湿气候条件逐渐向干旱气候过渡。

2.1.2 石盒子群万山组

该地层在矿区西南侧有小面积出露，该组是该区研究的重点，也是耐火黏土矿的赋矿层位所在。该组是一套湖相沉积地层，与上覆奎山组砂岩及下伏黑山组地层均呈整合接触。该组岩性主要由灰绿色中薄层中细粒长石石英砂岩、粉细砂岩和灰绿色、紫色砂质泥岩或泥质砂岩、泥岩多沉积旋回组成，并夹有灰—深灰色黏土岩，灰、灰绿、紫等杂色泥岩构成的岩石组合，局部夹有薄层煤线，以杂色泥岩增多区别于上、下以砂岩为特征的奎山组及黑山组，底部以杂色、灰色黏土岩或“B”层黏土岩底面为界，顶部以奎山组灰白色中厚层细—粗粒石英砂岩底面为界[6]。矿区内该组厚度为118.73～155.19m，平均厚度133.63m。

耐火黏土矿赋存于万山组“B”层黏土岩下部[8-9]，为硬质黏土岩(图4)。“B”层黏土岩从上至下岩性分别为灰色含碳质黏土岩，灰—深灰色鲕粒黏土岩或铝土矿，灰—深灰色、灰绿色、浅灰白色黏土岩，深灰色、灰色、浅灰色硬质黏土矿，以紫色为主的杂色黏土岩或浅灰色黏土质砂岩。矿区内钻孔均见到“B”层黏土岩，其厚度不稳定，部分层位缺失，厚度3.86～11.20m，平均7.18m。

“B”层黏土岩之上，一般有1层碳质泥岩(局部缺失)，厚度一般0.67～2.27m，是“B”层黏土岩出现的标志层位。

图4 矿区“B”层黏土岩柱状示意图

2.1.3 石盒子群奎山组

该地层出露于矿区南侧，区内均被第四纪地层覆盖。该组地层连续沉积于万山组地层之上，呈整合接触。该组地层多由3层砂岩夹2层泥岩、1层粉砂岩组成。砂岩多为浅灰、灰白色石英砂岩或石英砂砾岩，局部为长石石英砂岩，中厚、薄层状，石英颗粒多为中粗粒，部分为细粒或粉细粒，部分地段为石英砂砾，砾石颗粒较均匀，多为2～4mm，为泥质胶结或钙质胶结，质地坚硬，局部裂隙发育，部分裂隙面见有斑状黄铁矿。层间夹有2层以紫色为主的杂色泥岩或粉砂质泥岩及1层灰—深灰色泥质粉砂岩或粉砂质泥岩[6]。该组地层砂岩部分斜层理较发育，为河流相沉积环境，矿区内该组地层厚度为42.71～70.08m，平均厚度61.36m。

根据钻孔揭露情况，该组地层以奎山组顶部灰白色中厚层中粗粒石英砂岩或石英砂砾岩顶面为界，与上覆地层呈整合接触，该组地层厚度较稳定，局部变薄。

2.1.4 石盒子群孝妇河组

区内该组地层均被第四纪地层覆盖。连续沉积于奎山组砂岩之上，其顶部的杂色泥岩或泥质砂岩与石千峰群孙家沟组地层呈平行不整合接触，该接触面及其附近多见有灰绿色蚀变辉石闪长玢岩岩脉侵入。该组地层岩性下部以紫色、灰绿色为主的杂色泥岩、泥质粉砂岩夹细砂岩，中部为灰色、深灰色细砂岩、泥岩、砂质泥岩，上部为灰黄色、紫色、灰绿色、深灰色泥岩、泥质粉砂岩夹灰色、黄绿色砂岩，全组组成厚度不等的多个沉积旋回[6]。该组地层颜色整体以暗紫色夹灰绿色、灰—深灰色调为主要特征，而上覆孙家沟组地层以紫红色调为主，2组地层易于区分，同时也反映了内陆盆地持续干旱的特征。

根据钻孔揭露情况，该组地层厚度较稳定，钻孔揭露厚度276.46～312.70m，平均厚度296.56m。

2.1.5 石千峰群孙家沟组

区内该组地层均被第四纪地层覆盖。与下伏石盒子群孝妇河组地层呈平行不整合接触、与上覆刘家沟组地层呈整合接触。其岩性主要由紫红色泥岩、粉砂质泥岩(或砂质泥岩)夹灰紫色中细粒砂岩组成[6]。该组底部分布有2层砂砾岩—紫红色和灰白色砂砾岩(部分地段灰白色砂砾岩缺失)，砂砾岩的底部与孝妇河组顶部的杂色泥岩或泥质砂岩呈平行不整合接触。该组地层中下部至不整合面常见蚀变灰绿色辉石闪长玢岩岩脉侵入。该组上部常见浅灰白色似蛋状“砂岩球”，顶部常含硅质层，分界处可见燧石结核和条带，与上覆以浅紫红色粉细砂岩夹薄层泥岩为特征的刘家沟组地层呈整合接触。

根据钻孔揭露情况，该组地层厚度较稳定，局部稍厚，钻孔揭露该层厚度91.46～129.71m，平均厚度108.15m。

2.1.6 石千峰群刘家沟组

区内该组地层均被第四纪地层覆盖。与上覆第四纪地层不整合接触，与下伏孙家沟组地层整合接触。由层理发育的浅紫红色细砂岩、粉砂岩、粉细砂岩夹薄层紫红色泥岩或砂质泥岩，上部含砂砾岩及砾岩组成的岩石地层单位，具有交错层理。底部与孙家沟组顶部含燧石结核、硅质条带为界，该组下部多见有浅灰白色“砂岩球”。该组地层厚度约557m，工作区内钻孔揭露厚度90.30～297.20m。

2.1.7 第四纪大站组

区内均被第四系覆盖，为大站组地层，主要岩性为冲积、洪积相黄色、黄褐色粉土、砂质黏土、亚黏土，局部含有多层较多砾石和胶结砾岩，砾石成分主要为石灰岩、砂岩及闪长玢岩，胶结砾岩为钙质胶结，磨圆度好，粒度大小不一，分选性差。钻孔揭露工作区厚度1.10～23.19m，呈现西南厚东北薄。

2.2 构造

矿区构造主要为单斜构造与断裂构造(图2)。

单斜构造：岩层总体走向310°，倾向40°，倾角13°～21°，产状较平缓。

F1正断裂：位于矿区西南侧1km，自东向西横穿王村矿段南部，大部分被第四系覆盖，全长7.50km，矿区长度2.40km，倾向N，倾角75°，断距7m。对矿层无影响。

朱家庄正断裂：分布在矿区东侧400m，有多条附属断裂，大部分被第四系覆盖，全长6.7km，矿区出露较短，走向8°～25°，倾向W，倾角70°左右，垂直断距110～400m，水平断距800～1000m。对矿层基本无影响。

2.3 岩浆岩

矿区岩浆岩主要为中生代燕山晚期灰绿色辉石闪长玢岩脉，主要呈层状侵入于孝妇河组与孙家沟组不整合面附近及其上地层的薄弱层面间，厚度6.36～32.52m，平均16.26m，该岩脉对矿层无影响。

3 矿层地质特征

3.1 矿层特征

矿区揭露耐火黏土矿层1个，编号为B，赋存于万山组底部“B”层黏土岩下部，规模为中型。矿层呈单斜层状产出，总体走向310°，倾向40°，倾角一般13°～21°，平均14.5°。走向长度1500m，倾向延深1450m，厚度0.82～5.31m，平均2.71m，厚度变化系数48%，属厚度变化较稳定型矿层。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿物成分

矿物成分主要为高岭石，约占80%～90%，其次为三水铝石，约占10%～15%。含少量一水硬铝石，局部有脉石矿物菱铁矿等。

3.2.2 矿石结构

矿石结构比较简单，主要为隐晶—显微鳞片结构、鲕粒结构(照片1，照片2)。

照片1 隐微鳞片状结构

照片2 含鲕粒隐晶—显微鳞片结构

隐晶—显微鳞片结构：矿石中高岭石多呈隐微鳞片状集合体，个别颗粒呈片状，构成微鳞片状结构。

鲕粒结构：矿石中多见有鲕粒，肉眼观察多呈灰白色圆形、椭圆形，呈星散状，略显定向分布。粒径一般0.1～0.3mm，部分0.3～0.5mm，少量0.5～1mm，个别1～2mm。成分为一水硬铝石及三水铝石、高岭石，包壳同心环最多可见11层。含鲕粒黏土岩主要分布在B层硬质黏土矿之上，由上至下鲕粒逐渐增多、变大，呈正粒序层理。

3.2.3 矿石构造

矿石中常见块状构造，高岭石均匀分布，排列基本无方向性。

3.2.4 矿石的化学成分(熟料)

矿石组合分析结果见表1。有益组分Al2O330.59%～51.47%，平均44.73%。有害组分Fe2O3，TiO2，K2O，Na2O平均含量较低，对矿石质量影响较小。

表1 组合分析结果

光谱分析结果见表2。矿石中微量元素含量较低，无综合利用价值。

表2 光谱全分析结果

3.2.5 物理性能

矿石耐火度1680～1780℃，平均1760℃；真密度2.60～2.63g/cm3，平均2.61g/cm3；体积密度2.59～2.61g/cm3，平均2.60g/cm3；显气孔率0.20%～0.70%，平均0.40%；吸水率0.10%～0.30%，平均0.18%，符合硬质黏土要求。

3.2.6 矿石类型和品级

矿石自然类型较单一，为致密块状矿石。矿石工业类型为硬质黏土矿[10]。

矿石品级划分为Ⅰ级品和Ⅱ级品，分别占总资源储量的91.32%，8.68%。

Ⅰ级品分布在全矿区，平均化学组分含量(熟料)Al2O344.97%、Fe2O31.63%。

Ⅱ级品位于Ⅰ级品之下，分布不连续，平均化学组分含量(熟料)Al2O342.27%，Fe2O32.71%，多数Fe2O3含量偏高。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

该矿床属于中二叠纪湖相沉积矿床[11]。在中二叠世，山东中部处于河淮盆地内，被内蒙古陆、秦岭古陆、淮阳古陆和胶东古陆所包围。古陆隆起，长期风化剥蚀，为盆地内沉积提供了丰富的物质来源[12-14]。古陆区富含铝的铝硅酸盐，经长期风化、剥蚀、搬运，Al2O3、SiO2和溶于水中的H2SO4及腐植酸的络合物发生作用，形成胶体溶液被带走。当介质发生变化，破坏了胶体溶液平衡时，这种络合物在低洼处沉积下来，固结成矿，形成“B”层黏土岩[15]。

在沉积初期，夹杂较多的以长石、石英为主的碎屑物，所以底部普遍含有1层砂质黏土岩；其后，Al2O3成分逐渐增多，碎屑物成分减少，形成了具有工业意义的硬质黏土矿。当胶体溶液中Al2O3含量高时，局部地段则形成了铝土矿。在成矿作用过程中，当介质发生变化时(pH值接近7时)，溶液中铁质沉淀，生成菱铁矿，因此，“B”层黏土岩上部普遍含有菱铁矿。

4.2 找矿标志

该矿床具有明显的层位和岩性找矿标志。

(1)层位标志。矿层位于万山组底部的“B”层黏土岩下部，“B”层黏土岩之上有一薄层黑色炭质泥岩，之下以紫色为主的杂色泥岩(部分缺失)和浅灰色砂质黏土岩或黏土质砂岩，标志层清晰，构成了耐火黏土矿找矿的明显层位标志。

(2)岩性标志。矿石类型主要为浅灰—深灰色硬质黏土矿，构成了耐火黏土矿找矿的明显岩性标志。

5 结论

矿层受沉积地层控制，赋存于万山组底部，呈层状分布，层位及厚度较稳定，属于中二叠世晚期湖湘沉积矿床。区域地质特征显示，在青龙山断裂与禹王山断裂之间及两侧，均具备对成矿有利的岩相古地理环境，有良好的找矿前景，但受大林池断裂-朱家庄断裂的影响，矿层会有所错断。