淄博盆地A层硬质黏土—铝土矿矿床地质特征及分布规律

刘东义，韩鎏，郑骥飞，胡小辉

(1.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东 济南 250014；2. 山东黄金资源开发有限公司，山东 济南 250101)

0 引言

山东省赋存于石盒子群万山组底部的A层硬质黏土—铝土矿，集中分布在淄博盆地地区，目前该区已查明的A层硬质黏土—铝土矿矿床有20余处，其中大中型矿床10余处，该区硬质黏土资源储量约占全省总量的87%[1]，与其共生的全省最大规模的铝土矿分布在东宝山—东冲山一带，通过以往的勘查研究，总结了赋存于万山组A层含矿岩系中的A层硬质黏土—铝土矿矿体质量特征及成矿分布规律，为该区A层硬质黏土—铝土矿矿床的勘查和开发利用提供了科学依据。

1 区域概况

1.1 区域地质

区内地层主要为古生代寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系,中生代三叠系、侏罗系、白垩系，新生代新近系、第四系[2]。其中古生代二叠纪石盒子群万山组是A层含矿岩系的赋存层位，该层在鲁西地区分布相对稳定，但发育较好的地段主要分布于淄博盆地(图1)[1]。A层硬质黏土和铝土矿即赋存于A层含矿岩系的下部和上部。

该区所属大地构造，位于华北板块(Ⅰ)、鲁西隆起(Ⅱ)、鲁中隆起(Ⅲ)、泰山-沂山断隆(Ⅳ)邹平-周村凹陷区(Ⅴ)[3]。区内发育3组断裂：NNW向的文祖断裂、青龙山断裂，SN向的朱家庄断裂、金山断裂、NE向的淄河断裂等[4]。区内北部岩浆活动强烈，但对区内矿床影响较小[5]，该区岩浆岩主要为燕山期的闪长岩类侵入体及煌斑岩、辉绿岩、闪长玢岩等岩脉[6]。

1.2 区域矿床分布

在淄博盆地内，赋存于A层含矿岩系下部的A层硬质黏土，大体以金山断裂为界，分为东西2个成矿带。断裂以东地带，从西南的博山到北部的南定地区，以NNE向呈带状展布，长度约35km，主要分布有博山、大奎山、洪山、南定等矿床；断裂以西地带，从淄川西部的东冲山至章丘温庄村地区均有分布，以NWW向呈带状展布，长度约40km，分布有东冲山、西冲山、小口山、东宝山、西宝山、王村、后营、温家村等矿床[1]；矿床规模以大中型为主[7]。其中赋存于A层含矿岩系上部的铝土矿矿床主要分布于东宝山—东冲山一带，矿床规模一般为中小型。

1—第四系；2—新近系；3—白垩系；4—侏罗系；5—二叠系；6—石炭系；7—奥陶系；8—寒武系；9—辉长岩；10—实测及推测断裂；11—地质界线图1 淄博盆地区域地质简图

2 矿床地质特征

2.1 A层含矿岩系

A层含矿岩系位于石盒子群万山组地层的下部，为陆相湖沼沉积[6,8]，与下伏黑山组地层呈整合接触[9]。A层含矿岩系层位稳定，是区内A层硬质黏土和铝土矿的主要赋存层位，分别赋存于A层含矿岩系的下部和上部(图2)。A层含矿岩系在区内连续分布，金山断裂以东地层走向一般280°～340°，倾向10°～20°，断裂以西走向一般210°～220°，倾向300°～310°；厚度一般6.00～9.35m，较薄处2.85m，最厚达13.25m，平均厚度7.63m。

A层含矿岩系之上一般有一层碳质页岩，是该岩系出现的标志层位[10]。该岩系从上至下分别为：灰色含碳黏土岩，灰—深灰色含鲕粒黏土岩或铝土矿(东宝山—东冲山一带见有铝土矿)，灰—深灰、灰绿、浅灰白色黏土岩，深灰、灰、浅灰色硬质黏土矿，杂色黏土岩、浅灰色含砂质黏土岩或黏土质砂岩。相互之间没有截然界线，存在着相互消长的关系[11]。

2.2 矿体特征

A层硬质黏土—铝土矿矿体分别赋存于万山组地层底部A层含矿岩系的下部和上部，矿体总体呈单斜层状产出，与地层产状一致。

2.2.1 A层硬质黏土

A层硬质黏土总体呈单斜层状产出，与地层产状一致，沿走向和倾向分布基本稳定，现揭露最大埋深为900m。金山断裂以西走向一般280°～340°，倾向10°～70°，倾角10°～20°，断裂以东走向一般210°～220°，倾向300°～310°，倾角10°～20°；厚度一般1.80～3.21m，较薄处0.85m，最厚达5.21m，平均2.31m，厚度变化系数50%左右。有益组分Al2O3含量一般36.38%～39.60%，平均37.85%，变化系数10%左右；有害组分Fe2O3含量一般1.10%～2.80%，平均1.72%，品位变化系数5%左右。该层矿体在西宝山—小口山一带厚度较大、质量较好，厚度一般为2.53～2.80m，Al2O3含量一般38.86%～39.60%，Fe2O3含量一般1.29%～2.20%。现有开采矿体规模多为大中型，矿石品级以特级品和一级品为主，少部分为二、三级品。

图2 A层含矿岩系柱状图

2.2.2 铝土矿

铝土矿矿体主要分布于金山断裂以西的东宝山—东冲山一带，受沉积环境影响，矿体沿走向和倾向分布不大稳定，总体浅部发育较好、中深部零星发育[1，10]。矿体与地层产状一致，总体走向一般290°～310°，倾向20°～40°，倾角10°～18°；受后期构造影响，朱家庄断裂以东的小口山—西冲山地区产状发生一定变化，该区一般330°～340°，倾向60°～70°，倾角10°～20°；矿体厚度一般0.50～2.74m，平均1.30m，自西向东矿体逐渐变厚，厚度变化系数100%左右；在平面和剖面上，与黏土岩呈渐变关系，无明显界线。主要化学组分含量：Al2O3一般53.37%～57.73%，平均55.47%，变化系数20%左右；SiO2一般15.93%～21.14%，平均1.62%，品位变化系数30%左右；Fe2O3一般7.06%～13.54%，平均9.82%，品位变化系数50%左右；Al2O3/SiO2一般2.62～3.62，平均3.24。矿体规模多为中小型，矿石品级一般为四级品。

2.3 矿石质量

2.3.1 A层硬质黏土

(1)矿石矿物成分：矿石矿物成分比较简单，主要由高岭石(含量80%～90%)、少量一水硬铝石、三水铝石、水云母、锆石、石英等组成，局部含少量菱铁矿。

(2)结构构造及矿石类型：矿石结构以隐晶—显微鳞片结构为主，局部为鲕粒结构，块状构造[12]。按其颜色可分为浅灰色、灰色、深灰色硬质黏土，颜色一般由下至上逐渐变深，局部为含鲕粒硬质黏土。

(3)主要化学成分：区内矿石化学成分比较稳定，主要化学成分含量Al2O3一般36.38%～39.60%，SiO2一般40.26%～44.16%，Fe2O3一般1.10%～2.80%，CaO一般0.02%～0.39%，TiO2一般0.52%～1.11%，LOI一般13.57%～14.12%，此外含Ga一般0.002%。如西宝山—西冲山地区主要化学成分含量情况见表1。

表1 西宝山—西冲山地区A层硬质黏土主要化学成分(%)

(4)吸水率：一般为0.1%～0.3%，显气孔率一般为0.2%～0.7%，矿石密度一般为2.60～2.63g/cm3，体积密度一般为2.59～2.61g/cm3，耐火度一般大于1750℃；矿石易风化、没有可塑性[13]；矿石品级多为特级品和一级品，少量为二、三级品。

2.3.2 铝土矿

(1)矿石矿物成分：可分为2种，一种是高岭石水铝石铝土矿，是该区的主要矿石类型，主要矿物以水铝石为主，次为高岭石，其他少量菱铁矿、绢云母、电气石、绿泥石等；另一种是高岭石勃姆石铝土矿，以勃姆石为主，次为高岭石、水铝石，少量氧化铁、水云母、电气石、锆石等。

(2)结构构造及矿石类型：一般为豆状结构或鲕粒结构，致密块状构造[14]。矿石自然类型主要以灰—深灰色菱铁矿一水硬铝石豆状(鲕状)铝土矿、菱铁矿一水硬铝石致密状铝土矿及高岭石—勃姆石一水硬铝石铝土矿为主[1]。

(3)主要化学成分：区内矿石化学成分比较稳定，Al2O3一般为53.37%～57.73%，SiO2一般为15.93%～21.14%，Fe2O3一般为7.06%～13.54%，Al2O3/SiO2一般为2.62～3.62。其次有TiO2，K2O，CaO，MnO，MgO，P2O5，微量成分有Na2O，Ga，V2O5，Ni，Cr2O3，S等，伴生半生元素为Ga 0.005%～0.006%(表2)。

表2 东宝山—西冲山地区铝土矿主要化学成分(%)

3 分布规律

3.1 层位分布规律

A层硬质黏土的直接顶板为含铁黏土岩，以灰—深灰色、灰绿色、浅灰白色为主，隐微鳞片结构，块状构造，其矿物成分、化学成分与矿石矿物、化学成分基本相同[15]，矿物中多含有菱铁矿，主要区别是Fe2O3含量超出一般工业指标要求，个别地段未见该层，该层厚度一般0.20～7.07m，平均1.69m。其上部为灰—深灰色豆状(鲕状)黏土岩，其中东宝山—东冲山一带分布有铝土矿，厚度一般0.20～2.74m，平均1.30m，豆状或鲕状是该层的主要标志[15]，Fe2O3含量偏高，一般向下渐变过渡为A层硬质黏土矿体。

A层硬质黏土的底板为杂色黏土岩、浅灰色砂质黏土岩或黏土质砂岩，厚度一般0.25～1.65m，平均0.86m，渐变过渡为黑山组的长石石英砂岩。杂色黏土岩一般分布于浅灰色砂质黏土岩或黏土质砂岩之上，部分地段缺失。

盆地内A层含矿岩系厚度大的地区，对于A层硬质黏土—铝土矿的形成极为有利，同时矿体厚度越大，成矿质量越好。受沉积环境影响，该区层位垂向分布呈现一定的分布规律，矿体与围岩的大致界线，在野外可通过颜色、结构等肉眼易区分的宏观地质特征，大致判断矿体的层位[16]；因Al2O3，SiO2，Fe2O3的含量是确定矿与围岩的主要指标，矿体与围岩的具体界线，主要靠化学分析结果予以区分。

3.2 主要化学成分分布规律

3.2.1 A层硬质黏土

在淄博盆地内，矿石质量较好的地段主要分布在矿体比较厚的西宝山—东冲山一带，主要化学成分含量在空间上呈现一定的变化规律：矿体厚度与Al2O3，SiO2含量呈正相关，与Fe2O3呈负相关。如西宝山—西冲山地区A层硬质黏土中Al2O3，SiO2，Fe2O3含量与厚度变化关系见图3。当厚度增大时，Al2O3，SiO2含量增加，Fe2O3含量减少，反之Al2O3，SiO2含量减少，Fe2O3含量增加。

1—Al2O3(%)；2—SiO2(%)；3—Fe2O3(%)；4—厚度(m)图3 A层硬质黏土中Al2O3，SiO2，Fe2O3含量与厚度变化关系

3.2.2 铝土矿

该区铝土矿主要化学成分的空间变化规律，与A层硬质黏土有着相似性。矿体厚度与Al2O3含量呈正相关，与Fe2O3含量变化不明显，但总体呈现负相关的趋势；SiO2含量与Fe2O3含量基本呈负相关。东宝山—西冲山地区铝土矿Al2O3，SiO2，Fe2O3含量变化与厚度关系如图4所示。伴生元素Ga的平均含量在铝土矿中要高于A层硬质黏土[2]。

1—Al2O3(%)；2—SiO2(%)；3—Fe2O3(%)；4—厚度(m)图4 铝土矿中Al2O3，SiO2，Fe2O3含量变化与厚度关系

3.2.3 A层含矿岩系

A层含矿岩系主要化学成分Al2O3，Fe2O3，SiO2的含量在本区的分布规律如下：

(1)全区主要化学成分Al2O3+Fe2O3+SiO2=83.5%～85.5%。

(2)三者含量在垂向上有相互消长的关系，但在不同矿石类型中却有着不同的变化，以东宝山地区某钻孔揭露的"A"层含矿岩系中不同矿石主要化学成分分布为例(图5)。在硬质黏土中，Al2O3含量一般较SiO2含量略低，Fe2O3含量很低，三者变化不大。在含铁黏土岩中，随着Al2O3含量的降低，SiO2的含量也随之降低，Fe2O3含量则增高，反之亦然。在鲕粒铝土矿(或黏土岩)中，三者升降幅度尤为明显，随着Al2O3含量的增高，SiO2的含量降低，Fe2O3的含量也随着增高。

1—Al2O3(%)；2—SiO2(%)；3—Fe2O3(%)图5 A层中Al2O3，SiO2，Fe2O3含量垂向空间变化关系图

4 结论

(1)淄博盆地内共生的A层硬质黏土和铝土矿，分别赋存于二叠纪石盒子群万山组底部A层含矿岩系的下部和上部，受后期构造影响，矿体产状发生一定变化。下部的A层硬质黏土在该区分布稳定，东西呈带状分布，厚度一般1.80～3.21m；主要矿物以高岭石为主，少量一水硬铝石、三水铝石等其他矿物；化学组分含量：Al2O3一般36.38%～39.60%，Fe2O3一般1.10%～2.80%，厚度及品位变化均匀；矿体规模多为大中型，矿石品级以特级品和Ⅰ级品为主。位于其上部共生的铝土矿主要分布于西宝山—东宝山一带，厚度一般0.50～2.74m；主要矿物以高岭石为主，次为水铝石、勃姆石等其他矿物；化学组分含量：Al2O3一般53.37%～57.73%，SiO2一般15.93%～21.14%，Fe2O3一般7.06%～13.54%，Al2O3/SiO2一般2.62～3.62，厚度及品位变化较均匀；矿体规模多为中小型，矿石品级一般为Ⅵ级品。

(2)在横向上，A层含矿岩系厚度大的地区，对于A层硬质黏土—铝土矿的形成极为有利，矿体厚度越大，成矿质量越好，盆地内A层硬质黏土—铝土矿的有利地段，主要分布在宝山—冲山一带，该地区矿体厚度较大、质量较好，其中铝土矿矿体浅部发育较好，中深部零星发育。

(3)两矿体垂向分布呈渐变关系，野外可通过颜色、结构等肉眼易区分的宏观地质特征，大致判断矿体的层位，具体界线，主要靠化学分析结果予以区分；伴生元素Ga在铝土矿中的含量高于A层硬质黏土；两矿体的厚度总体上与Al2O3，SiO2含量呈正相关，与Fe2O3呈负相关；主要化学成分Al2O3，Fe2O3，SiO2的总含量一般在83.5%～85.5%，不同矿石类型在垂向上有着相互消长的关系。

(4)通过该次归纳研究，对该区A层硬质黏土和铝土矿矿床地质特征及变化规律，有了更为直观的认识，为该区A层硬质黏土和铝土矿矿体的勘查和开发利用提供一定的科学依据，以便于更合理的利用矿产资源。