陕西千阳尚家庄制陶用粘土矿地质特征及成因

阴建定，严鹏程

(中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710003)

千阳制陶历史悠久，东城考古发掘的前川遗址证明早在两千年前的西汉时期千阳县已经开始了规模化制作陶瓷，但对该区制陶粘土的地质研究却极少。本文通过地质调查，配合化学分析、物理测试等方法对尚家庄粘土矿产[1]进行烧结试验，发现该处粘土矿具有硅高铝低、铁、钙、镁高的特点，是优质的制陶原料。目前千阳县依托县域及周边地区陶瓷原料资源丰富、交通便利、能源充沛等优势，已建成陕西省乃至西北最大的陶瓷产业基地。尚家庄制陶用粘土矿矿石化学成分稳定、可塑性高、干燥强度大，可为其提供优质的陶瓷原料。

1 区域地质概况

尚家庄制陶用粘土矿区大地构造位置处于华北板块构造单元的鄂尔多斯南缘翘起带[2](图1)。

区域地层属于华北地层大区的陇县—永寿小区。区内出露第四系、新近系、白垩系、侏罗系、三叠系、奥陶系、寒武系等地层[3]。白垩统六盘山群和尚铺组(K1hs)为粘土矿含矿地层。

区内构造主要为两条北西西—南南东向断层，固关—虢镇断裂和千阳—彪角断裂，这两条断裂是六盘山—宝鸡断裂带南段陇县—宝鸡断裂带的主要断裂，在晚白垩纪形成了“两堑夹一垒”的构造地貌。区域上，晚白垩纪六盘山断陷盆地的沉降受两条断裂的控制，矿区位于两条断裂的中部，沉积了一套陆源碎屑岩地层，地层产状平缓。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区地层简单，主要为中奥陶统马家沟组(O2m)、白垩统六盘山群和尚铺组(K1hs)和第四系更新统黄土(Qp)。

2.1.1 中奥陶统马家沟组(O2m)

区内马家沟组地层主要出露一套深灰—灰黑色灰岩。泥晶粒屑结构、中厚层状、薄层状构造。岩石局部可见重结晶的方解石集合体，呈颗粒状。

2.1.2 下白垩统六盘山群和尚铺组(K1hs)

和尚铺组为一套湖泊—河流相碎屑沉积建造，与下伏马家沟组地层呈角度不整合接触。岩性组合自下而上依次为薄层底砾岩夹长石砂岩、泥岩、泥质粉砂岩夹泥岩、中粗粒长石砂岩，岩性组合总体构成向上粒度变粗的韵律沉积(图2)，其自下而上分为四个岩性层。

图1 区域地质图

图2 矿区和尚铺组第二、三、四岩性层出露剖面

(1)第一岩性层(K1hs1)：红色底砾岩夹中细粒砂岩。位于和尚铺组最底部，不整合面之上。底部为紫红色粗底砾岩，上部为褐红色中细粒砂岩，其在沉积序列上表现为向上变细的正韵律层序。

(2)第二岩性层(K1hs2)：杂色泥岩层，为矿体的主要赋矿层位。自下而上又可分为青灰色泥岩、紫红色泥岩两层。呈近水平状上覆于第一岩性层底砾岩之上，为赋矿层位。

(3)第三岩性层(K1hs3)：粉砂岩夹泥岩，为矿体的赋矿层位，矿体为夹于泥质粉砂岩中的泥岩。颜色整体为土黄色，顶部和底部均为泥质粉砂岩，中间夹有青灰色泥岩层。岩层产状平缓，整合上伏于杂色泥岩层之上，为赋矿层位。

(4)第四岩性层(K1hs4)：中粗粒长石砂岩。颜色整体为土黄色，岩性较为单一，为中粗粒长石砂岩。

2.1.3 第四系更新统(Qp)

为风积黄土，由褐黄色亚砂土、亚粘土组成，夹棕红色古土壤层，结构疏松，孔隙发育，土质不均匀。呈被覆状披覆于马家沟组及和尚铺组之上。

2.2 构造

区内构造主要受加里东及燕山运动的影响。加里东期，受南北向主压应力作用影响，形成尚家庄向斜，之后区域处于伸展断陷期，稳定接受了一套白垩系碎屑岩沉积建造，在燕山期，以走滑拉伸隆升断陷为主，形成脆性断裂变形，形成F1逆断层。

尚家庄向斜由马家沟组地层呈一宽缓的轴面近东西向的向斜产出，北翼产状170～192°∠65～75°；南翼产状350～30°∠32～46°。和尚铺组地层呈近水平状覆于马家沟组地层之上。

F1逆断层断层位于矿区南部，出露长度约500m，呈北西南东走向产出，断层面上见厚约2～5cm的黑色粉末状炭质泥，产状208～245°∠57～75°，为一高角度逆断层，使得位于断层南侧矿体(上升盘)被整体抬升。

3 矿体地质特征

和尚铺组第二岩性层和第三岩性层为赋矿层位，呈近水平层状不整合于马家沟组灰岩地层之上。受断层F1影响，两侧出露高度不同，F1断层北侧矿体产状355～14°∠2～6°，东西长324m，南北宽61～206m；F1断层南侧矿体产状0～20°∠2～5°，受矿权限制，在平面上呈三角形，东西长137m，南北宽115m。

图3 矿区地质简图

3.1 矿体特征

矿体顶板为第四岩性层中粗粒长石砂岩，底板为第一岩性层底砾岩夹砂岩层。区内发育的高角度逆断层F1，切穿和尚铺组地层，致使断层南侧地层整体抬升。矿区共圈定出4个制陶用粘土矿体，在F1断层两侧各2个[4](图3)。

K1矿体位于F1断层北侧，赋存于和尚铺组第二岩性层下部，岩性为青灰色泥岩。矿体出露标高984～995m，赋存标高980～999.64m。矿体东西长310m，南北宽55～200m，倾向355～10°，倾角2～6°。矿体厚度12.33～13.13m，平均厚度12.73m，属厚度稳定型沉积矿层。

K2矿体位于K1矿体顶部5～7m处，赋存于和尚铺组第三岩性层中部，岩性为青灰色泥岩。矿体出露标高997～1 002m，赋存标高987.64～1 006.37m。矿体东西长324m，南北宽161～206m，总体产状0～20°∠2～5°。矿体厚度2.25～2.29m，平均厚度2.27m，属厚度稳定型沉积矿层。

K3矿体位于F1断层南侧，赋存于和尚铺组第二岩性层下部，岩性为青灰色泥岩。矿体赋存标高989.82～1 013.35m，因受F1断层的影响，表现出在沟心等局部地段厚度增厚的特征。矿体呈对称的等腰三角形，底边长112m，腰长103m，厚度为12.69m。总体产状12～40°∠1～4°。

K4矿体位于K3矿体顶部约7m处，赋存于和尚铺组第三岩性层中部，岩性为青灰色泥岩。矿体出露标高1 011.41～1 015.33m，赋存标高1 011.41～1 028.80m。该矿体出露范围较小，在平面上呈矩形，东西出露长76m，南北出露宽27m，厚度为2.30m。矿体呈水平状，总体产状14°∠5°。

3.2 矿石质量特征

3.2.1 矿石类型

矿石的自然类型为青灰色泥岩、紫红色泥岩。矿石工业类型为制陶用粘土矿。

3.2.2 矿石结构构造

矿石的结构以泥质碎屑结构为主，少量发育有豆鲕状结构。矿石构造主要为块状构造，部分为微波层状构造。

3.2.3 矿石矿物成分

根据野外观察及岩矿鉴定、X-衍射分析等样品的测试结果，矿区组成矿体的岩石主要为青灰色泥岩。其矿物组成主要由石英、伊利石、绿泥石、斜长石及少量钾长石、赤铁矿、方解石等组成，粘土矿物以伊利石—绿泥石为主，石英碎屑占比较大[5-6]。

3.2.4 矿石化学成分

矿区制陶用粘土矿矿石化学成分比较稳定，各矿层的主要化学成分接近，化学特征近似(表1)。

表1 尚家庄制陶用粘土矿化学分析结果 (单位：%)

3.2.5 矿石物理性能

矿石原岩较坚硬，但表层易风化呈粒度较均匀、质硬的团粒状，吸水可崩解变软不膨胀，具可塑性。本次采取一块青灰色泥岩和紫红色泥岩，编号分别为1#青泥、2#紫泥，进行矿石烧结性能试验[7]。

(1)可塑性和干燥性。

矿石的可塑性、干燥强度、收缩率和干燥敏感性等指标是生产过程中的重要工艺参数。对区内所采样品的可塑性、干燥抗折强度、干燥线收缩性能等进行了测试(表2)。区内所有青灰色泥岩矿石样品的塑性测试，塑性指数(IP)在7.1～10.6，平均9.3。紫红色泥岩塑性指数(IP)在7.6～9.5，平均8.4。本区矿石可塑性为中等，易成形，干燥收缩率小，不易变形。

表2 工艺试验可塑、干燥性指能标测试结果

(2)矿石的烧结性能。

陶瓷产品的烧成温度、吸水率是重要的工艺参数及性能指标，而这都与原料的烧成性能有关。原料的烧成收缩、样品吸水率等性能测试结果见表3。试验表明，矿石具有烧成收缩率小，不易变形，烧结温度低、烧结范围宽、节能又易于热工操作、烧成吸水率低等特点。

和尚铺组赋存的制陶用粘土矿可满足挤出成型类陶瓷产品，且产品性能达到国标要求。

4 矿床成因

依据区域成矿条件、矿体地质特征，认为该矿床为一套湖泊—河流相碎屑沉积型矿床。早白垩世初，六盘山盆地受晚侏罗世强烈挤压构造背景的影响，盆地格局为周缘高、内部低，盆地周缘为剥蚀区[8]。和尚铺组在盆地周缘山前形成砾石含量较高的山麓洪积扇堆积。由盆地周缘向盆地内部洪积扇砂体迅速变薄，逐渐过渡为辫状河相；早白垩世晚期六盘山盆地总体构造格局处于弱伸展背景，开始断陷接受下白垩统晚期的沉积，在滨浅湖亚相的氧化—还原[9]的静水沉积环境中，经早盆地的沉积作用、陇山褶皱带古隆起的剥蚀作用及成岩成矿作用[10]，形成自下而上依次为薄层底砾岩夹长石砂岩、泥岩、泥质粉砂岩夹泥岩、中粗粒长石砂岩，总体构成向上粒度变粗的韵律沉积矿床。

表3 应用试验物性测试结果

5 结论

(1)通过地质调查，化学分析、物理试验等方法对尚家庄制陶用粘土矿进行质量分析，认为矿石质量满足制陶用粘土矿要求。

(2)千阳县尚家庄制陶用粘土矿属于内陆河流湖泊相沉积型矿床。