黑龙江省依安县红星高岭土矿床地质特征及成因分析

付忠才

黑龙江省第九地质勘查院，黑龙江 齐齐哈尔 161006

黑龙江省依安红星高岭土矿位于依安镇与新屯乡之间。在1987年—1988年原黑龙江省地质矿产局第三地质勘查所开展“黑龙江省西北部粘土矿产资源开发前景研究”时，发现了依安—克山砂质高岭土矿成矿带；2012年—2013年黑龙江省齐齐哈尔矿勘查开发总院在依安县红星砖厂—克山县于保董屯一带开展了高岭土矿远景调查工作，并于2016年—2018年完成了红星高岭土矿的详查工作，提交（332+333）高岭土矿石资源量64 863.07×104t，淘洗精矿量14 128.89×104t，为一超大型湖相沉积型砂质高岭土矿床。是黑龙江省目前发现的最大的陶瓷用高岭土矿床，为依安县打造“北方瓷都”提供了资源保障。

1 区域地质特征

研究区位于松嫩平原的西北部，新构造运动分区处于北部倾没区南部[1]、松嫩断陷区中西部[2]，吉黑成矿省松辽盆地高岭土成矿带的北端[3]。地层主要有古近系始新—渐新统依安组（E2-3y）、中更新统林甸组一段（Q2ln1）和二段（Q2ln2）、上更新统齐齐哈尔组（Q3q）及全新统（Q4）[4，5]。除在沟谷低洼部位见有全新统（Q4）地层出露外，全区皆被齐齐哈尔组（Q3q）所覆盖。为了更好地反应赋矿地层——林甸组（Q2ln）分布特征，将其上覆的齐齐哈尔组（Q3q）及全新统（Q4）地层视为覆盖层，在区域地质图上只反映其下部地层（图1）。

图1 红星高岭土矿区域地质简图Fig.1 Simplified geological map of the Hongxing kaolin deposit

依安组（E2-3y）呈大面积分布在依安县太东乡，克山县古城镇、古北乡、北兴镇及讷河市讷南镇等地。岩性以灰、灰绿色泥岩和砂砾岩为主，常呈互层出现，层理发育。厚度大于100 m。

林甸组一段（Q2ln1）呈半环状分布在依安县新屯乡、依安镇、红星乡，克山县西联乡、克山农场一带。岩层厚8～101 m，岩性主要有高岭石粘土、粘土、中粗砂、含高岭土的中粗—中细砂及砂砾石等，颜色多为灰白色、灰黑色、黄褐色、白色。与依安组（E2-3y）呈不整合接触。

林甸组二段（Q2ln2）分布在林甸组一段（Q2ln1）西部内侧。岩性为黄色、黄褐色和灰黑色的亚粘土和亚砂土及灰白色、灰黄、棕黄和褐黄色含砾中粗砂、砾石。厚度5～55 m。

2 矿区地质特征

矿区内所见皆为新生代地层，由老至新为古近系始新—渐新统依安组（E2-3y），第四系中更新统林甸组一段（Q2ln1）、上更新统齐齐哈尔组（Q3q）、全新统（Q4）（图2）。

图2 红星高岭土矿区地层柱状图Fig.2 Stratigraphic column of Hongxing kaolin deposit

依安组（E2-3y）呈隐伏状分布全区，总体北西倾，倾角小于1°。岩性以灰褐色粘土为主，夹灰褐色、灰色粉砂质粘土与灰色粘土，层理发育，其顶部与林甸组接触处为厚1～2 m的富含氧化铁的灰黄色粘土。

林甸组一段（Q2ln1）与依安组（E2-3y）呈平行不整合接触，在全区隐伏分布，按岩性不同可分为下、中、上三个岩性层位。下部层位：岩性以灰白色砂质高岭土为主，其次为灰黄色含砾砂质高岭土、含高岭土中粗砂，顶部为灰黄色砂质高岭土。埋深在11.08～46.30 m之间，平均27.36 m。厚12.68～95.96 m，平均45.29 m；中部层位：在区隐伏状大面积分布，以黑色粘土层为主，其次为砖红色、杂色和灰白色粘土。埋深12.69～44.40 m，最大厚度11.09 m；上部层位：岩性主要为灰白色砂质高岭土，夹有灰黄色、灰白色含砾砂质高岭土，顶部零星见有砖红色粘土或杂色粘土。埋深0.75～27.9 m，平均12.11 m。厚1.51～19.27 m，平均厚11.04 m。

齐齐哈尔组（Q3q）在区内呈大面积出露，平行不整合覆盖林甸组一段（Q2ln1）之上。岩性主要为黄色粘土，局部含细砂。厚1.03～26.70 m。

3 矿床地质特征

3.1 矿体形态及规模

区内共圈定砂质高岭土矿体三层，近水平产出，呈厚板状，形态简单。其中：Ⅰ号矿体产于林甸组下段（Q2ln1）上部砂质高岭土层内，Ⅱ、Ⅲ号矿体赋存在下部砂质高岭土层内（图3）。

图3 红星高岭土矿区D7勘探线地质剖面图Fig.3 Geological profile of No.7 line in Hongxing kaolin deposit

Ⅰ号矿体南北长1 402～3 402 m，东西宽1 548～3 098 m，延展面积8.72 km2。矿体厚度2.00～17.57 m，平均厚度8.18 m，厚度变化系数为43.51%，为厚度变化较稳定矿体。其顶、底板岩性为粘土、砂质粘土、含高岭土中粗砂及少量砂质高岭土，顶板标高200.55～216.36 m，平均209.62 m；底板标高194.55～210.84 m，平均201.60 m。矿体埋深1.90～27.90 m，平均埋深13.09 m。探获（332+333）矿石量12 633.27×104t，淘洗精矿量2 999.65×104。精矿Al2O3平均含量为26.66%，Fe2O3平均含量为1.27%，TiO2平均含量为0.32%。-325目淘洗率15.71%～40.43%之间，平均22.83%。

Ⅱ号矿体南北长1 200～3 399 m，东西宽2 200～4 000 m，延展面积10.23 km2。厚度2.00～37.66 m，平均厚度15.56 m，厚度变化系数为50.65%。顶板岩性多为砂质高岭土，少为含高岭土中粗砂、粘土；底板岩性主要为砂质高岭土，其次为含高岭土中粗砂等。顶板标高160.00～197.61 m，平均187.87 m；底板标高153.85～195.19 m，平均176.49 m。夹石主要为含高岭土中粗砂。矿体埋深7.26～64.30 m，平均埋深33.50 m。探获（332+333）矿石量28 806.25×104t，淘洗精矿量5 787.14×104t。精矿Al2O3平均含量为26.47%，Fe2O3平均含量为1.15%，TiO2平均含量0.32%。－325目淘洗率14.81%～29.63%，平均含量为20.30%。

Ⅲ号矿体南北长1 800 m～3 402 m，东西宽1 797～4 000 m，分布面积9.67 km2。矿体厚度2.00～39.04 m，平均厚度11.87m，变化系数为67.93%。顶、底板岩性多为砂质高岭土，其次为含高岭土中粗砂。顶板标高136.90～171.26 m，平均155.16 m；底板标高118.76～155.95 m，平均142.09 m。矿体埋深37.62～90.30 m，平均埋深65.71 m。探获（333）矿石量23 423.55×104t ，淘洗精矿量5 342.10×104t。精矿Al2O3平均含量为26.20%，Fe2O3平均含量为1.43%，TiO2平均含量为0.48%。-325目淘洗率15.17%～34.55%，平均含量22.05%

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石自然类型及结构、构造

矿石自然类型主要为含中细砂高岭土，其次为含砾中细砂高岭土。

灰白色高岭土呈杂乱状充填于砾、中细砂之中，矿石呈砂性泥质结构，土状构造。

3.2.2 矿石矿物成分

矿石矿物成分较简单，主要为高岭石、石英、长石及少量云母（图4）。高岭石呈淡黄褐色，片状、书页状，集合体多以碎微粒状存在，其次以蠕虫状集合体形式存在，最大片径可达0.06 mm；石英呈粒状、次棱角状，粒径小于1.5 mm；长石呈半自形板状、次棱角状，多为钾长石；云母呈片状。

图4 红星高岭土矿矿石扫描电镜照片Fig.4 SEM photographs of mineral from Hongxing kaolin deposit

砂质高岭土中高岭石含量9.5%～23.6%，平均12.4%；石英63.4%～75.5%，平均71.6%；长石13.2%～18.1%，平均15.3%；含砾砂质高岭土中高岭石含量为6.0%～23.6%，平均14.5%；石英63.4%～77.5%，平均71.3%；长石12.0%～15.8%，平均13.4%。

原矿经—325目淘洗后，砂质高岭土精矿高岭石含量57.3%～83.9%，平均67.8%；石英10.4%～26.1%，平均18.5%；长石4.5%～20.4%，平均11.7%；含砾砂质高岭土精矿高岭石含量为49.7%～72.1%，平均66.8%；石英15.2%～30.6%，平均20.2%；长石11.5%～18.6%，平均11.7%。

原矿经—325目淘洗后获得的精矿高岭石含量大幅度增加、石英明显降低、长石变化不大。

3.2.3 矿石化学成分

Ⅰ号矿体—325目精矿SiO2含量在56.81%～59.31%，平均含量为58.00%；Al2O324.34%～31.27%，平均含量26.66%；Fe2O3含量0.70%～2.14%，平均含量1.27%；TiO2含量0.23%～0.54%，平均含量0.32%。Ⅱ号矿体—325目精矿SiO2含量在55.85%～61.03%，平均含量为58.00%；Al2O324.09%～30.45%，平均含量26.47%；Fe2O3含量0.72%～1.88%，平均含量1.15%；TiO2含量0.23%～0.52%，平均含量0.32%。Ⅲ号矿体—325目精矿SiO2含量在56.94%～60.81%，平均含量为58.72%；Al2O324.05%～28.72%，平均含量26.20%；Fe2O3含量0.97%～1.82%，平均含量1.43%；TiO2含量0.26%～0.69%，平均含量0.48%。其他化学成分平均含量见表1。

表1 -325目精矿化学成分表Table1 -325 concentrate chemical composition

3.2.4 矿石物理技术性能

（1）原矿粒度

原矿粒度组成见表2。由表2可以看出：-76 µm粒级高岭土产出率低，Ⅰ号矿体为15.82%、Ⅱ号矿体为20.65%、Ⅲ号矿体为22.55%，表明矿区高岭土淘洗率较低。

表2 原矿粒度分析结果表Table2 Results of particle size analysis of raw ore

化验结果显示矿石中矿物粒度多为+76 µm，占77%以上，其中粘土矿物占10%±；粒度-43µm的矿物含量在14.30%～19.40%，其中粘土矿物占82.8%～87.30%，高岭石主要赋存在该粒级内。

（2）白度

Ⅰ号矿体矿石自然白度62.10%～70.90%，平均68.00%；Ⅱ号矿体矿石自然白度57.80%～66.50%，平均为62.15%；Ⅲ号矿体矿石自然白度最低为62.90%～63.90%，平均为63.40%。

Ⅰ号矿体矿石烧成白度为63.50%～73.1%，平均70.23%；Ⅱ号矿体矿石烧成白度62.00%～69.5%，平均65.75%；Ⅲ号矿体矿石烧成白度65.80%～66.40%，平均66.10%。

由上述数据可以看出：Ⅰ号矿体矿石自然白度及烧成白度最高，Ⅱ号矿体矿石高岭土矿与Ⅲ号矿体矿石自然白度及烧成白度相差较小，三层矿体矿石的烧成白度均高于自然白度。矿石的自然白度及烧成白度都较低，如用作建筑及日用瓷原料，需经漂白处理。

（3）耐火度

矿石耐火度在1 640℃～1 680℃之间，耐火度满足建筑卫生瓷耐火度的工业指标要求。

（4）塑性指数

原矿塑性指数6.2～14.7，属中塑性高岭土。

（5）干燥收缩率

砂质高岭土干燥收缩率较低一般在-0.1%～0.2%之间。

4 矿床成因探讨

4.1 成矿环境分析

根据区内第四系地层特征结合前人研究成果可以推断：在早第三纪始新世—渐新世时期，地壳由于差异性升降，本区出现了依安凹陷和乌裕尔凹陷，形成了依安湖，在其中沉积了粘土、砂质粘土等河湖相间夹湖沼相的依安组；到中新世早期该区抬升隆起，导致依安组出露地表，接受剥蚀，形成了依安组顶部富含褐铁矿的薄层黄褐色粘土层；到中更新世早期，西部、北部山区地壳运动差异性强烈抬升，松嫩平原西部稳定下沉，本区处于“松嫩大湖”西北部[6]，接受了来自北部、西部山区风化形成的碎屑物，沉积了林甸组下部一地层。本区林甸组一段按岩性可划分为：下部砂质高岭土为主夹含砾砂质高岭土、中细粒砂层；中部粘土层；上部砂质高岭土夹粘土层。沉积物粒度具有由粗到细，再到粗的沉积规律，显示沉积环境由浅湖湘—深湖相—浅湖湘。可与林甸组典型剖面——大庆前进村7901号钻孔剖面下部层位对比[7]，形成时限在55～120万年，形成环境由冷凉偏干到温热湿润[7，8]；中更新世中晚期，松嫩平原东部抬升湖泊萎缩，导致本区露出水面，林甸组一段顶部出露地表，形成了砖红色风化壳层；中更世晚期—晚更新世期间，松嫩盆地西部嫩江断裂与德都大安断裂之间发育坳陷带，沉降沉积了湖相齐齐哈尔组。

4.2 矿床成因

高岭土矿床成因类型一般划分为风化型、热液蚀变型和沉积型[9-18]。红星高岭土矿矿体呈近水平厚板状赋存在林甸组中，其产状与地层一致，并严格受地层控制；矿石矿物砾、砂、粘土混合堆积，分选性差，石英、长石碎屑多为次棱角状，显示矿物经过了水流搬运，只是搬运距离不远，具有明显的沉积特征。因此推断红星砂质高岭土矿应为与赋矿地层同时形成的中更新世湖相沉积型砂质高岭土矿床。

5 结论

（1）红星高岭土矿床为一超大型砂质高岭土矿床，矿体呈近水平厚板状产出，矿石类型主要为含中细砂高岭土、其次为含砾中细砂高岭土。

（2）矿石矿物主要为高岭石、石英、长石，其中高岭石含量6.0%～23.6%；原矿淘洗后（—325目），精矿高岭石含量49.7%～83.9%。

（3）高岭石粒度多为-43 µm，矿石自然白度57.80%～70.90%，烧成白度62.00%～73.1%，耐火度1 640℃～1 680℃，原矿塑性指数6.2～14.7，干燥收缩率一般在-0.1%～0.2%之间，矿石经漂白处理后可用作建筑及日用瓷原料。

（4）矿床成因类型为湖相沉积型，与赋矿地层林甸组一段（Q2ln1）同时形成，成矿时代为中更新世早期。