中国高岭土矿床时空分布规律

吴宇杰, 陈从喜 , 袁 峰

1)合肥工业大学资源与环境工程学院, 安徽合肥 230009; 2)自然资源部信息中心, 北京 100036

高岭土是以中国江西省景德镇市东45 km的高岭村命名的矿种。中国是世界上最早制作瓷器的国家, 而高岭土在古今制瓷方面起了关键的作用, 是一种重要的工业矿物、战略性矿产, 或“关键矿产”(郑直等, 1980; 陈其慎和王高尚, 2007; 汪灵,2019)。中国高岭土虽然有着悠久的开发利用历史,但对高岭土矿床地质学、矿物学的研究和地质勘查却始于20世纪30年代。如侯德封(1931)对河北彭城镇黏土的调查, 李悦言(1941)对四川叙永黏土的调查。章人骏(1947)对江西景德镇高岭土的研究, 唐衡楚等(1957)对江西浮梁、星子等处高岭土的研究,沈永和(1957)对内蒙古大青山“高岭岩”的研究。陶维屏(1966)、方邺森和胡立勋(1980)对高岭土矿床地质的研究, 彭琪瑞等(1963)、陈开惠(1984)对高岭土矿物的研究, 陶维屏等(1984)对中国高岭土矿床进行了系统性论述, 指出中国高岭土大多数分布在中国东部和南部, 形成时间上 70%以上形成于中、新生代, 近 60%的矿床赋存于中、新生代岩体中,并总结了高岭土矿床的成因类型与成矿模式。与此同时, 我国地勘队伍对高岭土矿开展了地质勘查工作, 到目前为止发现并勘查、开发利用了 500多个高岭土矿床, 分布于全国26个省(区、直辖市)。总的来看, 前人对中国高岭土矿床研究做了大量工作,主要集中在矿床地质特征及成因、地球化学、成矿规律及开发利用方面, 但限于掌握数据有限, 缺少全国范围基于大量统计数据的时空性计量分析。鉴于此, 在前人研究的基础上, 本文采用地球信息科学的空间分析方法, 以可获得的大量地质勘查成果和矿床资料为对象, 研究全国高岭土矿床的时空分布规律, 以时间演化规律求证已知空间分布的合理性, 推测未知空间区域成矿的可能性, 对高岭土矿床学研究、成矿预测和找矿勘查具有重要的理论和实践意义。

1 中国高岭土矿床空间分布规律

依照《中国成矿区带划分方案》(陈毓川等, 2006;徐志刚等, 2008)对成矿区带划分和研究的要求及原则, 在综合研究并总结中国高岭土矿成矿规律基础之上, 确定了中国高岭土矿成矿区带划分方案。全国高岭土矿床共划分出4个成矿域、13个成矿省和44个III级成矿区带(表1)。按各成矿区带矿床数量从多到少, 前十名成矿区带依次为: 武功山—杭州湾、浙闽粤沿海、江南隆起东段、南岭、永安—梅州—惠州、长江中下游、粤西—桂东南、山西(断隆)、海南、钦州(残海)高岭土成矿带。

表1 中国高岭土矿床成矿区带基本特征Table 1 Basic characteristics of metallogenic belts of kaolin deposits in China

续表1

1.1 中国高岭土矿床在成矿域上的分布规律

成矿域, 是指全球性的成矿区带(陈毓川, 1999),应大致对应于构造域, 受控于统一的全球性构造及受控之动力学体系。按照中国成矿作用特点, 中国高岭土矿产地共划定 4个成矿域, 即古亚洲、秦祁昆、特提斯、滨太平洋成矿域(陈毓川等, 2006; 徐志刚等, 2008)。中国高岭土矿床主要分布在古亚洲成矿域和滨太平洋成矿域。

古亚洲成矿域主要以新时代碎屑岩建造沉积型高岭土矿床和古生代—中生代含煤建造沉积型高岭土矿床为主。滨太平洋成矿域由于活跃的成矿作用, 形成了各类高岭土矿床, 尤其是花岗岩类风化型高岭土矿床规模宏大, 这类矿床主要分布在长江以南地区。具体到各细分类型矿床来说, 细粒酸性脉岩风化型矿床分布较广, 华北、华东、中南都有。这些细粒酸性脉岩主要是燕山期的, 在第四纪风化成矿。其中以侵入于富铝岩层中的细粒酸性脉岩矿化最佳。凝灰岩风化型矿床与凝灰岩蚀变型矿床都与晚侏罗纪凝灰岩有关。凝灰岩风化型矿床主要分布在长江以南, 东经 115°以东的沿海和雨量充沛,气候湿热而地势低平的内地。其控矿因素基本上与花岗岩-伟晶花岗岩风化型矿床相似, 但因其母岩较花岗岩致密因而风化难度较大, 故目前在长江以北此类矿床少见(陶维屏等, 1984, 1994)。

1.2 中国高岭土矿床在成矿省上的分布规律

按区域成矿学的理论, 成矿省内应出现过一个或几个与区域成矿作用相对应的大地构造-岩浆旋回, 其内部出现几个与构造-岩浆旋回有成因联系的矿化类型组合并叠加一体的成矿单元, 在地质历史演化过程中, 成矿物质的富集受地壳物质不均匀性的控制, 即地壳物质占主导地位, 矿床富集在大地构造单元的特定部位, 或与特定的地质体有成因联系。中国区域可划分出16个II级成矿区带(陈毓川等, 2006; 徐志刚等, 2008)。其中, 与高岭土分布有关的有13个成矿省, 包括II-1阿尔泰成矿省; II-2准噶尔成 矿省; II-3伊犁成矿省; II-4塔里木陆块成矿省; II-5祁连成矿省; II-6昆仑成矿省; II-7秦岭—大别成矿省; II-10冈底斯—腾冲成矿省; II-12内蒙古—大兴安岭成矿省; II-13吉黑成矿省; II-14华北陆块成矿省; II-15杨子成矿省; II-16华南成矿省(含台湾岛和海南岛)。高岭土矿床集中分布在华北陆块成矿省、扬子成矿省、华南成矿省这3个二级成矿单元里(图1)。

图1 中国高岭土矿床在I级和II级成矿区带的分布Fig.1 Distribution of I and II grade metallogenic domains of kaolin deposits in China

华北陆块成矿省记录了中国最古老地壳的形成过程, 也孕育着中国最古老的高岭土矿床, 涵盖了我国90%最具特色、未来也是最具开发潜力的煤系高岭土。华北陆块在寒武—奥陶纪形成碳酸岩台地形, 以碳酸盐岩为主夹少量细碎屑岩的浅海陆架沉积广布, 构成了陆块区的盖层。奥陶纪到早石炭纪, 华北陆块区整体抬升上隆成剥蚀区, 大规模的碳酸盐岩侵蚀面为后续煤系高岭土矿床的形成提供先决条件。晚石炭纪—早二叠纪发育陆表海沉积,中二叠纪到中三叠纪为陆相沉积, 煤系高岭土矿床也主要为陆相沉积。

以陕西府谷县高岭土为例, 高岭土矿层主要赋存于中晚石炭世及早二叠世煤系地层中, 与煤矿层密切共生, 且多数构成煤层底板。高岭土矿含矿岩系包括本溪组、太原组、山西组, 各组段沉积特征不尽相同, 生成古环境也有所区别, 其中本溪组岩层是(泻湖)潮坪环境下形成的, 具明显的填平补齐的沉积特点。太原组岩层总体为受海侵影响的下三角洲平原古环境, 含矿层具分流间湾沉积亚环境特征, 高岭土矿层是这种亚环境的沉积物。良好的泄水环境导致黏土一年中几个月时间暴露在大气中氧化, 形成高岭石。海则庙矿层位于山西组下部第一沉积旋回。矿层形成于曲流河岸后洼地-湖泊中, 洪泛期含黏土河水进入岸后湖沼, 黏土类碎屑会渐渐沉积下来, 静水期水位下降, 这些物质暴露于空气中氧化, 黏土转化为高岭土(张炳社等, 2013)。

而扬子成矿省相对于华北华南成矿省, 最具研究和开发价值的应是热液蚀变型高岭土, 该地区热液蚀变型高岭土矿床占此类矿床总数量 50%以上,在安徽庐江、马鞍山、繁昌一带, 与苏州阳山一带广泛分布, 在赣东北地区也有零星散布。此种高岭土质地优良, 在我国高岭土工业上占据及其重要的地位(陶维屏, 1989; 陶维屏等, 1994)。

以江苏苏州高岭土矿床为例, 按其成因、产出空间位置及顶底板围岩特征, 可分成三个矿床类型,即阳西式、观山式、通安式。阳西式为热液蚀变叠加后期改造型矿床。矿床产出空间位置, 受逆推断裂和剥蚀面复合构造控制。矿床规模一般为大-中型。属此类矿床的有阳西矿、五龙山矿等。观山式为热液蚀变型, 局部地段属叠加后期改造型。矿床产出空间位置, 主要受剥蚀面控制。顶板为火山岩,底板为二叠—三叠系灰岩(砂页岩), 矿床规模一般为大型。属于该类矿床的有观山、戈家坞及沙墩头等。通安式为热液蚀变型矿床, 受张性断裂控制,常呈脉状穿插于火山岩中, 局部在泥盆系砂岩断裂裂隙中见及。矿床规模一般为中-小型, 原岩多为次英安斑岩、石英正长斑岩、花岗斑岩、石英斑岩等脉岩, 经热液蚀变、强烈高岭土化而成(陶维屏等,1984; 李灿华和范斯, 1988; 方邺森和方金满,1990)。

华南成矿省是我国高岭土矿床分布最多的地区, 查明资源储量上占据了我国高岭土总查明资源储量 50%以上, 发现大小矿点多达 700余处, 成因类型从风化型, 到热液蚀变型、煤系沉积型都有,几乎涵盖我国所有的成因类型, 是我国高岭土资源最丰富也是开发程度最大的地区, 仅广西合浦一地的高岭土查明资源储量就约占全国高岭土查明资源储量的 1/4。最典型的也是最主要的矿床类型是风化残积形成的高岭土(周国平和林毓川, 1991a, b)。

以广西合浦耀康高岭土矿区和十字路高岭土矿区为例, 耀康高岭土矿区和十字路高岭土矿区赋存于加里东晚期钾长花岗岩风化壳内, 矿体呈层状、似层状产出, 覆盖于花岗岩之上。矿石自然类型可分为土状高岭土和残余块状高岭土两种。按颜色可分为白-灰白色高岭土和杂色高岭土。矿石的工业类型均属砂质高岭土。耀康矿区和十字路矿区查明资源储量规模均为大型, 耀康矿区矿石质量指标中含Fe2O3、TiO2稍高, 而十字路矿区由于矿床风化不全, 个别矿段原矿质量比较差(熊培文, 1991; 许富安, 2009), 对高岭土质量影响较大。

1.3 中国高岭土重要矿集区

参考以往矿集区划分的一般原则和金属矿床矿集区研究的实践(徐志刚等, 2008; 陈建平等,2013; 应立娟等, 2014; 李建康等, 2014; 高兰等,2014), 本文高岭土矿集区划分的原则是: (1)同一大地构造分区内, 高岭土矿矿集区在各自 III级成矿区带内圈定; (2)矿集区内包含不同成因类型矿床,有详(普)査以上工作程度并提交有资源查明资源储量的2处大型以上高岭土矿床; 或有1处大型高岭土矿床, 并在其周边有若干个中型、小型矿床(点)集中分布。(3)矿集区边界、轮廓、走向按 III级成矿区带走向分布情况而定。

按照上述矿集区划分原则, 结合高岭土矿床成矿时代和成因类型, 将中国高岭土聚集区划分出14个矿集区。高岭土矿集区的命名原则是地名+成因类型+高岭土矿集区。按 III级成矿区带顺序从西往东、从北往南依次编号(表2)。

表2 中国高岭土矿集区的划分方案Table 2 Classification scheme of kaolin ore concentration areas in China

2 中国高岭土矿床的时间分布规律

基于对全国范围内有关高岭土矿床成矿年代学资料的系统整理和分析, 本文将中国高岭土的成矿时代划分为三个大的成矿期: 古生代、中生代、新生代。风化型高岭土矿床主要形成于新生代的第四纪; 煤系沉积高岭土矿床主要形成于晚古生代的石炭纪—二叠纪和中生代的三叠纪—侏罗纪; 热液蚀变型高岭土矿床主要形成于中生代的侏罗纪。

本次工作统计结果表明, 我国高岭土矿床形成时代以中、新生代为主, 78%的高岭土矿床形成于中、新生代。按纪细分, 高岭土成矿集中分布在7个主成矿期, 其中最为重要的是第四纪, 约占全国高岭土查明资源储量的 48%; 其次为石炭纪, 约占全国高岭土查明查明资源储量的12%。而对于高岭土的含矿层位或风化成因的成矿母岩来说, 最早的可以追溯到太古代、元古代的岩体上, 但主要成矿母岩的时代还是分布在中生代、新生代。在赋矿空间分布上, 60%的高岭土矿床赋存于古生代、中生代、新生代岩系和岩体中(图2)。

图2 中国各个成矿期高岭土矿床分布Fig.2 Distribution of kaolin deposits in different metallogenic epochs in China

2.1 石炭纪—二叠纪

石炭纪—二叠纪是我国高岭土矿的重要成矿期, 占全国高岭土查明资源储量的 20%, 矿床类型以煤系沉积高岭土为主, 主要分布于皖北、山西、河北、内蒙古等地。此类高岭土往往产于沉积旋回的上部, 有明显的沉积韵律。而华南地区煤系沉积高岭土主要形成于二叠纪—三叠纪, 少部分地区煤系沉积高岭土矿床分布于新近纪沉积的煤系中。

2.2 三叠纪—侏罗纪

中生代中—晚期剧烈火山活动为热液蚀变型矿床的形成提供了良好的条件, 此类矿床质地优良,以江苏阳山高岭土矿为代表。大多数矿床赋存于侏罗系上统的火山岩中, 产出空间位置主要受剥蚀面控制。集中分布于苏南与浙江一带, 成矿带属于长江中下游与武功山杭州湾, 矿床规模多为大中型,占全国高岭土查明资源储量的14%。

2.3 第四纪

第四纪主要形成风化型高岭土, 为我国高岭土的主要成因类型, 占全国查明资源储量的 61%, 其它成因占15%, 合计占76%。其在中国南方分布与大面积中生代(燕山期)花岗岩及有关脉岩分布区相吻合。大部分风化型高岭土矿床在中国北方和南方部分地区分布在太古代、元古代、古生代花岗岩、花岗伟晶岩和碱性岩体风化带中。少量风化型高岭土矿床分布在元古代、古生代含长石的硅铝质沉积(变质)岩系中。在成矿区带上来看, 主要分布于武功山—杭州湾成矿带、浙闽粤沿海成矿带、粤西—桂东南成矿带。

3 中国高岭土矿查明资源储量时空分布特征

据自然资源部 2019年矿产资源储量通报, 我国探明高岭土查明资源储量总共约为35亿t, 分布于全国 26个省(区、直辖市)。按照省份进行统计,江西、福建、广东、广西、江苏、陕西等6省拥有24.8亿 t查明资源储量, 占全国高岭土查明资源储量的 71%; 按照成矿区带来看, 粤西—桂东南成矿带拥有最多的高岭土查明资源储量和最丰富的大型矿床, 总共拥有11.9亿t, 占全国总查明资源储量的34%, 而武功山—杭州湾高岭土矿成矿带矿床数量最多, 拥有111个矿床, 矿床规模以小型为主; 按照成因类型来看, 风化残积亚型矿床数量和查明资源储量都最多, 拥有304个矿床和21.3亿 t查明资源储量, 占全国高岭土查明资源储量的 61%, 其次为煤系沉积亚型, 占全国高岭土查明资源储量的13%。

本文采用Arcgis反距离权重的方法针对全国高岭土的矿床按查明资源储量分布进行空间分析。反距离权重法除了能反映各地的矿床查明资源储量之外, 还能充分考虑各因素之间的地域性联系。反距离加权法是基于“地理第一定律”的基本假设: 即两个物体相似性随他们间的距离增大而减少。它以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均, 离插值点越近的样本赋予的权重越大, 此种方法简单易行, 直观并且效率高, 在已知点分布均匀的情况下插值效果好, 缺点是易受极值的影响(蔡福等,2005; Lu and Wong, 2007; 刘光孟等, 2010; 吴亚坤等, 2013; 贾悦等, 2016; Mesnard, 2017)。其公式如下:

式中 Z 为估计值;Zi为第i(i=1,··,n)个样本值di是距离,n为用于插值的矿床点的数量,p是距离的幂, 它的选择标准是最小平均绝对误差, 默认p=2。

上述高岭土矿床的分布特点虽然主要由地质因素决定, 但也可能有人为的因素, 由于全国的矿产资源分布范围面积较大, 不同地区对不同矿产的开发有所偏倚, 从全国范围上来说, 东部的地质工作做的比西部多, 地质工作程度也深, 发现的矿床就多; 再加上东部交通方便, 矿业发达, 导致矿产分布十分不均匀, 并且掌握的西部资料也较少, 导致西部和东部分布为两个极端。所以不论是直接将所有矿床的查明资源储量进行空间分析或者主观选择代表性的矿床查明资源储量来代表全国范围的高岭土资源的查明资源储量分布都具有明显的局限性。

为了增强选择矿床的代表性, 适当降低人为因素的影响, 本文将大、中型矿床为代表矿点, 以成矿区带为基本单位, 根据反距离权重法计算每个成矿区带的各小型真实矿床对应代表矿床的权重, 再将各个矿床乘以权重后相加求取平均值, 代表这一个矿床点的高岭土查明资源储量值, 如此可以适当降低主观性选择和统计上所带来的误差, 且可视化效果更优。计算公式如下:

式中xi,yi分别表示所求矿床的经度(°)、纬度(°);yi、ym分别表示所求代表矿床的经度、纬度;ri为第i个矿床到代表矿床的距离;n为矿床个数;ωi为第i个矿床的权重。

例如醴陵市炉佛岭矿区、醴陵市长坡矿区、醴陵市赵家段矿区 3个矿点, 其经度、纬度分别为炉佛 岭 (113.2607°E, 27.4809°N)、长 坡 (113.173°E,27.4023°N)、赵家段(113.2602°E, 27.5112°N), 代表矿点为醴陵市马颈坳矿区(113.2556°E, 27.422°N)(大型矿床), 按公式(2)、(3), 计算得 3个矿床的权重分别为0.520、0.252、0.228, 将3个矿床的资源量乘以权重后与代表矿床的查明资源储量相加, 得到代表矿床点的虚拟储量值。

按此公式计算的高岭土矿床查明资源储量空间分布模拟结果见图3。按照此前的研究结论(陶维屏等, 1984, 1994; 周国平和林毓川, 1991a), 中国高岭土矿床整体上主要分布在中国东南部, 但从本次研究和编图成果来看, 中国中部、北部依然有可观查明资源储量的高岭土矿床。实际上, 这也符合基本事实。首先中国北方中、西部有着丰富的煤系高岭土, 如陕西府谷高岭土矿床是我国目前探明的最大高岭土矿床。再往北走, 热液蚀变型高岭土, 和整体高岭土成矿时代的分布规律恰恰相反, 沿环西太平洋自西向东, 自南而北, 成矿地质年代愈来愈新, 比如吉林磐石新立屯超大型高岭土矿探明查明资源储量约 28亿 t, 成矿时代为三叠纪。另外, 从更大尺度来看, 朝鲜半岛、日本九州岛、本州岛西南部亦有大规模的高岭土矿床, 矿床大部分产于白垩纪及第三系当中, 到本州岛北部则产于中新统火山岩系内, 如板谷矿床(Nagasawa,1978), 这种时空分布规律也进一步证实了热液蚀变型矿床的时控和层控性质。说明热液蚀变型矿床的形成严格受岛弧火山活动的控制。这一现象完全与环西太平洋火山岛弧随地质年代由西向东, 由南向北逐渐发展的演化历史一致(陶维屏等, 1984, 1994), 因此也证明了这种类型的高岭土矿床分布规律是合理的。

图3 中国高岭土矿床查明资源储量空间分布模拟图Fig.3 The simulation map of kaolin reserve distribution in China

4 中国高岭土矿床时空演化关系

4.1 风化型高岭土矿床

风化残积亚型是我国高岭土矿床最主要的成因类型。同时, 高岭土矿物与岩浆、沉积、风化和变质作用密切相关(Dill and Harald, 2016)。我国风化残积亚型高岭土矿床主要集中在华南成矿省, 杭州湾—武功山、浙闽粤沿海和江南隆起东段高岭土成矿带, 典型矿床有湖南衡阳界牌和福建龙岩东宫下高岭土矿床, 此类矿床成矿时代全部处于第四纪。矿床埋藏浅, 多为露天开采, 可分为两个亚类, 一是原岩就地风化; 二是淋滤再沉积(郑直等, 1983;郑直和吕达人, 1983)。高岭土是由中酸性火成岩或变质岩在弱酸性地表水持续淋滤作用下形成的产物。成矿作用明显地受到风化母岩、构造、围岩、气候、地形地貌、植被和水介质物理化学性质等因素的综合控制(陈开惠, 1984)。成矿原岩为燕山中晚期的中、酸性花岗岩及其脉岩, 其中以黑云母花岗岩和黑云母二长花岗岩为主(周国平和林毓川,1991b)。

广泛的岩浆活动和强烈的构造变形是中国东部燕山期造山作用的两个主要特征(邓晋福等,2005)。岩浆的侵入活动在侏罗纪末至白垩纪初达到顶峰, 而喷发活动以晚侏罗纪和新近纪最为强烈,区内中生代燕山期侵入岩与喷出岩大量分布, 大多为黑云母花岗岩和黑云母二长花岗岩, 火山岩以中酸性火山岩与玄武岩为主。于此, 高岭土的成矿母岩条件已经完备。

从空间分布上来看, 此种矿床的分布大部分与郯庐断裂吻合(陶维屏等, 1984), 郯庐断裂带的伸展活动并非孤立的现象, 它是整个中国东部晚白垩世—早新近纪区域性伸展的一部分, 断裂带两侧同期还伴生了大量的伸展盆地(朱光等, 2001)。在地形上反应为一系列的深大断裂, 并形成开阔形的褶皱。这些褶皱、盆地为高岭土的赋存提供了良好的条件。

同时, 这些岩浆岩增加了华南地区岩石圈的刚性, 从而使得华南地区的构造运动较为稳定, 这种稳定的地壳活动, 进一步优化了高岭土风化和保存的环境。进入第四纪以来, 由于中国南方大部分地区属于热带和亚热带气候区, 形成此类矿床需要温暖或湿热的气候条件和起伏微缓的地形条件。前者提供了充沛的雨量和繁茂的植物, 产生各种有机酸和碳酸等, 促成成矿原岩发生强烈的化学分解。后者提供了广阔的受水面积和舒缓的水力流泄环境(方邺森和胡立勋, 1980; 方邺森和方金满, 1990)。再由于后期构造和岩脉侵入的影响, 原岩发生不均匀的蚀变作用, 主要是钠长石化和白云母化。这些蚀变作用为长石和云母向高岭石转化创造了有利的条件(周国平和林毓川, 1991a; Wilson, 2004)。

4.2 热液蚀变型高岭土矿床

热液蚀变型高岭土是由于火山喷发期后的含硫酸热液对早先形成的火山岩产生蚀变作用而形成的(陈开惠, 1984; 任超鸿, 1987)。热液成因的高岭土受构造条件的控制, 往往分布在断裂带附近(方邺森和方金满, 1990)。在我国有两大分布区, 一块在华东, 一块在东北。已知的此类矿床均产侏罗系火山岩系的中部靠上, 具层控特性, 这种时空分布特点与火山岩系的发育过程有关。一是因为火山喷发旋回的中期靠后, 熔岩减少, 火山碎屑物质增加,火山岩的结构构造有利于喷气热液的渗透, 而且长石质含量增加, 镁铁含量降低, 利于蚀变成高岭石。二是次火山岩大多侵入在火山岩系中部, 伴随次火山岩的热气蚀变是成矿的必要条件。在热气液温度稍高的地段形成叶腊石矿体, 温度稍低的地段形成高岭石矿体, 这样两种矿体也就常邻近相伴产出, 就是在各自的矿体中, 高岭石与叶腊石两种矿物也常共生产出(陶维屏等, 1984; 陶维屏,1989)。

4.3 沉积型高岭土矿床

沉积型高岭土矿床在我国主要是煤系沉积亚型高岭土矿床。我国的煤系高岭土主要形成于石炭—二叠纪, 分布在我国北方中西部地区。在晚石炭纪, 华北陆块可能由于南北两侧挤压作用减缓, 华北陆块再度下陷, 开始接受广泛的海相沉积, 并很快向陆海相交互相、陆相沉积转变。持续到二叠纪为陆相沉积。在此期间, 由下而上演化陆表海—三角洲—河湖相等一系列沉积体系, 以及泻湖沼泽环境为高岭土的沉积提供了理想环境。而其规模和质量似乎与可燃性有机岩的丰度和成煤时代密切相关,也与煤系中铝硅酸岩沉积的规模和黄铁矿的富集有密切关系。多数文献把它们都划归到沉积型高岭土矿床(陈开惠, 1984; 陶维屏等, 1984)。也有学者发现也可以是煤层风化淋滤形成的, 如四川叙永的高岭土矿床(关铁麟, 1982)。而沉积型又分为两种, 一种是煤层内高岭石夹矸, 一种是煤层间高岭石夹矸。一般来说, 离煤层越近, 高岭土特别是煤层内高岭石夹矸中的高岭石, 成分纯、结晶好、有序度高(陈扬杰, 1988)。薄层状厚度约10～20 cm, 最厚可达 40 cm以上, 伴随煤层延展方向展布, 具有一定规模(夏琤, 1985)。

4.4 中国高岭土矿床与大地构造演化关系

总的来看, 在中国大陆的整个历史过程中, 多种高岭土成矿作用随着大地构造的演变而在不同的地质时期有规律地起着主导作用。可以很明显地看出高岭土成矿时代主要集中于中新生代, 地理位置主要集中在中国东南部(图5)。这是中国高岭土矿床分布的基本规律。而从规律反映出的现象, 却正与中国大地构造的演化历史相吻合(程裕淇等, 1995)。华北陆块区在寒武—奥陶纪是一次碳酸岩台地形成期, 以碳酸盐岩为主夹少量细碎屑岩的浅海陆架沉积广布, 构成了陆块区的盖层。华北陆块区整体抬升上隆成碳酸盐岩剥蚀区, 大规模的碳酸盐岩侵蚀面为矿床的形成提供先决条件。早石炭纪晚期古亚洲洋板块向华北陆块俯冲, 在华北北缘发育了安第斯型活动边缘, 至二叠纪古亚洲洋最终消亡(潘桂棠等, 2009)。晚古生代—早新生代, 已长期夷平的华北陆块接收搬运来的高岭石质黏土, 与成岩作用有关的高岭土矿成矿作用在以沉积为主, 最终在泻湖、三角洲等环境沉积, 形成煤系沉积型高岭土矿床。进入中生代, 中国东部为火山岛弧带, 中生代后期俯冲带东移则处于岛弧内侧, 郯庐断裂带的演化伴随着剧烈的火山活动, 晚侏罗纪燕山期火山岩大量喷发, 新的断裂构造为高岭土矿提供了控矿和容矿场所, 为岩浆后期热液和含矿热液开辟了通道。后期热液在有利条件下沿着构造剥蚀面和断裂裂隙面等贯入, 发生围岩蚀变, 形成了各类与热液蚀变有关的矿床(李灿华和范斯, 1988)。同时大规模的岩浆侵入为后期风化型矿床提供了母岩基础。新生代以来, 中国东南部地区地处弧后, 成矿母岩经过第四纪强烈风化, 形成一系列风化型高岭土矿床,同时伴随着沉积作用。由于大规模的板块运动, 高岭土矿床可以在不同区域同时发生相同类型的成矿作用, 导致了我国高岭土在空间区域上宏大展布。由于成矿作用在时间上的延续性, 我国高岭土在相同区域内的不同地质时期发生不同类型的叠加, 这种多种成矿的特殊性, 导致了我国高岭土在时间尺度上反应为复杂性、多期性和叠加性(陶维屏, 1989,1994)。

图4 中国高岭土矿床时空演化规律图Fig.4 The map of temporal-spatial evolution of kaolin deposits in China

5 结论与建议

本文在前人研究基础上, 应用GIS等地球信息科学研究方法, 对全国高岭土矿床文献和地质勘查成果数据进行挖掘分析, 可以得出以下几点结论。

(1)我国高岭土矿床在高岭土矿床时空分布上具有一定的规律性。我国高岭土矿床分布于全国26个省(区、直辖市), 中国北方以煤系沉积亚型为主,南方则以风化残积亚型为主; 矿床规模总体上以中小型为主; 成矿时代以新生代为主, 其次为中生代;在成矿区带上表现为集中分布于华南成矿省, 高岭土矿床总数超过全国 50%以上, 并以风化型矿床为主; 其次是华北陆块成矿省, 涵盖了全国 90%煤系沉积亚型高岭土矿床; 而扬子成矿省相对于华北华南成矿省, 最具研究和开发价值的应是热液蚀变型高岭土, 其热液蚀变型高岭土矿床占全国此类矿床总数量50%以上。

(2)将我国高岭土成矿区带划分为4个成矿域、13个成矿省、44个III级成矿区带, 其中有重点矿集区14个。广东茂名、广西合浦、福建同安矿集区宜寻找风化型高岭土, 而内蒙古清水河、陕西榆林等北部高岭土矿集区宜重点寻找价值更大的煤系沉积亚型高岭土。同时, 需注意的是热液蚀变型高岭土矿床有由南向北逐渐增多的趋势, 找矿工作可适当往北部转移。

(3)在我国高岭土资源储量空间分布上, 江西、福建、广东、广西、江苏、陕西等6省拥有占全国高岭土查明资源储量的 71%; 按照成矿区带来看,粤西—桂东南成矿带拥有最多的高岭土查明资源储量和最丰富的大型矿床, 总共拥有占全国总查明资源储量的 34%, 而武功山—杭州湾高岭土矿成矿带矿床数量最多, 但矿床规模以小型为主; 按照成因类型来看, 风化残积亚型矿床查明资源储量最多,拥有占全国高岭土查明资源储量的 61%; 其次为煤系沉积亚型, 占全国高岭土查明资源储量的13%。

(4)中国高岭土矿床时空分布规律与中国大地构造的演化历史相吻合。多种高岭土成矿作用随着大地构造的演变而在不同的地质时期有规律地起着主导作用。古生代华北陆块区与成岩作用有关的高岭土矿成矿作用在以沉积为主, 最终在泻湖、三角洲等环境沉积, 形成煤系沉积型高岭土矿床。中生代中国东部为火山岛弧带, 燕山期火山岩大量喷发,岩浆期后热液在有利条件下形成热液蚀变型高岭土矿床。新生代中国东南部地区地处弧后, 成矿母岩经过第四纪强烈风化, 形成一系列风化型高岭土矿床。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No.DD20190379).