江西宁都官齐坑地区瓷土、瓷石矿地质特征与矿床成因

王洪荣，王 凯

(江西省地质调查勘查院矿产勘查所，江西 南昌 430038)

瓷土和瓷石矿可作日用、卫生、电瓷、建筑陶瓷等[1]，是国民经济中重要的矿产资源。因工业需要，瓷土和瓷石矿的消耗逐年增加，具有较好的开发利用前景[2]。瓷土、瓷石矿多由酸性火成岩经热液蚀变和风化作用形成，主要类型包括石英斑岩型瓷土、瓷石矿，花岗斑岩型瓷土、瓷石矿，霏细岩型瓷土、瓷石矿，次生石英岩型瓷石矿等[3]。随着现代选矿工艺和陶瓷工艺水平的提高，出现了新的瓷土瓷石矿类型，如江西宁都官齐坑矿区，为花岗岩脉型瓷土瓷石矿。本文以该矿区为例，探讨瓷土瓷石矿的矿产地质特征及矿产成因，旨在为今后该区域瓷土、瓷石矿勘查开发提供参考。

1 成矿地质背景

官齐坑矿区位于江西省宁都县田埠乡官齐坑—新屋一带，从瓷土瓷石矿成矿区带看，位于华夏板块武夷隆起带内，成矿区带上位于雩山—九连山(隆褶带)成矿亚带以东的其他成矿亚带中[4]。

区域地层主要有新元古界青白口系潭头群库里组地层和第四系亚粘土层。库里组分布在矿区内和矿区东部外围，为大小不一的椭圆状变质岩残留体(图1)，以灰绿、灰黄厚层状变质中—细屑沉凝灰岩与薄层状粉屑沉凝灰岩互层为主，局部夹变质粉砂岩。

图1 区域地质图

区域内断裂发育，主要为北东向断裂，集中分布于矿区北部外围，呈带状展布，带内长石多挤压成透镜状定向排列。

区域岩浆岩十分发育，主要为加里东期中酸性岩浆岩，岩性为斑状黑云母二长花岗岩，其次还有少量燕山期脉岩。

2 矿区地质概况

矿区出露地层为新元古界青白口系潭头群库里组(Pt31bk)，岩性为灰绿、灰黄、棕红色厚层状变质沉凝灰岩和变质砂岩，是矿区主要的成矿围岩(图2)。矿区构造不发育，仅见少量裂隙。

图2 矿区地质图

矿区岩浆岩十分发育，主体岩性为加里东期斑状黑云母二长花岗岩，该岩体内见库里组变质岩残留体。近东西向的正长花岗岩脉侵入于变质岩残留体和加里东期花岗岩体中。正长花岗岩由碱性长石、石英、斜长石、白云母和极少量黑云母组成。矿区蚀变类型主要有：白云母化、黏土矿化、局部硅化。白云母化和黏土矿化均有利于形成瓷土和瓷石矿，白云母化可有效降低岩石中铁质含量，黏土矿化有助于形成瓷土矿。

正长花岗岩脉总体走向为近东西向，总体倾向南，倾角约20°～50°，局部地段倾向北。东西长超过1000m；南北最宽约150m。地表岩石风化强烈，风化残积物为砂质黏土，浅肉红色—白色，主要由石英颗粒和黏土类矿物组成，具滑腻感，呈土状；靠近基岩部分的风化作用较弱，斜长石风化为黏土矿物，钾长石相对完整，呈松散状；未风化的基岩为肉红色，中粗粒结构，块状构造。风化壳厚0～41.6m。该岩脉为矿区瓷土、瓷石矿体的成矿原岩。

3 矿体地质特征

瓷土矿和瓷石矿为共生关系，其原岩均为正长花岗岩，围岩为变质岩和黑云母花岗岩。矿体与围岩的界线除了按岩性确定外，还依据江西省地方标准DB36/T 1157-2019《瓷土、瓷石矿地质勘查规范》。圈定瓷土矿的指标为：Al2O3≥13%，Fe2O3+TiO2≤3.0%，其中TiO2≤1.3%，最低可采厚度2m，夹石剔除厚度2m。圈定瓷石矿的指标为：Al2O3≥12%，Fe2O3+TiO2≤2.5%，其中TiO2≤0.8%，最低可采厚度2m，夹石剔除厚度1m，剥采比＜4。

瓷土矿赋存于正长花岗岩风化残积物中，呈似层状覆盖于正长花岗岩基岩之上，局部见变质岩残留体(图3)。瓷土矿体总体呈东西走向，可分为东西两段。东段矿体总体倾向北，倾角约10°～30°，地表被第四系分开；西段矿体倾向南，倾角约5°～20°，矿体相对完整。受地形地貌影响，矿体厚度变化较大，最大厚度34.3m。在地形起伏较小的山脊上，矿体发育和保存较好，如矿区中部和西部(图4)；而在冲沟、陡坡等处，矿体发育和保存均较差。

图3 矿区08线勘探线剖面图

图4 瓷土矿厚度等值线图

瓷石矿体赋存于正长花岗岩基岩中，呈脉状产出，东西走向，倾向南。瓷石矿埋深相对瓷土矿更深，厚度更大，矿体较完整。瓷石矿连续分布于矿区内，东西长约1000m，南北宽50～150m。瓷石矿体最大厚度为66.5m，东西两端矿体较薄，中部矿体较厚；北部较薄，南部较厚(图5)。

图5 瓷石矿厚度等值线图

4 矿石特征

4.1 矿物成分特征

瓷土矿石颜色为浅肉红色—白色。在矿体顶部，由于风化作用形成的次生铁质淋滤污染，常形成浅黄白色铁染砂质瓷土矿，局部地段夹砂土(图6a)。矿石矿物成分主要为黏土矿物、石英、白云母、少量黑云母及其他次生矿物。矿石多为松散结构，局部可见残留花岗结构(图6b)。

图6 瓷土矿野外照片

瓷石矿石为肉红色，中粗粒结构，块状构造，主要由碱性长石、石英和少量白云母组成(图7)。碱性长石呈板柱状和粒状，半自形至他形，粒径0.5～30mm，主要是正长石、条纹长石和微斜长石，有卡氏双晶、条纹双晶和格子状双晶；含量约占35%。斜长石呈板柱状和粒状，半自形至他形，粒径0.8～20mm，斜长石具模糊的聚片双晶，有泥化和绢云母化，斜长石被条纹长石和微斜长石交代；含量约占20%。石英呈白色，油脂光泽，粒径在3mm以下；含量约占30%。白云母呈片状，较自形，粒径0.3～2mm，解理极完全；含量约占10%。黑云母呈片状，较自形，粒径0.3～2mm，多色性明显，浅黄色至黄褐色，常被白云母交代；黑云母含量约占5%。

图7 瓷石矿岩心及镜下照片

4.2 矿石化学成分特征

瓷土矿原矿Al2O3含量12.94%～17.55%，平均15.35%；Fe2O3含量0.28%～1.96%，平均0.63%；TiO2含量0.03%～0.16%，平均0.08%；Fe2O3+TiO2含量0.34%～2.12%，平均0.71%。Al2O3变化范围较大，而Fe2O3+TiO2变化范围相对较小，集中分布于0.5%～1%(图8a)。

图8 瓷土瓷石矿主量元素地球化学图解

瓷石矿Al2O3含量12.11%～19.38%，平均14%；Fe2O3含量0.15%～2.02%，平均0.59%；TiO2含量0.01%～0.22%，平均0.05%；Fe2O3+TiO2含量0.15%～2.02%，平均0.64%，Fe2O3+ TiO2集中分布于0.2%～1%(图8c)。

瓷土矿的Na2O含量较低，一般低于2%，K2O/Na2O比值较高，最高43.36，在Na2O-K2O/Na2O图解中，Na2O与K2O/Na2O呈指数相关性(图8b)。瓷石矿Na2O含量较高，一般高于2%， K2O/Na2O比值最高5.42，Na2O与K2O/Na2O相关性较差(图8d)。

4.3 稀土元素特征

测试结果显示所有样品的稀土元素含量均低于稀土矿边界品位要求。瓷土矿的稀土配分型式为平直型，轻重稀土分异不明显，呈轻微富集轻稀土和重稀土的特点，Eu呈明显的正异常(表1、图9)。

表1 稀土元素测试结果表 (单位：×10-6)

图9 瓷土矿稀土配分曲线图

4.4 矿石物理性能特征

物理技术性能测试结果显示，地表瓷土矿受浅层铁质污染，白度较低，但浅层瓷土矿厚度较薄，仅0.5m左右；经淘洗，自然白度和烧成白度均有所提高，变化最大的是下部靠近基岩的瓷土矿。从可塑性看，塑性指数最高的为下部瓷土矿，其次为上部瓷土矿，塑性指数最低的为中部瓷土矿(表2、表3)。

表2 瓷土矿白度测试结果表

表3 瓷土矿可塑性测试结果表

本研究对2个瓷土矿和1个瓷石矿样品进行了烧制试验，结果表明：①本矿区瓷土和瓷石矿是瘠性矿物原料，加入适量高岭土、钾长石及石英可成功制得坯体样品；②试验获得最佳成瓷配方：本矿区瓷土矿(30%)+龙岩高岭土(50%)+钾长石(10%)+石英(10%)；本矿区瓷石矿(15%)+龙岩高岭土(75%)+钾长石(5%)+石英(5%)；③样品的干燥收缩为4.07，烧成收缩为6.19，成瓷样品的吸水率为0.5%，样品的干燥收缩适中，烧成收缩较大，这是由于高岭土中含有较多的水及有机物，吸水率达到了建筑陶瓷和日用陶瓷的国家标准；④成瓷样品变形较小，表面较光滑，白度较高，无明显气孔缺陷(图10)。

图10 成瓷样品

综上所述，矿区瓷土和瓷石矿可以作为制作日用陶瓷的配料和建筑陶瓷原料。

5 矿床成因

瓷土、瓷石矿床的成矿条件包括有用元素的形成与富集过程以及矿体保存条件等，控矿因素主要包括岩浆作用、表生作用和地貌作用等。

5.1 岩浆作用

与江西省内绝大部分瓷土、瓷石矿一样，本矿区成矿物质来源为岩浆岩[4]。燕山期正长花岗岩脉是本矿区成矿原岩。岩石在成岩后经历了热液蚀变和风化作用，白云母化明显，Al2O3含量相对较高，而Fe2O3和TiO2含量相对较低，属酸性侵入岩风化叠加热液蚀变作用而形成的混合型瓷石矿床[5]。瓷土矿体上覆于正长花岗岩上，矿石局部残留花岗岩的结构构造，属花岗岩风化残积型瓷土矿床。

5.2 表生作用

瓷土矿的形成既与成矿原岩有关，其物质基础是原岩中的长石和云母类矿物[6]，同时还与风化作用有关，其成矿经历了岩浆作用和表生风化作用两个成矿阶段[7-9]。

矿区位于亚热带季风气候区，温暖湿润，生物丰富多样，降水量大且较集中，冬夏温差大，导致岩石物理风化、化学风化和生物风化均较强。花岗岩脉经长期风化作用，长石等抗风化能力差的矿物在水和二氧化碳的作用下，碱金属、碱土金属被带走[10]，Al2O3和SiO2成为黏土类矿物的主要成分，黏土矿物与未分解的石英、长石残留原地而形成风化残积型瓷土矿[11]。

在风化和水解过程中，由于离子半径不同，Na+相对K+更容易形成水合阳离子(形成水合阳离子从易到难的顺序为Na+，K+，Mg2+，Ca2+，H+，Fe3+，Al3+)[12]，Na+比K+更容易进入水中而遭受淋失[13]，导致风化壳中K2O/Na2O明显增高。Fe3+和Al3+则因较难进入水中而被保存下来，因此风化壳中Fe2O3和Al2O3的含量相对较高。

在瓷土矿稀土配分图解中，稀土元素呈平直型配分模式，轻重稀土分异不明显，可能反映风化壳继承母岩的稀土配分特征[14]。Eu呈明显的正异常，与风化壳淋积型稀土矿具有相似特征，具有稀土配分的富铕效应[15]，可能与斜长石残留风化壳有关。

5.3 地貌作用

瓷土厚度与地形地貌紧密联系，在地形起伏较小的山脊上，因雨水冲蚀作用小，瓷土矿易于保存，瓷土矿厚度较大；在地形较陡的山坡和地势较低的洼地附近，因相对高差较大或接近常年地表流水，瓷土矿体受流水冲蚀明显，难以保存，矿体厚度小甚至没有瓷土矿体。

6 结论

(1)官齐坑地区的瓷土、瓷石矿的成矿原岩为东西走向的燕山期正长花岗岩脉，围岩为库里组变质岩和加里东期花岗岩。

(2)瓷土矿体为正长花岗岩脉风化残积物，矿体连续性较差，矿石质量与原岩矿物组成、化学组成、风化程度等有关，矿体厚度受地形地貌影响明显。瓷土矿石具较低的Na2O 含量和较高的K2O/Na2O比值；具有平直且明显富铕的稀土配分型式，这既与原岩的稀土特征有关，也与成岩后表生作用有关。

(3)瓷石矿体附存于正长花岗岩基岩中，矿体连续性较好，厚度较大。矿石质量与正长花岗岩原岩化学成分紧密联系；具有相对较高的Na2O含量和较低的K2O/Na2O比值。

(4)本矿区瓷土、瓷石矿可以作为制作日用陶瓷的配料和建筑陶瓷原料。