李沟陶瓷粘土、沉积高岭土矿矿层研究及区域找矿要点

２０１２年第５期　西部探矿工程　１７１　李沟陶瓷粘土、沉积高岭土矿矿层研究及区域找矿要点　黄　岚　，冯绍平　，任　丽　，石　毅　，宋来法。，王腾飞　（１．河南地质矿产勘查局第一地质调查队，河南洛阳４７１０２３；２．洛阳市青源环保科技公司，河南洛阳４７１０００；　３．河南亿发矿产品科技有限公司，河南洛阳４７１０００）　摘要：通过对宜阳李沟１１个塑性粘土矿层的重新研究，发现其中有４层为高岭土矿层，进而结合区　域高岭土矿的开发利用情况，总结划分了豫西洛阳一带高岭土矿的５种类型，并为高岭土矿的地质找　矿提出了３个要点。　关键词：煤系地层；陶瓷粘土；沉积高岭土　中图分类号：Ｐ６１９．２３文献标识码：Ａ文章编号：１Ｏ０４～５７１６（２０１２）Ｏ５一Ｏ１７１一Ｏ５　煤系沉积高岭土是我国北方重要的高岭土矿产　资源，对之开发利用具有很高的技术附加值，属于重　要的融资增效产业。自２０世纪８０年代末，河南省　首先在巩义建成小型煅烧高岭土加工厂，当时发现　和被利用的矿点，多为煤系地层底部本溪组矿层。　该类矿层质优易采，但规模小，前景有限。近年来随　着高岭土开发应用领域的扩大和经济效益的增长，　些地方（如伊川、鲁山）又在煤系地层发现了一批　新的高岭土矿床，建成一批新的深加工产业。但是　由于对高岭土矿床认识不够，地质勘查工作跟不上，　还影响着这一产业的扩大。为此，我们通过对宜阳　李沟塑性粘土矿床的进一步研究，结合近期区域高　岭土矿的开发利用情况，提升了对所在区域高岭土　矿床的一些粗浅认识。　一分析样３２个，经精心对比，择选出粘土矿层ｌ１个，其物　理化学特征详见表１。其中３、７、９三个矿层矿石储量　达２３０．３×ｌｏ　ｔ，初步肯定了该类粘土矿床的规模和可　利用价值。　２塑性粘土与沉积高岭土的关系　２Ｏ世纪７Ｏ年代中国地质科学院郑直研究员等以　内蒙清水河煤系地层剖面为依据，精心研究了俗称“羊　坩土”、“木节土（黑毛土）”、“大同砂石”、“焦宝石”等粘　土类的矿物成分，分别提供了其中的高岭石矿物含量，　并详细厘定了煤系地层中高岭土矿的层位。这项研究　成果后来成为我国北方认识和勘察沉积高岭土的重要　理论依据。　为了推动本地区开发利用好这一资源，我们在运用　郑直等的研究成果基础上，结合收集研究地区高岭土矿　产开发利用成果，回头来对姚宗仁勘查的宜阳李沟塑性　粘土矿产和由其确定的１１个塑性粘土矿层进行了重新　调查研究及各地煤系地层资料对比，在其划分的１１个　塑性粘土矿层中，初步确定了４～５个高岭土矿层。从　而使我们认识地区沉积高岭土矿产又升华了一步，并由　此找到了区内高岭土矿的主攻目标（图１）。　由图１看出，区内煤系地层因横向相变而厚薄不　均，煤层和粘土类的质量也随之有变，但主要标志层在　区域上基本稳定，据此划分的地层或煤组，包括塑性粘　土和高岭土层位，都可以作为区域上沿层找矿的依据。　现就塑性粘土矿的主要层位及其与高岭土矿的关系说　明如下。　１粘土矿产与煤系地层　与煤系地层共生的粘土矿产主要是高岭石或偏高　岭石粘土，它们在煤系中与煤层呈渐变过渡或相变产　出。其特点是遇水浸湿后有很强的粘性，干燥后不变　形，常因煤层自燃、高温烧结而成为质地纯净、色白而　坚、致密块状、具贝壳状断口的岩石。这类高岭石粘土　岩被称为陶瓷粘土或塑性粘土。在陶瓷产业中，依产出　部位、性质和用途不同，有羊坩土、木节土（黑毛土）、焦　宝石、大同砂石等俗称。　早在１９６４年４月，原豫零一地质队姚宗仁曾率部　在宜阳李沟精心测制多条煤系地层剖面，分别依当地陶　瓷厂粘土原料采坑为标准，对比剖面地层岩性，采多项　＊收稿日期：２０１１－１０—０９修回日期：２０１１－ｌ１一Ｏ３　第一作者简介：黄岚（１９８４一），女（汉族），河南孟津人，助理工程师，现从事矿产地质勘查工作。　１７２　西部探矿工程　表１宜阳李沟塑性粘土矿矿层特征对比表　２０１２年第５期　２．１一矿层（Ｃ１）　矿厚０．４～０．５ｍ，下层矿厚０．８～１．１ｍ。该矿层在　位于石炭系本溪统顶部，顶板为太原统生物灰岩，　底板为铝土矿，矿石呈灰、青灰色，致密细腻，风化或经　打击后成为薄片，刀棱状断口，俗名“焦宝石”，煅烧后为　白色。矿区厚仅０．３～Ｏ．５ｍ，化学成分：Ｓｉｏ２４Ｏ．８３　９／６，　Ａｌ　Ｏ。３９．Ｏ３　，Ｆｅ　Ｏ。１．Ｏ　，属优质高岭土，多用做细　瓷和制釉原料。区域上厚度与铝土矿有关，新安、伊川　铝土矿区一般厚１～１．５ｍ。　２．２三矿层（Ｃ３）　李沟发育不好，Ａｌ２　Ｏ３含量仅２５％～２６　，但在区域　上相对稳定，伊川半坡、鲁山梁洼都已形成优质高岭　土矿床（表２）。　表２宜阳李沟　—ｓ粘土矿层化学成分区域对比表　矿区名称地层层位　宜阳李沟石盒子组备注　２７．１７　５５．４５　３．４０　０．４９　陶瓷粘土　位于二煤段大占砂岩之上香炭砂岩段的下部，岩性　为灰一灰黑色碳质页岩，呈薄层状，页理发育，含较多植　物碎片，颜色由底至顶变深，厚度沿横向变大，最厚处由　粉砂岩，云朵状、斑块状泥岩和碳质页岩三层组成，其中　粘土共有９层，总厚１０．２ｍ，为宜洛煤矿区粘土主矿层。　化学成分平均含量ＳｉＯ。５５．３４９／６，Ａｌ２　ｏ３２７．１７　，　Ｆｅ。Ｏ。２．２６　９／６。该层在区域上稳定，差热曲线５５０℃～　６２０℃已有显著吸热谷，９１０℃～９７Ｏ℃有明显放热峰（图　２）。相关资料的Ｘ光衍射和电镜扫描显示，粘土矿物　均为高岭石。　２．３七√　矿层（　一８）　伊川半坡石盒子组３６．Ｏ５　４７．９０　０．７６　０．５９高岭土已开发　鲁山梁洼下石盒子组３６．６５　４３．２０　０．８９　Ｏ．７１　ＦｅＯ　４．７６　巩县钟岭下石盒子组３９．８Ｏ　４３．５　１　规模小　２．４其它　如Ｃ２　等粘土矿层在李沟矿区因厚度小，Ａｌｚ　Ｏ３　含量（一般为高岭石矿物含量）低，质量变化大，暂不划　归高岭土矿层，仅可做高岭土矿的找矿标志。　据此，区内确定的高岭土矿层为Ｃ１、Ｃ３、Ｃ７、Ｃｓ等４　个层位，加上后来发现的寒武一奥陶系顶部不整合面上　的Ｃｏ，共计５个矿层。　３矿床类型　位于大紫泥岩下部和砂窝窑砂岩之上，相当三　煤段，矿层夹于紫色砂质泥岩及鲕状、肾状菱铁矿泥　岩之间，由上、下两层矿组成，间距１０ｍ左右，上层　在划分出区内主要沉积高岭土矿层的基础上，为加　深对矿层的认识，促进地方开发利用，我们在总结当地　开发利用成果的同时，又对地方高岭土矿不同高岭土矿　２０１２年第５期　西部探矿工程　１７３　石特征、高岭石含量资料进行综合整理，分析对比，归纳　为５个类型。详见表３。　口１口２　Ｅ　［］　口ｓ囝６口，团ｓ　勇９固ＩＯ圆１ｌ曰１２咖ｌ３目ｌ４囤１５固１６　图１宜阳李沟塑性粘土、煤系高岭土含矿层位区域对比示意图　１．页岩；２．碳质页岩；３．粉砂质页岩；４．泥岩；５．粉砂岩；６．长石砂岩；７．长石石英砂岩；８．含砾石砂岩；９．煤层；　１Ｏ．燧石层；ｌ１．生粉灰岩；１２．白云岩；１３．铁铝层；１４．不整合层；１５．高岭土；１６．塑性粘土　污染影响白度，一般用于陶瓷原料。　（２）软质、半软质高岭土：为豫西洛阳一带高岭　土开发利用的主要类型，俗名木节土或黑毛土，也有　称灰坩土。相当塑性粘土剖面中的３、７、８层，大体　位于小紫泥岩和大紫泥岩２个层位，前者呈薄层状，　可见微层理，比重小，富含黑色植物碎片，易风化，吸　水后体积增大；后者呈灰白、灰黑色，比重小，无层　理，块状，极易风化裂解，呈坩子状，为区内高岭土资　图２小紫泥岩差热曲线　源主要类型，具一定规模，以巩义钟岭、伊川半坡和　ａ一登封噔槽．ｂ一新安石板河；ｃ一陕渑观音堂　鲁山梁洼矿区为代表。　（３）焦宝石一硬质粘土：质细腻而硬脆，不溶于水，　（１）ｍｏＡ埃洛石粘土：属古风化类型，含矿层位于本　一般可见３层：下层矿产于本溪组铝土矿层之上，相当　溪组底部、寒武系或奥陶系古风化侵蚀面或喀斯特溶洞　第１层塑性粘土（Ｃ　），层位稳定，质量较好（Ａ１。０３大于　中，层位单一而稳定，Ａｌ。ｏ３大于３５　９／５，高岭石含量大　３５　）；第２层相当第３层塑性粘土（Ｃ３），和软质粘土伴　于９０　，以豫北博爱九府坟、济源克井、郏县东黄道为　生，单层厚度可达３ｍ；第３层相当第４、５层塑性粘土　代表，但矿床规模小，形态变化大，常因上面铁铝层淋滤　（Ｃ４、ｓ），层位、厚度相对不稳定，多未利用。　１７４　西部探矿工程　２０１２年第５期　（４）高岭石粘土岩：与硬质高岭土相似，外观上　塑性粘土（Ｃ。）。另见于二　煤底板，相当第２层塑性　粘土（Ｃ２），该层粘土在巩义煤田质量较好，已生产煅　烧高岭土。　因含碳高而颜色较深，断口粗糙类似砂岩，含植物化　石碎片，抗风化能力弱，常见于四煤组，相当第９层　表３洛阳一带煤系高岭土的主要类型和特征　（５）陶粒页岩：为各类高岭石粘土岩中高岭石含量　较低的层位，产于萎缩的煤盆地中（Ｃ　。Ⅲ），多与伊利石　粘土共生，均可做陶粒原料。　４沉积高岭土地质找矿工作　通过对塑性粘土、沉积高岭土在煤系地层中的矿层　对比、矿石类型划分，对照区域地质条件，总结近年来各　地开发利用的经验，我们认为在今后的高岭土地质找矿　工作中必须抓好以下３个环节：　（１）加强对煤田地质资料研究。我国北方发现和开　置接近古陆边部，所以确定的优质粘土即高岭土的层位　偏下，规模较小，质量不稳定。目前发现的具规模的矿　发利用的沉积高岭土矿产，主要产于石炭一二叠系煤系　地层，其与煤层、陶瓷粘土有内在联系，三者形成共生矿　床。它们在同一套地层中相互依存彼此消长，在成因上　同为泻湖或沼泽相建造。豫西洛阳一带拥有陕渑、新　安、济源、宜洛、偃龙、登封、临汝、汝阳等诸多煤田，有优　越的成矿条件和广阔的找矿空间，地质勘查程度较高。　但存在问题是由于以往专业化和单一化的勘查方式，高　岭土、陶瓷粘土类均作“泥岩”、“碳质泥岩”置之。因此　加强对煤田地质勘探资料的研究是找高岭土的第一环　节。　床（如伊川、半坡、鲁山、梁洼），层位偏上，矿层沉积距离　较远。因此今后的找矿方向应指向较大的煤盆地　重视　二叠系高层位的粘土研究。　（３）重视测试手段，及时进行评价。运用传统地质　找矿方法，在勘查煤系地层剖面时发现粘土类矿层并非　难事，关键是发现粘土矿层后，对可能成为高岭土矿的　矿层应及时测试，测试的内容除焙烧试验外，主要是差　热分析、ｘ光衍射、电镜扫描和相应的化学分析。当确　定为高岭石粘土后，应立即转入地质评价，确定矿床的　地质特征和规模，及时为开发利用提供依据。　５结论　通过对宜阳李沟１１个塑性粘土矿层的重新研究，　结合地区高岭土矿产开发利用的有关成果及煤系地层　对比资料，初步确定为Ｃ　、Ｃ３、　、Ｃ８及Ｃ０等５个高岭　土矿层；划分为：①ｌＯＡ埃洛石粘土；②软质、半软质粘　土；③焦宝石一硬质粘土；④高岭石粘土岩；⑤陶粒页岩　５个矿床类型。并在此基础上指出区内高岭土矿床地　质找矿重点应针对较大的煤盆地，加强对其煤田地质勘　（２）坚持沿层位找矿原则。煤层、粘土和高岭土三　者共生及其形成的特定层位是该矿种成矿的基本规律，　因此其找矿方法应遵循沿层位找矿原则。这里需要说　明的是，李沟粘土矿所处的宜洛煤田面积较小，剖面位　探资料及二叠系高层位的粘土研究，重点应是二叠系高　层位的高岭土矿层。　（下转第１７６页）　１７６　西部探矿工程　２０１２年第５期　扫描仪进行，对于幅面较大的图，可以通过复印缩小后　扫描，也可以分块扫描，然后在系统中进行拼接，扫描精　度一般在土０．０５　，符合成图要求。在图形编辑输入各　种参数时，屏幕上均以毫米为单位表示，与图式规范要　求一致，所见即所得，操作起来十分方便。　在输出各色版胶片时，由于是用同一种原稿分离出　来的，因此，各色版之间的套色十分准确，避免了手工制　图中容易出现的人为的套色误差而影响成图质量。　３存储信息多　件的强劲功能：将．．ＭＡＰＧＩＳ图形生成＊．ＰＳ格式，可　以发排ＣＭＹＫ四色胶片，进行彩色印刷；转换成　＊．ＥＰＳ格式，可以在ＰＨｏＴＯＳＨＯＰ５．０图像处理窗口　中打开文件，然后转存为＊．ＪＰＧ格式后，插入在幻灯片　中放映和做多媒体课件，如果直接彩喷在专用胶片上，就　是一张幻灯投影片，可直接用于野外施工用图；输出在白　纸上，就可以得到各种效果不同的纸质地图。而传统的　过去，如果原图丢失，就必须重新绘制，费时费力，　有的图幅面积大，分版制作纸张多，保管起来很不方便。　这些软件的使用，充当了存储各类成图的“粮库”，对一　些基础图件（如地理底图），可存储在微机内或备份在磁　盘上，随时可调出来修改、使用。如果一张成图有不同　比例尺使用时，只要分别换名存文件就可以了。ＭＡＰ—　ＧＩＳ５．０软件不但能存储纸质地图上用图形符号表示的　各种地形符号，而且能够利用属性标注各种信息，例如：　在地质矿产图中，可以存储大量的矿产信息：如矿区名　称、地理坐标、矿权人、勘查单位、矿区面积、资源量及级　别等等信息。　４更新速度快　计算机制图的应用，给现代地质找矿带来了许多新　特点、新变化：三维地震的解译给前期的地质地表工作　起到了科学的辅助，在找矿勘查工作中得以快速准确地　完成各类地质报告。在经济建设时期，计算机技术为地　图的更新开辟了成功之路，只要调出原图，输人一个修　改参数，就能快速地进行删改、补测、更新，在准确地反　映到屏幕的同时，还可以立即输出一张更新过的地图，　使地图的现势性更强。　５表现形式活　计算机标图主要是屏幕显示。用户可以根据需要　任意选择多种形式操作。在作业中，可以将底图在窗口　上局部放大，逐块进行图形编辑；也可以缩小原图，一览　无余；可以通过窗口滚动条在屏幕上一一重复显示，检　查有无错漏；也可以分层，或分别打开点、线、区文件逐　一修改数据。图形编辑完毕，各种输出结果显示了其软　手工标图只能给人们提供单一状态的、静止的表现形式。　计算机标图的运用，不仅结束了手工操作的历史，　而且给地质测绘领域带来了深刻的变化：在野外实地工　作中，利用计算机配套软件，就能标出各种野外用图。　改变了用地图、尺子、铅笔、橡皮手工操作的传统工作模　式。在显示屏上，可以对多种模拟图方案进行比较、筛　选、论证，依据物探、化探、钻探等诸多有关信息进行分　析、判断、预测、评估，从而使得找矿进入科学型，增强了　针对性。这些软件还可以输人、存储大量的经过处理的　数据信息，还可以随时叠加、删改，可以及时纠错、分析、　判断、做出应对反应，提出处置意见，可以通过网络传输　给野外一线工作人员，突破了传统的传递程序，传递的　效果和速度比过去提高了几十倍，大大提高了野外工作　效率。ＭＡＰＧＩＳ是我国研制开发最成功的工具型地理　信息系统软件之一，它在地图编辑出版方面具有很大优　势。它实现了彩色地图输入、编辑、出版全过程计算机　化。随着现代科技的迅猛发展，地质成果数字化成图已　成为一种必然趋势。它提高了工作速度和成果的精度，　与传统工作方法相比，具有明显优势：数字化图件精度　高、图面整洁、清晰，成图便捷，且便于分析、修改，并可　以随意出图。成果刻入光盘，易于作为永久资料管理和　保存。同时为地质成果数字化具有图件精度高、图面整　洁、清晰和成图便捷，且易于分析、修改、长期保存和管　理，可根据需要随意进行比例尺、图面内容的打印输出，　大大提高了地质成果的质量。ＭＡＰＧＩＳ数字化制图系　统，功能强大，使用方便，与周期长、更新慢、传统的手工　制图方式相比，通过数字输入一编辑处理一误差校正一　图面整饰一光栅输出，可以达到一次投入多次产出的效　果，而且还能提供全要素的地形图以及分层专题图。　（上接第１７４页）　参考文献：　质意义［Ｊ］．河南地质，１９８６（４）．　［４］杨晓杰，刘钦普．淮南煤田凝风区二叠系下石盒子组高岭　岩矿成矿机理探讨［Ｊ－１．建材地质，１９９５（１）．　｛－５－１王书华．豫西煤系地层高岭岩矿床特征及利用方向ＥＪ］．中　国煤田地质，２００４（１６）：１５－１７．　［１］郑直，吕达人，等．中国高岭土矿床研究［Ｍ］．地质出版社，　１９８１．　［－２－１河南煤田地质公司．河南省晚古生代聚煤规律ＥＭ３．武汉：　中国地质大学出版社，１９９１．　Ｆ６－１冯绍平，黄岚，任丽，等．伊ＪｆＩ半坡煤系高岭土矿床地质特征及　Ｅ３－１程学志．登封大冶铝土矿中高岭石一地开石的发现及其地　找矿方向口］．中国非金属矿工业导刊，２０１１（４）：５７－５８．