宝丰县大营镇清凉寺汝瓷胎料用黏土矿床地质特征

申开洪　柴重阳　叶萍　彭江涛

摘 要：清凉寺黏土矿区位于河南省宝丰县大营镇，大地构造位置属华北陆块南缘，三门峡渑池—信阳确山陷褶断束中段;为华北地层大区，豫西地层分区，渑池—确山地层小区;成矿带属宜阳～汝阳～鲁山黏（铝）土矿中东段边庄～段店黏（铝）土成矿带中部。通过分析实施的30口钻井成果数据可知，黏土赋矿层位为石炭系本溪组和太原组，共发现6层黏土矿，矿层相对稳定，厚度1.75～5.28 m，平均厚度3.45 m。还可得出，清凉寺黏土矿具有储量大、埋藏浅、矿石质量优、地质地形条件相对简单等特点;该地区黏土矿为汝瓷烧制的重要原料，利用价值高，研究意义较大。

关键词：本溪组;太原组;矿石品位;地质特征;汝瓷胎料用黏土矿

中图分类号：P619.231文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）13-0145-05

Geological Characteristics of the Qingliangsi Ru Porcelain Placer

Clay Deposit in Daying Town， Baofeng County

SHEN Kaihong1，2 CHAI Chongyang1，2 YE Ping1，2 PENG Jiangtao 1，2

（1.Henan Institute of Geosciences，Zhengzhou Henan 450000;2.Henan Institute of Geological Survey，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Qingliangsi clay mining area is located in Daying Town， Baofeng County， Henan Province. Its geotectonic position is located in the south margin of North China landmass， the middle part of Sanmenxia Mianchi Xinyang Queshan depression fold fault cluster. It is a large area of North China strata， the stratigraphic division of western Henan， the minchi Queshan stratigraphic community. The metallogenic belt is located in the middle part of the bianzhuang duandian clay （aluminum） metallogenic belt of the Middle East section of Yiyang Ruyang Lushan clay （aluminum） ore. According to the analysis of the data of 30 drilling results， the ore bearing strata of clay are Benxi Formation and Taiyuan Formation of Carboniferous system. Six layers of clay deposits are found， with a relatively stable thickness of 1.75～5.28 m and an average thickness of 3.45 m. It can also be concluded that the Qingliangsi clay mine has the characteristics of large reserves， shallow burial， excellent ore quality and relatively simple geological and topographical conditions; the clay mine in this area is an important raw material for Ru porcelain firing， with high utilization value and great research significance.

Keywords： Benxi Formation;Taiyuan formation;ore grade;geological characteristics;clay ore for Ru porcelain tire material

黏土礦作为非金属矿产资源，在工业领域起着十分重要的作用，主要用于制作陶瓷和耐火材料，也用于石油、建筑、纺织、油漆、造纸等行业。近十年以来，随着我国国民经济高速发展，矿产类资源供不应求，对矿产品的利用达到了前所未有的高度，政府不断地加大地质找矿基金投入，取得了大批的地质找矿成果。本文在清凉寺矿区实施1∶2 000地形地质测量，1∶1 000勘探线剖面测量，槽探、浅井、钻探、样品分析，黏土（陶瓷）烧制实验等研究工作基础上，对清凉寺黏土矿地质特征进行分析研究，大致查明了黏土矿体数量、规模、形态、产状和埋深特征，查明了矿石的自然类型、工业品级、有益有害组分含量及变化特征;认为清凉寺汝瓷黏土矿具有储量大、埋藏浅、质量优、地质条件简单、易采等特点，且黏土矿的使用历史悠久，为汝瓷烧制的重要原料，利用价值较高，研究意义较大。

1 区域地质背景

1.1 大地构造位置

研究区大地构造位置属华北陆块南缘[1-3]，三门峡渑池—信阳确山陷褶断束中段;为华北地层大区，豫西地层分区，渑池—确山地层小区;成矿带属宜阳～汝阳～鲁山黏（铝）土成研究区中东段边庄～段店黏（铝）土成矿带中部（见图1）。成矿带内构造发育，以褶皱和断裂为主，控制着成矿带内矿产的分布。

1.2 区域地层

区域内地层发育相对齐全，从中元古界到新生界均有出露，地层主要为中元古界汝阳群、新元古界洛峪群、震旦系、古生界寒武系、石炭系、二叠系、白垩系、新生界古近系、新近系和第四系。中元古界汝阳群、新元古界洛峪群、震旦系主要分布于研究区的西部和南部;古生界寒武系、石炭系、二叠系在研究区西北部～东南部外围均有较广泛出露;白垩系在研究区内广泛出露，为一套陆源火山碎屑岩系，有资料表明白垩系次火山岩对煤系地层有一定的破坏作用;新生界古近系、新近系和第四系广泛分布于研究区内及东北部外围。

1.3 区域构造

区域上有近东西向、北西向、北东向三组断裂发育，多数性质为正断层和逆断层，部分断层性质不明，对白垩系及以下层位的地层和沉积矿产具有明显的破坏作用，属成矿后断裂。规模最大的断层为宝丰县石灰窑隐伏断层，从研究区东北角北约700 m处通过，为一物探推测的隐伏断层，长大于20 km，走向300°，倾向30°，倾角较陡，南西盘出露为寒武系、石炭系、二叠系和白垩系，北东盘被新生界古近系、新近系和第四系覆盖，厚度巨大，推测断距在数百米以上，断层性质为高角度正断层。该断层使断层北部的白垩系及以下层位的地层深埋地下，同时，对早白垩世火山喷发具有明显的控制作用。

因受区域構造影响，区域地层在大部分地区形成宽缓褶皱。主要褶皱构造为韩庄～梁洼复杂向斜，轴向20°，南端翘起，两翼由寒武系、石炭系和二叠系组成。轴部被大面积早白垩世大营组火山岩覆盖。南西翼由西向东地层走向转向南东，地层发生倒转，局部形成二级褶皱。北东翼地层走向北东，倾向北西，倾角10°。研究区位于韩庄～梁洼复杂向斜西北转折端，受其影响，地层局部形成宽缓褶皱，次要褶皱有石板河～观音堂宽缓背斜。

1.4 喷出岩

区域上除早白垩世火山喷发作用外，其他岩浆作用不强烈。下白垩统大营组火山岩具有多次喷发活动，喷出岩主要为安山岩、安山玢岩、玄武安山岩等，总体分布在石灰窑断层的南部，研究区内尚未发现对石炭二叠系地层的破坏作用，但在研究区东南部韩庄煤田发现有次火山岩墙对煤层有破获作用，并使煤层形成天然焦。

2 矿区地质概况

2.1 地层

研究区地层较为简单，主要为古生界寒武系、石炭系、二叠系、白垩系和新生界第四系[4-8]。地层地质特征分述如下（见图2）。

2.1.1 寒武系（∈）。研究区内地表寒武系未见出露，主要分布于地表以下，据钻孔编录成果，寒武系地层为上统张夏组（∈2z），区内最大控制厚度>26.50 m。

2.1.2 上石炭统（C2）。石炭系上统平行不整合于中统寒武系张夏组之上，研究区西南部零星出露，95%以上埋藏于地表以下。根据岩性组合、古生物化石特征，可分为本溪组和太原组，二者之间为整合接触。

2.1.2.1 本溪组（C2b）。本溪组平行不整合于中寒武统张夏组之上，研究区发育较好，钻孔控制厚度0.89～16.0 5m，一般厚5～10 m。根据岩性组合特征，主要由一套浅红色含砾泥岩、铁红色含铁质泥岩、铝土岩（或铝土矿）、灰白色～黄褐色泥岩组成。本溪组在研究区内可见3层矿[9]，分别为赤铁矿层（俗称“山西式铁矿”）、铝土矿层和Ⅰ号黏土矿层，为汝瓷烧制取材的重要原[10-13]。

2.1.2.2 太原组（C2t）。太原组整合于本溪组之上。矿区外西南部出露较好，大部分埋藏于地表之下。根据岩性组合特征、古生物化石特征和含矿性，其自下而上可分为一、二、三段。

一段（C2t1）：据钻孔编录成果及综合研究，该段为汝瓷胎料用陶瓷黏土矿（Ⅱ号、Ⅲ号矿层）的赋矿层位，段厚2.65～44.23 m，一般厚6～20 m。根据岩性组合特征，主要由一套中厚层生物碎屑灰岩、灰黑色含碳质泥岩、黑色炭质泥岩、灰色泥岩、黄褐色泥岩、一3煤，局部夹粉砂质泥岩、砂岩组成，发育灰岩5层。该段绝大多数岩层在走向和倾向上相对不稳定，呈不稳定的透镜体状展布。

二段（C2t2）：据钻孔编录成果及综合研究，该段为汝瓷胎料用陶瓷黏土矿（Ⅳ号、Ⅴ、Ⅵ号矿层）的赋矿层位，段厚3.19～59.03 m，一般厚11～32 m。根据岩性组合特征，岩性主要由一套灰白色～灰绿色中薄层长石石英砂岩、石英砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、灰黑色（含）炭质泥岩、黄褐色泥岩、粉砂质泥岩，局部泥岩之中夹有灰岩透镜体、薄层硅质岩、煤线、含碳泥质粉砂岩、含碳绢云长石石英砂岩组成。该段沉积旋回特征明显，沉积旋回从砂岩、粉砂岩开始沉积，中间为泥岩、炭质泥岩夹有煤线，上部为灰岩，到顶部为硅质岩沉积结束，但多数沉积旋回不够完整。单个沉积旋回厚0.70～28.78 m，一般厚2～13 m。

三段（C2t3）：研究区内该段大部分风化被剥蚀，厚15～24m。与其上白垩系大营组一段呈角度不整合接触。岩性主要为灰～灰白色长石石英砂岩、砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩组成，局部夹不稳定灰岩、硅质岩透镜体和煤线。本段可划分4个沉积旋回，单个沉积旋回厚2～13m，多从砂岩开始沉积，到泥岩沉积结束，个别到硅质岩结束。

2.1.3 白垩系大营组（K1d）。研究区内分布广泛，但出露零星，露头规模较小，覆盖于石炭系之上。为一套陆相碎屑火山岩系，与下伏石炭系上统太原组呈不整合接触。

大营组火山岩区域上受控于北西向断裂构造，其喷发部位可能受控于近南北向断裂。火山喷发作用大体上经历了从中基性～中性～中酸性的演化过程。据区域资料[3]，K～Ar法全岩同位素年龄为114.0～117.0 Ma，时代归早白垩世。研究区内未发现大营组火山岩对矿层的破坏作用。

2.1.4 第四系（Q）。研究区第四系分布广泛，可分为中更新统和全新统，主要分布于研究区的北部。根据岩性组合特征，主要由棕红色黏土、砂质亚黏土组成，局部含有砾石，一般厚0～15 m。

2.2 构造

研究区构造简单。研究区地层整体上为一简单平缓的单斜构造层，地层总体走向北北东～北东，倾向95°～165°，倾角4°～16°，一般倾角6°～10°。在局部表现为宽缓褶皱构造。区内裂隙不太发育，其中白垩系大营组火山岩中发育有北西向裂隙，对玛瑙（玉）石的形成起到了积极的作用。

3 矿床地质特征

3.1 赋矿层位

陶瓷黏土矿的赋矿层位为石炭系本溪组、太原组。研究区施工钻孔30井，其中有24口井见到了汝瓷用陶瓷黏土矿，钻孔见矿率为80%。研究区共划分了6层汝瓷胎料用陶瓷黏土矿，矿层编号自下而上依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。

3.2 矿层特征

3.2.1 NtⅠ矿层。为陶瓷用黏土主矿层，呈层状～似层状赋存于石炭系本溪组顶部，铝土矿（岩）层之上，石炭系太原组一段L1灰岩之下。产状与上下岩层一致。矿石自然类型主要为灰白色～黄褐色泥岩。矿层厚1.26～7.92 m，平均厚5.00 m。矿石品位：含Al2O3 20.11%～30.76%，平均23.73%;SiO2 52.70%～63.76%，平均58.05%;Fe203 1.40%～4.00%，平均2.68%;TiO2 0.85%～1.48%，平均1.02%。该矿层圈定矿体一个，矿体编号NtⅠ，为主矿体。

3.2.2 NtⅡ矿层。呈层状～似层状赋存于石炭系太原组一段下部L1灰岩之上，腐殖酸用煤（一3煤）之下，产状与上下岩层一致。仅ZK3-03钻孔见矿，钻孔见矿率为3%。矿层厚2.10 m。矿石自然类型主要为灰白色～灰黑色泥岩。矿石品位：含Al2O3 22.99%，SiO2 55.40%，Fe203 2.60%，TiO2 0.94%。该矿层圈定矿体一个，矿体编号为NtⅡ，属小矿体。

3.2.3 NtⅢ矿层。NtⅢ矿层呈层状～似层状赋存于石炭系太原组一段上部，位于腐殖酸用煤（一3煤）之上，产状与上下岩层一致，矿层厚1.19～10.63 m，平均厚4.16 m。矿石自然类型主要为灰白色～灰黑色泥岩。矿石品位：含Al2O3 20.08%～30.34%，平均22.20%;SiO2 50.60%～64.82%，平均62.52%;Fe203 1.30%～3.85%，平均1.65%;TiO2 0.92%～1.26%，平均0.98%。该矿层圈定了6个矿体，编号依次为NtⅢ-1、NtⅢ-2、NtⅢ-3、NtⅢ-4、NtⅢ-5、NtⅢ-6，其中NtⅢ-4号矿体规模较大，为主矿体，其他5个矿体均为小矿体。

3.2.4 NtⅣ矿层。NtⅣ矿层呈层状～似层状赋存于石炭系太原组二段，产状与上下岩层一致，厚0.92～12.22 m，平均厚5.28 m。自然类型主要为灰白色～灰黑色泥岩。矿石品位：含Al2O3 20.58%～28.38%，平均23.28%;SiO2 53.76%～65.25%，平均59.78%;Fe203 1.34%～4.00%，平均2.30%;TiO2 0.90%～1.51%，平均1.00%。该矿层共圈定了6矿体，编号依次为NtⅣ-1、NtⅣ-2、NtⅣ-3、NtⅣ-4、NtⅣ-5、NtⅣ-6，均为小矿体。

3.2.5 NtⅤ矿层。NtⅤ矿层呈层状～似层状赋存于石炭系太原组二段，产状与上下岩层一致，矿层厚1.04～3.38 m，平均厚2.21 m。矿石自然类型主要为灰白色～灰黑色泥岩。矿石品位：含Al2O3 22.89%～32.00%，平均25.09%;SiO2 53.22%～61.73%，平均59.74%;Fe203 0.90%～3.60%，平均2.66%;TiO2 1.00%～1.43%，平均1.09%。该礦层共圈定了3个矿体，编号依次为NtⅤ-1、NtⅤ-2、NtⅤ-3，均为小矿体。

3.2.6 NtⅥ矿层。NtⅥ矿层呈层状～似层状赋存于石炭系太原组二段，产状与上下岩层一致，矿层厚0.80～4.23 m，平均厚2.43 m。矿石自然类型主要为灰白色～灰黑色泥岩。矿石品位：含Al2O3 20.40%～30.53%，平均24.26%;SiO2 50.36～64.40%，平均59.83%;Fe203 0.98～5.46%，平均2.62%;TiO2 0.99%～1.53%，平均1.14%。该矿层共圈定了3个矿体，编号依次为NtⅥ-1、NtⅥ-2、NtⅥ-3，其中NtⅥ-1矿体较大，为主矿体，其他为小矿体。

3.3 矿体特征

研究区共划分陶瓷黏土矿6层，圈定矿体20个，其中NtⅠ、NtⅢ-4、NtⅥ-1三个矿体规模大，为主矿体，其余17个矿体规模均小，属零星小矿体。现将三个主矿体特征详述如下。

3.3.1 NtⅠ矿体。矿体呈层状～似层状赋存于石炭系本溪组顶部，铝土矿（岩）层之上，产状与上下岩层一致。矿体平面形态极不规则状，剖面形态为层状～似层状。总体走向北北东，倾向南东东，倾角3°～27°，一般倾角为8°～15°，平均倾角12°。矿体走向长1 320 m，倾向最大延深为1 440 m。矿体埋深5～160 m，赋存标高为+272～+70 m。矿体厚1.26～7.92 m，平均厚5.00 m。矿体面积为1.121 km2。矿石自然类型主要为灰白色～黄褐色泥岩。矿石品位：含Al2O3 20.11%～30.76%，平均23.73%;SiO2 52.70%～63.76%，平均58.05%;Fe203 1.40%～4.00%，平均2.68%;TiO2 0.85%～1.48%，平均1.02%。

3.3.2 NtⅢ-4矿体。矿体赋存于石炭系太原组一段上部，位于腐殖酸用煤（一3煤）之上。矿体平面形态为不规则状，剖面形态为层状～似层状。走向北北东，倾向南东东，倾角8°～26°，一般倾角8°～10°，平均倾角13°。矿体最大走向长500 m，最大倾向延深500 m。矿体厚2.75～10.63 m，平均厚5.94 m。矿体埋95～138 m，赋存标高为+166～+106 m。矿体面积0.14 km2。矿石自然类型主要为灰白色～灰黑色泥岩。矿石品位：含Al2O3 21.11%～23.71%，平均21.94%;SiO2 60.54%～64.82%，平均63.13%;Fe203 1.30%～1.57%，平均1.49%;TiO2 0.95%～1.00%，平均0.98%。

3.3.3 NtⅥ-1号矿体。矿体赋存于石炭系太原组二段。矿体平面形态为不规则状，剖面形态为层状～似层状，走向南南西～北北东，倾向南东东，倾角6°～16°。矿体走向长约700 m，最大延深5 000 m。矿体厚1.22～4.23 m，平均厚2.46 m。矿体埋深0～44 m，赋存标高为+272～+245 m。矿体面积0.2 m2。矿石自然类型主要为灰白色～灰黑色泥岩。矿石品位：含Al2O3 20.40%～30.53%，平均24.31%;SiO2 50.36%～64.40%，平均59.68%;Fe203 1.00%～5.46%，平均2.70%;TiO2 1.01%～1.53%，平均1.15%。

3.4 矿体内部结构

汝瓷胎料用陶瓷黏土矿，共有20个矿体，矿体内部结构均较简单，有16个矿体没有夹层，有4个矿体局部具有夹层。

3.5 矿层顶底板

NtⅠ矿层（体）：直接底板主要为铝土矿、铝质岩，局部有铁质岩、赤铁矿、含铁质泥岩等，间接底板主要为铁质岩、赤铁矿、张夏组灰岩，其中张夏组灰岩为NtⅠ矿层（体）的老底。顶板主要为太原组底部的炭质泥岩、L1灰岩，其中L1灰岩为老顶，但分布不稳定，多呈透镜体。

NtⅡ矿层：底板为灰岩，分布不稳定，多呈透镜;顶板为泥岩。

NtⅢ矿层：底板有灰岩、炭质泥岩、风化煤，底板灰岩分布不稳定;直接顶板有灰岩、泥岩，顶板灰岩分布相对稳定，为老顶。

NtⅣ矿层：底板主要为砂岩，局部有泥岩伪底;顶板有灰岩、砂岩、炭质泥岩和风化煤，各种岩性分布都不稳定。

NtⅤ矿层：矿层顶、底板均为泥岩、砂岩。

NtⅥ矿层：底板以泥岩为主，也有砂岩;直接顶板主要为泥岩、砂岩等，间接顶板为硅质岩，为矿层的老顶，分布较为稳定。

3.6 矿石质量特征

3.6.1 矿石自然类型、结构构造、矿物成分。自然类型较为简单，均为泥岩。呈灰白色～黄褐色灰～黑色。（含）粉砂质泥质结构、层状构造、页理构造、块状构造。据岩矿鉴定，结合X衍射分析，主要由泥质和粉砂质组成，泥质75%～85%，粉砂质15%～25%。泥质矿物为高岭石、伊利石、蒙脱石，砂质为石英、锐钛矿、斜长石、钾长石、铁质等。其中，高岭石35%～84%，一般50%～60%;伊利石10%～20%，一般15%左右;伊利石-蒙脱石混层0%～10%，一般5%～10%，;蒙脱石0%～20%，一般10%～15%;石英5%～30%，一般10%～20%;锐钛矿2%～3%;斜长石0%～2%;钾长石0%～3%，铁质微量。偶尔可见方解石、石膏等。砂质多呈次圆状～次棱角状，粒径0.01～0.06 mm，一般0.01～0.03 mm。

本溪组中的NtⅠ矿层，颜色为灰白色～黄褐色。产于太原组中的NtⅡ、NtⅢ、NtⅣ、NtⅤ、NtⅥ矿层，颜色呈灰白色～黑色泥岩，是矿石中含有微量炭质所致。

3.6.2 矿石的物理性能

3.6.2.1 矿石的自然白度。根据41件白度样的测试结果汝瓷胎料用陶瓷黏土矿的自燃白度相对较低，介于18.1%～49.2%，平均为32.3%。

3.6.2.2 可塑性。根据41件可塑性样的测试结果汝瓷胎料用陶瓷黏土矿的可塑性指数相对较高，介于8.8～21.1，平均为15.6。说明矿石可塑性好，易于陶瓷制品的成型。

3.6.2.3 耐火度。根据41件耐火度样的测试结果汝瓷胎料用陶瓷黏土矿的耐火度相对较高，介于1 320～1 700 ℃，多数为1 580～1 640 ℃。说明矿石的耐火度较高。

4 结论与建议

本文主要对汝瓷胎料用黏土矿进行了综合勘查和研究评价，对其他共生、伴生矿产仅作概略研究，有待进一步地质勘查工作。本次成果为下一步开展深部详查工作提供了重要地质依据。

成果表明：大營镇清凉寺矿区汝瓷胎料用黏土矿具有储量大、埋藏浅、质量优、地质条件简单、易采等特点，具有重要的工业意义;

该地区黏土矿为汝瓷烧制的重要原料，利用价值高，研究意义较大;

汝瓷黏土矿作为地方特色矿种，建议地方政府对汝瓷黏土矿采取一定的保护措施，为今后地方政府矿产资源规划提供经济保障及科学依据。

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收稿日期：2020-04-10

作者简介：申开洪（1984—），男，硕士，工程师，研究方向：地质矿产调查。