淄博盆地A层硬质黏土—铝土矿矿床地质特征及分布规律

2020-10-22 11:36刘东义韩鎏郑骥飞胡小辉
山东国土资源 2020年10期
关键词:岩系含矿宝山

刘东义,韩鎏,郑骥飞,胡小辉

(1.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队,山东 济南 250014;2. 山东黄金资源开发有限公司,山东 济南 250101)

0 引言

山东省赋存于石盒子群万山组底部的A层硬质黏土—铝土矿,集中分布在淄博盆地地区,目前该区已查明的A层硬质黏土—铝土矿矿床有20余处,其中大中型矿床10余处,该区硬质黏土资源储量约占全省总量的87%[1],与其共生的全省最大规模的铝土矿分布在东宝山—东冲山一带,通过以往的勘查研究,总结了赋存于万山组A层含矿岩系中的A层硬质黏土—铝土矿矿体质量特征及成矿分布规律,为该区A层硬质黏土—铝土矿矿床的勘查和开发利用提供了科学依据。

1 区域概况

1.1 区域地质

区内地层主要为古生代寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系,中生代三叠系、侏罗系、白垩系,新生代新近系、第四系[2]。其中古生代二叠纪石盒子群万山组是A层含矿岩系的赋存层位,该层在鲁西地区分布相对稳定,但发育较好的地段主要分布于淄博盆地(图1)[1]。A层硬质黏土和铝土矿即赋存于A层含矿岩系的下部和上部。

该区所属大地构造,位于华北板块(Ⅰ)、鲁西隆起(Ⅱ)、鲁中隆起(Ⅲ)、泰山-沂山断隆(Ⅳ)邹平-周村凹陷区(Ⅴ)[3]。区内发育3组断裂:NNW向的文祖断裂、青龙山断裂,SN向的朱家庄断裂、金山断裂、NE向的淄河断裂等[4]。区内北部岩浆活动强烈,但对区内矿床影响较小[5],该区岩浆岩主要为燕山期的闪长岩类侵入体及煌斑岩、辉绿岩、闪长玢岩等岩脉[6]。

1.2 区域矿床分布

在淄博盆地内,赋存于A层含矿岩系下部的A层硬质黏土,大体以金山断裂为界,分为东西2个成矿带。断裂以东地带,从西南的博山到北部的南定地区,以NNE向呈带状展布,长度约35km,主要分布有博山、大奎山、洪山、南定等矿床;断裂以西地带,从淄川西部的东冲山至章丘温庄村地区均有分布,以NWW向呈带状展布,长度约40km,分布有东冲山、西冲山、小口山、东宝山、西宝山、王村、后营、温家村等矿床[1];矿床规模以大中型为主[7]。其中赋存于A层含矿岩系上部的铝土矿矿床主要分布于东宝山—东冲山一带,矿床规模一般为中小型。

1—第四系;2—新近系;3—白垩系;4—侏罗系;5—二叠系;6—石炭系;7—奥陶系;8—寒武系;9—辉长岩;10—实测及推测断裂;11—地质界线图1 淄博盆地区域地质简图

2 矿床地质特征

2.1 A层含矿岩系

A层含矿岩系位于石盒子群万山组地层的下部,为陆相湖沼沉积[6,8],与下伏黑山组地层呈整合接触[9]。A层含矿岩系层位稳定,是区内A层硬质黏土和铝土矿的主要赋存层位,分别赋存于A层含矿岩系的下部和上部(图2)。A层含矿岩系在区内连续分布,金山断裂以东地层走向一般280°~340°,倾向10°~20°,断裂以西走向一般210°~220°,倾向300°~310°;厚度一般6.00~9.35m,较薄处2.85m,最厚达13.25m,平均厚度7.63m。

A层含矿岩系之上一般有一层碳质页岩,是该岩系出现的标志层位[10]。该岩系从上至下分别为:灰色含碳黏土岩,灰—深灰色含鲕粒黏土岩或铝土矿(东宝山—东冲山一带见有铝土矿),灰—深灰、灰绿、浅灰白色黏土岩,深灰、灰、浅灰色硬质黏土矿,杂色黏土岩、浅灰色含砂质黏土岩或黏土质砂岩。相互之间没有截然界线,存在着相互消长的关系[11]。

2.2 矿体特征

A层硬质黏土—铝土矿矿体分别赋存于万山组地层底部A层含矿岩系的下部和上部,矿体总体呈单斜层状产出,与地层产状一致。

2.2.1 A层硬质黏土

A层硬质黏土总体呈单斜层状产出,与地层产状一致,沿走向和倾向分布基本稳定,现揭露最大埋深为900m。金山断裂以西走向一般280°~340°,倾向10°~70°,倾角10°~20°,断裂以东走向一般210°~220°,倾向300°~310°,倾角10°~20°;厚度一般1.80~3.21m,较薄处0.85m,最厚达5.21m,平均2.31m,厚度变化系数50%左右。有益组分Al2O3含量一般36.38%~39.60%,平均37.85%,变化系数10%左右;有害组分Fe2O3含量一般1.10%~2.80%,平均1.72%,品位变化系数5%左右。该层矿体在西宝山—小口山一带厚度较大、质量较好,厚度一般为2.53~2.80m,Al2O3含量一般38.86%~39.60%,Fe2O3含量一般1.29%~2.20%。现有开采矿体规模多为大中型,矿石品级以特级品和一级品为主,少部分为二、三级品。

图2 A层含矿岩系柱状图

2.2.2 铝土矿

铝土矿矿体主要分布于金山断裂以西的东宝山—东冲山一带,受沉积环境影响,矿体沿走向和倾向分布不大稳定,总体浅部发育较好、中深部零星发育[1,10]。矿体与地层产状一致,总体走向一般290°~310°,倾向20°~40°,倾角10°~18°;受后期构造影响,朱家庄断裂以东的小口山—西冲山地区产状发生一定变化,该区一般330°~340°,倾向60°~70°,倾角10°~20°;矿体厚度一般0.50~2.74m,平均1.30m,自西向东矿体逐渐变厚,厚度变化系数100%左右;在平面和剖面上,与黏土岩呈渐变关系,无明显界线。主要化学组分含量:Al2O3一般53.37%~57.73%,平均55.47%,变化系数20%左右;SiO2一般15.93%~21.14%,平均1.62%,品位变化系数30%左右;Fe2O3一般7.06%~13.54%,平均9.82%,品位变化系数50%左右;Al2O3/SiO2一般2.62~3.62,平均3.24。矿体规模多为中小型,矿石品级一般为四级品。

2.3 矿石质量

2.3.1 A层硬质黏土

(1)矿石矿物成分:矿石矿物成分比较简单,主要由高岭石(含量80%~90%)、少量一水硬铝石、三水铝石、水云母、锆石、石英等组成,局部含少量菱铁矿。

(2)结构构造及矿石类型:矿石结构以隐晶—显微鳞片结构为主,局部为鲕粒结构,块状构造[12]。按其颜色可分为浅灰色、灰色、深灰色硬质黏土,颜色一般由下至上逐渐变深,局部为含鲕粒硬质黏土。

(3)主要化学成分:区内矿石化学成分比较稳定,主要化学成分含量Al2O3一般36.38%~39.60%,SiO2一般40.26%~44.16%,Fe2O3一般1.10%~2.80%,CaO一般0.02%~0.39%,TiO2一般0.52%~1.11%,LOI一般13.57%~14.12%,此外含Ga一般0.002%。如西宝山—西冲山地区主要化学成分含量情况见表1。

表1 西宝山—西冲山地区A层硬质黏土主要化学成分(%)

(4)吸水率:一般为0.1%~0.3%,显气孔率一般为0.2%~0.7%,矿石密度一般为2.60~2.63g/cm3,体积密度一般为2.59~2.61g/cm3,耐火度一般大于1750℃;矿石易风化、没有可塑性[13];矿石品级多为特级品和一级品,少量为二、三级品。

2.3.2 铝土矿

(1)矿石矿物成分:可分为2种,一种是高岭石水铝石铝土矿,是该区的主要矿石类型,主要矿物以水铝石为主,次为高岭石,其他少量菱铁矿、绢云母、电气石、绿泥石等;另一种是高岭石勃姆石铝土矿,以勃姆石为主,次为高岭石、水铝石,少量氧化铁、水云母、电气石、锆石等。

(2)结构构造及矿石类型:一般为豆状结构或鲕粒结构,致密块状构造[14]。矿石自然类型主要以灰—深灰色菱铁矿一水硬铝石豆状(鲕状)铝土矿、菱铁矿一水硬铝石致密状铝土矿及高岭石—勃姆石一水硬铝石铝土矿为主[1]。

(3)主要化学成分:区内矿石化学成分比较稳定,Al2O3一般为53.37%~57.73%,SiO2一般为15.93%~21.14%,Fe2O3一般为7.06%~13.54%,Al2O3/SiO2一般为2.62~3.62。其次有TiO2,K2O,CaO,MnO,MgO,P2O5,微量成分有Na2O,Ga,V2O5,Ni,Cr2O3,S等,伴生半生元素为Ga 0.005%~0.006%(表2)。

表2 东宝山—西冲山地区铝土矿主要化学成分(%)

3 分布规律

3.1 层位分布规律

A层硬质黏土的直接顶板为含铁黏土岩,以灰—深灰色、灰绿色、浅灰白色为主,隐微鳞片结构,块状构造,其矿物成分、化学成分与矿石矿物、化学成分基本相同[15],矿物中多含有菱铁矿,主要区别是Fe2O3含量超出一般工业指标要求,个别地段未见该层,该层厚度一般0.20~7.07m,平均1.69m。其上部为灰—深灰色豆状(鲕状)黏土岩,其中东宝山—东冲山一带分布有铝土矿,厚度一般0.20~2.74m,平均1.30m,豆状或鲕状是该层的主要标志[15],Fe2O3含量偏高,一般向下渐变过渡为A层硬质黏土矿体。

A层硬质黏土的底板为杂色黏土岩、浅灰色砂质黏土岩或黏土质砂岩,厚度一般0.25~1.65m,平均0.86m,渐变过渡为黑山组的长石石英砂岩。杂色黏土岩一般分布于浅灰色砂质黏土岩或黏土质砂岩之上,部分地段缺失。

盆地内A层含矿岩系厚度大的地区,对于A层硬质黏土—铝土矿的形成极为有利,同时矿体厚度越大,成矿质量越好。受沉积环境影响,该区层位垂向分布呈现一定的分布规律,矿体与围岩的大致界线,在野外可通过颜色、结构等肉眼易区分的宏观地质特征,大致判断矿体的层位[16];因Al2O3,SiO2,Fe2O3的含量是确定矿与围岩的主要指标,矿体与围岩的具体界线,主要靠化学分析结果予以区分。

3.2 主要化学成分分布规律

3.2.1 A层硬质黏土

在淄博盆地内,矿石质量较好的地段主要分布在矿体比较厚的西宝山—东冲山一带,主要化学成分含量在空间上呈现一定的变化规律:矿体厚度与Al2O3,SiO2含量呈正相关,与Fe2O3呈负相关。如西宝山—西冲山地区A层硬质黏土中Al2O3,SiO2,Fe2O3含量与厚度变化关系见图3。当厚度增大时,Al2O3,SiO2含量增加,Fe2O3含量减少,反之Al2O3,SiO2含量减少,Fe2O3含量增加。

1—Al2O3(%);2—SiO2(%);3—Fe2O3(%);4—厚度(m)图3 A层硬质黏土中Al2O3,SiO2,Fe2O3含量与厚度变化关系

3.2.2 铝土矿

该区铝土矿主要化学成分的空间变化规律,与A层硬质黏土有着相似性。矿体厚度与Al2O3含量呈正相关,与Fe2O3含量变化不明显,但总体呈现负相关的趋势;SiO2含量与Fe2O3含量基本呈负相关。东宝山—西冲山地区铝土矿Al2O3,SiO2,Fe2O3含量变化与厚度关系如图4所示。伴生元素Ga的平均含量在铝土矿中要高于A层硬质黏土[2]。

1—Al2O3(%);2—SiO2(%);3—Fe2O3(%);4—厚度(m)图4 铝土矿中Al2O3,SiO2,Fe2O3含量变化与厚度关系

3.2.3 A层含矿岩系

A层含矿岩系主要化学成分Al2O3,Fe2O3,SiO2的含量在本区的分布规律如下:

(1)全区主要化学成分Al2O3+Fe2O3+SiO2=83.5%~85.5%。

(2)三者含量在垂向上有相互消长的关系,但在不同矿石类型中却有着不同的变化,以东宝山地区某钻孔揭露的"A"层含矿岩系中不同矿石主要化学成分分布为例(图5)。在硬质黏土中,Al2O3含量一般较SiO2含量略低,Fe2O3含量很低,三者变化不大。在含铁黏土岩中,随着Al2O3含量的降低,SiO2的含量也随之降低,Fe2O3含量则增高,反之亦然。在鲕粒铝土矿(或黏土岩)中,三者升降幅度尤为明显,随着Al2O3含量的增高,SiO2的含量降低,Fe2O3的含量也随着增高。

1—Al2O3(%);2—SiO2(%);3—Fe2O3(%)图5 A层中Al2O3,SiO2,Fe2O3含量垂向空间变化关系图

4 结论

(1)淄博盆地内共生的A层硬质黏土和铝土矿,分别赋存于二叠纪石盒子群万山组底部A层含矿岩系的下部和上部,受后期构造影响,矿体产状发生一定变化。下部的A层硬质黏土在该区分布稳定,东西呈带状分布,厚度一般1.80~3.21m;主要矿物以高岭石为主,少量一水硬铝石、三水铝石等其他矿物;化学组分含量:Al2O3一般36.38%~39.60%,Fe2O3一般1.10%~2.80%,厚度及品位变化均匀;矿体规模多为大中型,矿石品级以特级品和Ⅰ级品为主。位于其上部共生的铝土矿主要分布于西宝山—东宝山一带,厚度一般0.50~2.74m;主要矿物以高岭石为主,次为水铝石、勃姆石等其他矿物;化学组分含量:Al2O3一般53.37%~57.73%,SiO2一般15.93%~21.14%,Fe2O3一般7.06%~13.54%,Al2O3/SiO2一般2.62~3.62,厚度及品位变化较均匀;矿体规模多为中小型,矿石品级一般为Ⅵ级品。

(2)在横向上,A层含矿岩系厚度大的地区,对于A层硬质黏土—铝土矿的形成极为有利,矿体厚度越大,成矿质量越好,盆地内A层硬质黏土—铝土矿的有利地段,主要分布在宝山—冲山一带,该地区矿体厚度较大、质量较好,其中铝土矿矿体浅部发育较好,中深部零星发育。

(3)两矿体垂向分布呈渐变关系,野外可通过颜色、结构等肉眼易区分的宏观地质特征,大致判断矿体的层位,具体界线,主要靠化学分析结果予以区分;伴生元素Ga在铝土矿中的含量高于A层硬质黏土;两矿体的厚度总体上与Al2O3,SiO2含量呈正相关,与Fe2O3呈负相关;主要化学成分Al2O3,Fe2O3,SiO2的总含量一般在83.5%~85.5%,不同矿石类型在垂向上有着相互消长的关系。

(4)通过该次归纳研究,对该区A层硬质黏土和铝土矿矿床地质特征及变化规律,有了更为直观的认识,为该区A层硬质黏土和铝土矿矿体的勘查和开发利用提供一定的科学依据,以便于更合理的利用矿产资源。

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