海南文昌乌土矿区高岭土矿床地质特征及成因探讨

符启基

(海南省资源环境调查院，海南 海口 570206)

高岭土矿是海南省重点规划的非金属矿产资源之一，储量极为丰富，具有品质优、市场竞争力强等特点。矿床类型均为风化残积型[1]，成岩时代主要集中在燕山期，次为印支期和加里东期[2]。近年来海南地区随着消费的不断发展，对经深加工和质地优良的高岭土的需求持续增长，市场上的需求量越来越大[3]。因此，加快海南省高岭土矿资源勘查，提供优质高岭土矿资源基地迫在眉睫。海南文昌乌土矿区高岭土矿是产于Ⅱ级海成阶地上，曾经历了从台地—滨海—浅海近岸—滨海—海湾的环境变迁过程，探明的资源储量规模达到大型，有效地支撑了当地高岭土资源的消费。该高岭土矿的发现，为海南地区寻找同类型的矿床提供了可借鉴的理论依据，具有十分重要的现实意义。

1 区域地质背景

海南地区位于华南褶皱系南段，沉积有不同地质时代的地层，经历了海西、印支、燕山等多期构造运动和岩浆活动，造就了别具一格、复杂繁多的成矿地质条件，形成了丰富多样的矿产资源[4-5]。

乌土矿区处于琼东北隆起的东南部，王五—文教深断裂的东端，距海岸线2km。本区构造不发育，主要发育有东西向及北东向两组断裂，规模较小。

区域侵入岩主要有中侏罗统二长花岗岩和二叠—三叠系花岗岩，呈岩基状产出，分布于中西部及东部[6-8]。矿区内广泛出露第四系全新统烟墩组、全新统琼山组、更新统八所组地层(图1)。

图1 区域地质简图

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层比较简单，出露有第四系上更新统八所组(Qp3bs)和全新统(Qh)地层。

上更新统八所组(Qp3bs)：根据岩性组合分为上下两个亚层。下亚层(Qp3-1bs)：为海相Ⅱ级阶地沉积。上部岩性为灰黄—棕灰色中细—粉细砂，成分较单一，主要分布在矿区中南部。下部主要为砂质粘土，夹粉细砂薄层，砂质成分以石英为主，浑圆状—次棱角状，粒度较粗，粘土成分以高岭土为主，局部为块状高岭土。厚度1.00 ～10.00m，平均6.84m。呈近水平层状产出。上亚层(Qp3-2bs)：为褐红色—棕红色亚粘土，可塑—硬塑状。主要分布在矿区北东部，呈近水平层状产出，层厚3.45 ～19.00m。

全新统(Qh)，该层未分组，主要呈条带状分布在矿区西部及中东部，为河流相冲洪积。岩性以砂质粘土为主，含有少量有机质，多分布在沟溪两侧及地势低洼地段，层厚1.50 ～3.20m。

2.2 构造

由于区内被第四系松散沉积广泛覆盖，故构造现象不明显。根据现代地形地貌分析，可能存在东西向、南北向和北东向裂隙构造。

2.3 岩浆岩

矿区基底岩石为中侏罗统二长花岗岩，由于被大面积第四系松散沉积物覆盖，矿区范围内地表未见有出露。经钻探揭露，层顶埋深在10.5 ～13.5m之间，岩石已强烈风化，呈砂质粘性土状，但原岩结构、构造尚可辨认。岩石呈灰黄色，中粗粒结构，块状构造。主要矿物成分为斜长石，其次为石英，少量绢云母，见微量钛铁矿。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

高岭土矿主要赋存于第四系上更新统(Qp3bs)Ⅱ级海成阶地沉积地层中,基底为侏罗纪中世二长花岗岩，岩石呈强风化状，局部零星分布有风化残积型高岭土，该层为矿层的下盘围岩。

矿体平面上大致呈两头大、中间小的一个“哑铃状”沿东西向展布，延展连续性较好。平缓层状产出，微向南东倾。纵向长度3200m，宽220 ～1300m，平均宽度635m；矿层厚3.12 ～12.80m，平均厚度6.25m，厚度变化系数63.99%，属于厚度变化基本稳定的矿体。矿体延展面积1.90km2，边界规则，边界模数0.66；剖面形态变化小，剖面面积变化系数0.35。矿体内部结构简单，矿石以砂质高岭土为主，局部见有块状软质高岭土。矿层中无夹石(层)，质量较稳定，连续性好(图2、图3)。

图2 矿区地质简图

图3 矿区2 线地质剖面图

3.2 矿石特征

(1)矿石矿物组成。

原矿石中主要矿物为石英和高岭石，少量的长石、金红石、微量的锐钛矿、板钛矿、褐铁矿、赤铁矿、云母及水铝石等矿物[9]。-400 目产品中主要矿物为高岭石、埃洛石、伊利石，少量的石英和含铁、钛的矿物。原矿及-400 目产品中主要矿物含量统计见表1。

表1 原矿及-400 目产品中主要矿物含量统计表(单位：%)

由表1 可知，-400 目产品中石英含量仅3.0%，这说明石英粒度较粗，基本分布在-400 目以上，这对提高Al2O3含量是有利的[10-12]。

(2)矿石结构、构造特征。

矿石为砂质高岭土，高岭石呈块状、颗粒状集合体分布在中粗粒石英砂中，呈松散粒状结构，块状构造。从上至下，由中细—粉细粒石英砂至中粗粒砂质高岭土，沉积韵律特征明显，由浅黄—灰黄色砂到灰白—白色砂质粘土，形成不同的层状构造特点。

(3)主要粘土矿物特征。

高岭石：为粘土矿物主要成分，与埃洛石、伊利石共生。电镜观察，高岭石80%以上为片状，片状大小一般为5 ～10μm，片厚0.2 ～0.8μm。较粗粒级的高岭石多呈集合体存在，晶形稍好者多为书页状、手风琴状和蠕虫状，晶形稍差者为花絮状，主要粘土矿物电镜扫描形貌图像见图4。

图4 主要粘土矿物电镜扫描图像

埃洛石：含量仅次于高岭石，与高岭石、伊利石共生，单晶为管状，此外还有空心角锥状、球状，集合体多为绒球状，粒度微细，管长大多在2μm以下。

伊利石：含量较埃洛石少，以片状产出，粒度一般2 ～10μm，在形貌上不易与高岭石分辨，是K2O 的主要载体矿物，是云母或长石向高岭石转变的中间过渡产物[13]。

(4)矿石的化学成分。

根据采集样品的基本分析，矿石中Al2O3含量16.79%～23.63%，平均19.15%；Fe2O3含量0.18%～0.85%，平均0.58%；TiO2含量0.31%～0.45%，平均0.39%(表2)。

表2 部分钻孔质量分数一览表 (单位：%)

通过以上矿物组成的分析可知，高岭土矿Al2O3含量高，Fe2O3、TiO2含量低，矿石质量好，各组分含量稳定，是优质的高岭土矿床[14]。

3.3 矿石加工及选矿特征

(1)选矿试验。

淘洗：以钻孔基本分析样，用清水捣浆淘选、过滤(325 目网筛)，得出＞325 目(杂质)和＜325目(精矿)的淘洗率。再经化学分析，与原矿化学分析结果对比。原矿经淘洗后Al2O3含量达到36.94%，Fe2O3含量为0.56%，TiO2为0.36%，精矿淘洗率为42.56%。

重选：是去除石英、富集高岭石(Al2O3)的过程，包括捣浆、筛分(去除粗砂)和水力分级(去除细砂)三部分工艺。重选总溢流平均粒径为4.52μm，D50=3.2μm，-10μm 占有率为88.88%。

磁选：本试验是在半工业高梯度磁选机上进行，毛配比(1 ∶1)，充填率为4.5%。随着磁场强度的增加，精矿中Fe2O3和TiO2含量略有降低，但精矿产率下降，当磁场强度到1.3T 时，分选结果变化不大；矿浆流速试验表明，随着矿浆流速的增加，精矿产率上升，但精矿中Fe2O3和TiO2含量变化不大，为了保证较好的精矿指标，矿浆流速应小于0.8cm/s。最后得出较好的分选条件应是六偏磷酸钠0.3%，磁场强度1.3T，矿浆流速0.6cm/s。

漂白：重选土经漂白，白度可提高到85 以上，较漂白前提高8 ～10；磁选土白度提高到87 左右，二次漂白可以提高到88(表3)。试验还表明，在进行漂白前，预先进行氧化处理或二次漂白，白度有所提高。

表3 部分漂白试样化学分析结果与白度对比结果表

煅烧：煅烧温度、煅烧时间和添加剂对煅烧均有较大影响。重选土直接煅烧，可将白度提高到85 以上，若在较高温度下可使白度提高到88 左右。磁选土煅烧白度与漂白土煅烧白度基本相同，煅烧白度可稳定在88 左右。磁漂土煅烧白度最高可达到90.6。

(2)矿石工业利用性能评价

经工艺矿物学研究，本区高岭土矿石的主要矿物成分为片状高岭石和石英，其次为埃洛石和伊利石。淘洗、重选、磁选、漂白和煅烧等试验和研究表明，矿石经精选加工后，可满足造纸、搪瓷、橡胶、陶瓷等工业用途。如进一步深入高梯度磁分离和化学漂白，将会最大限度地剔除铁、钛杂质，满足高级造纸工业的使用。

4 矿床成因

本区第四系沉积基本上呈带状与现代海岸线平行展布，高岭土矿层产于第四系上更新统八所组下亚层(Qp3-1bs) 下部的砂质粘土层中，属海相Ⅱ级阶地沉积，韵律层特征明显，机械沉积作用清晰。

地层岩相显示本区在第四纪早、中更新世为较稳定的台地，处于风化剥蚀状态，从中更新世晚期开始，地壳逐渐下沉，开始海侵，形成了海相或陆相的第Ⅲ级阶地沉积。至晚更新世早期，随着海侵的扩大，形成了晚更新世八所组滨海Ⅱ级阶地沉积。全新世晚期的海退，形成了河流相、湖沼相及近岸沙堤沉积。由此可见，本区第四纪早期—全新世晚期，曾经历了从台地—滨海—浅海近岸—滨海—海湾的环境变迁过程[15]。

高岭土矿的形成机理，主要是在浅滨海环境中水动力作用下，对风化剥蚀的岩石碎屑物质机械运移、破碎、分选沉积而形成。本区区域分布的二长花岗岩，是高岭土矿形成的成矿母岩。在强风化二长花岗岩与砂质高岭土中Al2O3、TiO2含量相近，但砂质高岭土中Fe2O3的含量(0.58%)明显低于强风化二长花岗岩中Fe2O3的含量(1.89%～3.18%)，说明沉积改造作用将有害组分明显降低。

本区矿体大致呈东西向沿第四系上更新统八所组滨海相Ⅱ级阶地沉积(Qp3bs)分布，矿体呈层状产出，分布空间、形态、产状严格受地层控制。矿体总体厚度较稳定，局部矿层厚度变化较大，反映出沉积作用过程中的不同环境及水动力条件的变化。矿石质量优良，品位变化不大。矿层与顶、底板围岩界线清楚。矿石组成物质高岭土为主，石英为辅，高岭土多呈片状集合体，石英颗粒机械分选明显，磨圆度较高，其他重矿物粒度细小，以滚圆状为主，表明水动力作用强烈。矿石化学分析、物性测定及研究表明，矿石为正常的机械碎屑沉积。本区高岭土矿床成因类型为花岗岩风化残积—滨海沉积改造型砂质高岭土矿床[15]。

5 结语

(1)本区高岭土矿层主要赋存于第四系上更新统Ⅱ级海成阶地沉积(Qp3bs)中, 呈层状产出，矿体结构简单，连续性好，分布均匀。矿石主要有用矿物有高岭石、埃洛石、伊利石等。

(2)高岭土矿床的成矿母岩为中侏罗统二长花岗岩，矿床的分布与这类岩体有较密切的关系，矿床成因类型为花岗岩风化残积—滨海沉积改造型砂质高岭土矿床。

(3)本区出露的第四系上更新统八所组Ⅱ级海成阶地沉积(Qp3bs)，是良好的直接找矿标志，中侏罗统二长花岗岩分布范围是寻找沉积型砂质高岭土的重要地段。高岭土矿体基本上分布在第四系上更新统八所组下亚层的下部，分布地区地势往往比较低，海拔标高在10 ～20m。因此地形地貌特征也是寻找该类型高岭土矿体的标志。