河南省博爱县江岭地区耐火粘土矿地质特征与成矿机理研究.pdf

-69-第3期2023年6月No.3June，2023河南省博爱县江岭地区耐火粘土矿地质特征与成矿机理研究马振兴（河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州 450000）摘 要：江岭地区耐火粘土矿大地构造位置处于华北地台山西台隆南缘太行山拱断束带西部，地层分区属华北地层区山西分区太行小区。矿区出露地层主要有古生界奥陶系、石炭系和二叠系；地层呈南东向单斜产出，构造简单，以断层为主，为北东向和近东西向高角度正断层，并形成地垒、地堑；区内无岩浆岩出露。在对矿区地层、构造、含矿岩系特征、矿层特征进行详细分析的基础上，从矿床成因和找矿标志两个方面对成矿机理进行研究，研究结果对同类矿床勘查具有重要的指导作用。关键词：博爱县；江岭地区耐火粘土矿；地质特征；成矿机理作者简介：马振兴（1987），男，河南焦作人，地质工程师，本科；研究方向：地质矿产勘查与管理。1 地层矿区出露地层以奥陶系、石炭系为主，次为二叠系，第四系零星分布于沟谷和坡顶。现将地层由老至新分述如下。1.1 奥陶系矿区大面积出露奥陶系中统下马家沟组、上马家沟组和峰峰组。矿区外围西北方向丹河一带小面积出露奥陶系下统冶里组。1.1.1 奥陶系下统冶里组奥陶系下统冶里组仅出露于矿区外围北西方向丹河沟谷底部，为浅海相碳酸盐沉积，下部以条带状、竹叶状泥质白云岩为主，中上部岩石结晶程度较高，为结晶白云岩，厚度大于38.48 m。1.1.2 奥陶系中统下马家沟组奥陶系中统下马家沟组出露于矿区北西部丹河沟谷一带，出露面积较小，下部为黄色薄层泥灰岩、砂岩及页岩互层夹同生角砾状灰岩（俗称贾旺层）；中部为黑色厚巨厚层状灰质白云岩、灰岩互层；上部为灰黄色同生角砾状灰岩及灰黑色中厚层状灰岩，夹白云岩。该组厚约107.20 m，与下伏冶里组呈平行不整合接触。1.1.3 奥陶系中统上马家沟组奥陶系中统上马家沟组出露于矿区东西边部地区，下部由灰黑色灰绿色钙质页岩与灰黑色中厚层状含泥质白云岩组成，局部夹角砾状泥灰岩；中部灰黑色中巨厚层状灰岩夹含燧石团块灰岩、白云岩；上部由泥质灰岩、灰岩及白云岩组成。该组厚约245.00 m，与下伏地层下马家沟组呈整合接触。1.1.4 奥陶系中统峰峰组奥陶系中统峰峰组小面积出露于矿区北部，下部由深灰色灰黑色生物碎屑灰岩和泥质灰岩组成，上部由灰黑色灰黄色白云岩和含泥质白云岩组成。该组厚约204.03 m，与下伏地层上马家沟组呈整合接触。1.2 石炭系石炭系在区内北部和西南部地表广泛出露，西北部第四系黄土层、二叠系山西组覆盖严重，局部可见该地层出露，平均厚度为88.83 m。受风化剥蚀作用影响，经钻孔揭露，石炭系厚度为11.6296.17 m，平行不整合于奥陶系之上。石炭系在该区出露地层主要为本溪组和太原组。1.2.1 石炭系上统本溪组本溪组为一套以粘土矿物为主的铁铝质沉积岩系，也是矿区的含矿岩系，主要由粘土岩、含铁质粘土岩、铁质粘土岩和含炭质粘土岩组成，局部夹有含绿泥石粘土岩、砂岩及煤层，与下伏地层奥陶系呈平行不整合接触，平均厚度为14.59 m。矿区内本溪组为粘土岩和（含）铁质粘土岩构成的3个沉积旋回，按照岩性组合特征可分成以下3段。（1）下段。上部为灰白灰色粘土岩；下部为铁质粘土岩（山西式铁矿赋矿层位），局部夹有砂岩、含铁质砂岩等透镜体，岩石中常见黄铁矿颗粒零星分布，局部可见黄铁矿结核，与下伏地层奥陶系峰峰组呈平行不整合接触。经钻孔揭露，该段厚度变化较大，为0.7711.14 m，平均厚度为3.88 m。（2）中段。中段为区内耐火粘土矿主要含矿层位，上部为灰深灰色粘土岩，下部为褐黄褐红色铁质粘土岩，局部夹有含炭质粘土岩，偶见薄煤层。经钻孔揭露，该段厚度为2.8212.49 m，平均厚度为6.88 m。（3）上段。顶部为杂色粘土岩，灰白色、灰黄色、黑色、褐红色等混杂，岩石较破碎；上部为粘土岩，常含少量炭质，局部可见煤线及薄煤层；下部为含铁质粘土岩。经钻孔揭露，该段厚度为0.449.25 m，平均厚度为3.55 m。1.2.2 石炭系上统太原组矿区内太原组为一套由灰岩、砂岩、砂质粘土岩、炭质粘土岩及煤层组成的海陆交互相地层，一般含49层灰岩，下部灰岩中常含燧石结核、燧石条带，含腕足类、蜓类动物化石碎片。粘土岩普遍含黄铁矿，且下部含量较高，平均厚度为74.32 m，与下伏地层本溪组呈整合接触。根据区内太原组岩性分布特征，太原组可划分为以下3段。（1）下段。下段为灰岩段，以灰岩为主，含L1、L2灰岩，其中，L1灰岩不发育，L2灰岩较发育。L2灰岩又被称为“四丈青”，细晶结构、层状构造，岩石中普遍可见蜓类、腕足类动物化石碎片，局部含有燧石结核、燧石条带。L2灰岩是本溪组顶板，具有厚度大、层位稳定的特征，是良好的标志层。经钻孔揭露，该段地层厚度为0.9812.62 m，平均厚度为10.06 m。现代盐化工Modern Salt and Chemical Industry-70-第3期2023年6月No.3June，2023（2）中段。中段由碎屑岩、粘土岩和灰岩组成，含灰岩6层（L8L3）。岩段顶部L8灰岩和底部L3灰岩层位较稳定。L8灰岩厚度为2.407.57 m，平均厚度为4.54 m；L3灰岩厚度为0.674.10 m，平均厚度为2.58 m。该段共含煤5层，平均厚度为1.17 m。经钻孔揭露，该段地层厚度为40.8249.04 m，平均厚度为43.75 m。（3）上段。上部为粘土岩段，岩性以粘土岩为主，夹有一层灰岩（L9），呈透镜状产出，底部为一层细砂岩。经钻孔揭露，该段地层厚度为13.8828.34 m，平均厚度为20.23 m。1.3 二叠系矿区内二叠系主要出露于陈洼寨豁东一带，呈北东南西向带状展布，与下伏石炭系呈整合接触，与其周边出露的奥陶系、石炭系均呈断层接触。根据钻孔揭露，区内仅分布二叠系下统山西组。二叠系下统山西组为区域内主要含煤沉积岩系，属含煤碎屑岩建造。上部以过渡相深灰色灰色粉砂质粘土岩、粘土岩为主，夹薄层砂岩，含主要可采煤层二1煤，厚度为1.092.13 m，平均厚度为1.61 m；下部发育煤底砂岩“大占砂岩”为中细粒长石石英砂岩，岩性特征如下：深灰色，中细粒结构，层状构造，主要由石英（约80.0%）、长石（约16.0%）和杂基（约4.0%）组成，含少量白云母；岩层自上而下粒度逐渐变大，具正粒序特征，底部含泥质斑块，层厚为22.5728.05 m，平均厚度为25.31 m。其岩性特征明显，层厚稳定，是山西组底部良好的标志层。山西组在区内出露于地表，风化剥蚀造成岩组出露不全。经钻孔揭露，该层厚度为6.1357.59 m，平均厚度为28.85 m。1.4 第四系第四系主要分布在矿区内山间沟谷，坡顶亦有零星分布，厚度变化较大，一般在数米到数十米。岩性主要为黄土、次生黄土，其次为砂砾石、粉砂土、黄土状粉砂土、粘土等，与下伏地层均为角度不整合接触。2 构造矿区内构造简单，主要构造形式为断层。较大规模的断层有5条，自北而南编号分别为F11、F12、F13、F14和F15，主要为高角度的正断层，以北东南西向断层为主。其中，F13、F15组成地堑，F11、F13组成地垒。F12断层斜切矿区北西部，F15断层斜切矿区南东边部。断层对矿层起到“破坏”和“保护”双重作用1。断层特征分述如下。2.1 F11断层F11断层位于矿区西北部，西起丹河，经南洞村至焦谷堆，区内长约3.6 km。断层西段走向近东西，东段走向为北东向，总体走向65，倾向北西，倾角为65 76，是北盘下降的正断层。断层两盘岩性主要是上石炭统太原组含燧石灰岩、粉砂岩、泥岩与中奥陶统的灰岩、泥质白云岩；局部地段则为中奥陶统灰岩与上石炭统本溪组粘土岩。断层沿走向和倾向均呈舒缓波状，断层面上发育有垂直擦痕和斜擦痕。破碎带宽为5.0010.00 m，断距为10.00130.00 m，具有西部断距大而东部小的特征。断层在地貌上具有负地形特征。2.2 F12断层F12断层位于矿区西部，西起矿区西边界，经原背至江岭，被黄土覆盖，区内长约2.4 km。断层总体走向50，倾向北西，倾角为60 80。断面呈舒缓波状，破碎带宽约10.00 m，断距为10.0050.00 m，断距向东逐渐变小。断层两盘岩性分别为中奥陶统峰峰组褐黄色泥质角砾岩与上石炭统太原组中部含燧石灰岩及硅质泥岩；局部地段则为中奥陶统灰岩与上石炭统本溪组粘土岩。在原背村南可见粗糙不平的断层面及不甚发育的铁质、硅质薄膜、垂直擦痕。断层角砾发育，角砾岩性主要为泥质角砾状灰岩、含燧石灰岩、硅质泥岩等，断层性质为正断层。2.3 F13断层F13断层位于矿区中部，自西向北东展布，经西张毛光、焦谷堆北至邢岭东南尖灭，贯穿整个矿区，区内长约6.3 km，断层中段（焦谷堆北）被第四系黄土覆盖。断层走向52 60，倾向南东，倾角为60 75，为南盘下降的正断层。断层两盘岩性主要是二叠系下统山西组砂岩、粉砂岩与中奥陶统不同层位的灰岩、泥质白云岩；局部地段则为中奥陶统灰岩与上石炭统本溪组粘土岩。断面呈舒缓波状，破碎带宽为10.0015.00 m，断距为10.00100.00 m，破碎带内有角砾岩，角砾呈棱角、次棱角状，砾径大小不等。该断层断距由南西至北东变小。2.4 F14断层F14断层位于矿区南部，西起西张毛光、南经焦谷堆至王河，全长约4.2 km。断层走向55 80，倾向北西，倾角为70 80，断距约65.00 m，为正断层。断层切割了奥陶系中统峰峰组、石炭系上统本溪组、太原组及二叠系下统山西组。断面呈舒缓波状，破碎带中有方解石脉充填。2.5 F15断层F15断层位于矿区东南部，西起谢庄、南经寨豁至小王庄延出区外，全长大于5.0 km，区内仅王河东至小王庄一带出露。断层走向40 70，倾向北西，倾角为60 70，北西盘下降，南东盘上升，为正断层。断层两盘岩性主要为二叠系上统山西组砂岩、页岩与中奥陶统不同层位的灰岩、白云岩；局部地段则为上石炭统本溪组粘土岩与灰岩。断面沿走向呈明显的舒缓波状，破碎带宽为5.0010.00 m，断距为10.00150.00 m。断层角砾发育，呈棱角状，大小为1020 cm。该断层与F13、F14断层组成地堑形态，控制着矿区南部上石炭系、下二叠系山西组的分布。3 含矿岩系特征3.1 含矿岩系的分布特征石炭系本溪组为区内耐火粘土矿含矿岩系，下伏于区内中部二叠系和石炭系太原组，平行不整合于奥陶系白云岩之上，呈东西向展布于西张毛光和小王庄之间，东西两端出露地表。区内本溪组岩层呈单斜形态，总体倾向南东，倾角一般为0 15，产状较平缓，层厚为6.2421.81 m，平均厚度为14.59 m。区内本溪组总体上呈西薄东厚，但整体变化不大。3.2 含矿岩系的地质特征含矿岩系本溪组为一套以粘土矿物为主的铁铝质沉积岩系，主要由粘土岩、含铁质粘土岩、铁质粘土岩和含炭质粘土岩组成，局部夹有含绿泥石粘土岩、砂岩及煤层2。按照岩性组合及沉积旋回特征可将其分成3段。（1）上段。顶部为含钙质的杂色粘土岩，上部为粘土岩，下部为含铁质粘土岩。上部常见含炭质粘土岩，局部地段含煤线及薄煤层。施工的37个工程中有5个工程未见到该段，该段平均厚度为3.55 m，局部地段不发育。（2）中段。上部为粘土岩，下部为铁质粘土岩，局部夹有含炭质粘土岩，偶夹薄煤层。该段全区发育，施工的37个工程中仅有一个由于本溪组存在采空区而未见到该段，平均厚度为6.88 m。（3）下段。上部为粘土岩，下部为铁质粘土岩（山西式铁矿赋矿层位），局部夹有砂岩、含铁质砂岩透镜体，偶见现代盐化工 经验与技术-71-第3期2023年6月No.3June，2023褐铁矿结核。该段平均厚度为3.88 m，施工的37个工程中仅有3个工程未见到该段，个别地区不发育。综上所述，含矿岩系各段岩性以粘土岩和含铁粘土岩为主，总体为粘土岩和（含）铁质粘土岩组成的3个沉积旋回，每个旋回均以（含）铁质粘土岩沉积开始，以形成粘土岩结束。3.3 含矿性区域上耐火粘土矿层赋存于含矿岩系本溪组3个岩性段中，自上而下分别称为上、中和下矿层。由区内工程揭露情况可知，区内本溪组含耐火粘土矿两层，分别为上矿层和中矿层，矿层总厚度为0.818.64 m，平均厚度为3.14 m，含矿系数为23.5%。根据钻孔揭露，含矿岩系的完整度影响了两个矿层发育齐全的程度；同时，含矿岩系的厚度决定了矿层的总厚度，两者呈明显的正比关系。4 矿层特征矿区内本溪组含耐火粘土矿两层，分别为上矿层和中矿层。矿层严格受到含矿岩系地层的制约，具有一般层控矿床的共性，赋存于一定的层位中。工程揭露表明：上矿层赋存于含矿岩系上段，中矿层赋存于含矿岩系中段地层中，各矿层情况如表1所示。表1矿区含矿地层耐火粘土矿矿层发育情况统计含矿岩系赋存层位粘土矿编号矿层厚两极值/m见矿工程数/个可采程度稳定情况矿层结构矿石主要工业类型平均值/m本溪组上段上矿层0.503.221.934不可采不稳定简单硬质粘土中段中矿层0.816.812.8834全区可采较稳定简单硬质粘土上段下矿层04.1 上矿层上矿层赋存于含矿岩系本溪组上段。揭露矿层厚度为0.503.22 m，平均厚度为1.93 m，矿石工业类型为硬质粘土。根据见矿情况和见矿工程分布位置可知，上矿层在区内零星分布，空间分布不连续，因为规模较小的透镜体产出，综合判定不具有工业开采价值。4.2 中矿层中矿层赋存于本溪组中段，分布于西光毛光至小王庄之间，北至F13断层，南到矿区南边界，平面上矿层东西长约5.7 km，南北宽约0.7 km，面积约4.35 km2，总体呈较规则的多边形。矿层沿走向控制长度约5.7 km，沿倾向控制最大斜深约380.00 m，矿层底板标高+305.00+485.00 m，埋深0165.00 m。矿层形态比较简单，呈层状分布，产状较平缓。矿层总体倾向南东；矿层倾角为0 12，总体上具有东西两端大、中部小的特点。矿层厚度为0.816.81 m，平均厚度为2.88 m，厚度变化系数为49.5%，属较稳定型。从中矿层等厚线来看，矿层在00和03勘探线处较厚，16勘探线和12勘探线南部次之；平面上中矿层厚度无明显规律，通过和赋矿层位本溪组中段岩层厚度对比发现，两者大致呈正比关系。区内耐火粘土矿为本溪组同生沉积矿产，从岩性分布和断层性质来看，F13断层和F15断层形成的地堑构造对矿层起到了很好的保护作用；矿层在东西方向连续性较好，南北方向有F14断层造成小规模错断。矿石工业类型主要为硬质粘土，矿石品级可划分为硬特级、硬级、硬级和硬级。中矿层以硬质粘土级品为主，其他品级次之，各品级在矿层中的分布无明显规律。矿层厚度为0.822.22 m，分布面积较小。5 成矿机理研究5.1 矿床成因矿区所处大地构造位置为华北地台山西断隆太行山复背斜之南翼。耐火粘土矿呈似层状、层状产出在石炭系上统本溪组地层中，层位稳定，矿层与围岩呈渐变关系，部分矿石呈豆状、鲕状；矿石和围岩含植物化石及其碎片，说明矿床的形成属于局限于陆表海环境下的潮坪泻湖体系沉积3。5.2 找矿标志（1）地层标志。耐火粘土矿赋存于石炭系本溪组地层中，层控明显，地层是最明显的标志。（2）构造标志。由于本溪组岩性以粘土岩为主，地表易风化剥蚀，本溪组地层在地表多为小面积残留。本溪组保存较好的地段一般在多个断层形成的地堑或断陷中，故这些地段是寻找耐火粘土矿最有希望的部位。6 结论矿床的形成属于局限于陆表海环境下的潮坪泻湖体系沉积。石炭系本溪组地层和多个断层形成的地堑或断陷是重要的找矿标志。矿区石炭系本溪组为耐火粘土矿主要含矿岩系，本溪组厚度为6.2421.81 m，平均厚度为14.59 m，含耐火粘土矿两层，矿层铅垂厚度为0.828.64 m，平均铅垂厚度为3.43 m，含矿系数为23.0%，其中，中矿层比较发育。中矿层以近东西向展布在张毛光至小王庄一带，矿层主体位于由F13和F14断层构成的地堑内。参考文献1 白英建.博爱焦作粘土矿区地质特征及找矿前景J.西部探矿工程，2020（2）：165-167.2 叶星，常伟丽，刘二欢，等.河南省新密市赵沟耐火粘土矿床地质特征研究J.辽宁化工，2019（2）：160-162，165.3 梁新辉，冯绍平，高晓，等.豫西张窑院耐火粘土矿床地质特征研究J.中国非金属矿工业导刊，2017（2）：12-15.现代盐化工 经验与技术