耐火粘土矿资源地质特征

一、 矿床时空分布及成矿规律

    我国耐火粘土矿床绝大部分是沉积形成的，其成矿时代有泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、第三纪和第四纪。其中主要成矿期为中、晚石炭世、晚二叠世、第三纪。
    中、晚石炭世是耐火粘土的最主要的成矿期，所形成的耐火粘土矿分布广泛、层位稳定、规模巨大。矿层产于上石炭统底部或中石炭统本溪组内，位于奥陶系或寒武系碳酸盐岩侵蚀面上。矿石类型以高铝粘土为主，硬质粘土也很重要，并有一定量的软质粘土。主要分布在山西、河南、河北、内蒙古、贵州及陕西等省（区）。
    晚二叠世成矿期是我国硬质粘土矿的重要成矿期。耐火粘土产于上二叠统中部，分布广泛，层位稳定。主要分布于山东、安徽、福建、浙江、吉林和辽宁等省。
    第三纪成矿期所形成的矿床规模大，主要为软质粘土。耐火粘土矿层产于第三系舒兰组，该组盖在海西期花岗岩和白垩系之上，与其成角度不整合，是地堑盆地的产物。这类矿床主要分布在东北地区，如吉林的水曲柳、黑龙江的黄花北山等矿床。
    在空间上，我国耐火粘土主要分布在华北及其毗邻地区，山西、河北、内蒙古、河南、山东均在该区内。南方贵州、四川、湖北也有一些大、中型耐火粘土矿矿床。这种分布主要受大地构造和古地理条件控制。从构造上来说，有工业价值的矿床都分布于陆台内构造上相对稳定的地区，由于成矿期长，有利于矿质的富集，因此易形成质量好、规模大的耐火粘土矿床。从古地理位置上看，多分布于古陆的边缘或长期遭受剥蚀区的边缘，最有利的地理位置是处于古陆边缘的海湾、近海平原上的湖盆、沼泽洼地、（氵舄）湖和有障壁的局限海盆。在时空上多沉积于长期间断后的海进初期，海进超覆沉积层的底部。

二、 矿床成因类型

    我国耐火粘土矿床分两大类，一类是沉积型，一类是风化残余型。前者是我国主要的矿床类型。无论是从产地数，还是从储量看，所占比例都在９７％以上。
    按照《中国矿床》一书的分类，沉积型分为：沉积于不整合间断面上的浅海相耐火粘土矿床；沉积于浅海、（氵舄）湖、湖盆并与顶、底板岩层整合的耐火粘土矿床；沉积于峡谷、山间盆地、断陷盆地的耐火粘土矿床。
    沉积于不整合间断面上的浅海相耐火粘土矿床大多位于石炭系或二叠系之中，其下伏岩层在华北一带为奥陶系，在华南一带则为寒武系、奥陶系、志留系或泥盆系。矿床规模一般较大。含矿层的上部常生成软质粘土或半软质粘土，下部常生成硬质粘土、高铝粘土和铝土矿。耐火粘土中ＳｉＯ_２含量一般在３０％～４０％，Ｆｅ_２Ｏ_３含量在０.５％～３.５％或更多，Ａｌ_２Ｏ_３含量一般大于３０％，高的可达５０％～８０％以上。
    矿物成分以一水硬铝石和高岭石为主。含矿层呈层状、似层状或透镜状，分布面积常为几平方公里、几十平方公里或更大。矿层沿走向延长常达１ ０００～３ ５００ｍ左右，沿倾斜延深一般超过３００～５００ｍ，厚度为几米到十几米。矿石类型和品级一般较复杂，厚度和质量变化较大。含矿层底部常伴有扁豆状赤铁矿（针铁矿、褐铁矿）、黄铁矿、菱铁矿等；上部常夹有杂色粘土、粘土页岩、粘土质砂岩等岩层。
    沉积于浅海、(氵舄)湖、湖盆并与顶、底板岩层整合的耐火粘土矿床主要产于石炭系、二叠系、侏罗系、第三系和第四系。由于沉积环境和物质成分的不同，有的形成软质粘土，有的形成硬质粘土，粘土中ＳｉＯ_２含量一般在４３％～６６％左右，Ｆｅ_２Ｏ_３含量一般在０.５％～２.５％左右，也有超过２.５％的，Ａｌ_２Ｏ_３含量多在３０％以上，少数可在５０％以上。
    矿物成分以高岭石类矿物为主，其次是水铝石类矿物，此外有少量石英。矿层呈层状、似层状，分布面积常为几平方公里至十几平方公里或更大，沿走向延续常为几百米至几千米，厚度有１ｍ左右的，也有几米至十几米的。矿石类型和品级较简单，厚度和质量变化一般较小。粘土层的顶、底板常为砂岩或砂页岩。矿层也常与砂页岩等呈互层出现。
    沉积于峡谷、山间盆地、断陷盆地的耐火粘土矿床多生成于侏罗纪、第三纪和第四纪。有的赋存于断陷盆地的侏罗系砂岩、页岩、砂质页岩、泥岩含煤地层之中，与煤层成互层状；有的赋存于地堑盆地砂、砾石、粘土岩、粉砂岩层中；有的赋存于山间盆地的第四系粘土层中。这类矿床大都为软质粘土矿，矿体呈层状、似层状、扁豆状，产状平缓。较大的矿床一般长１ ０００～２ ５００ｍ，宽１００～１ ５００ｍ，厚１～１０ｍ。
    粘土的矿物成分主要为高岭石，约占矿物总量的８０％～９０％，其次是水白云母和石英，还有少数以三水铝石为主要成分。粘土中ＳｉＯ_２含量为４３％～５５％，Ｆｅ_２Ｏ_３为１％～３.５％，Ａｌ_２Ｏ_３为２０％～２５％，ＴｉＯ_２为０.８％～１.２％。粘土的可塑性指数一般在１９～２４。

图4.4.2阳泉太湖石高铝粘土矿床地质剖面图①

1.石灰石；2.半软质粘土；3.特级高铝粘土；4.Ⅰ级高铝粘土；5.Ⅱ级高铝粘土；6.Ⅲ级高铝粘土；7.铝土矿；8.夹石；①据山西阳泉铝矾土矿资料

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三、 典 型 矿 床

    １.山西阳泉太湖石高铝粘土矿床

    该矿床是沉积于不整合间断面上的浅海相耐火粘土矿床的典型代表。矿区出露的地层主要有奥陶系中统的石灰岩，石炭系本溪统的粘土岩、耐火粘土矿、铝土矿、石灰岩、页岩、砂岩和太原统的粘土质页岩、石灰岩、煤层等（图4.4.2）。含矿层位于石炭系本溪统的底部，与下伏岩层奥陶系石灰岩呈不整合接触。根据岩性由下至上可分为三层：①下含矿层（Ｇ１），主要为含铁粘土岩、铝土矿、赤铁矿（针铁矿、褐铁矿）、黄铁矿、菱铁矿等，厚０.７２～１２.１５ｍ；②中含矿层（Ｇ２），主要为高铝粘土矿、铝土矿、硬质粘土等，厚０.５～１２.８７ｍ；③上含矿层（Ｇ３），主要为粘土层和半软质粘土矿，夹有硬质粘土矿，厚３.６～１１.５５ｍ。赋存于Ｇ２层中的高铝粘土矿为本矿的主矿体，长２ ２００ｍ，宽８００～１ ２００ｍ，厚２～４ｍ。本矿床累计探明5 290.2万t矿石，高铝粘土储量为３ ２３０.３万t，Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２含量为６３.０％、Ｆｅ_２Ｏ_３含量１.６０％；硬质粘土：储量为４５５.６万t，Ａｌ_２Ｏ₃＋ＴｉＯ₂含量为３９.９％、Ｆｅ_２Ｏ_３含量１.７６％，半软质粘土：储量为１ ６０４.３万t，Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２含量为３５.０％，Ｆｅ_２Ｏ_３含量１.８８％。

    ２.河北古冶鼓楼庄硬质粘土矿床

    该矿床是沉积于浅海、（氵舄）湖、湖盆，与顶、底板岩层整合的耐火粘土矿床的典型代表。矿区内主要地层有：①下二叠统唐家庄群，本群包括下含煤层和上含煤层，前者主要为黑色页岩、灰色中粒砂岩、薄煤层、深红色砂质页岩。后者主要为深灰色页岩、中粒砂岩、深灰色或青灰色细粒砂岩、页岩。②上二叠统古冶群，此层整合于唐家庄群之上，其底部硬质粘土（Ａ层）为划分地层界限的标志层。由下至上主要为下层硬质粘土、长石石英砂岩、红色砂岩、上层硬质粘土、杂色砂页岩。③第四系主要由黄土、红土及山麓堆积组成（图4.4.3）。共两个矿层，下矿层长１ ５０0ｍ，厚０.４７～７.６１ｍ；上矿层长１ ７００ｍ，厚１.３４～４.０８ｍ。该矿床累计探明７８１.２万t矿石，其中高铝粘土47.1万t，Ａｌ_２Ｏ_３含量５６.６９％、Ｆｅ_２Ｏ_３含量１.９９％；硬质粘土149.8万t，Ａｌ_２Ｏ_３含量４５.６％、Ｆｅ_２Ｏ_３含量１.６８％。

图4.4.3古冶鼓楼庄硬质粘土矿床地质剖面图①

1.第四系黄土；2.下二叠统唐家庄群砂页岩层；3.上二叠统古冶群A层耐火粘土矿层；4.石英砂岩层；5.红色砂岩层；6.A。层耐火粘土矿层；7.杂色砂质页岩层；8.高铝粘土9.硬质粘土；10.赭色粘土；11.高铁硬质粘土；（1）据河北古冶矾土矿资料

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    ３.吉林舒兰水曲柳软质粘土矿床

    该矿床为沉积于峡谷、山间盆地、断陷盆地的耐火粘土矿床的典型代表。矿区内主要地层为第三纪渐新世—中新世砂层及粘土层，局部出现在白垩系之上，与下伏岩层呈角度不整合。组内赋存有两个粘土层（图4.4.4）：①第一粘土层，本层为优质软质粘土，主要为灰、灰白及褐色粘土，底部含砂多，厚０～１７ｍ，一般厚４～５ｍ。②第二粘土层，为灰绿色、灰色粘土，一般厚２～４ｍ。这二个粘土层中的矿体共有１２个，大小不等，呈形状不规则的似层状和扁豆状。最大的Ⅱ号和Ⅲ号矿体长４ １００ｍ，宽２００～７００ｍ，厚１～４ｍ。该矿床累计探明１ １０４.５万t矿石，全为软质粘土。Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２含量为３０.４３％、Ｆｅ_２Ｏ_３含量为２.１５％。