湖南耒陽李家沖高嶺土礦礦床地質特征及其成礦地質條件分析

余小寧

(湖南省地質礦產勘查開發局417隊，湖南 衡陽 421001)

湖南耒陽李家沖高嶺土礦探明資源儲量達到大型規模；經輕工造紙工業科學研究所及中南工業大學進行紙張涂布性能鑒定，該礦礦石質量達到紙張刮刀涂布高嶺土的質量要求，是國內少有的大型、優質造紙刮刀涂料級片狀高嶺土礦床。該礦床的形成和保存，與其特殊的地質條件緊密相關，本文對此進行了分析。

1 成礦地質背景

1.1 區域地質簡況

礦區位于新華夏系二級沉降帶——衡陽盆地南緣、耒陽-臨武南北向構造帶北部之回龍山倒轉向斜北端。

區域內主要發育為上古生界及中生界地層，其中泥盆系、石炭系主要為淺海相碳酸鹽巖建造，二迭系主要為海陸交互相含煤砂頁巖建造，出露于區域南部及東西兩側，構成區內褶皺基底；侏羅系為陸相砂巖建造，也是本區高嶺土礦賦礦地層；白堊系為陸相紅色砂頁巖建造，分布于本區北面的衡陽盆地中。

區域構造主要為發育在上古生界地層的強烈褶皺和斷裂。區內褶皺為回龍山倒轉向斜，軸向北北東，南段仰起，北段伏于衡陽盆地紅層之下；向斜南北長超過40km，東西寬8～20km。斷裂構造以北北東向為主，主要發育于回龍山向斜東西兩翼，規模較大，走向延伸超過20km，多顯壓扭性特征；北北西向斷裂發育稍差，且規模較小(圖1)。

區域礦產除涂料級高嶺土礦外，尚有陶瓷級高嶺土礦及煤、錳、砂錫等礦產。

1.2 礦區地質特征

1.2.1 地層

礦區位于衡陽盆地南緣傍伏源次級盆地中，出露地層除第四系外，僅有侏羅系下統，其下隱伏有石炭系中上統壺天群灰巖，二者呈不整合接觸。

1.石炭系中上統壺天群；2.侏羅系下統；3.石炭系下統大塘階梓門橋段；4.石炭系下統大塘階測水段；5.石炭系下統大塘階石磴子段；6.高嶺土礦

(1)石炭系中上統壺天群(C2+3)：為傍伏源盆地的基底地層，地表未出露，鉆孔見及厚度大于60m。巖性為灰色厚層狀泥晶灰巖、生物碎屑泥晶灰巖、灰巖及白云質灰巖，局部見角礫狀灰巖。與上覆侏羅系呈角度不整合接觸。

(2)侏羅系下統(J1)：①下部砂礫巖段(J1a) 厚度0～80m。巖性為礫巖、砂礫巖、含礫砂巖。該層局部夾2～20m厚的似層狀或透鏡狀長石砂巖，風化后構成高嶺土礦。②上部長石砂巖、長石石英砂巖段(J1b)為本區高嶺土礦的主要成礦層位，厚度為5～150m，局部夾泥頁巖；其中長石已風化成高嶺石等粘土礦物，僅局部保留有長石假像。

1.2.2 構造

礦區地質構造較簡單，出露李家沖向、背斜，其褶皺軸南段走向北西、北段轉向北東，整個軸向長近1000m；礦區斷裂構造不發育。

李家沖向斜：核部出露下侏羅統上部砂巖，兩翼及兩端出露下侏羅統下部砂礫巖。該向斜核部寬緩，兩翼地層產狀在中段較緩(15～40°)，南、北兩段較陡(40～70°)；向斜軸中段沉伏，往北、往南仰起，為成礦提供了有利條件。

李家沖背斜：位于李家沖向斜西側，向斜軸往南仰起、往北傾伏；南段核部出露下侏羅統下部砂礫巖，北段出露下侏羅統上部砂巖；兩翼出露下侏羅統上部砂巖。核部地層產狀較平緩，兩翼產狀在南段較陡(50～60°)、中段及北段較平緩(20～30°)。

區內李家沖向、背斜形成于壺天群灰巖古巖溶地貌之上，向斜與古巖溶凹地相吻合，背斜與古溶蝕殘留的脊狀隆起相吻合。

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

高嶺土礦體賦存于侏羅系下統上部(J1b)地層中(圖2)，傾角近于水平，呈似層狀、透鏡狀產出，南北走向折線長920m，東西寬85～320m，平均寬200m；礦體平均厚度38.33m，走向上呈有規律的漸變，北段厚度多在70m以上，最厚達127.99m；南段一般小于35m，最薄僅2.52m。

礦區原礦平均Al2O3為12.35%、Fe2O30.44%、TiO20.49%；-600目粗精礦平均Al2O3為26.15%、Fe2O3+TiO21.37%。

2.2 礦石及礦物特征

高嶺土礦石呈風化殘余砂質、砂泥質、泥質結構，塊狀構造；礦物成分為：石英占45%～70%，黏土礦物占25%～55%，殘留長石占3%～5%，其次含微量電氣石、絹云母、鋯石、褐鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、金紅石、白鈦礦、榍石、銳鈦礦。

礦石工業類型以砂質高嶺土為主，極少量為軟質高嶺土。

有用礦物高嶺石無色，集合體呈白色，受鐵質污染后顯黃、紅等不同顏色；顯微鏡下多見顯微鱗片狀、假六方片狀，三斜晶系，[001]晶面發育，片晶小于2μm的占85%以上，最大者不超過10μm。淘洗精礦樣電鏡鑒定高嶺石含量在80%～90%之間；-320目粗精礦樣X衍射鑒定高嶺石含量在40%～55%之間。

2.3 圍巖、夾石特征

礦體直接頂板為殘坡積砂質粘土或風化砂巖，礦體直接底板多為風化砂巖，其次為風化含礫砂巖或風化砂礫巖。礦體中的夾石為風化砂巖或高鐵高嶺土，夾石與礦體的界線不清，一般呈漸變過渡關系。

3 成礦地質條件分析

3.1 構造條件

(1)在晚古生代之后的印支期，區內地層發生強烈的褶皺、斷裂并被持續的抬升，為區內石炭系地層古巖溶地貌的形成創造了條件。

(2)燕山運動早期，區內抬升轉為下降，從而形成了滂伏源盆地的基本構造格局，并導致含長石碎屑的沉積。

(3)燕山運動晚期至喜山運動時期，該區再度抬升，使含長石砂巖、礫巖層褶皺并形成大量節理、裂隙，為大氣降水和地表水下滲、地下水補逕排提供了良好的條件，促進了巖石的風化。

3.2 成礦母巖條件

(1)高嶺土礦的形成要有大量的長石礦物做基礎。本區侏羅系下統長石砂巖、長石石英砂巖中長石含量達20%～40%，構成了本區高嶺土礦的主要成礦母巖，為成礦奠定了物質基礎。

(2)長石石英砂巖、長石砂巖等巖石硬度較大，在構造作用下容易產生節理裂隙，為風化作用的進行提供了條件。

(3)礦體與圍巖、夾石中的有用有害成分含量的變化是漸變的、有規律的，含有害雜質鐵、鈦高的夾石其層位一般較固定。橫向上Al2O3含量在礦體中部高，東、西兩側低，Fe2O3、TiO2含量在礦體東部低，西部高；縱向上南部Al2O3稍高、Fe2O3和TiO2稍低，北部Al2O3稍低、Fe2O3和TiO2稍高；垂向上Al2O3淺部高、深部低，Fe2O3、TiO2一般在臨近礦體頂、底板部位稍高，礦體中部稍低。總體上礦體Al2O3含量是南部高于北部、中部高于邊部、淺部高于深部，而Fe2O3、TiO2含量則是北部高于南部、邊部高于中部。這些反映了成礦母巖成分的變化特點。

3.3 地形地貌條件

(1)傍伏源盆地基底地層為中、上石炭統灰巖，由其形成的古巖溶凹地為長石碎屑的沉積、成巖和成巖后的保存提供了有利的場所。

(2)礦區位于舂陵水與耒水兩條近南北向水系之分水嶺部位，對地下水的疏排有利；加上含礦層之下的古巖溶地貌的存在，使區內地下水徑流強度增大，有利于成礦母巖迅速分解成礦。

(3)有利的地形地貌條件和地下水徑流條件，有效地避免了高嶺土礦的次生污染，確保了礦石質量。

3.4 風化條件

礦區處于溫和濕潤的亞熱帶氣候區，寒暑分明，雨量充沛，植被茂密，形成了弱酸性(pH值6.2～6.7)的地下水水介質環境，地下徑流使含長石的砂巖長期遭受弱酸性水的滲濾、淋失和水解，促進了成礦過程中的脫硅去堿作用，有利于母巖的解體和高嶺土礦的形成。

4 礦床成因及找礦標志分析

礦區片狀高嶺土礦是由侏羅系長石砂巖、長石石英砂巖風化而成，礦石基本或部分保留了原巖的結構構造，局部還能見到少量殘留長石，故礦床成因類型屬風化型風化殘積亞型片狀高嶺土礦床。

根據礦區成礦地質條件及礦床形成的規律，總結歸納找礦標志如下：

(1)高嶺土礦的自然露頭、殘坡積層中高嶺土礦石的出現，可作為直接找礦標志。

(2)下侏羅統上部地層的風化產物——風化砂巖的存在、灰白色并夾有長石砂巖碎塊的殘坡積物的出現、地形低緩的低洼地帶、褶皺裂隙及裂隙水發育地段均可作為間接找礦標志。

(3)按照層位，根據沉積巖分帶及沉積巖相分布劃定預測區，然后用地質方法或工程揭露驗證。

5 結 論

礦區片狀高嶺土礦屬風化型風化殘積亞型礦床，成礦受構造、礦源層、地形地貌及風化作用四方面因素控制：侏羅系下統長石砂巖、長石石英砂巖含有大量的長石，構成了區內高嶺土礦的成礦母巖；滂伏源盆地的向斜構造是成礦母巖的形成和礦體保存的必要條件，構造活動形成的節理裂隙有利于巖石風化成礦；有利的地形地貌及地下水動力條件等直接控制了礦石的質量。

[1] 湖南省地質礦產局,湖南省區域地質志[M]. 地質出版社,1988.12:102-228.

[2] 潘春躍，黃可龍，唐有根， 等.耒陽高嶺土制備刮刀級造紙涂料[J].中南工業大學學報，1997(2):203-204.