古敘龍?zhí)督M粘土巖特征及鐵鈦元素豐度研究

張 杰，葉定南，呂川南，師曉文，石天翔

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一三地質(zhì)隊(duì)，四川 瀘州 646000）

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古敘龍?zhí)督M粘土巖特征及鐵鈦元素豐度研究

張 杰，葉定南，呂川南，師曉文，石天翔

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一三地質(zhì)隊(duì)，四川 瀘州 646000）

摘要：四川古敘煤礦區(qū)海風(fēng)礦段煤層伴生有豐富的粘土資源，通過對(duì)礦段龍?zhí)督M粘土巖賦存形式、粘土巖巖石學(xué)和巖石化學(xué)特征、“鐵鈦”豐度異常元素賦存規(guī)律初步分析表明：礦段龍?zhí)督M伴生的粘土巖有較高的工業(yè)價(jià)值。推斷鐵、鈦元素富集與沉積時(shí)接受峨眉山玄武巖巖漿巖噴發(fā)期的陸源碎屑物有關(guān)；鈦資源開發(fā)有較高潛在價(jià)值，海風(fēng)礦段粘土巖研究成果對(duì)古敘煤礦區(qū)粘土巖研究有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：粘土巖；元素豐度；研究；古敘煤礦區(qū)

古敘煤礦區(qū)主要位于四川南部，是四川省重要的煤炭資源供給基地。海風(fēng)礦段位于古敘煤礦區(qū)西南部，礦段東西長約55Km，南北寬約3～4km，面積250km2。

海風(fēng)礦段位于赤水河向斜北翼，總體構(gòu)造線東西向展布，地層傾向南，為單斜。區(qū)內(nèi)出露最新地層為侏羅系下沙溪廟組，最老地層為志留系韓家店組，缺失泥盆、石炭系。

海風(fēng)礦段龍?zhí)督M煤層伴生有粘土巖，研究依托古敘煤礦區(qū)海風(fēng)礦段煤炭資源普、詳查，開展了龍?zhí)督M粘土巖野外專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查工作。

古敘煤礦區(qū)龍?zhí)督M屬海陸交互相沉積環(huán)境，圖1為西南地區(qū)川滇黔龍?zhí)镀趲r相古地理圖。

圖1西南地區(qū)川滇黔龍?zhí)镀趲r相古地理圖

1　龍?zhí)督M粘土礦賦存特征

海風(fēng)礦段龍?zhí)督M屬海陸交互相沉積，為一套含生物碎屑泥灰?guī)r、含云泥灰?guī)r，淺灰、灰白、暗紫、灰、灰黑色等薄～中層細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、粘土巖、炭質(zhì)泥巖，煤層和硫鐵礦等組成的含煤巖系，含煤20余層，有可采及局部可采煤層2～8層，純煤厚4～8m。其中粘土巖多以煤層頂、底板或夾矸形成存在，層數(shù)多，不穩(wěn)定。粘土巖為灰色～灰白

色，主要礦物成分為高嶺土，次有菱鐵礦、石英、方解石及炭質(zhì)等，厚0.5～5m。其中厚度較大、空間展布較穩(wěn)定的僅有兩層，分別位于龍?zhí)睹合淀敳緾11-2煤層底板A層粘土巖及底部C25煤層和茅口灰?guī)r之間B層粘土。該兩層粘土巖在礦段展布呈現(xiàn)由東向西逐步富集趨勢（圖2、圖3）。

圖2　A層在礦段粘土巖空間展布厚度等值線圖（單位：m）

圖3　B層在礦段粘土巖空間展布厚度等值線圖（單位：m）

2　粘土巖巖石學(xué)特征

顯微鏡下觀察和X衍射分析：

A層粘土巖：灰色～灰白色，致密，質(zhì)軟細(xì)膩有滑感，上部0.20～0.50m含較多的植物碎片，中下部含鮞狀菱鐵礦及少量粉砂屑，橫向上局部相變?yōu)楹惩临|(zhì)的粉砂巖。顯微鏡下觀察，A層粘土巖主要礦物為高嶺石、伊利石、石英、炭質(zhì)、菱鐵礦以及其他不透明礦物。

1）伊利石和高嶺石：主要為隱晶質(zhì)結(jié)合體及部分細(xì)小鱗片狀集合體，呈細(xì)小團(tuán)粒狀，大片團(tuán)塊狀，以及絲狀，帶狀，約70%以上。

2）石英：主要為單晶石英，少見多晶石英及其細(xì)粒集合體，粒度多<0.3mm，約4%～5%。巖石中含較多后期填充物的石英及其細(xì)脈。

3）炭質(zhì)：主要為細(xì)小炭質(zhì)礦物集合體，呈絲狀、團(tuán)狀、帶狀，分布不均，少量。

4）其他不透明礦物：多呈他形粒狀及其集合體，呈團(tuán)粒狀、絲狀帶狀，約4%～5%。

5）菱鐵礦，分布不均，局部富集，約5%。

B層粘土巖：灰白色，致密-隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，多為隱晶質(zhì)集合體和細(xì)小鱗片狀集合體。塊狀構(gòu)造，一般不顯層理，性脆，具貝殼斷口，質(zhì)細(xì)膩，具滑感，弱吸水性，可見菱鐵礦呈鮞粒狀分布。顯微鏡下觀察，B層粘土巖主要礦物為粘土礦物、菱鐵礦、方解石、礫屑，少量不透明礦物。

1）伊利石和高嶺石：主要為隱晶質(zhì)結(jié)合體，部分為細(xì)小鱗片狀集合體，呈團(tuán)塊狀、絲狀、帶狀。略具定向排列特征，含量約55%。

2）菱鐵礦：泥晶菱鐵礦，團(tuán)狀、絲狀、帶狀，與粘土礦物混雜，略具定向排列特征，約30%～45%。

3）方解石：主要為細(xì)晶、微晶、泥晶方解石，呈團(tuán)粒狀、絲狀，略具定向分布特征，與粘土、菱鐵礦混雜，約5%。此外可見后期充填形成的方解石細(xì)脈。

4）礫屑：主要為泥巖，圓形、橢圓形，粒度大小不一，多為2～20mm，分布不均，約5%～10%。

5）不透明礦物，多呈他形粒狀及其集合體。

根據(jù)礦段部分鉆孔粘土巖做X衍射分析結(jié)果顯示（見表1、表2），該粘土巖組成礦物為高嶺石、綠泥石、菱鐵礦、石英以及金紅石。

表1　兩層粘土巖全巖X衍射分析結(jié)果

表2　兩層粘土巖黏土X衍射礦物含量檢測

3　粘土巖巖石化學(xué)特征

通過對(duì)礦段系統(tǒng)采樣，對(duì)礦段A、B兩層粘土巖常量化學(xué)組分分析，礦段粘土化學(xué)組分總體以SiO2和Al2O3為主，同時(shí)含有Fe、Ca、Mg及K的金屬氧化物。見表3。

1）礦段SiO2含量波動(dòng)值較大，部分區(qū)塊略大于高嶺土理論值（46.54%）初步認(rèn)為是后期石英裂隙充填所致。

2）礦段Al2O3含量均小于高嶺土理論值[2]（39.60%）,主要由石英含量過高所致.

3）礦段Fe2O3、FeO主要以菱鐵礦形式賦存。

4）礦段K2O明顯高于Na2O，有明顯正常沉積巖特征，且以鉀長石、鈉長石形式賦存。

5）礦段CaO主要以方解石形式賦存。

6）礦段燒失量偏低主要由于石英含量較高引起，且燒失量主要為含有碳質(zhì)物和高嶺土結(jié)構(gòu)水所致。

4　粘土巖中的鐵和鈦

粘土巖中Fe克拉克值為5%、Ti為0.44%[4]。由X衍射、顯微鏡下觀察和常量化學(xué)分析，F(xiàn)e主要以菱鐵礦形式賦存。Ti以金紅石形式賦存。

顯微鏡下粘土礦物表現(xiàn)邊緣磨蝕、變薄、破裂，表明它們不是原地生成的，而是經(jīng)過一定距離的搬運(yùn)遷移。Ti以金紅石的形式賦存，且無銳鈦礦、板鈦礦，也不是類質(zhì)同像形式賦存于硫鐵礦中,表明為陸源碎屑沉積。

東吳運(yùn)動(dòng)后，廣大揚(yáng)子地區(qū)大部成陸，出露于地表的早二疊世碳酸鹽巖經(jīng)剝蝕夷平，形成剝蝕低平原。接著西部玄武巖噴溢，形成康滇玄武巖山地，為東部陸地和海域提供了豐富的陸源碎屑和可溶物質(zhì)，也為山地東側(cè)不同類型的含煤巖系形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。由于西部康滇玄武巖山地崛起聳立，地勢西高東低，使早二疊世形成的剝蝕低平原，向東傾斜，形成平坦寬緩的斜坡地形，在這個(gè)平緩斜坡上，海水進(jìn)、退頻繁，十分有利于海進(jìn)或海退潮上帶沼澤化成煤，當(dāng)東吳運(yùn)動(dòng)后第一次大海侵進(jìn)入古敘煤礦區(qū)，晚二疊世海陸交互相含煤建造沉積就此開始（圖1）。可初步推測礦段粘土巖中金紅石為峨眉山玄武巖噴發(fā)期的巖漿巖副礦物，鐵質(zhì)來源于西部玄武巖山地玄武巖母巖的次變析離出的鐵離子。

表3　礦段粘土巖常量化學(xué)組分分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

5　結(jié)論

1）古敘礦區(qū)海風(fēng)礦段A、B兩層粘土巖全礦段厚度和工業(yè)品位穩(wěn)定，具有較高的資源利用價(jià)值。

2）礦段鐵、鈦異常豐度元素以菱鐵礦和金紅石形式賦存，粘土巖中鐵、鈦豐度異常元素富集與沉積時(shí)接受峨眉山玄武巖噴發(fā)期的巖漿巖陸源碎屑物相關(guān)。

3）礦段金紅石含量較高，鈦礦具有較高的潛在利用價(jià)值。

4）下一步應(yīng)對(duì)礦段粘土巖做電子探針、微量元素、同位素示蹤分析，同時(shí)與峨眉山玄武巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步確認(rèn)礦段鐵、鈦元素的物質(zhì)來源。

參考文獻(xiàn)：

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[4]郝立波，戚長謀.地球化學(xué)原理[M].北京：地質(zhì)出版社，2004.

Petrology and Petrogeochemistry as well as Fe,Ti Abundances of Clayrock of the Longtan Formation in the Guxu Coal Mine

ZHANG Jie YE Ding-nan Lü Chuan-nan SHI Xiao-wen SHI Tian-xiang
(No.113 Geological Team,BGEEMRSP,Luzhou,Sichuan 6460000)

Abstract:The Haifeng Block of the Guxu Coal Mine is rich in clay resources.This paper deals with petrology and petrogeochemistry as well as Fe,Ti abundances of clayrock of the Longtan Formation in the block.The study indicates that the clayrock and associated Ti is of industrial value.

Key words:clayrock; element abundance; study; Guxu Coal Mine

作者簡介：張杰（1972-），男，四川仁壽人，工程師，研究方向：地質(zhì)找礦和水文地質(zhì)

收稿日期：2015-03-07

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.014

中圖分類號(hào)：P619.23+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0995（2016）01-0063-03