廣西合浦縣耀康高嶺土礦地質特征和礦床成因

葉張煌,閆　強,王安建,李以科，汪柏山

(1.江西科技師范大學,南昌　330038;2.中國地質科學院 礦產資源研究所,北京　100037;3.江西鴻億礦業有限公司,南昌　330002)

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廣西合浦縣耀康高嶺土礦地質特征和礦床成因

葉張煌1,2,閆強2,王安建2,李以科2，汪柏山3

(1.江西科技師范大學,南昌330038;2.中國地質科學院 礦產資源研究所,北京100037;3.江西鴻億礦業有限公司,南昌330002)

摘要：廣西合浦縣耀康高嶺土礦是一個探明資源量達1.977億t、淘洗精礦量達7 500萬t的超大型礦床，延展面積約16 km2，礦體平均厚度12.86 m；礦石的礦物成分以石英 (30%～48%)、 高嶺石(20%～35%)、 云母類礦物(14%～35%)為主， 副礦物<1%。該高嶺土礦賦存于加里東晚期鉀長花崗巖風化殼內，礦體呈層狀、似層狀產出，頂底板呈緩波狀起伏，覆蓋于花崗巖之上。該礦床是一個典型的花崗巖風化殘余型礦床,風化作用是其主要的成礦機理。成礦原巖那車垌鉀長花崗巖體，其長石含量高(>60%)而含鐵鈦量低(<1.5%)； 區域內多期次斷裂活動造成礦區韌性變形構造發育，濕熱多雨的氣候條件等加速了巖石的風化分解；該區長石蝕變為高嶺石主要有兩種途徑，即長石—絹云母—高嶺石和長石—高嶺石。

關鍵詞：高嶺土;地質特征;礦床成因;耀康村；合浦

耀康高嶺土礦位于廣西合浦縣城北東75°方向、直線距離約23 km的耀康村一帶,具有規模大、礦體形態簡單、礦石結構單一、產狀穩定、礦石易選等特征,該礦床具有良好的潛在經濟價值和開發前景。

1地質概況

1.1區域地質概況

本區大地構造位置為南華準地臺云開臺隆、欽州殘余地槽和北部灣坳陷3個二級構造單元的相鄰部位[1],以博白-岑溪深斷裂為界,北西為欽州殘余地槽區,構造線為近東西向;南東屬云開臺隆構造區,構造線為北東向。

區域地層：以第四系和志留系為主,另有泥盆系、石炭系、白堊系和古近系-新近系。志留系主要分布于東南部和西北部。第四系廣泛分布于區域中北部、西部和南部。

區域構造：褶皺主要有大田平背斜和公館向斜；斷裂構造主要為北東向和東西向,韌性變形構造比較發育,尤以花崗巖受動力構造作用的現象最為明顯。

巖漿巖主要為加里東晚期侵入的花崗巖體,次為燕山期花崗巖。

1.2礦區地質概況

耀康高嶺土礦區位于云開臺隆的西南端、博白-岑溪大斷裂的西南側。

礦區地層以第四系為主,下志留統連灘組(S1l)分布在礦區南東部(圖1)。 連灘組巖性為黃、灰黃、淺灰白色中薄層狀泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、粉砂巖、泥巖夾細砂巖,局部有含礫砂巖、礫巖;巖石具輕變質,片理化、硅化、白云母化及角巖化現象普遍,屬淺海相類復理石陸源碎屑巖建造,厚度>300 m。其風化物以細砂粒、多泥質為特征,局部見褐色鐵質碎塊,地貌上表現為剝蝕殘丘地貌(圖2a), 相對高差較大。 第四系由中更新統北海組、 全新統花崗巖風化殘坡積層及全新統沖積層組成。 中更新統北海組(Qpb)分布于礦區的北西部, 由棕黃、灰白色含礫砂層、 含泥礫質砂層、 砂質礫層、 泥砂層等組成。 多見磨圓度較好的礫石, 地貌上表現為沖蝕臺地(圖2b)。 全新統花崗巖風化殘坡積層(Qhesl)分布廣泛, 由褐黃色、 淺灰、 褐紅色砂質粘土組成, 由花崗巖經過長期的風化剝蝕而在原地殘留堆積而成, 平均厚度22.46 m, 地貌上表現為剝蝕殘積殘丘，圖2c為該單元的鉆孔巖心樣。 全新統沖積層(Qhal)多呈樹枝狀展布, 由灰色、 灰黑色、 土黃色砂質土、 砂、 礫、 淤泥等組成, 上部多為深色的腐植土, 地貌上表現為沖積洼地(圖2d)。

圖1　耀康高嶺土礦區地質簡圖 (據文獻[1]修改)Fig.1　Simplified geological map of Yaokang kaolin deposit Qhal—第四系全新統; Qpb—第四系更新統北海組; D1-2—泥盆系中下統; S1l—志留系下統連灘組; —加里東晚期中細粒鉀長花崗巖

礦區構造主要為花崗巖韌性變形構造形跡, 區域上是新屋面韌性變形構造帶在南西方向的延伸。

圖2　耀康礦區的地貌類型及巖心樣Fig.2　Landform types and well core from Yaokang deposit

礦區內巖石蝕變現象非常普遍,主要為高嶺石化,次為硅化、絹云母-白云母化、褐鐵礦化、綠泥石化等。

2礦體特征

2.1礦體形態和規模

礦體呈NE-SW向展布, 北東起自回嶺村, 南西至瓦窯頭, 北西起自垌八村, 南至東嶺村一帶。 礦體最大長度約為5 000 m, 最小寬度約2 650 m,最大寬度約為3 550 m, 平均寬度為3 200 m, 延展面積約16 km2。 礦體厚度2～42 m, 平均13 m[2]。

耀康礦區共分3個礦段：Ⅰ+Ⅱ級品礦石資源儲量在瓦窯頭礦段占比較大，Ⅲ級品礦石資源儲量在冬葉沖礦段和東嶺礦段占比較大。礦區內Ⅰ+Ⅱ級品礦石分布不連續，剖面上Ⅰ+Ⅱ級品礦石大部分分布于礦體的下部，少部分分布于礦體中部或上部，各單工程見礦厚度不等，有的呈層狀、似層狀，有的呈透鏡狀尖滅于兩頭無礦孔之間。Ⅲ級品礦石分布面積最大，分布連續成片，局部地段出現無礦天窗，平面上呈較規則狀；剖面上呈層狀、似層狀、透鏡狀產出，其與Ⅰ+Ⅱ級品礦石的相互關系復雜多變，無明顯分布規律。

經計算, 礦區Ⅰ+Ⅱ級品礦石資源儲量約為9 220萬t, 礦石的平均指標Al2O332.52%、 Fe2O31.41%、 TiO20.12%, 白度68.29%,淘洗率39.51%。Ⅲ級品礦石資源儲量約為10 550萬t, 礦石的平均指標Al2O331.07%、Fe2O31.93%、TiO20.18%, 白度55.67%, 淘洗率38.01%。 全礦區估算控制的經濟基礎儲量(122b)約為11 260萬t, 推斷的內蘊經濟資源量(333)為8 510萬t, 總資源量約為19 770萬t, 淘洗精礦量約為7 500萬t[2]。

總體上本礦床屬于礦體剖面形態較規則、厚度變化較穩定、構造較簡單的超大型礦床規模。

2.2礦石特征

2.2.1結構和構造礦石具顯微鱗片結構、殘余他形粒狀結構、殘余鱗片結構、隱晶質及顯微粒狀結構、碎粒狀結構、碎片狀結構。

顯微鱗片變晶結構， 高嶺石、 絹云母呈顯微鱗片狀結晶形態； 他形粒狀結構， 殘留的原巖碎塊、 碎粒中石英呈他形粒狀結晶形態； 鱗片結構， 殘留的原巖碎塊、 碎粒中白云母呈鱗片狀結晶形態； 隱晶質及顯微粒狀結構，礦石中的褐鐵礦、軟錳礦、硬錳礦呈該結晶形態；碎粒狀結構，指石英、高嶺石、絹云母及白云母等礦物各自或共同組成的嵌連體、單體、聚集體呈不規則的碎粒狀；碎片狀結構，白云母集合體呈破碎的片狀形態。

礦石具土狀構造、疏松塊狀構造。

土狀構造，由各種礦物共同或單獨組成的碎粒、碎片、粉末松散而不均勻地堆積在一起的構造；疏松塊狀構造，主要由石英、高嶺石、絹云母等礦物不均勻地嵌在一起組成,但因風化作用,這種連接作用已變得疏松、松散。

2.2.2礦石組成礦石礦物成分較簡單,以石英(30%～48%)、 高嶺石(20%～35%)、 云母類礦物(14%～35%)為主, 殘余長石(1%～5%)次之，副礦物(<1%)有褐鐵礦、伊利石、鈦鐵礦、金紅石、白鈦石、鋯石、沸石等。主要礦物特征如下:

1)高嶺石。 呈顯微鱗片狀, 在-2 μm粒級產品中的礦物成分主要是高嶺石，高嶺石多以集合體出現,也有部分與絹云母混雜組成較松散的碎粒出現。掃描電鏡照片上可觀察到樣品(-2 μm)中高嶺石多為不大完整的假六方鱗片狀,厚度均勻,并沿(001)面可以剝離開,但板片常疊置在一起。從Ⅰ+Ⅱ級品與Ⅲ級品的高嶺石晶型比較來看，前者更加完整,晶片較大,自形程度較好,后者集合體較為破碎,晶型發育不夠完善(圖3、 圖4)。

在X射線衍射圖譜中(圖5), 7.202 0、3.587 1 nm處出現強衍射峰, 表明樣品中含有大量的高嶺石。X射線衍射圖譜顯示,高嶺石峰形狹窄且尖銳對稱,說明高嶺石結晶較好。高嶺石是該粒級產品的主量礦物，絹云母是少量礦物， 石英、 長石、 褐鐵礦是微量礦物。 此樣品是0.045mm粒級產品經沉降分離后所得,因此高嶺石更為富集,絹云母及白云母、石英的含量下降明顯。

相同礦樣的差熱曲線(圖6)顯示,在586.5 ℃處有個明顯較尖銳的吸熱谷,1 008.8 ℃處有明顯較尖銳的放熱峰。從差熱曲線來看,樣品中礦物成分主要是高嶺石,這與X射線衍射分析結果吻合。

圖3　耀康高嶺土礦(Ⅰ+Ⅱ級品)中-2 μm產品掃描電鏡照片Fig.3　SEM photographs of -2 μm product(GradeⅠ+Ⅱ) from Yaokang kaolin mine K—高嶺石;I—雜質

圖4　耀康高嶺土礦(Ⅲ級品)中-2 μm產品掃描電鏡照片Fig.4　SEM photographs of -2 μm product(Grade Ⅲ) from Yaokang kaolin mine K—高嶺石;I—雜質

圖5　耀康Ⅰ+Ⅱ級高嶺土樣品-2 μm粒級產品的X射線衍射圖Fig.5　X-ray diffraction spectra of Yaokang kaolin samples for -2 μm products (GradeⅠ+Ⅱ)

圖6　耀康Ⅰ+Ⅱ級高嶺土樣品-2 μm粒級 產品的差熱曲線Fig.6　Differential thermal curve of Yaokang kaolin samples for-2 μm products (GradeⅠ+Ⅱ)

2)云母。絹云母呈顯微鱗片狀，白云母呈鱗片狀。絹云母或以絹云母集合體、單體出現,或與高嶺石混雜組成較松散的碎粒出現,有時還見絹云母、高嶺石與石英連生或分布于石英組成的嵌連體、單體表面的凹陷處。白云母多以碎片狀集合體出現,有時見白云母與石英連生。

3)石英。呈他形粒狀，以集合體或解離的單體形式出現。

4)長石。呈細小的柱狀、細微質點狀和碎粒狀分布，大部分以解離的單體出現,還有部分零星分布于少量白云母碎片中、絹云母及高嶺石集合體中，有時也見與石英顆粒連生在一起。

5)褐鐵礦。呈隱晶質狀，部分褐鐵礦以較單一的顆粒狀集合體、細小皮殼狀集合體出現,這些集合體有時還與石英、絹云母或高嶺石連生。

2.2.3圍巖與夾石頂板圍巖一般呈似層狀、長透鏡狀,主要由第四系全新統沖積層(Qhal)、 花崗巖風化殘坡積層(Qhesl)和更新統北海組(Qpb)構成。 礦體與頂板圍巖的接觸關系大致有6種情況: (1)全新統沖積層(Qhal)-礦體; (2)花崗巖風化殘坡積層(Qhesl)-礦體; (3)全新統沖積層(Qhal)-花崗巖風化殘坡積層(Qhesl)-礦體; (4)全新統沖積層(Qhal)-高鐵高嶺土-礦體; (5)高鐵高嶺土-礦體; (6)更新統北海組(Qpb)-礦體。

據467個參加資源儲量估算鉆孔的頂板圍巖厚度進行統計：≤3 m的有158個孔,3～6 m有175個孔,6～9 m有69個孔,9～12 m有32個孔,12～15 m有11個孔,大于15 m的有22個孔,礦體蓋層厚度主要集中在6 m以下區段,占71.31%。其中最薄的為0 m,最厚為37.10 m,平均5.44 m。厚度變化系數為0.861[2]。

底板圍巖以半風化花崗巖為主,次為高鐵高嶺土、新鮮花崗巖。

半風化花崗巖:屬微風化帶的巖石,巖石裂隙發育,易碎散。巖石結構以殘余花崗結構為主。礦物成分以石英、長石為主,長石已部分風化為高嶺石,表面模糊。

高鐵高嶺土:風化程度較半風化花崗巖強,屬強風化帶產物,呈紫紅色、褐紅色砂土狀,質松散,礦物成分種類多數與礦石相同,多以鐵含量超出礦石工業指標而劃為非礦。

花崗巖:淺灰、淺紅、灰白色,粗粒結構、塊狀構造,主要由石英、長石、白云母和黑云母組成,巖石堅硬。

礦區夾石形態呈楔狀、透鏡狀、局部呈燕尾狀，夾石厚度2～6 m,平均3.39 m,巖性為半風化花崗巖。

2.3選礦試驗

據廣西地質礦產測試研究中心的試驗分析, Ⅰ+Ⅱ級品平均化學成分： Al2O333.73%、 SiO251.10%、 Fe2O31.18%、 TiO20.10%， 白度69.72%; Ⅲ級品:Al2O334.79%、SiO248.55%、Fe2O31.76%、 TiO20.10%， 白度59.73%。 選礦試驗表明， 該礦床礦石屬易選礦石， 選礦工藝流程較簡單。 選礦產品, 耀康礦區與新屋面礦區在質量指標上具有很大相似性。 若在選礦工藝流程中適當增加高梯度強磁選工藝， 則其鐵含量可望進一步降低， 產品的質量檔次可以得到提高。

3礦床成因

高嶺土礦床成因類型一般劃分為風化型、熱液蝕變型和沉積型[3-4]。分析認為,耀康高嶺土礦床成因類型為花崗巖風化殘余型,礦床成礦母巖為加里東晚期的那車垌鉀長花崗巖。

(1)成礦物質來源: 該高嶺土礦產于那車垌鉀長花崗巖體風化殼中,高嶺土礦物特征、 含量和化學成分與原巖礦物有繼承性和一致性。 野外觀察和室內巖礦鑒定資料顯示, 礦石中的高嶺石、 絹云母常常保留有明顯的長石假晶。 礦石中無層理、 化石、 搬運碎屑物等沉積物標志。 礦石結構自上而下殘余花崗結構愈來愈明顯, 并逐步向原巖過渡, 礦體底板主要為半風化花崗巖。 原巖物質在風化殼剖面上也具有垂直分帶性, 高嶺石含量自上而下逐漸減少, Al2O3含量降低, 出現殘留長石并逐漸向原巖過渡。 對比表明, 耀康與清水江、 十字路、 新屋面等礦區的礦石在礦物成分上基本一致,只有量的差異, 沒有質的區別, 礦床成因相同, 它們的成礦母巖均為那車垌巖體[1,5]。

(2)成礦物質基礎:成礦原巖為加里東晚期那車垌鉀長花崗巖體,原巖長石含量達60%～67%，Fe2O3含量為1.42%～1.47%,TiO2為0.05%～0.08%。具有比一般花崗巖的長石含量高和鐵鈦含量低的特征。

(3)構造條件: 礦區處于博白-岑溪大斷裂帶上, 受多期次斷裂活動影響, 導致巖石變形強烈, 碎裂化、 糜棱巖化發育, 并伴隨鉀化、 云英巖化、 絹云母化及早期的混合巖化等熱液蝕變變質作用, 對巖石及其礦物成分起到碎裂和破壞作用。

(4)氣候條件:巖體所在區域屬北部灣海洋性季風氣候,常年濕熱多雨，該地的年平均氣溫22.35 ℃,年均降雨量1 803.65 mm。溫暖潮濕的風化淋濾環境、低緩平坦的地形以及有利的地下水條件(pH值為5.1～6.6), 為形成和保留礦區厚大的風化殼提供了有利的次生成礦條件。特別是那車垌花崗巖體的韌性變形構造發育,有利于水介質下滲、流動循環,加速巖石的風化分解,為風化成礦創造有利條件。

礦樣中的礦物組合主要為高嶺石、石英、伊利石、正長石、褐鐵礦等,也指示該地區處于一個比較穩定、溫暖潮濕的氣候環境[6-8]。

(5)成礦機理: 風化作用是該高嶺土礦床的主要成礦機理, 主要有長石經過絹云母階段再轉變為高嶺石以及長石直接轉變為高嶺石兩種途徑[1]。

第1種途徑可用下面兩個方程表示：

熱力學研究表明,pH值一定時,溫度越高,越有利于K+遷出,也有利于鉀長石轉化為絹云母和絹云母轉化為高嶺石。

第2種途徑可由以下化學方程式表示[9]：

其中，SiO2和KOH呈真溶液或膠體狀態流失,硅鋁酸根和部分氫氧根結合成高嶺石殘留在原地。此時在顯微鏡下觀察到的高嶺石呈較規則的片狀,并保留有長石斑晶的假象,未見到絹云母。熱力學研究表明：溫度越高,pH值越小,越有利于鉀長石直接轉化為高嶺石。

物理風化進程受到花崗巖中不同礦物熱脹冷縮率的影響。 白天礦物的膨脹率不同, 夜晚礦物的收縮也不均勻, 致使晶體之間產生松動。 如石英的膨脹系數是長石的18倍之多(前者為0.003 1, 后者為0.000 17)[10]。

生物風化既有物理的方式,又有化學的方式。物理方式主要是根劈作用：在南方熱帶地區植被茂盛,隨處可見植物的根系扎在巖石裂縫中,對裂縫壁產生強大壓力,加速巖石破裂與崩落的進程。化學方式主要是生物在腐爛過程中釋放出大量的有機酸,使巖石中的礦物發生分解,鉀長石在有機酸中的化學分解如下[11]：

綜上所述,礦床形成過程大致為:那車垌鉀長花崗巖侵位→斷裂構造活動使巖石碎裂、蝕變和糜棱巖化→風化作用使長石等礦物分解粘土化→K2O、Na2O、FeO流失→高嶺石等粘土礦物相對殘余殘積成礦。

4結束語

在整個那車垌巖體的分布區中,新屋面、十字路、清水江、洪灣、塘亞、中城礦區等已進行詳查或勘探地質工作,下一步宜沿那車垌花崗巖體分布區的北西(即石康方向)地段開展地質找礦工作,可能會有新的找礦發現。與那車垌巖體同處博白-岑溪斷裂帶的鉀長花崗巖區,也有找到類似礦床的前景。

高嶺土的用途非常廣泛,已成為造紙、陶瓷、化工、農業、涂料、化妝品、農藥和國防等幾十個行業所必需的礦物原料,而我國優質高嶺土的保障程度不高[12-13]。本礦床形態簡單,呈似層狀產出,巖性較單一,產狀穩定,礦石易選,流程較簡單。同時,水文地質、工程地質和環境地質條件較簡單,宜露天凹坑開采。礦區交通便利,離北海港55 km。廣西合浦是全國主要的砂質高嶺土主產地,應綜合利用好該類型高嶺土礦,實現當地資源、經濟、環保的協調可持續發展。

廣西第三地質隊為本次工作提供了支持和幫助，黃明富工程師給予了野外指導，在此一并表示衷心感謝！

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文章編號:1674-9057(2016)02-207-07

doi:10.3969/j.issn.1674-9057.2016.02.002

收稿日期：2014-07-13

基金項目：中國地質調查局地質調查項目(12120113091800)

作者簡介：葉張煌(1973—),男,博士,副教授,研究方向:非金屬礦產,chuckverna@sina.com。

通訊作者：閆強，博士，副研究員，cagsyq@163.com

中圖分類號：P619.232

文獻標志碼：A

Geological characteristics and ore genesis of Yaokang kaoline deposit in Hepu,Guangxi

YE Zhang-huang1,2, YAN Qiang2, WANG An-jian1, LI Yi-ke2,WANG Bo-shan3

(1.Jiangxi Science and Technology Normal University, Nanchang 330038,China;2.Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China;3.Jiangxi Hongyi Mining Limited Company, Nanchang 330002,China)

Abstract:Yaokang kaolin deposit is a super large scale deposit, with reserve of 197.7 million tons, and elutriation concentrate up to 75 million tons. The deposit covers an area of about 16 km2, with the average orebody depth of 12.86 m.Most of the mineral compositions are quartz (30%-48%), kaolinite (20%-35%), and mica group (14%-35%), and the accessory mineral is less than 1%.Yaokang kaolin deposit, occurring in moyite weathering crust of the late Caledonian, is stratiform or stratoid, with slow ups and downs of the orebody roofs and floors, covering the granite.It is a typical granite weathered residual deposit, and weathering is the main ore-genesis mechanism. The ore-forming original rock is Nachedong moyite pluton, which has a high feldspar content(>60%) and lower iron and titanium content (<1.5%).Multiple regional faults caused abundant ductile deformation structures, humid and rainy climate conditions could further contribute to the decomposition of rocks.Feldspar can be transformed into kaolinite by two ways: feldspar-sericite-kaolinite and feldspar-kaolinite.

Key words:kaolin; geological characteristics; ore genesis; Yaokang Village;Hepu

引文格式：葉張煌,閆強,王安建,等.廣西合浦縣耀康高嶺土礦地質特征和礦床成因[J].桂林理工大學學報，2016,36(2):207-213.