湘西北白羊紫砂陶土礦床地質特征及開發利用前景

摘? 要? 文章闡述了湖南省龍山縣白羊紫砂陶土礦賦存層位、礦體形態、產狀、規模、礦石類型、礦物成分和化學成分，以及加工工藝性能和在制陶中的應用。其產品采用快速燒成，冷熱急變性好，傳熱緩慢，成色多樣，具有顯著社會經濟效益。

關鍵詞? 紫砂;陶土礦;地質特征;開發利用;湖南

中圖分類號：P169 文獻標識碼：A

Geological Characteristics of Purple Sand Syderolite Deposit and Its Developement Application in Baiyang? Northwest Hunan

Zhang Shaoyan

（Brigade 405 Of Hunan Provincial Geological Institute， Jishou Hunan 416000）

Abstract： Baiyang purple sand syderolite deposit located in Longshan county Hunan. The ore-bearing horion，shape， attitue scale，ore-type，mimeral and chemical， component，technical processability， application in production are narrated.Production makes use of fast firing，froze-hot quick charge are good，slow heat-tranfer，as multiformed，special local product，which is socio-ecomonic benefit.

Keywords： purple sand;syderolite deposit; geological feature;quality ore;development application; Hunan

白羊紫砂陶土礦位于湖南省龍山縣境內，是我隊經多年地質勘查并初步探明的1處資源量為785萬t、工藝性能指標與江蘇宜興紫砂陶土礦相似的陶土礦床，填補了本省紫砂陶土的空白，使過去只有陶、瓷馳名的湖南省變成了具有瓷、陶、紫砂兼備的名副其實的陶瓷之省，也緩解了內地對紫砂陶產品的需求。

1? 區域地質概況

區域構造位于揚子地臺區東南緣八面山褶皺帶東山峰—咸豐復背料之次級來鳳向斜內，是一個在揚子旋回基地上發展起來的長期沉降單元[1]。自震旦紀以來到三疊紀除缺失泥盆系下統和石炭系外，其他各地層發育較全。志留系、泥盆系、二疊系及三疊系地層依次分布于來鳳向斜的兩翼及核部，白堊-第三系地層分布于向斜核部中段的“龍鳳盆地”內。在構造景觀上，以褶皺構造為主，而且保存較好，在褶皺組合形態上，一般背斜緊密（緊閉型），向斜開闊，為典型的隔擋式褶曲。走向斷層發育，無巖漿活動。

區域礦產有普通陶土、紫砂陶土、煤、石膏、灰巖、鈣鎂黏土及硅石等7種非金屬礦產。

2? 礦區地質

2.1 地層

出露地層有志留系、二疊系、三疊系、白堊—第三系等。其中二疊系是礦區的賦礦地層，在區域出露層序完整。梁山組下統（P1l）分棲霞組（P1q）和茅口組（P1m），上統含吳家坪組（P2w）和大隆組（P2d）。與下伏地層呈假整合接觸。厚度為361.26-1065.93m，呈NE向帶狀延伸（圖1）。

（1）下二疊統茅口組（P1m）

該組在區域可劃分為8個巖性段，礦區僅出露該組的第6、7和8段。第6段為深灰色厚層狀含結晶云質團塊灰巖。第7段為灰-深灰色中厚一厚層狀燧石結核灰巖，底部見云質團硅質巖，頂部為灰白一乳白色硅質巖。第8段為灰白色厚層狀生物碎屑灰巖（下部含燧石結核）。厚度大于109.27m。

（2）上二疊統吳家坪組（P2w）

分上、下兩個巖性段。下段為含礦段，即紫砂陶土礦段，由紫紅色硬質紫砂、陶土和紅白相間的紅白土組成，頂部為黃褐色頁巖（該頁巖在西南段相變為炭質頁巖夾煤扁豆體）。厚度15.16m。上段為灰巖段。灰一灰白色中厚層一厚層狀燧石結核灰巖，底部為深灰一灰黑色厚度層硅質灰巖、硅泥質灰巖，厚度82.3m。

（3）上二疊統大隆組（P2d）

下部為灰黑色含炭質硅質頁巖夾薄層狀含炭質灰巖，上部為灰黑色薄層狀含炭質灰巖和含炭質硅質頁巖。厚度為6.82m。

（4）三疊系

在礦區僅有大冶組（T1dy）出露分兩段。第1段深灰色薄層狀含泥質灰巖、泥質灰巖與黃褐色鈣質頁巖互層或互為夾層。第2段淺灰色、肉紅色薄層狀灰巖夾條帶狀灰巖和鈣質頁巖，下部見2層不穩定的礫屑灰巖。出露厚度大于190.69m。

（5）白堊—第三系

礦區內只見中、下組。下組（K-R1）為棕紅色厚層狀礫巖夾薄層砂礫巖;中組（K-R2）為磚紅色厚層狀鈣質細砂巖和鈣質粉砂巖。厚度大于191.94m。與下伏地層為角度不整合。

2.2 構造

礦區位于來鳳向斜東南翼，區內地層呈單斜產出（圖2）。向斜基底由志留系—三疊系組成，總體走向50～230°，傾角NW，傾角35～70°。斷裂構造極不發育，地表尚未發現

對礦體和地層有較為明顯影響的斷裂構造。此外，在礦區內見到多處角礫巖，順層分布者為層間滑動角礫巖，成分復雜者為底礫巖或溶洞角礫巖。礦區內崩塌坡構造較發育，分布于長安嶺北坡山麓的曾家灣、宋家老屋等處。

2.3 礦床特征

2.3.1? 礦體特征

紫砂陶土礦賦存于二疊系上統吳家坪組下段（P2W1），礦體呈層狀產出[2]。吳家坪組的紫砂陶土礦本身是組成沉積巖的一部分，產狀與上覆巖層近似，礦體底板為茅口組第8段灰巖，頂板為吳家坪組第1段頂部的黃褐色頁巖。地表始露于曾家灣，以230°方向延伸，經宋家老屋后，向西南橫穿龍嘴河，進入湖北來鳳縣境內。區內礦體總長2645m。礦體總體傾向為320°，傾角一般為35～46°，在地表北東段較緩，南西段較陡;向深部有所變化，其變化趨勢是：1～11線之間深部礦體傾角變緩，在30～45°間變化，13線以西深部礦體傾角變陡，至19線始，傾角急劇變陡至60～70°。礦體向深部延伸較穩定。ZK11-6控制斜深300余米，見礦厚達5.52m（圖3）。礦體厚度一般為4～7m，最大厚度達14.73m，最小厚度為2.86m，地表平均厚度6.26m，深部鉆孔控制礦體平均厚度5.70m，全礦區總平均厚度6.04m。礦體厚度變化系數為47.32%，屬厚度變化較穩定的礦體。

此外，在8-13勘探線之間，在茅口組與吳家坪組的假整合接觸面之下，ZK9-0、ZK11-4、ZK7-4等鉆孔中于茅口組灰巖內見到1-2層礦，這類礦體的形成早于主成礦期，規模不大，分枝復合，產狀形態十分復雜。

2.3.2 礦石特征

依據礦石的自然特征和工藝性能，將本區礦石劃分為硬質紫砂陶土和紅白土兩種礦石類型。所謂硬質紫砂是因為這類礦石硬度較大，輕難風化，應用于制陶中陳腐期較長而得名;而紅白土，即紅白土紫砂，以紅白兩種顏色相間、質軟、陳腐期短為其特征。

硬質紫砂陶土：由氧化鐵質的黏土巖組成，紫紅色、深紅色，致密塊狀，泥質結構、砂狀碎屑結構，斑點狀構造、塊狀構造。礦石質地細膩，具滑感，節理特別發育，曝曬風化易成碎塊，硬度2.5-3，含鐵質高者硬度偏大。體重2.65。

紅白土：即紫紅色、灰白色、米黃色混雜的含氧化鐵質黏土巖。礦石具泥質結構，亦見有鮞狀，假鮞狀結構，頁片狀，塊狀構造。礦石質地細膩，具滑感。經短期曝曬易風化成土狀，水滲合成泥狀，黏性強。硬度小于2.5，體重2.49。

2.3.3 礦石化學成分及在制陶中的作用

（1）礦石化學成分

經化學分析，硬質紫砂陶土Al2O324%-32%，Fe2O315%-26%，SiO2 31%-40%，TiO22.5%-5%，波動范圍較小。紅白土Al2O318%-34%，Fe2O37%-28%，SiO233%-44%，TiO22-4.5%，波動范圍較大，

有時發生突變，尤其是Fe2O3，低至1.5%-5%，高者達28%以上。但組合分析二者差別不大（表1）。

礦石化學分析表明：①SiO2和Al2O3比值在硬質紫砂陶土中較低，為1.30，紅白土中較高，為1.33;②Al2O3、SiO2同消長，Fe2O3 和Al2O3、Fe2O3和SiO2反消長（圖4）;③TiO2含量普遍較高，為2%～5%;④K20>Na20，Ca0>Mg0。

此外，為了查明礦種微量元素的含量及變化，特別是要查明礦石中對人體有害的U、Hg、Pb等含量及變化，利用礦區14件組合分析樣的副樣作的光譜半定量全分析表明，主要微量元素是Ti，高達1500×10-6～2200×10-6，其次是Ba、Mn和Zn、Cu、Cr、Pb、B、V、Ni、Co、Ga和Mo，其含量甚微。其他微量元素均未出現譜線。礦石中不含對人體有害的Hg、U，Pb的含量僅5×10-6～7×10-6，十分微弱，在允許值之內。

（2）礦石化學成分在制陶中的作用

礦石的主要有益組分為Al2O3和SiO2。Fe2O3含量在一定范圍內是有益組分，其含量過低（<8%）起不到染色作用，不能成為紫砂，含量過高（>28%）則使產品脆性加大。一定含量的Fe2O3可以降低燒成溫度，節約燃料，使產品具特有的顏色紫紅色。Al2O3和SiO2在一定范圍內含量越高越好，Al2O3越高，燒結范圍寬，易于燒成;SiO2在產品中起構造骨架的作用，保護產品的穩定性。有害組分TiO2含量高（>4%）時會降低產品耐火度，產生暗色斑點，影響產品質量。

2.3.4 礦石的礦物特征

（1）巖礦鑒定。硬質紫砂陶土為含氧化鐵質黏土巖，泥質結構，砂狀碎屑結構，塊狀、斑點狀構造。巖石由黏土礦物、鐵泥質和少量褐鐵礦組成。黏土礦物+鐵泥質=90%±，褐鐵礦氧化鐵質=9%±，石英1%±。黏土礦物結晶非常細小，與鐵泥質、氧化鐵質混合分布，多數呈大小不等（從粉至粗砂級）、形態不一的碎屑狀產出。紅白土為褐鐵礦黏土巖，含氧化鐵質黏土巖，具泥質結構和碎屑狀結構，碎屑形態多樣，大小不一。巖石主要由黏土礦物、褐鐵礦、氧化鐵質組成。黏土礦物85%～95%，褐鐵礦+泥質物=5%～15%，隱晶石英<1%，少量褐鐵礦中見假象黃鐵礦。

（2）電子探針分析。主要礦物為高嶺石，次為伊利石、石英。高嶺石呈渾圓形的假六方片狀，伊利石呈細小的鱗片狀、眼球狀和板片狀等，石英多為不規則粒狀。

（3）礦石XRD分析。本次采用X一射線衍射儀對所采礦石標本進行XRD物相分析，顯示硬質紫砂陶土礦石砂物主要由高嶺石、赤鐵砂組成，深部見有埃洛石（TA）。常見褐鐵礦、磁鐵礦，偶見多水高嶺石、伊利石、銳鈦砂，微量石英。紅白土主要由高嶺石組成，常含多水高嶺石、磁鐵礦、赤鐵砂、銳鈦礦，偶含菱鐵砂、綠泥石。這與礦石化學分析結果及鏡下分析顯示出一致性。

（4）紫砂陶土礦差熱分析。從圖3熱重曲線可看出，高嶺石在100℃內脫去吸附水及層間水近15%;在400-600℃急劇脫羥基，失重約10%;在1000℃失重約12%。曲線上另一個明星的特點是，在同一個溫度下，紅白土相對硬質紫砂陶土失重率較大，這反映在其所礦物有序程度和含水狀態上存著一定的差異。從圖4中DTA曲線可知，硬質紫砂陶土在600℃、紅白土在650℃左右有1個強型的吸熱谷，為高嶺石脫羥所致;在950℃左右存在1個尖銳的相變放熱峰。紅白土相對硬質紫砂陶土吸熱谷較大。

3? 礦床成因分析

白羊紫砂陶土礦賦礦地層為吳家坪組，其層位相當于區域下部含煤段，系沿襲于早二疊世以來形成的古陸風化殼，在古陸邊緣產出的一套由鐵、鋁質氧化物和泥、灰質組成的碳酸鹽臺地相，其成礦作用最主要的特點是與沉積地層（上段），有著不可分割的聯系。組成礦體的礦石為紫紅色硬質紫砂陶土和紅白相間的紅白土，是屬于沉積巖類的含氧化鐵質的鋁土質黏土巖，其本身就是組成沉積巖的一部分。在礦體與底板茅口組灰巖的接觸面上，有厚10cm左右的黃褐色風化泥，說明礦體是在上、下二疊統沉積間斷面上沉積而成，其分布嚴格受上、下二疊統間的假整合控制，故白羊紫砂陶土礦成因為含煤建造沉積型紫砂陶土礦床。

基于上述認識，從地質歷史分析，本區在石炭紀末，古陸抬升，海水先后退出本區，使之隆起成陸并遭受剝蝕。二疊紀初，大規模的海侵開始，棲霞早期上揚子海向南到達本區，沉積了以陸源碎屑組合分為主的梁山組，屬濱海沼澤含煤碎屑巖沉積相。棲霞晚期，上揚子海侵范圍擴大，形成了陸棚開闊淺海碳酸鹽沉積的棲霞組。早二疊世晚期（即茅口期）本區屬于開闊臺地碳酸鹽沉積，至茅口期末受東吳運動影響，茅口組分布區大多隆起成陸，經受溶蝕、剝蝕，地形崎嶇。茅口期末的海退后，晚二疊世海侵繼之而來，早期在接受短期極薄的潮坪黏土含煤沉積之后，即進入臺地碳酸鹽階段，沉積了吳家坪組碳酸鹽巖。隨之繼續進入三疊紀發展階段。

以上地史分析表明，區內二疊系上統與下統之間有明顯的沉積間斷，成假整合甚至不整合接觸，在間斷面以上多有很薄的含煤碎屑巖層相隔，礦區賦礦地層上二疊統吳家坪組假整合于開闊臺地相碳酸鹽沉積的下二疊統茅口組之上，兩者之間存在明顯的沉積間斷，下伏地層碳酸鹽巖及其古巖溶風化面為本區鋁土質黏土巖的形成提供了礦質來源和聚集場所。

至于產在上、下二疊統假整合面之下的、形態復雜多變的小礦體，主要是順著古巖溶或裂隙充填形成的。初步建立的成礦模型如圖5：第一階段（I），茅口組灰巖水平上升，經長期風化和地下水溶蝕的共同作用，形成了古巖溶地形，有落水洞、水平溶洞等，形態復雜多變。第二階段（Ⅱ），茅口組灰巖水平下降，其表面和巖溶內同時接受紫砂陶土堆積，礦體底面形態隨茅口組灰巖表面形態巖溶的形態的多變而變。第三階段（Ⅲ）經印支運動，水平巖層褶皺上升后，遭受強烈的風化剝蝕。當風化剝蝕剛好切割礦體彎曲部位時，在地表就出現了分枝復合的假象;若鉆孔的鉆進位置正好處在有巖溶內礦體或礦體底面的彎曲部位時，就出現了2層或3層的現象。該類礦體成因屬古巖溶剝蝕面洞穴充填型陶土礦。

4? 礦石工藝性能及開發利用前景

龍山白羊紫砂陶土主要顏色為紫紅色和紅白色，主要礦物成分為高嶺石、赤鐵砂，含少量石英。AL2O3、SiO有益化學成分含量高，有害組分TiO2、P2O5含量低，染色元素Fe2O3含量適中。礦石質地細膩，具強～較強可塑性（塑性指數13.44-15.43），結合能力強，燒結溫度為123℃-129℃，燒結范圍較寬，熱膨脹率小，耐酸堿性能好（分別為97%、86.85%），成品的氣孔率、吸水率等指標均符合產品要求。抗折、抗壓強度高（分別為668kgf/cm2、2831 kgf/cm2），熱穩定性能好（熱穩定溫度18℃-20℃全通過）。這些工藝性能與江蘇宜興陶工藝性能相近[3]，經龍山縣民族陶瓷工藝廠多年的生產實踐證明，白羊紫砂陶土用于制陶，成色多樣，配方簡單;礦石陳腐期分別達6-12個月時可單獨成型，并具有較高的耐火度，燒結過程中不易變形，窯爐容易控制;三氧化二鐵適量，燒成溫度適中，燒成成本低。由此可見，白羊紫砂陶土是一種較理想的紫砂陶土原料。

龍山縣紫砂陶產品具有一些獨特的性能：①產品內外面均有不上釉，具有0.37%的吸水率和1.05%的氣孔率。因此，泡茶不失原味，香、色、味皆好，有“注茶越宿，暑月不餿”之特性，花盆有良好的透氣性和排水性，栽花不爛根。②冷熱急變性好。數九寒冬，沸水注入紫砂陶茶具內不炸裂，還可以放置在文火上煮燉而不炸裂。③紫砂陶傳熱緩慢，使用時不灸手。若經常揩拭，表面自然發光。④產品成色多樣，集書法、繪畫、纂刻諸裝飾藝術于一體，適應當前旅游事業發展的需要。故龍山紫砂陶在上世紀80年代首批試制產品參加“秋季廣交會”，就受到外商的好評。鼎盛時期生產的花缽、文具、盆景、酒具、美術陳設、炊具、茶具等7大類100多個品種，產品遠銷美國、德國、加拿大、馬來西亞、新加坡、香港等19個國家和地區，出口量約20多萬件。同時，在國內銷量往北京、云南等19個省、市，為湖南經濟發展做出了積極貢獻。

5? 結語

（1）白羊紫砂陶土礦主要賦存于二又疊系上統吳家坪組地層中，礦體呈層狀，由紫紅色硬質紫砂陶土和紅白相間的紅白土組成，礦石主要成分為高嶺石、赤鐵礦，含少量石英。Al2O3、SiO2有益組分含量高，有害組分TiO2、P2O5含量低，染色元素Fe2O3含量適中。礦石吸熱峰溫度約600℃～650°，放熱峰溫度約950℃。

（2）礦石具強一較強可塑性，結合能力強，燒結范圍較寬，熱膨脹率小，耐酸堿性能好，成品的氣孔率、吸水率等指標均符合產品要求，抗折、抗壓強度高，熱穩定性能好，是一種較理想的紫砂陶原料。

（3）分析認為賦礦地層吳家坪組地層沿襲于自早二疊世以來形成的沉積間斷面（古陸風化殼），自下而上由風化殼褐黃色泥質物到上面的濱海沼澤相沉積，形成了含氧化鐵質的鋁土質黏土巖即紫紅色硬質紫砂陶土和紅白土，礦體產狀、形態及分布主要受巖溶地貌及風化殼地形控制。礦床成因為沉積型。

（4）白羊紫砂陶土礦具有一些獨特的性能，具有廣泛的應用領域。隨著生產技術日漸完善，作為陶瓷工業重要原料的紫砂陶土必然會拓展更廣泛的市場經濟領域。

參考文獻/References

[1]湖南省地質礦產局? 湖南省區域地質志[M].北京：地質出版社，1988：169-197.

[2]羅大清，陳永明，周則榮，等.湖南省龍山縣白羊礦區紫砂陶土礦詳細普查地質報告[R].湖南吉首：湖南省地質礦產勘查開發局四○五隊，1986.

[3]江夏，吳雋，張茂林，等.宜興紫砂泥料性能研究[J].江蘇陶瓷，2011，44（3）：20-23+25.

*第一作者簡介：張紹燕，女，1971年生，主要從事地質礦產勘查工作。E-mail： 112270161qq.com。

收稿日期：2020-08-28; 改回日期：2020-11-02。