湖南高湖地區高嶺土礦床地質特征及成因淺析

田紹松，申錫坤，莫 勇，楊 曉

(中國建筑材料工業地質勘查中心湖南總隊，湖南 株洲 412011)

高嶺土作為一種非金屬礦產，具有許多優良的物理性能、化學性能，主要應用于陶瓷、電子、造紙、橡膠、塑料、搪瓷、石油化工、涂料、油墨、光學玻璃、玻璃纖維、化纖、砂輪、建筑材料、化肥及耐火材料等行業，發揮著重要的作用[1]。

本研究在綜合分析高湖地區高嶺土礦床特征基礎上，運用掃描電鏡觀察、X-射線衍射等測試手段對該高嶺土礦床的礦物學特征進行了系統的分析，研究了高嶺土礦的地質特征及礦床成因，為相鄰地區類似成礦條件的高嶺土礦找礦勘查提供理論依據。

1 區域地質背景

研究區位于揚子陸塊與華夏陸塊的結合部位，屬南嶺構造—巖漿—成礦帶中西段(圖1)。區內主要經歷了武陵運動、加里東運動、印支運動、早燕山運動、晚燕山運動及喜馬拉雅運動等大的構造運動，從而形成大量不同時代和期次、不同方向與規模、不同性質的斷裂、褶皺、中生代構造盆地等構造形跡，呈現出復雜的構造變形圖像[2]。

圖1 礦體分布及地質簡圖

區域出露地層主要有青白口系、震旦系、泥盆系、石炭系、二疊系、白堊系等。構造發育，受北北東向的鷹—安深斷裂帶控制，沿斷裂帶發育有構造破碎帶、硅化蝕變帶及劈理化、片理化帶。褶皺強烈，褶皺軸向以近東西向、北東向為主。巖漿巖較為發育，主要以晚三疊世的酸性侵入巖為主，有少量的花崗巖脈和玄武巖脈，侵入巖主要分布在川口隆起帶，玄武巖分布在攸縣盆地中，出露面積較小。

2 研究區地質特征

2.1 地層

研究區出露地層主要為古生代泥盆系錫礦山組(D3x)、歐家沖組(D3o)、孟公坳組(D3m)，石炭系石磴子組(C1sd)、測水組(C1c)。高嶺土礦賦礦層位主要為泥盆系歐家沖組及石炭系測水組，歐家沖組(D3o)以淺黃色泥質粉砂巖為主夾少量粉砂質泥巖，測水組(C1c)主要由粉砂質頁巖、泥質粉砂巖及石英砂巖組成。

2.2 構造

研究區經歷了多期次的構造變形作用，形成了不同地質構造發展階段的構造形變特征。

規模較大褶皺有太平寺背斜，為NS-NNE展布。其中太平寺背斜核部出露花崗巖脈，整體地質構架由主應力為南東東—北西西向為主，南北向應力為輔，導致地層形態南北向展布，褶皺總體向北傾伏。靠近礦體位置，產狀相對較陡，一般40°～50°。背斜的傾伏端，應力較為集中，巖石受擠壓形變較嚴重，易形成裂隙為成礦提供空間。

斷層較發育，具有代表性的為爛馬沖斷裂(F20)，斷裂性質為傾向西的逆斷裂，其限制礦體向東延伸。該斷裂總體呈SN向延伸，局部彎曲呈“S”型。斷裂切割的地層主要為泥盆系歐家沖組。歐家沖組巖層擠壓強烈，發育揉皺構造；巖石較破碎、硅化強烈；巖層中劈理極為發育，劈理受擠壓又形成褶劈理；斷裂帶中全風化細粒花崗巖脈發育，呈脈狀、似透鏡狀。

2.3 巖漿巖

研究區發育花崗巖脈，分別在南東部的爛馬沖、西部太平寺村一帶，巖性為細粒花崗巖，呈灰白色，花崗質結構，土塊狀、塊狀構造。原巖長石含量58%～61%，石英含量28%～35%，黑云母和少量的白云母2%～4%。巖脈與區內南北向斷裂發育及褶皺構造密切相關；產在石炭系、泥盆系地層中，脈寬數十米至百米，長數百米至1 000m以上，呈脈狀、透鏡狀產出，走向為SN、NNE向。巖脈侵入時代主要為燕山晚期，其空間展布受構造裂隙控制。巖脈傾向圍巖，傾角在40°～60°。由于風化，淺部及地表巖脈中長石均已高嶺石化。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

研究區共發現2處規模較大高嶺土礦體，分別為太平寺K1礦體、爛馬沖K3礦體。賦存于NS、NNE向斷裂及背斜核部，產狀基本與斷裂、背斜核部裂隙基本一致，呈脈狀、似透鏡狀，規模為中、小型。

太平寺K1礦體賦存于太平寺背斜核部附近裂隙中，呈脈狀產出，總體形態受核部裂隙控制，局部地段發生變形扭曲現象，產狀總體傾向300°，傾角65°。礦體長1 320m，寬約45～63m，延深10～40m，圍巖為泥盆系、石炭系泥質粉砂巖、砂巖、頁巖等，與圍巖界線清晰，表現為侵入后的構造平行化。

爛馬沖K3礦體賦存于南東部爛馬沖斷裂內，礦體基本露于地表，呈脈狀、透鏡狀產出，形態受斷裂控制，走向總體呈南北向，向北發生扭曲偏轉為北北西向，傾角70°。礦體長1 480m，寬約150～385m，延深25～50m，圍巖主要為泥盆系泥質粉砂巖，靠近礦體巖石蝕變嚴重，硅化強烈。

3.2 礦石特征

(1)礦物組成。

原巖風化后形成高嶺土，主要由高嶺土礦物(含量約85%)及少量原巖礦物(主要為石英，約15%)組成；高嶺土礦石礦物成分主要高嶺石族礦物為主，另含有石英及少量的黏土類礦物、云母類等。高嶺石族礦物有高嶺石、埃洛石等，黏土類礦物有蒙脫石、伊利石等，均屬層狀硅酸鹽礦物。其中以高嶺石和埃洛石為主。外觀呈白色，礦石結構疏松易碎，水解后有一定的崩解性，略具膨脹，且易分散[3]。接近地表淺部風化作用強烈，礦石多成土狀、土塊狀，隨著深度增加，風化作用逐漸減弱，深部主要以塊狀構造礦石為主。高嶺土礦石呈灰白色、土黃色，泥質結構、風化殘余、殘留花崗結構，土塊狀、塊狀構造(圖2)。

(2)化學成分。

根據化學分析結果(表1)，礦石中化學成分SiO2含量70.69%、Al2O3含量14.93%、Fe2O3含量0.88%、TiO2含量0.01%、K2O+Na2O含量4.85%。由分析結果可見有益組分Al2O3含量平均14.93%；有害組分Fe2O3+ TiO2含量0.89%，低于工業指標要求(＜2.0%)，表明區內高嶺土礦石品質良好。

表1 礦石化學分析結果 (單位：%)

(3)礦石物理性能。

區域內高嶺土礦石白度平均值為57.80。礦石的不同粒度范圍占比：粒度＞0.075mm的平均占比為12.3%，粒度在0.075～0.043mm范圍的平均占比為18.4%，粒度在0.043～0.01mm范圍的平均占比為40.8%，粒度在0.01～0.005mm范圍的平均占比為22.2%，粒度在0.005～0.002mm范圍的平均占比為5.0%，粒度＜0.002mm的平均占比為1.3%。淘洗率平均為28%。物理性能測試結果表明區域內高嶺土礦石礦物粒度主要集中在0.005～0.075mm之間，礦物粒度較細；白度品質一般，可能受黑云母及圍巖、表土鐵泥質浸染有關。

礦石天然含水率平均為10.60%，液限值平均值為33.62%，塑限值平均值為23.39，塑形指數平均值為10.23，表明高嶺土礦石工業類型為軟質高嶺土。

區內高嶺土礦物形貌由大小不等顆粒組成，顆粒主要由呈片、薄層狀組成，也有少量管狀存在(圖3)[4]。X射線衍射圖譜顯示(圖4)，脈中高嶺石2θ在19°～25°間具分辨清晰的峰值，峰形狹窄且尖銳對稱，說明其為結晶度較好的礦物。

圖3 礦石掃描電鏡照片

圖4 礦石X-射線衍射圖

4 成因分析

風化殘積型高嶺土礦床成礦需經內生巖漿作用期和表生風化成礦期兩個重要階段。

內生巖漿作用期，區域構造運動強烈，尤其是燕山晚期為區域造山伸展環境，張性斷裂發育，深部熱液沿通道上位形成花崗質巖漿，巖漿經分異自交代等作用形成富鋁花崗質巖漿[5]，為成礦提供物質基礎。

表生風化成礦作用期，強烈的構造活動致使花崗巖體及其圍巖巖石碎裂并使花崗巖體裸露地表。其所處氣候地形條件加強了表生風化作用的進行，巖石中等有害組分流失，形成目前發現的高嶺土礦床[6]。礦床成礦條件分析如下。

(1)物質來源：風化型高嶺土礦床主要由鋁硅酸鹽礦物組成的巖石經過長期風化作用所形成的，高湖地區出露花崗巖屬燕山晚期侵入的細中粒花崗巖脈，為巖漿后期產物，分異作用較為充分，富含鋁硅酸鹽礦物[7]，為礦床的形成提供了物質來源。

(2)構造條件：區域NS-NNW向斷裂及褶皺發育所引發的巖層虛脫空間及裂隙，成為巖體上升的通道及空間。區內晚期構造運動使原已成巖的巖體破碎[8]；同時后期斷裂活動形成的次級裂隙加速了地下水的流動效率，并使巖體接受長期的淋濾，雜質礦物流失從而成礦[9]。

(3)風化條件：在表生風化成礦作用期，巖石風化分為早、晚期兩個風化階段。早期階段水中的H+離子置換巖石中的離子，難溶解的離子富集，鋁硅酸鹽礦物風化成高嶺石等黏土類礦物，由于其溶解性差而原地殘積；晚期階段為高嶺石類黏土礦物在濕潤多雨的氣候條件下，Fe2O3、TiO2等不斷從礦物中游離出，最終形成富鋁的高嶺土礦床[10]。

5 結論

(1)高湖一帶高嶺土礦由花崗巖脈風化轉變而成。高嶺土礦石自然類型主要被劃分為砂質高嶺土、軟質高嶺土、硬質高嶺土以及其他類型高嶺土[11-12]。根據工業類型劃分，該區高嶺土礦屬軟質高嶺土。

(2)區內高嶺土礦床類型為風化殘積型，礦體賦存于NS、NNE向構造帶內，形態受構造影響，深部延伸可達數十米，礦床規模以中小型為主，呈脈狀、透鏡狀。礦體與圍巖界線清晰，圍巖為石炭系、泥盆系沉積巖系。其中爛馬沖、太平寺礦床地質特征具有代表性，為周邊區域尋找同類高嶺土礦床提供參考。

(3)區內高嶺土礦床控礦因素以斷裂、褶皺核部裂隙為主，燕山晚期花崗巖脈為成礦提供物質來源，后期裂隙和氣候地形等因素提供表生風化作用，加強了由向高嶺石類礦物轉變的成礦作用從而富集成礦。