江西寧都官齊坑地區(qū)瓷土、瓷石礦地質特征與礦床成因

王洪榮，王 凱

(江西省地質調查勘查院礦產勘查所，江西 南昌 430038)

瓷土和瓷石礦可作日用、衛(wèi)生、電瓷、建筑陶瓷等[1]，是國民經濟中重要的礦產資源。因工業(yè)需要，瓷土和瓷石礦的消耗逐年增加，具有較好的開發(fā)利用前景[2]。瓷土、瓷石礦多由酸性火成巖經熱液蝕變和風化作用形成，主要類型包括石英斑巖型瓷土、瓷石礦，花崗斑巖型瓷土、瓷石礦，霏細巖型瓷土、瓷石礦，次生石英巖型瓷石礦等[3]。隨著現(xiàn)代選礦工藝和陶瓷工藝水平的提高，出現(xiàn)了新的瓷土瓷石礦類型，如江西寧都官齊坑礦區(qū)，為花崗巖脈型瓷土瓷石礦。本文以該礦區(qū)為例，探討瓷土瓷石礦的礦產地質特征及礦產成因，旨在為今后該區(qū)域瓷土、瓷石礦勘查開發(fā)提供參考。

1 成礦地質背景

官齊坑礦區(qū)位于江西省寧都縣田埠鄉(xiāng)官齊坑—新屋一帶，從瓷土瓷石礦成礦區(qū)帶看，位于華夏板塊武夷隆起帶內，成礦區(qū)帶上位于雩山—九連山(隆褶帶)成礦亞帶以東的其他成礦亞帶中[4]。

區(qū)域地層主要有新元古界青白口系潭頭群庫里組地層和第四系亞粘土層。庫里組分布在礦區(qū)內和礦區(qū)東部外圍，為大小不一的橢圓狀變質巖殘留體(圖1)，以灰綠、灰黃厚層狀變質中—細屑沉凝灰?guī)r與薄層狀粉屑沉凝灰?guī)r互層為主，局部夾變質粉砂巖。

圖1 區(qū)域地質圖

區(qū)域內斷裂發(fā)育，主要為北東向斷裂，集中分布于礦區(qū)北部外圍，呈帶狀展布，帶內長石多擠壓成透鏡狀定向排列。

區(qū)域巖漿巖十分發(fā)育，主要為加里東期中酸性巖漿巖，巖性為斑狀黑云母二長花崗巖，其次還有少量燕山期脈巖。

2 礦區(qū)地質概況

礦區(qū)出露地層為新元古界青白口系潭頭群庫里組(Pt31bk)，巖性為灰綠、灰黃、棕紅色厚層狀變質沉凝灰?guī)r和變質砂巖，是礦區(qū)主要的成礦圍巖(圖2)。礦區(qū)構造不發(fā)育，僅見少量裂隙。

圖2 礦區(qū)地質圖

礦區(qū)巖漿巖十分發(fā)育，主體巖性為加里東期斑狀黑云母二長花崗巖，該巖體內見庫里組變質巖殘留體。近東西向的正長花崗巖脈侵入于變質巖殘留體和加里東期花崗巖體中。正長花崗巖由堿性長石、石英、斜長石、白云母和極少量黑云母組成。礦區(qū)蝕變類型主要有：白云母化、黏土礦化、局部硅化。白云母化和黏土礦化均有利于形成瓷土和瓷石礦，白云母化可有效降低巖石中鐵質含量，黏土礦化有助于形成瓷土礦。

正長花崗巖脈總體走向為近東西向，總體傾向南，傾角約20°～50°，局部地段傾向北。東西長超過1000m；南北最寬約150m。地表巖石風化強烈，風化殘積物為砂質黏土，淺肉紅色—白色，主要由石英顆粒和黏土類礦物組成，具滑膩感，呈土狀；靠近基巖部分的風化作用較弱，斜長石風化為黏土礦物，鉀長石相對完整，呈松散狀；未風化的基巖為肉紅色，中粗粒結構，塊狀構造。風化殼厚0～41.6m。該巖脈為礦區(qū)瓷土、瓷石礦體的成礦原巖。

3 礦體地質特征

瓷土礦和瓷石礦為共生關系，其原巖均為正長花崗巖，圍巖為變質巖和黑云母花崗巖。礦體與圍巖的界線除了按巖性確定外，還依據江西省地方標準DB36/T 1157-2019《瓷土、瓷石礦地質勘查規(guī)范》。圈定瓷土礦的指標為：Al2O3≥13%，F(xiàn)e2O3+TiO2≤3.0%，其中TiO2≤1.3%，最低可采厚度2m，夾石剔除厚度2m。圈定瓷石礦的指標為：Al2O3≥12%，F(xiàn)e2O3+TiO2≤2.5%，其中TiO2≤0.8%，最低可采厚度2m，夾石剔除厚度1m，剝采比＜4。

瓷土礦賦存于正長花崗巖風化殘積物中，呈似層狀覆蓋于正長花崗巖基巖之上，局部見變質巖殘留體(圖3)。瓷土礦體總體呈東西走向，可分為東西兩段。東段礦體總體傾向北，傾角約10°～30°，地表被第四系分開；西段礦體傾向南，傾角約5°～20°，礦體相對完整。受地形地貌影響，礦體厚度變化較大，最大厚度34.3m。在地形起伏較小的山脊上，礦體發(fā)育和保存較好，如礦區(qū)中部和西部(圖4)；而在沖溝、陡坡等處，礦體發(fā)育和保存均較差。

圖3 礦區(qū)08線勘探線剖面圖

圖4 瓷土礦厚度等值線圖

瓷石礦體賦存于正長花崗巖基巖中，呈脈狀產出，東西走向，傾向南。瓷石礦埋深相對瓷土礦更深，厚度更大，礦體較完整。瓷石礦連續(xù)分布于礦區(qū)內，東西長約1000m，南北寬50～150m。瓷石礦體最大厚度為66.5m，東西兩端礦體較薄，中部礦體較厚；北部較薄，南部較厚(圖5)。

圖5 瓷石礦厚度等值線圖

4 礦石特征

4.1 礦物成分特征

瓷土礦石顏色為淺肉紅色—白色。在礦體頂部，由于風化作用形成的次生鐵質淋濾污染，常形成淺黃白色鐵染砂質瓷土礦，局部地段夾砂土(圖6a)。礦石礦物成分主要為黏土礦物、石英、白云母、少量黑云母及其他次生礦物。礦石多為松散結構，局部可見殘留花崗結構(圖6b)。

圖6 瓷土礦野外照片

瓷石礦石為肉紅色，中粗粒結構，塊狀構造，主要由堿性長石、石英和少量白云母組成(圖7)。堿性長石呈板柱狀和粒狀，半自形至他形，粒徑0.5～30mm，主要是正長石、條紋長石和微斜長石，有卡氏雙晶、條紋雙晶和格子狀雙晶；含量約占35%。斜長石呈板柱狀和粒狀，半自形至他形，粒徑0.8～20mm，斜長石具模糊的聚片雙晶，有泥化和絹云母化，斜長石被條紋長石和微斜長石交代；含量約占20%。石英呈白色，油脂光澤，粒徑在3mm以下；含量約占30%。白云母呈片狀，較自形，粒徑0.3～2mm，解理極完全；含量約占10%。黑云母呈片狀，較自形，粒徑0.3～2mm，多色性明顯，淺黃色至黃褐色，常被白云母交代；黑云母含量約占5%。

圖7 瓷石礦巖心及鏡下照片

4.2 礦石化學成分特征

瓷土礦原礦Al2O3含量12.94%～17.55%，平均15.35%；Fe2O3含量0.28%～1.96%，平均0.63%；TiO2含量0.03%～0.16%，平均0.08%；Fe2O3+TiO2含量0.34%～2.12%，平均0.71%。Al2O3變化范圍較大，而Fe2O3+TiO2變化范圍相對較小，集中分布于0.5%～1%(圖8a)。

圖8 瓷土瓷石礦主量元素地球化學圖解

瓷石礦Al2O3含量12.11%～19.38%，平均14%；Fe2O3含量0.15%～2.02%，平均0.59%；TiO2含量0.01%～0.22%，平均0.05%；Fe2O3+TiO2含量0.15%～2.02%，平均0.64%，F(xiàn)e2O3+ TiO2集中分布于0.2%～1%(圖8c)。

瓷土礦的Na2O含量較低，一般低于2%，K2O/Na2O比值較高，最高43.36，在Na2O-K2O/Na2O圖解中，Na2O與K2O/Na2O呈指數相關性(圖8b)。瓷石礦Na2O含量較高，一般高于2%， K2O/Na2O比值最高5.42，Na2O與K2O/Na2O相關性較差(圖8d)。

4.3 稀土元素特征

測試結果顯示所有樣品的稀土元素含量均低于稀土礦邊界品位要求。瓷土礦的稀土配分型式為平直型，輕重稀土分異不明顯，呈輕微富集輕稀土和重稀土的特點，Eu呈明顯的正異常(表1、圖9)。

表1 稀土元素測試結果表 (單位：×10-6)

圖9 瓷土礦稀土配分曲線圖

4.4 礦石物理性能特征

物理技術性能測試結果顯示，地表瓷土礦受淺層鐵質污染，白度較低，但淺層瓷土礦厚度較薄，僅0.5m左右；經淘洗，自然白度和燒成白度均有所提高，變化最大的是下部靠近基巖的瓷土礦。從可塑性看，塑性指數最高的為下部瓷土礦，其次為上部瓷土礦，塑性指數最低的為中部瓷土礦(表2、表3)。

表2 瓷土礦白度測試結果表

表3 瓷土礦可塑性測試結果表

本研究對2個瓷土礦和1個瓷石礦樣品進行了燒制試驗，結果表明：①本礦區(qū)瓷土和瓷石礦是瘠性礦物原料，加入適量高嶺土、鉀長石及石英可成功制得坯體樣品；②試驗獲得最佳成瓷配方：本礦區(qū)瓷土礦(30%)+龍巖高嶺土(50%)+鉀長石(10%)+石英(10%)；本礦區(qū)瓷石礦(15%)+龍巖高嶺土(75%)+鉀長石(5%)+石英(5%)；③樣品的干燥收縮為4.07，燒成收縮為6.19，成瓷樣品的吸水率為0.5%，樣品的干燥收縮適中，燒成收縮較大，這是由于高嶺土中含有較多的水及有機物，吸水率達到了建筑陶瓷和日用陶瓷的國家標準；④成瓷樣品變形較小，表面較光滑，白度較高，無明顯氣孔缺陷(圖10)。

圖10 成瓷樣品

綜上所述，礦區(qū)瓷土和瓷石礦可以作為制作日用陶瓷的配料和建筑陶瓷原料。

5 礦床成因

瓷土、瓷石礦床的成礦條件包括有用元素的形成與富集過程以及礦體保存條件等，控礦因素主要包括巖漿作用、表生作用和地貌作用等。

5.1 巖漿作用

與江西省內絕大部分瓷土、瓷石礦一樣，本礦區(qū)成礦物質來源為巖漿巖[4]。燕山期正長花崗巖脈是本礦區(qū)成礦原巖。巖石在成巖后經歷了熱液蝕變和風化作用，白云母化明顯，Al2O3含量相對較高，而Fe2O3和TiO2含量相對較低，屬酸性侵入巖風化疊加熱液蝕變作用而形成的混合型瓷石礦床[5]。瓷土礦體上覆于正長花崗巖上，礦石局部殘留花崗巖的結構構造，屬花崗巖風化殘積型瓷土礦床。

5.2 表生作用

瓷土礦的形成既與成礦原巖有關，其物質基礎是原巖中的長石和云母類礦物[6]，同時還與風化作用有關，其成礦經歷了巖漿作用和表生風化作用兩個成礦階段[7-9]。

礦區(qū)位于亞熱帶季風氣候區(qū)，溫暖濕潤，生物豐富多樣，降水量大且較集中，冬夏溫差大，導致巖石物理風化、化學風化和生物風化均較強。花崗巖脈經長期風化作用，長石等抗風化能力差的礦物在水和二氧化碳的作用下，堿金屬、堿土金屬被帶走[10]，Al2O3和SiO2成為黏土類礦物的主要成分，黏土礦物與未分解的石英、長石殘留原地而形成風化殘積型瓷土礦[11]。

在風化和水解過程中，由于離子半徑不同，Na+相對K+更容易形成水合陽離子(形成水合陽離子從易到難的順序為Na+，K+，Mg2+，Ca2+，H+，F(xiàn)e3+，Al3+)[12]，Na+比K+更容易進入水中而遭受淋失[13]，導致風化殼中K2O/Na2O明顯增高。Fe3+和Al3+則因較難進入水中而被保存下來，因此風化殼中Fe2O3和Al2O3的含量相對較高。

在瓷土礦稀土配分圖解中，稀土元素呈平直型配分模式，輕重稀土分異不明顯，可能反映風化殼繼承母巖的稀土配分特征[14]。Eu呈明顯的正異常，與風化殼淋積型稀土礦具有相似特征，具有稀土配分的富銪效應[15]，可能與斜長石殘留風化殼有關。

5.3 地貌作用

瓷土厚度與地形地貌緊密聯(lián)系，在地形起伏較小的山脊上，因雨水沖蝕作用小，瓷土礦易于保存，瓷土礦厚度較大；在地形較陡的山坡和地勢較低的洼地附近，因相對高差較大或接近常年地表流水，瓷土礦體受流水沖蝕明顯，難以保存，礦體厚度小甚至沒有瓷土礦體。

6 結論

(1)官齊坑地區(qū)的瓷土、瓷石礦的成礦原巖為東西走向的燕山期正長花崗巖脈，圍巖為庫里組變質巖和加里東期花崗巖。

(2)瓷土礦體為正長花崗巖脈風化殘積物，礦體連續(xù)性較差，礦石質量與原巖礦物組成、化學組成、風化程度等有關，礦體厚度受地形地貌影響明顯。瓷土礦石具較低的Na2O 含量和較高的K2O/Na2O比值；具有平直且明顯富銪的稀土配分型式，這既與原巖的稀土特征有關，也與成巖后表生作用有關。

(3)瓷石礦體附存于正長花崗巖基巖中，礦體連續(xù)性較好，厚度較大。礦石質量與正長花崗巖原巖化學成分緊密聯(lián)系；具有相對較高的Na2O含量和較低的K2O/Na2O比值。

(4)本礦區(qū)瓷土、瓷石礦可以作為制作日用陶瓷的配料和建筑陶瓷原料。