古敘龍潭組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

（四川省地質礦產勘查開發局一一三地質隊，四川 瀘州 646000）

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古敘龍潭組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

（四川省地質礦產勘查開發局一一三地質隊，四川 瀘州 646000）

摘要：四川古敘煤礦區海風礦段煤層伴生有豐富的粘土資源，通過對礦段龍潭組粘土巖賦存形式、粘土巖巖石學和巖石化學特征、“鐵鈦”豐度異常元素賦存規律初步分析表明：礦段龍潭組伴生的粘土巖有較高的工業價值。推斷鐵、鈦元素富集與沉積時接受峨眉山玄武巖巖漿巖噴發期的陸源碎屑物有關；鈦資源開發有較高潛在價值，海風礦段粘土巖研究成果對古敘煤礦區粘土巖研究有重要的參考價值。

關鍵詞：粘土巖；元素豐度；研究；古敘煤礦區

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

海風礦段位于赤水河向斜北翼，總體構造線東西向展布，地層傾向南，為單斜。區內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。

海風礦段龍潭組煤層伴生有粘土巖，研究依托古敘煤礦區海風礦段煤炭資源普、詳查，開展了龍潭組粘土巖野外專項地質調查工作。

古敘煤礦區龍潭組屬海陸交互相沉積環境，圖1為西南地區川滇黔龍潭期巖相古地理圖。

圖1西南地區川滇黔龍潭期巖相古地理圖

1　龍潭組粘土礦賦存特征

海風礦段龍潭組屬海陸交互相沉積，為一套含生物碎屑泥灰巖、含云泥灰巖，淺灰、灰白、暗紫、灰、灰黑色等薄～中層細砂巖、粉砂巖、泥巖、粘土巖、炭質泥巖，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，層數多，不穩定。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、方解石及炭質等，厚0.5～5m。其中厚度較大、空間展布較穩定的僅有兩層，分別位于龍潭煤系頂部C11-2煤層底板A層粘土巖及底部C25煤層和茅口灰巖之間B層粘土。該兩層粘土巖在礦段展布呈現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，質軟細膩有滑感，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，橫向上局部相變為含粘土質的粉砂巖。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、菱鐵礦以及其他不透明礦物。

1）伊利石和高嶺石：主要為隱晶質結合體及部分細小鱗片狀集合體，呈細小團粒狀，大片團塊狀，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脈。

3）炭質：主要為細小炭質礦物集合體，呈絲狀、團狀、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-隱晶質結構，多為隱晶質集合體和細小鱗片狀集合體。塊狀構造，一般不顯層理，性脆，具貝殼斷口，質細膩，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：主要為隱晶質結合體，部分為細小鱗片狀集合體，呈團塊狀、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：主要為細晶、微晶、泥晶方解石，呈團粒狀、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。

根據礦段部分鉆孔粘土巖做X衍射分析結果顯示（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　粘土巖巖石化學特征

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

1）礦段SiO2含量波動值較大，部分區塊略大于高嶺土理論值（46.54%）初步認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物和高嶺土結構水所致。

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分析，Fe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邊緣磨蝕、變薄、破裂，表明它們不是原地生成的，而是經過一定距離的搬運遷移。Ti以金紅石的形式賦存，且無銳鈦礦、板鈦礦，也不是類質同像形式賦存于硫鐵礦中,表明為陸源碎屑沉積。

東吳運動后，廣大揚子地區大部成陸，出露于地表的早二疊世碳酸鹽巖經剝蝕夷平，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，也為山地東側不同類型的含煤巖系形成奠定了物質基礎。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，在這個平緩斜坡上，海水進、退頻繁，十分有利于海進或海退潮上帶沼澤化成煤，當東吳運動后第一次大海侵進入古敘煤礦區，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期的巖漿巖副礦物，鐵質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組分分析數據統計表

5　結論

1）古敘礦區海風礦段A、B兩層粘土巖全礦段厚度和工業品位穩定，具有較高的資源利用價值。

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接受峨眉山玄武巖噴發期的巖漿巖陸源碎屑物相關。

3）礦段金紅石含量較高，鈦礦具有較高的潛在利用價值。

4）下一步應對礦段粘土巖做電子探針、微量元素、同位素示蹤分析，同時與峨眉山玄武巖地球化學數據進行對比，進一步確認礦段鐵、鈦元素的物質來源。

參考文獻：

[1]成偉.四川省敘永縣古敘煤礦區海風礦段煤炭普查報告[R].

[2]沈明道.礦物巖石學及沉積相簡明教程[M].石油大學出版社，2007.

[3]徐興國.四川東部晚二疊世近海煤田地質特征及聚集規律[M].成都：四川教育出版社，1990.

[4]郝立波，戚長謀.地球化學原理[M].北京：地質出版社，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：地質找礦和水文地質

收稿日期：2015-03-07

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.014

中圖分類號：P619.23+1

文獻標識碼：A

文章編號：1006-0995（2016）01-0063-03