黑龍江省依安縣紅星高嶺土礦床地質特征及成因分析

付忠才

黑龍江省第九地質勘查院，黑龍江 齊齊哈爾 161006

黑龍江省依安紅星高嶺土礦位于依安鎮與新屯鄉之間。在1987年—1988年原黑龍江省地質礦產局第三地質勘查所開展“黑龍江省西北部粘土礦產資源開發前景研究”時，發現了依安—克山砂質高嶺土礦成礦帶；2012年—2013年黑龍江省齊齊哈爾礦勘查開發總院在依安縣紅星磚廠—克山縣于保董屯一帶開展了高嶺土礦遠景調查工作，并于2016年—2018年完成了紅星高嶺土礦的詳查工作，提交（332+333）高嶺土礦石資源量64 863.07×104t，淘洗精礦量14 128.89×104t，為一超大型湖相沉積型砂質高嶺土礦床。是黑龍江省目前發現的最大的陶瓷用高嶺土礦床，為依安縣打造“北方瓷都”提供了資源保障。

1 區域地質特征

研究區位于松嫩平原的西北部，新構造運動分區處于北部傾沒區南部[1]、松嫩斷陷區中西部[2]，吉黑成礦省松遼盆地高嶺土成礦帶的北端[3]。地層主要有古近系始新—漸新統依安組（E2-3y）、中更新統林甸組一段（Q2ln1）和二段（Q2ln2）、上更新統齊齊哈爾組（Q3q）及全新統（Q4）[4，5]。除在溝谷低洼部位見有全新統（Q4）地層出露外，全區皆被齊齊哈爾組（Q3q）所覆蓋。為了更好地反應賦礦地層——林甸組（Q2ln）分布特征，將其上覆的齊齊哈爾組（Q3q）及全新統（Q4）地層視為覆蓋層，在區域地質圖上只反映其下部地層（圖1）。

圖1 紅星高嶺土礦區域地質簡圖Fig.1 Simplified geological map of the Hongxing kaolin deposit

依安組（E2-3y）呈大面積分布在依安縣太東鄉，克山縣古城鎮、古北鄉、北興鎮及訥河市訥南鎮等地。巖性以灰、灰綠色泥巖和砂礫巖為主，常呈互層出現，層理發育。厚度大于100 m。

林甸組一段（Q2ln1）呈半環狀分布在依安縣新屯鄉、依安鎮、紅星鄉，克山縣西聯鄉、克山農場一帶。巖層厚8～101 m，巖性主要有高嶺石粘土、粘土、中粗砂、含高嶺土的中粗—中細砂及砂礫石等，顏色多為灰白色、灰黑色、黃褐色、白色。與依安組（E2-3y）呈不整合接觸。

林甸組二段（Q2ln2）分布在林甸組一段（Q2ln1）西部內側。巖性為黃色、黃褐色和灰黑色的亞粘土和亞砂土及灰白色、灰黃、棕黃和褐黃色含礫中粗砂、礫石。厚度5～55 m。

2 礦區地質特征

礦區內所見皆為新生代地層，由老至新為古近系始新—漸新統依安組（E2-3y），第四系中更新統林甸組一段（Q2ln1）、上更新統齊齊哈爾組（Q3q）、全新統（Q4）（圖2）。

圖2 紅星高嶺土礦區地層柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of Hongxing kaolin deposit

依安組（E2-3y）呈隱伏狀分布全區，總體北西傾，傾角小于1°。巖性以灰褐色粘土為主，夾灰褐色、灰色粉砂質粘土與灰色粘土，層理發育，其頂部與林甸組接觸處為厚1～2 m的富含氧化鐵的灰黃色粘土。

林甸組一段（Q2ln1）與依安組（E2-3y）呈平行不整合接觸，在全區隱伏分布，按巖性不同可分為下、中、上三個巖性層位。下部層位：巖性以灰白色砂質高嶺土為主，其次為灰黃色含礫砂質高嶺土、含高嶺土中粗砂，頂部為灰黃色砂質高嶺土。埋深在11.08～46.30 m之間，平均27.36 m。厚12.68～95.96 m，平均45.29 m；中部層位：在區隱伏狀大面積分布，以黑色粘土層為主，其次為磚紅色、雜色和灰白色粘土。埋深12.69～44.40 m，最大厚度11.09 m；上部層位：巖性主要為灰白色砂質高嶺土，夾有灰黃色、灰白色含礫砂質高嶺土，頂部零星見有磚紅色粘土或雜色粘土。埋深0.75～27.9 m，平均12.11 m。厚1.51～19.27 m，平均厚11.04 m。

齊齊哈爾組（Q3q）在區內呈大面積出露，平行不整合覆蓋林甸組一段（Q2ln1）之上。巖性主要為黃色粘土，局部含細砂。厚1.03～26.70 m。

3 礦床地質特征

3.1 礦體形態及規模

區內共圈定砂質高嶺土礦體三層，近水平產出，呈厚板狀，形態簡單。其中：Ⅰ號礦體產于林甸組下段（Q2ln1）上部砂質高嶺土層內，Ⅱ、Ⅲ號礦體賦存在下部砂質高嶺土層內（圖3）。

圖3 紅星高嶺土礦區D7勘探線地質剖面圖Fig.3 Geological profile of No.7 line in Hongxing kaolin deposit

Ⅰ號礦體南北長1 402～3 402 m，東西寬1 548～3 098 m，延展面積8.72 km2。礦體厚度2.00～17.57 m，平均厚度8.18 m，厚度變化系數為43.51%，為厚度變化較穩定礦體。其頂、底板巖性為粘土、砂質粘土、含高嶺土中粗砂及少量砂質高嶺土，頂板標高200.55～216.36 m，平均209.62 m；底板標高194.55～210.84 m，平均201.60 m。礦體埋深1.90～27.90 m，平均埋深13.09 m。探獲（332+333）礦石量12 633.27×104t，淘洗精礦量2 999.65×104。精礦Al2O3平均含量為26.66%，Fe2O3平均含量為1.27%，TiO2平均含量為0.32%。-325目淘洗率15.71%～40.43%之間，平均22.83%。

Ⅱ號礦體南北長1 200～3 399 m，東西寬2 200～4 000 m，延展面積10.23 km2。厚度2.00～37.66 m，平均厚度15.56 m，厚度變化系數為50.65%。頂板巖性多為砂質高嶺土，少為含高嶺土中粗砂、粘土；底板巖性主要為砂質高嶺土，其次為含高嶺土中粗砂等。頂板標高160.00～197.61 m，平均187.87 m；底板標高153.85～195.19 m，平均176.49 m。夾石主要為含高嶺土中粗砂。礦體埋深7.26～64.30 m，平均埋深33.50 m。探獲（332+333）礦石量28 806.25×104t，淘洗精礦量5 787.14×104t。精礦Al2O3平均含量為26.47%，Fe2O3平均含量為1.15%，TiO2平均含量0.32%。－325目淘洗率14.81%～29.63%，平均含量為20.30%。

Ⅲ號礦體南北長1 800 m～3 402 m，東西寬1 797～4 000 m，分布面積9.67 km2。礦體厚度2.00～39.04 m，平均厚度11.87m，變化系數為67.93%。頂、底板巖性多為砂質高嶺土，其次為含高嶺土中粗砂。頂板標高136.90～171.26 m，平均155.16 m；底板標高118.76～155.95 m，平均142.09 m。礦體埋深37.62～90.30 m，平均埋深65.71 m。探獲（333）礦石量23 423.55×104t ，淘洗精礦量5 342.10×104t。精礦Al2O3平均含量為26.20%，Fe2O3平均含量為1.43%，TiO2平均含量為0.48%。-325目淘洗率15.17%～34.55%，平均含量22.05%

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石自然類型及結構、構造

礦石自然類型主要為含中細砂高嶺土，其次為含礫中細砂高嶺土。

灰白色高嶺土呈雜亂狀充填于礫、中細砂之中，礦石呈砂性泥質結構，土狀構造。

3.2.2 礦石礦物成分

礦石礦物成分較簡單，主要為高嶺石、石英、長石及少量云母（圖4）。高嶺石呈淡黃褐色，片狀、書頁狀，集合體多以碎微粒狀存在，其次以蠕蟲狀集合體形式存在，最大片徑可達0.06 mm；石英呈粒狀、次棱角狀，粒徑小于1.5 mm；長石呈半自形板狀、次棱角狀，多為鉀長石；云母呈片狀。

圖4 紅星高嶺土礦礦石掃描電鏡照片Fig.4 SEM photographs of mineral from Hongxing kaolin deposit

砂質高嶺土中高嶺石含量9.5%～23.6%，平均12.4%；石英63.4%～75.5%，平均71.6%；長石13.2%～18.1%，平均15.3%；含礫砂質高嶺土中高嶺石含量為6.0%～23.6%，平均14.5%；石英63.4%～77.5%，平均71.3%；長石12.0%～15.8%，平均13.4%。

原礦經—325目淘洗后，砂質高嶺土精礦高嶺石含量57.3%～83.9%，平均67.8%；石英10.4%～26.1%，平均18.5%；長石4.5%～20.4%，平均11.7%；含礫砂質高嶺土精礦高嶺石含量為49.7%～72.1%，平均66.8%；石英15.2%～30.6%，平均20.2%；長石11.5%～18.6%，平均11.7%。

原礦經—325目淘洗后獲得的精礦高嶺石含量大幅度增加、石英明顯降低、長石變化不大。

3.2.3 礦石化學成分

Ⅰ號礦體—325目精礦SiO2含量在56.81%～59.31%，平均含量為58.00%；Al2O324.34%～31.27%，平均含量26.66%；Fe2O3含量0.70%～2.14%，平均含量1.27%；TiO2含量0.23%～0.54%，平均含量0.32%。Ⅱ號礦體—325目精礦SiO2含量在55.85%～61.03%，平均含量為58.00%；Al2O324.09%～30.45%，平均含量26.47%；Fe2O3含量0.72%～1.88%，平均含量1.15%；TiO2含量0.23%～0.52%，平均含量0.32%。Ⅲ號礦體—325目精礦SiO2含量在56.94%～60.81%，平均含量為58.72%；Al2O324.05%～28.72%，平均含量26.20%；Fe2O3含量0.97%～1.82%，平均含量1.43%；TiO2含量0.26%～0.69%，平均含量0.48%。其他化學成分平均含量見表1。

表1 -325目精礦化學成分表Table1 -325 concentrate chemical composition

3.2.4 礦石物理技術性能

（1）原礦粒度

原礦粒度組成見表2。由表2可以看出：-76 μm粒級高嶺土產出率低，Ⅰ號礦體為15.82%、Ⅱ號礦體為20.65%、Ⅲ號礦體為22.55%，表明礦區高嶺土淘洗率較低。

表2 原礦粒度分析結果表Table2 Results of particle size analysis of raw ore

化驗結果顯示礦石中礦物粒度多為+76 μm，占77%以上，其中粘土礦物占10%±；粒度-43μm的礦物含量在14.30%～19.40%，其中粘土礦物占82.8%～87.30%，高嶺石主要賦存在該粒級內。

（2）白度

Ⅰ號礦體礦石自然白度62.10%～70.90%，平均68.00%；Ⅱ號礦體礦石自然白度57.80%～66.50%，平均為62.15%；Ⅲ號礦體礦石自然白度最低為62.90%～63.90%，平均為63.40%。

Ⅰ號礦體礦石燒成白度為63.50%～73.1%，平均70.23%；Ⅱ號礦體礦石燒成白度62.00%～69.5%，平均65.75%；Ⅲ號礦體礦石燒成白度65.80%～66.40%，平均66.10%。

由上述數據可以看出：Ⅰ號礦體礦石自然白度及燒成白度最高，Ⅱ號礦體礦石高嶺土礦與Ⅲ號礦體礦石自然白度及燒成白度相差較小，三層礦體礦石的燒成白度均高于自然白度。礦石的自然白度及燒成白度都較低，如用作建筑及日用瓷原料，需經漂白處理。

（3）耐火度

礦石耐火度在1 640℃～1 680℃之間，耐火度滿足建筑衛生瓷耐火度的工業指標要求。

（4）塑性指數

原礦塑性指數6.2～14.7，屬中塑性高嶺土。

（5）干燥收縮率

砂質高嶺土干燥收縮率較低一般在-0.1%～0.2%之間。

4 礦床成因探討

4.1 成礦環境分析

根據區內第四系地層特征結合前人研究成果可以推斷：在早第三紀始新世—漸新世時期，地殼由于差異性升降，本區出現了依安凹陷和烏裕爾凹陷，形成了依安湖，在其中沉積了粘土、砂質粘土等河湖相間夾湖沼相的依安組；到中新世早期該區抬升隆起，導致依安組出露地表，接受剝蝕，形成了依安組頂部富含褐鐵礦的薄層黃褐色粘土層；到中更新世早期，西部、北部山區地殼運動差異性強烈抬升，松嫩平原西部穩定下沉，本區處于“松嫩大湖”西北部[6]，接受了來自北部、西部山區風化形成的碎屑物，沉積了林甸組下部一地層。本區林甸組一段按巖性可劃分為：下部砂質高嶺土為主夾含礫砂質高嶺土、中細粒砂層；中部粘土層；上部砂質高嶺土夾粘土層。沉積物粒度具有由粗到細，再到粗的沉積規律，顯示沉積環境由淺湖湘—深湖相—淺湖湘。可與林甸組典型剖面——大慶前進村7901號鉆孔剖面下部層位對比[7]，形成時限在55～120萬年，形成環境由冷涼偏干到溫熱濕潤[7，8]；中更新世中晚期，松嫩平原東部抬升湖泊萎縮，導致本區露出水面，林甸組一段頂部出露地表，形成了磚紅色風化殼層；中更世晚期—晚更新世期間，松嫩盆地西部嫩江斷裂與德都大安斷裂之間發育坳陷帶，沉降沉積了湖相齊齊哈爾組。

4.2 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[9-18]。紅星高嶺土礦礦體呈近水平厚板狀賦存在林甸組中，其產狀與地層一致，并嚴格受地層控制；礦石礦物礫、砂、粘土混合堆積，分選性差，石英、長石碎屑多為次棱角狀，顯示礦物經過了水流搬運，只是搬運距離不遠，具有明顯的沉積特征。因此推斷紅星砂質高嶺土礦應為與賦礦地層同時形成的中更新世湖相沉積型砂質高嶺土礦床。

5 結論

（1）紅星高嶺土礦床為一超大型砂質高嶺土礦床，礦體呈近水平厚板狀產出，礦石類型主要為含中細砂高嶺土、其次為含礫中細砂高嶺土。

（2）礦石礦物主要為高嶺石、石英、長石，其中高嶺石含量6.0%～23.6%；原礦淘洗后（—325目），精礦高嶺石含量49.7%～83.9%。

（3）高嶺石粒度多為-43 μm，礦石自然白度57.80%～70.90%，燒成白度62.00%～73.1%，耐火度1 640℃～1 680℃，原礦塑性指數6.2～14.7，干燥收縮率一般在-0.1%～0.2%之間，礦石經漂白處理后可用作建筑及日用瓷原料。

（4）礦床成因類型為湖相沉積型，與賦礦地層林甸組一段（Q2ln1）同時形成，成礦時代為中更新世早期。