青州市馬家莊地區黏土礦成礦地質特征研究

劉繼勇，武斌，張洪濱，董美川

(山東省第四地質礦產勘查院，山東省地礦局海岸帶地質環境保護重點實驗室，山東 濰坊 261021)

0 引言

黏土礦作為我國優勢礦產資源之一，其物質成分較為復雜，往往由多種細小礦物顆粒混合而成[1]，在化工、陶瓷等領域應用十分廣泛，水泥配料用黏土是燒制水泥熟料主要配料之一，在水泥燒結過程中起著提供SiO2，Fe2O3，Al2O3的作用，隨著我國社會經濟的發展，對黏土礦的需要與日俱增,急需更優質的黏土礦為國民經濟發展提供助力。

1 區域地質

1.1 地層

區內主要被古生代寒武系和新生代第四系所覆蓋，呈現南西高北東低的構造格局，出露地層單元由老到新有寒武-奧陶紀張夏組、崮山組、炒米店組、三山子組、馬家溝群及第四紀大站組、臨沂組(圖1)。寒武-奧陶紀地層巖性較為單一，以灰巖、白云巖等碳酸鹽巖為主，局部出露小面積的泥巖，地層總體傾向NW，傾角不大，一般5°～13°；第四紀上更新統大站組及全新統臨沂組是馬家莊地區黏土礦的主要賦礦層位，巖性以砂質黏土、黏土質粉砂巖等為主，含礫粉砂及混礫砂少量[5-6]，其產狀與地形坡角大致一致，傾向NE。

1.2 構造

區域內斷裂較為發育，主要有NE向及NW向兩組斷裂，其中規模較大的有上五井斷裂及青州斷裂(圖1)[7-14]。

1—張夏組；2—崮山組；3—炒米店組；4—三山子組；5—東黃山組；6—北庵莊組；7—土峪組；8—大站組；9—臨沂組；10—地質界線；11—平行不整合界線；12—實測斷裂；13—推測斷裂；14—礦區位置及范圍圖1 馬家莊地區區域地質圖

上五井斷裂總體走向30°～40°左右，主體南東傾，傾角60°～80°，主要由數條張性斷裂為主的破碎帶構成，總體顯示南東盤下降，北西盤上升的張性斷裂性質，在印支晚期-燕山早期即開始活動，成型應在燕山晚期，古近紀時受區域應力場影響，又有較大規模活動，至中更新世之后仍有活動，活動具多期性，以張性為主。

青州斷裂總體走向330°左右，傾向60°，傾角60°～72°，破碎帶寬10～20m，帶內巖石產狀雜亂，近直立，牽引褶皺發育，所切割巖石為寒武紀地層和新太古代二長花崗巖，斷裂性質為張性，南東端被上五井斷裂所截。區內地表覆蓋嚴重，僅沿沖溝等地勢低洼處可見其露頭。

2 含礦層系

區內賦礦層系為第四紀上更新世大站組、全新世臨沂組[15-18]，以大站組為主。

2.1 大站組

廣泛分布于溝谷、山間盆地及山前斜坡、臺地，常構成二級階地，局部被臨沂組所覆蓋。上部為紫褐色砂質黏土，黏土中含少量有機質及鐵錳質結核；中部由紫紅色黏土、紫紅色含砂質黏土組成，含少量鐵錳質結核及鈣質結核，厚2～16m；下部由紫紅色黏土夾紫紅色—棕紅色砂質黏土組成，厚2～5m；底部由黃褐色基巖分化物、姜結石及灰巖角礫組成，厚0～0.4m。為區內黏土礦最主要的開采層位。

2.2 臨沂組

全新統臨沂組主要分布于現代河流一級階地及河漫灘，是一套灰黃色河流沖擊相碎屑沉積[19]，由富含有機質的耕植土及人工堆積沙土、砂質黏土組成,厚0.5～2m。層內亦有黏土礦的賦存，但不論其規模還是品質均次于大站組地層。

3 礦體地質特征

礦體在空間上呈層狀、等軸狀展布，礦體長1km，礦體厚度與古地形關系密切，厚度變化較大(圖2)，古地形低洼處礦體厚度較大，隆起區域則厚度較小，礦層最大厚度18.42m，最小厚度8.15m，平均厚度12.61m，厚度變化系數27.79%。總體變化趨勢是礦體底板東南部較高，向北西逐漸變低，自南向北略有傾斜。

1—寒武紀炒米店組；2—更新世大站組；3—全新世臨沂組；4—鉆孔位置及編號；5—地質界線；6—礦層等厚線；7—樣品位置及編號圖2 馬家莊地區礦區地質簡圖

3.1 礦石自然類型及其特征

礦石結構以泥狀結構為主，豆粒結構、顯微鱗片結構次之。礦石構造主要是土狀構造，部分為層狀、微層狀構造。礦石自然類型分為耕植土、黏土兩大類，但以黏土為主。

耕植土：礦石呈土黃色—黑褐色，富含有機質，含少量的粉砂及礫石。

黏土：主要包括紫紅色黏土、黃褐色黏土及砂質黏土，為主要礦石類型，各工程均有分布，呈紫紅色、黃褐色等，含少量鐵錳質結核，核徑1～3mm，局部可見少量鈣質碎屑、礫石及有機質。

3.2 礦石化學成分

全區礦石平均品位SiO267.61%，Fe2O35.35%，Al2O314.79%，硅酸率n=3.37，鋁酸率p=2.77。礦石最主要的特征是SiO2含量較高，一般66%～70%。

通過對區內100件樣品進行統計結果(圖3、圖4)，顯示礦區硅酸率(n)略正偏，鋁酸率(p)基本為正態分布，各勘探線n，p值變化幅度不大(表1)，平均值：3.26～3.62，變化幅度0.36，平均值：2.74～2.84，變化幅度0.1，沿勘探線方向自西向東n，p值具有逐漸增高的趨勢，從南向北n，p值逐漸降低，n，p值得的變化受到SiO2、Fe2O3、Al2O3三者品位的控制，礦區SiO2、Fe2O3品位波動幅度較大，Al2O3品位穩定，因此，n值與SiO2正相關，p值與Fe2O3負相關。

表1 礦區各剖面線n，p平均品位

圖3 礦區硅酸率(n)、鋁酸率(p)平均值變化圖

圖4 礦區SiO2，Fe2O3，Al2O3平均品位變化圖

按不同礦石類型取6件樣品進行多元素分析(表2)，平均化學成分CaO 1.24%，MgO 1.46%，K2O 2.53%，Na2O 0.99%，SO31.02%，燒失量2.96%，其結果顯示礦層中CaO，MgO含量穩定，各勘探線變化不大，K2O，Na2O含量較高(圖5)，K2O含量較為穩定，變化幅度一般小于0.4%，Na2O含量變化較大，變化幅度一般0.5%～0.8%，K2O，Na2O含量與SiO2含量呈正相關關系，SiO2含量高，K2O+Na2O相應較高，反之亦然。SO3含量穩定，沿各勘探線基本無變化。

圖5 礦區K2O、Na2O變化曲線

表2 0～8線CaO，MgO，K2O，Na2O，SO3平均品位

與中華人民共和國地質礦產行業標準《礦產地質勘查規范石灰巖、水泥用黏土質和硅質原料》DZ/T0213中規定數值(表3)相比較，該區黏土礦可以作為水泥用黏土質原料。

表3 水泥用黏土質原料礦石化學成分一般要求

經差熱分析顯示：190℃以下的吸熱谷主要為蒙脫石和水云母脫層間水和吸附水所致；515℃～530℃吸熱谷為蒙脫石和水云母脫羥基所致；570℃的小尖吸熱谷代表石英相變，因此黏土主要由蒙脫石+水云母+石英組成(圖6)。

圖6 黏土差熱分析曲線

4 礦床成因

礦區位于魯山-博山向斜斷凸東部邊緣地帶，寒武-奧陶紀地層經過長期的風化剝蝕作用，形成的古巖溶地形為后期黏土礦的沉積提供了充足的沉積空間。礦體底板與基巖為不整合接觸關系，自上而下包括黏土--黏土夾礫石-基巖，礦石的化學成分從上到下頗有規律，中—上部SiO2、Fe2O3、Al2O3波動較大，下部較穩定，SiO2含量變低，Fe2O3、Al2O3略增高。綜上，該礦床屬于陸相殘-坡積相混合而成的風化殼型沉積礦床[20]，下部沉積物來源是寒武-奧陶紀基巖風化的產物，以殘積相為主；中—上部沉積物來源是通過地表雨水及風的動力搬運沉積的產物，其物源主要來自于礦區南側的云門山一帶的寒武-奧陶紀地層，以坡積相為主。

5 結語

(1)黏土礦主要賦存于大站組及臨沂組地層中，層控性明顯，大站組及臨沂組地層是其最直接的找礦標志。

(2)礦體厚度與古地形關系密切，厚度變化較大，古地形低洼處礦體厚度較大，隆起區域則厚度較小，總體變化趨勢是礦體底板東南部較高，向北西逐漸變低，自南向北略有傾斜。

(3)礦石最主要的特征是SiO2含量較高，一般在66%～70%之間，其硅酸率、鋁酸率等各項測試指標較高，可以作為一類水泥用黏土質原料。

(4)礦床類型為風化殼型沉積礦床，下部以殘積相為主，中上部則以坡積相為主。