湖北當(dāng)陽廟前—淯溪地區(qū)三疊系—侏羅系泥(頁)巖—砂巖類礦產(chǎn)資源特征及適用礦種調(diào)查評價

黃德將， 易 濤， 萬傳輝， 曾 凱， 劉 林

(1.湖北冶金地質(zhì)研究所(中南冶金地質(zhì)研究所)，湖北 宜昌 443000； 2.宜昌市夷陵區(qū)自然資源和規(guī)劃局，湖北 宜昌 443100)

湖北省當(dāng)陽市作為中部陶瓷產(chǎn)業(yè)集群地，承接著沿海陶瓷企業(yè)向中部的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，為給大批新建的陶瓷產(chǎn)業(yè)集群企業(yè)提供陶瓷用原料，對該地區(qū)的泥(頁)巖—砂巖類礦石進(jìn)行了開發(fā)利用。2009年至今，先后設(shè)立了十幾個采礦權(quán)，但因設(shè)立背景和目的不同，礦種定名較為混亂，存在采礦許可證礦種名稱與礦產(chǎn)資源實(shí)際情況及相關(guān)報(bào)告不盡相符的現(xiàn)象。隨著礦產(chǎn)資源管理政策的日益完善，礦政管理部門急需解決這一問題，以期化解潛在的礦政管理風(fēng)險和礦山企業(yè)生產(chǎn)風(fēng)險，加強(qiáng)規(guī)范管理更好地為當(dāng)陽市建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)。查明礦石類型和質(zhì)量、規(guī)范礦種名稱是解決該問題的關(guān)鍵。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)地處揚(yáng)子陸塊上揚(yáng)子褶皺帶之遠(yuǎn)安前陸盆地。荊當(dāng)盆地是一個呈北北西向展布的槽形向斜構(gòu)造[1-4]，主要由三疊系—侏羅系地層構(gòu)成。核部巖層產(chǎn)狀平緩，地層傾角一般<15°；兩翼基本對稱，傾角自內(nèi)至外變陡，局部增至30°左右。

區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要表現(xiàn)為北北西向、北東向、近南北向三組斷裂(圖1)。北北西向斷裂以通城河斷裂、遠(yuǎn)安東斷裂、荊門東斷裂為代表[1]，其規(guī)模宏大，具有多期活動性。

圖1 廟前—淯溪地區(qū)區(qū)域構(gòu)造略圖Fig.1 Sketch map of regional structure in Miaoqian-Yuxi1.整合地質(zhì)界線；2.不整合地質(zhì)界線；3.查明斷裂；4.推測斷裂；5.志留系—二疊系；6.大冶組—巴東組；7.九里崗組；8.曉坪組；9.香溪組；10.自流井組；11.重慶組；12.白堊系—第四系；13.行政區(qū)駐地；14.工作區(qū)位置；①.荊門東斷裂；②.遠(yuǎn)安東斷裂；③.通城河斷裂；④.霧渡河斷裂。

2 礦層特征

區(qū)域礦產(chǎn)資源的產(chǎn)出明顯受控于晚古生代以來的沉積作用。根據(jù)以往地質(zhì)工作成果，當(dāng)陽市原“建筑陶瓷用高嶺土”礦層主要發(fā)育于三疊系上統(tǒng)九里崗組(T3j)、三疊系上統(tǒng)曉坪組(T3x)及侏羅系下統(tǒng)香溪組(J1xn)中，包括泥(頁)巖礦層和砂巖礦層兩種類型。

2.1 泥(頁)巖礦層

具有開采價值的泥(頁)巖礦層位于九里崗組下段中下部(T3j1g-2)和香溪組第二巖性段(J1xn2g)。前者為區(qū)內(nèi)主要工業(yè)礦層，主要由灰白色、灰色及灰黑色薄—中層狀含粉砂泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及泥(頁)巖組成，間夾細(xì)砂巖、炭質(zhì)泥巖及透鏡狀薄煤層，該礦層分上、下兩個分層。后者為區(qū)內(nèi)次主要工業(yè)礦層，主要由灰綠色、青灰色、灰色及深灰色薄—中層狀粉砂質(zhì)泥巖、泥(頁)巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、雜砂巖等組成，間夾灰黑色薄層狀炭質(zhì)泥巖，部分遭受弱—中等風(fēng)化。

2.1.1礦物成分

九里崗組下段中下部礦石以泥質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，部分為碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石主要礦物成分為石英和粘土礦物，含少量鐵質(zhì)，偶見方解石、白云母(圖2-a—圖2-e)。石英含量為10%～35%，d=0.02～0.07 mm，呈棱角狀、次棱角狀碎屑，散布于粘土礦物間；粘土礦物含量為55%～80%，d=0.001～0.01 mm，呈微細(xì)粒狀、鱗片狀相互交織；鐵質(zhì)粘土礦物含量為1%～3%，d=0.001～0.01 mm，呈絮狀、斑點(diǎn)狀散布；方解石含量為3%～5%，d=0.05～0.07 mm，呈不規(guī)則粒狀稀疏散布；白云母含量為1%～3%，d=0.01～0.07 mm，呈片狀碎屑，偶見于石英碎屑間。

香溪組第二巖性段礦石為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石主要礦物成分為石英和粘土礦物，含少量鐵質(zhì)(圖2-f)。石英含量為5%～15%，d=0.03～0.06 mm，呈棱角狀、次棱角狀碎屑，稀疏散布于粘土礦物間；粘土礦物含量為80%～85%，d=0.001～0.01 mm，呈微細(xì)鱗片狀相互交織；鐵質(zhì)為1%～3%，d=0.001～0.01 mm，呈絮狀、斑點(diǎn)狀散布，與粘土礦物混雜。

圖2 泥(頁)巖礦層礦石鏡下照片F(xiàn)ig.2 Microscopic photos of ore in the argillaceous (shale) ore beda.謝家槽，單偏光；b.梨樹包，正交偏光；c.東沖，正交偏光；d.柯家埡，單偏光；e.李家臺，正交偏光；f.沙河水庫北，單偏光。

根據(jù)礦石礦物成分確定礦石自然類型為粉砂質(zhì)泥巖、含粉砂泥巖、泥巖。

2.1.2化學(xué)成分

九里崗組下段中下部礦層主要化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。Al2O3含量為11.93%～26.34%，平均為18.82%；SiO2含量為55.88%～77.30%，平均為66.28%；Fe2O3含量為0.88%～6.50%，平均為2.35%。

表1 九里崗組下段中下部泥(頁)巖礦層(單位：%)Table 1 The shale layer at the middle and lower part of Jiuligang Formation

香溪組第二巖性段礦層主要化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。Al2O3含量為11.46%～20.08%，平均為16.90%；SiO2含量為62.52%～81.78%，平均為70.36%；Fe2O3含量為0.38%～4.21%，平均為1.80%。

表2 香溪組第二巖性段泥(頁)巖礦層(單位：%)Table 2 The shale layer at the second part of Xiangxi Formation

2.2 砂巖礦層

具有開采價值的砂巖礦層位于曉坪組觀音段含煤亞段底部(T3x4-2g)，主要由灰白色、灰色薄—中層狀含泥粉砂巖、含泥粗砂巖、細(xì)砂巖及泥質(zhì)雜砂巖等組成，間夾灰色薄—中層狀粉砂質(zhì)泥巖。

2.2.1礦物成分

曉坪組觀音段含煤亞段底部礦石以細(xì)粒砂狀碎屑結(jié)構(gòu)為主，部分為碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石主要礦物成分為石英和巖屑，含少量長石和粘土礦物，偶見白云母和鐵質(zhì)(圖3)。石英含量為35%～65%，d=0.04～0.30 mm，呈棱角狀、次棱角狀碎屑，均勻分布；巖屑含量為25%～35%，d=0.1～0.3 mm，呈棱角狀、次棱角狀碎屑，由硅質(zhì)巖、砂巖等組成；長石含量為10%～15%，

圖3 砂巖礦層露頭及礦石薄片鏡下照片F(xiàn)ig.3 Photo of outcrop and thin section of sandstone ore under microscopea.廣鼎，砂巖礦層露頭；b.廣鼎，長石巖屑雜砂巖，單偏光；c.湯家大當(dāng)，泥質(zhì)粉砂巖，正交偏光；d.毛家老屋，長石巖屑雜砂巖，單偏光。

d=0.1～0.3 mm，呈棱角狀、次棱角狀碎屑；粘土礦物含量為5%～25%，d=0.001～0.01 mm，呈微細(xì)鱗片狀、粒狀充填于碎屑間；白云母含量為5%～8%，d=0.04～0.07 mm，呈片狀碎屑，散布于石英顆粒間；鐵質(zhì)含量為1%～3%，d=0.001～0.01 mm，呈絮狀、斑點(diǎn)狀散布。

礦石礦物成分中碎屑顆粒主要為石英、巖屑、長石和少量鐵質(zhì)，分選中等—差，磨圓度差；基質(zhì)以粘土礦物為主，含量>15%；膠結(jié)物含量少。按照碎屑顆粒粒度和Folk砂巖分類方案(圖4)劃分，礦石自然類型為細(xì)粒長石巖屑雜砂巖和泥質(zhì)粉砂巖。

圖4 Folk砂巖分類三角圖[5]Fig.4 The triangle chart of sandstone classification by Folk1.石英雜砂巖；2.長石石英雜砂巖；3.巖屑石英雜砂巖；4.長石雜砂巖；5.巖屑長石雜砂巖；6.長石巖屑雜砂巖；7.巖屑雜砂巖。

2.2.2化學(xué)成分

曉坪組觀音段含煤亞段底部礦層主要化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。SiO2含量為66.04%～82.67%，平均為74.61%；Al2O3含量為10.01%～16.88%，平均為14.07%；Fe2O3含量為0.56%～3.52%，平均為1.31%。

表3 曉坪組觀音段含煤亞段底部砂巖礦層(單位：%)

3 開發(fā)利用現(xiàn)狀

中國是世界建筑陶瓷的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，全球過半的建筑陶瓷產(chǎn)自中國。建陶制造從華東和佛山等中高檔建陶集中產(chǎn)區(qū)向全國遷移。湖北省當(dāng)陽市作為中部陶瓷產(chǎn)業(yè)集群地，承接著沿海陶瓷企業(yè)向中部的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，形成了以天冠、華夏、大地三家建筑陶瓷企業(yè)為代表的建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)集群，年產(chǎn)超400萬m2仿古地板磚、外墻磚、工程外墻磚、陶瓷瓦等建筑陶瓷產(chǎn)品。

不同種類的建筑陶瓷產(chǎn)品對礦產(chǎn)原料的要求不一。經(jīng)過天冠、華夏、大地等多家建筑陶瓷企業(yè)反復(fù)試驗(yàn)和生產(chǎn)，一致認(rèn)為區(qū)內(nèi)的泥(頁)巖礦層和砂巖礦層可作為生產(chǎn)中、低檔建筑陶瓷產(chǎn)品的主要礦產(chǎn)原料，但不適合用于制造高級衛(wèi)生陶瓷及精細(xì)陶瓷，并提出了當(dāng)陽市建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)原料質(zhì)量指標(biāo)要求(表4)。顯然，區(qū)內(nèi)的泥(頁)巖礦層和砂巖礦層礦石質(zhì)量大多能夠達(dá)到Ⅱ、Ⅲ級品質(zhì)量要求，僅少數(shù)能達(dá)到Ⅰ級品質(zhì)量要求。

表4 當(dāng)陽市建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)原料質(zhì)量指標(biāo)表

“十一五”期間，為解決當(dāng)陽市建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)的礦產(chǎn)原料供應(yīng)問題，當(dāng)陽市政府在2008年以地方財(cái)政出資形式對當(dāng)陽市廟前鎮(zhèn)石馬槽、危家崗、李家臺及淯溪鎮(zhèn)毛家老屋四個礦區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)勘查工作，使用“建筑陶瓷用高嶺土或陶瓷用砂巖”這一建筑陶瓷企業(yè)習(xí)慣使用的工藝名稱命名礦種。但在配發(fā)采礦許可證時，發(fā)證礦種名錄中沒有“建筑陶瓷用高嶺土”，遂以“高嶺土或陶瓷用砂巖”作為發(fā)證礦種配發(fā)了采礦許可證。因此，出現(xiàn)了采礦許可證發(fā)證礦種名稱與礦產(chǎn)資源勘查報(bào)告礦種名稱和礦石自然類型不盡相符的情況(表5)，礦種定名較為混亂。

表5 采礦許可證發(fā)證礦種名稱、勘查礦種名稱與礦石自然類型一覽表Table 5 List of mineral names by mining license, names of prospecting minerals and natural types of ores

4 適用礦種綜合分析及建議

九里崗組下段中下部和香溪組第二巖性段泥(頁)巖礦層SiO2含量均>55%；Al2O3含量為11.46%～26.34%，<30%；Fe2O3含量為0.88%～6.50%，普遍>2%(圖5)。按照《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范 高嶺土、葉蠟石、耐火粘土》(DZ/T 0206—2020)[6]，礦層化學(xué)成分達(dá)不到沉積型硬質(zhì)高嶺土的一般工業(yè)指標(biāo)要求(Al2O3<30%，F(xiàn)e2O3+TiO2<2%，TiO2<0.6%)，少量可以滿足陶土化學(xué)性能指標(biāo)要求(Al2O3≥20%，F(xiàn)e2O3≤3.5%)，但分布零散，難以達(dá)到開采技術(shù)指標(biāo)要求。按照《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》(2014年修訂本)[7]，礦層化學(xué)成分基本都符合磚瓦用粘土巖類一般工業(yè)指標(biāo)要求(表6)。結(jié)合礦石自然類型(粉砂質(zhì)泥巖、含粉砂泥巖、泥巖)和礦山開發(fā)利用情況，確定礦石工業(yè)類型為磚瓦用泥(頁)巖。

曉坪組觀音段含煤亞段底部砂巖礦層SiO2含量大多>65%、<80%；Al2O3平均含量為10.01%～16.88%，<30%；Fe2O3含量為0.56%～3.52%，普遍>2%(圖5)。按照《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范 硅質(zhì)原料》(DZ/T 0207—2020)[8]，礦層化學(xué)成分達(dá)不到平板玻璃用、器皿玻璃用和鑄型硅質(zhì)原料一般工業(yè)指標(biāo)要求(SiO2≥90%)，僅個別可以滿足要求。按照《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》(2014年修訂本)[4]，礦層化學(xué)成分基本符合磚瓦用粘土巖類一般工業(yè)指標(biāo)要求(表6)，SiO2含量略高。結(jié)合礦石自然類型(細(xì)粒長石巖屑雜砂巖、泥質(zhì)粉砂巖)和礦山開發(fā)利用情況，確定礦石工業(yè)類型為磚瓦用砂巖。

圖5 謝家槽房、梨樹包等九個礦山礦石樣品主要化學(xué)組分含量分布圖Fig.5 Distribution map of major elements of ore samples fromnine mines(including Xiejiacoufang,Lishubao etc.)

表6 磚瓦用粘土巖類一般工業(yè)指標(biāo)Table 6 General industrial index of clay rock for brick and tile

區(qū)內(nèi)九里崗組下段中下部和香溪組第二巖性段泥(頁)巖礦層及曉坪組觀音段含煤亞段底部砂巖礦層都能滿足當(dāng)陽市建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中、低檔墻面磚、地板磚等建筑陶瓷產(chǎn)品的礦產(chǎn)原料質(zhì)量要求。礦層平面展布面積廣，資源量大，能夠滿足當(dāng)陽市建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)集群長期生產(chǎn)需要。目前，當(dāng)陽市礦政管理部門已經(jīng)按照本文建議的礦石工業(yè)類型糾正和規(guī)范了采礦許可證發(fā)證礦種名稱。為更好地為當(dāng)陽市建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)，建議礦政管理部門加強(qiáng)前置審查，扎實(shí)開展礦產(chǎn)勘查工作，從源頭規(guī)范礦產(chǎn)名稱，化解潛在的礦政管理風(fēng)險和礦山企業(yè)生產(chǎn)風(fēng)險。

5 結(jié)語

研究區(qū)三疊系—侏羅系泥(頁)巖—砂巖類礦產(chǎn)資源含礦層位有三層，即九里崗組下段中下部和香溪組第二巖性段為泥(頁)巖礦層，礦石以泥質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，部分為碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，自然類型為粉砂質(zhì)泥巖、含粉砂泥巖、泥巖，綜合分析確定工業(yè)類型為磚瓦用泥(頁)巖；曉坪組觀音段含煤亞段底部為砂巖礦層，礦石以細(xì)粒砂狀碎屑結(jié)構(gòu)為主，部分為碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，自然類型為細(xì)粒長石巖屑雜砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，綜合分析確定工業(yè)類型為磚瓦用砂巖。所生產(chǎn)的礦石是生產(chǎn)中、低檔建筑陶瓷產(chǎn)品的主要礦產(chǎn)原料。