海南文昌烏土礦區(qū)高嶺土礦床地質(zhì)特征及成因探討

符啟基

(海南省資源環(huán)境調(diào)查院，海南 海口 570206)

高嶺土礦是海南省重點(diǎn)規(guī)劃的非金屬礦產(chǎn)資源之一，儲(chǔ)量極為豐富，具有品質(zhì)優(yōu)、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)等特點(diǎn)。礦床類(lèi)型均為風(fēng)化殘積型[1]，成巖時(shí)代主要集中在燕山期，次為印支期和加里東期[2]。近年來(lái)海南地區(qū)隨著消費(fèi)的不斷發(fā)展，對(duì)經(jīng)深加工和質(zhì)地優(yōu)良的高嶺土的需求持續(xù)增長(zhǎng)，市場(chǎng)上的需求量越來(lái)越大[3]。因此，加快海南省高嶺土礦資源勘查，提供優(yōu)質(zhì)高嶺土礦資源基地迫在眉睫。海南文昌烏土礦區(qū)高嶺土礦是產(chǎn)于Ⅱ級(jí)海成階地上，曾經(jīng)歷了從臺(tái)地—濱?！獪\海近岸—濱海—海灣的環(huán)境變遷過(guò)程，探明的資源儲(chǔ)量規(guī)模達(dá)到大型，有效地支撐了當(dāng)?shù)馗邘X土資源的消費(fèi)。該高嶺土礦的發(fā)現(xiàn)，為海南地區(qū)尋找同類(lèi)型的礦床提供了可借鑒的理論依據(jù)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

海南地區(qū)位于華南褶皺系南段，沉積有不同地質(zhì)時(shí)代的地層，經(jīng)歷了海西、印支、燕山等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)，造就了別具一格、復(fù)雜繁多的成礦地質(zhì)條件，形成了豐富多樣的礦產(chǎn)資源[4-5]。

烏土礦區(qū)處于瓊東北隆起的東南部，王五—文教深斷裂的東端，距海岸線(xiàn)2km。本區(qū)構(gòu)造不發(fā)育，主要發(fā)育有東西向及北東向兩組斷裂，規(guī)模較小。

區(qū)域侵入巖主要有中侏羅統(tǒng)二長(zhǎng)花崗巖和二疊—三疊系花崗巖，呈巖基狀產(chǎn)出，分布于中西部及東部[6-8]。礦區(qū)內(nèi)廣泛出露第四系全新統(tǒng)煙墩組、全新統(tǒng)瓊山組、更新統(tǒng)八所組地層(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層比較簡(jiǎn)單，出露有第四系上更新統(tǒng)八所組(Qp3bs)和全新統(tǒng)(Qh)地層。

上更新統(tǒng)八所組(Qp3bs)：根據(jù)巖性組合分為上下兩個(gè)亞層。下亞層(Qp3-1bs)：為海相Ⅱ級(jí)階地沉積。上部巖性為灰黃—棕灰色中細(xì)—粉細(xì)砂，成分較單一，主要分布在礦區(qū)中南部。下部主要為砂質(zhì)粘土，夾粉細(xì)砂薄層，砂質(zhì)成分以石英為主，渾圓狀—次棱角狀，粒度較粗，粘土成分以高嶺土為主，局部為塊狀高嶺土。厚度1.00 ～10.00m，平均6.84m。呈近水平層狀產(chǎn)出。上亞層(Qp3-2bs)：為褐紅色—棕紅色亞粘土，可塑—硬塑狀。主要分布在礦區(qū)北東部，呈近水平層狀產(chǎn)出，層厚3.45 ～19.00m。

全新統(tǒng)(Qh)，該層未分組，主要呈條帶狀分布在礦區(qū)西部及中東部，為河流相沖洪積。巖性以砂質(zhì)粘土為主，含有少量有機(jī)質(zhì)，多分布在溝溪兩側(cè)及地勢(shì)低洼地段，層厚1.50 ～3.20m。

2.2 構(gòu)造

由于區(qū)內(nèi)被第四系松散沉積廣泛覆蓋，故構(gòu)造現(xiàn)象不明顯。根據(jù)現(xiàn)代地形地貌分析，可能存在東西向、南北向和北東向裂隙構(gòu)造。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)基底巖石為中侏羅統(tǒng)二長(zhǎng)花崗巖，由于被大面積第四系松散沉積物覆蓋，礦區(qū)范圍內(nèi)地表未見(jiàn)有出露。經(jīng)鉆探揭露，層頂埋深在10.5 ～13.5m之間，巖石已強(qiáng)烈風(fēng)化，呈砂質(zhì)粘性土狀，但原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造尚可辨認(rèn)。巖石呈灰黃色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為斜長(zhǎng)石，其次為石英，少量絹云母，見(jiàn)微量鈦鐵礦。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

高嶺土礦主要賦存于第四系上更新統(tǒng)(Qp3bs)Ⅱ級(jí)海成階地沉積地層中,基底為侏羅紀(jì)中世二長(zhǎng)花崗巖，巖石呈強(qiáng)風(fēng)化狀，局部零星分布有風(fēng)化殘積型高嶺土，該層為礦層的下盤(pán)圍巖。

礦體平面上大致呈兩頭大、中間小的一個(gè)“啞鈴狀”沿東西向展布，延展連續(xù)性較好。平緩層狀產(chǎn)出，微向南東傾。縱向長(zhǎng)度3200m，寬220 ～1300m，平均寬度635m；礦層厚3.12 ～12.80m，平均厚度6.25m，厚度變化系數(shù)63.99%，屬于厚度變化基本穩(wěn)定的礦體。礦體延展面積1.90km2，邊界規(guī)則，邊界模數(shù)0.66；剖面形態(tài)變化小，剖面面積變化系數(shù)0.35。礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，礦石以砂質(zhì)高嶺土為主，局部見(jiàn)有塊狀軟質(zhì)高嶺土。礦層中無(wú)夾石(層)，質(zhì)量較穩(wěn)定，連續(xù)性好(圖2、圖3)。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

圖3 礦區(qū)2 線(xiàn)地質(zhì)剖面圖

3.2 礦石特征

(1)礦石礦物組成。

原礦石中主要礦物為石英和高嶺石，少量的長(zhǎng)石、金紅石、微量的銳鈦礦、板鈦礦、褐鐵礦、赤鐵礦、云母及水鋁石等礦物[9]。-400 目產(chǎn)品中主要礦物為高嶺石、埃洛石、伊利石，少量的石英和含鐵、鈦的礦物。原礦及-400 目產(chǎn)品中主要礦物含量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 原礦及-400 目產(chǎn)品中主要礦物含量統(tǒng)計(jì)表(單位：%)

由表1 可知，-400 目產(chǎn)品中石英含量?jī)H3.0%，這說(shuō)明石英粒度較粗，基本分布在-400 目以上，這對(duì)提高Al2O3含量是有利的[10-12]。

(2)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征。

礦石為砂質(zhì)高嶺土，高嶺石呈塊狀、顆粒狀集合體分布在中粗粒石英砂中，呈松散粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。從上至下，由中細(xì)—粉細(xì)粒石英砂至中粗粒砂質(zhì)高嶺土，沉積韻律特征明顯，由淺黃—灰黃色砂到灰白—白色砂質(zhì)粘土，形成不同的層狀構(gòu)造特點(diǎn)。

(3)主要粘土礦物特征。

高嶺石：為粘土礦物主要成分，與埃洛石、伊利石共生。電鏡觀(guān)察，高嶺石80%以上為片狀，片狀大小一般為5 ～10μm，片厚0.2 ～0.8μm。較粗粒級(jí)的高嶺石多呈集合體存在，晶形稍好者多為書(shū)頁(yè)狀、手風(fēng)琴狀和蠕蟲(chóng)狀，晶形稍差者為花絮狀，主要粘土礦物電鏡掃描形貌圖像見(jiàn)圖4。

圖4 主要粘土礦物電鏡掃描圖像

埃洛石：含量?jī)H次于高嶺石，與高嶺石、伊利石共生，單晶為管狀，此外還有空心角錐狀、球狀，集合體多為絨球狀，粒度微細(xì)，管長(zhǎng)大多在2μm以下。

伊利石：含量較埃洛石少，以片狀產(chǎn)出，粒度一般2 ～10μm，在形貌上不易與高嶺石分辨，是K2O 的主要載體礦物，是云母或長(zhǎng)石向高嶺石轉(zhuǎn)變的中間過(guò)渡產(chǎn)物[13]。

(4)礦石的化學(xué)成分。

根據(jù)采集樣品的基本分析，礦石中Al2O3含量16.79%～23.63%，平均19.15%；Fe2O3含量0.18%～0.85%，平均0.58%；TiO2含量0.31%～0.45%，平均0.39%(表2)。

表2 部分鉆孔質(zhì)量分?jǐn)?shù)一覽表 (單位：%)

通過(guò)以上礦物組成的分析可知，高嶺土礦Al2O3含量高，F(xiàn)e2O3、TiO2含量低，礦石質(zhì)量好，各組分含量穩(wěn)定，是優(yōu)質(zhì)的高嶺土礦床[14]。

3.3 礦石加工及選礦特征

(1)選礦試驗(yàn)。

淘洗：以鉆孔基本分析樣，用清水搗漿淘選、過(guò)濾(325 目網(wǎng)篩)，得出＞325 目(雜質(zhì))和＜325目(精礦)的淘洗率。再經(jīng)化學(xué)分析，與原礦化學(xué)分析結(jié)果對(duì)比。原礦經(jīng)淘洗后Al2O3含量達(dá)到36.94%，F(xiàn)e2O3含量為0.56%，TiO2為0.36%，精礦淘洗率為42.56%。

重選：是去除石英、富集高嶺石(Al2O3)的過(guò)程，包括搗漿、篩分(去除粗砂)和水力分級(jí)(去除細(xì)砂)三部分工藝。重選總溢流平均粒徑為4.52μm，D50=3.2μm，-10μm 占有率為88.88%。

磁選：本試驗(yàn)是在半工業(yè)高梯度磁選機(jī)上進(jìn)行，毛配比(1 ∶1)，充填率為4.5%。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，精礦中Fe2O3和TiO2含量略有降低，但精礦產(chǎn)率下降，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度到1.3T 時(shí)，分選結(jié)果變化不大；礦漿流速試驗(yàn)表明，隨著礦漿流速的增加，精礦產(chǎn)率上升，但精礦中Fe2O3和TiO2含量變化不大，為了保證較好的精礦指標(biāo)，礦漿流速應(yīng)小于0.8cm/s。最后得出較好的分選條件應(yīng)是六偏磷酸鈉0.3%，磁場(chǎng)強(qiáng)度1.3T，礦漿流速0.6cm/s。

漂白：重選土經(jīng)漂白，白度可提高到85 以上，較漂白前提高8 ～10；磁選土白度提高到87 左右，二次漂白可以提高到88(表3)。試驗(yàn)還表明，在進(jìn)行漂白前，預(yù)先進(jìn)行氧化處理或二次漂白，白度有所提高。

表3 部分漂白試樣化學(xué)分析結(jié)果與白度對(duì)比結(jié)果表

煅燒：煅燒溫度、煅燒時(shí)間和添加劑對(duì)煅燒均有較大影響。重選土直接煅燒，可將白度提高到85 以上，若在較高溫度下可使白度提高到88 左右。磁選土煅燒白度與漂白土煅燒白度基本相同，煅燒白度可穩(wěn)定在88 左右。磁漂土煅燒白度最高可達(dá)到90.6。

(2)礦石工業(yè)利用性能評(píng)價(jià)

經(jīng)工藝礦物學(xué)研究，本區(qū)高嶺土礦石的主要礦物成分為片狀高嶺石和石英，其次為埃洛石和伊利石。淘洗、重選、磁選、漂白和煅燒等試驗(yàn)和研究表明，礦石經(jīng)精選加工后，可滿(mǎn)足造紙、搪瓷、橡膠、陶瓷等工業(yè)用途。如進(jìn)一步深入高梯度磁分離和化學(xué)漂白，將會(huì)最大限度地剔除鐵、鈦雜質(zhì)，滿(mǎn)足高級(jí)造紙工業(yè)的使用。

4 礦床成因

本區(qū)第四系沉積基本上呈帶狀與現(xiàn)代海岸線(xiàn)平行展布，高嶺土礦層產(chǎn)于第四系上更新統(tǒng)八所組下亞層(Qp3-1bs) 下部的砂質(zhì)粘土層中，屬海相Ⅱ級(jí)階地沉積，韻律層特征明顯，機(jī)械沉積作用清晰。

地層巖相顯示本區(qū)在第四紀(jì)早、中更新世為較穩(wěn)定的臺(tái)地，處于風(fēng)化剝蝕狀態(tài)，從中更新世晚期開(kāi)始，地殼逐漸下沉，開(kāi)始海侵，形成了海相或陸相的第Ⅲ級(jí)階地沉積。至晚更新世早期，隨著海侵的擴(kuò)大，形成了晚更新世八所組濱海Ⅱ級(jí)階地沉積。全新世晚期的海退，形成了河流相、湖沼相及近岸沙堤沉積。由此可見(jiàn)，本區(qū)第四紀(jì)早期—全新世晚期，曾經(jīng)歷了從臺(tái)地—濱?！獪\海近岸—濱?！车沫h(huán)境變遷過(guò)程[15]。

高嶺土礦的形成機(jī)理，主要是在淺濱海環(huán)境中水動(dòng)力作用下，對(duì)風(fēng)化剝蝕的巖石碎屑物質(zhì)機(jī)械運(yùn)移、破碎、分選沉積而形成。本區(qū)區(qū)域分布的二長(zhǎng)花崗巖，是高嶺土礦形成的成礦母巖。在強(qiáng)風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖與砂質(zhì)高嶺土中Al2O3、TiO2含量相近，但砂質(zhì)高嶺土中Fe2O3的含量(0.58%)明顯低于強(qiáng)風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖中Fe2O3的含量(1.89%～3.18%)，說(shuō)明沉積改造作用將有害組分明顯降低。

本區(qū)礦體大致呈東西向沿第四系上更新統(tǒng)八所組濱海相Ⅱ級(jí)階地沉積(Qp3bs)分布，礦體呈層狀產(chǎn)出，分布空間、形態(tài)、產(chǎn)狀嚴(yán)格受地層控制。礦體總體厚度較穩(wěn)定，局部礦層厚度變化較大，反映出沉積作用過(guò)程中的不同環(huán)境及水動(dòng)力條件的變化。礦石質(zhì)量?jī)?yōu)良，品位變化不大。礦層與頂、底板圍巖界線(xiàn)清楚。礦石組成物質(zhì)高嶺土為主，石英為輔，高嶺土多呈片狀集合體，石英顆粒機(jī)械分選明顯，磨圓度較高，其他重礦物粒度細(xì)小，以滾圓狀為主，表明水動(dòng)力作用強(qiáng)烈。礦石化學(xué)分析、物性測(cè)定及研究表明，礦石為正常的機(jī)械碎屑沉積。本區(qū)高嶺土礦床成因類(lèi)型為花崗巖風(fēng)化殘積—濱海沉積改造型砂質(zhì)高嶺土礦床[15]。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)本區(qū)高嶺土礦層主要賦存于第四系上更新統(tǒng)Ⅱ級(jí)海成階地沉積(Qp3bs)中, 呈層狀產(chǎn)出，礦體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連續(xù)性好，分布均勻。礦石主要有用礦物有高嶺石、埃洛石、伊利石等。

(2)高嶺土礦床的成礦母巖為中侏羅統(tǒng)二長(zhǎng)花崗巖，礦床的分布與這類(lèi)巖體有較密切的關(guān)系，礦床成因類(lèi)型為花崗巖風(fēng)化殘積—濱海沉積改造型砂質(zhì)高嶺土礦床。

(3)本區(qū)出露的第四系上更新統(tǒng)八所組Ⅱ級(jí)海成階地沉積(Qp3bs)，是良好的直接找礦標(biāo)志，中侏羅統(tǒng)二長(zhǎng)花崗巖分布范圍是尋找沉積型砂質(zhì)高嶺土的重要地段。高嶺土礦體基本上分布在第四系上更新統(tǒng)八所組下亞層的下部，分布地區(qū)地勢(shì)往往比較低，海拔標(biāo)高在10 ～20m。因此地形地貌特征也是尋找該類(lèi)型高嶺土礦體的標(biāo)志。