湖北老河口水泥配料用頁巖礦地球化學特征及找礦意義

敖明勇　鄔寶華　張志文　李偉文　蘇明月

［摘要］為滿足葛洲壩老河口水泥有限公司后續生產需求，水泥廠委托中國建筑材料工業地質勘查中心湖北總隊對老河口市及周邊地區開展水泥配料資源地質調查工作。最后選取丹江口市疙瘩灣陡山沱組頁巖礦為目標層。在該礦區布設勘查線連續取樣，共選?。保競€樣品，分別對樣品的ＳiO2、ＡL2O3、Ｆe1O3、Ｋ2Ｏ、Ｎa2Ｏ 進行測試，通過對數據進行分析，該地層符合企業對高鋁高鐵配料的需求。通過對化驗結果數據的分析，ＳiＯ2、Ｎa2Ｏ 相關性較強，Ａl2Ｏ3、Ｋ2Ｏ 相關性較強，ＳiＯ2與Ａl2Ｏ3、Ｋ2Ｏ、Ｆe2Ｏ3負相關性較強，Ｎa2O和Ｋ2O負相關性較強。鉀長石的野外辨識度較高，多呈肉紅色，對鉀長石含量的判定，對找礦意義較大。

［關鍵詞］老河口；頁巖；地球化學特征；找礦意義

葛洲壩老河口水泥有限公司的礦山是早奧陶世海相沉積型礦床，礦體賦存在奧陶系下統水田河組地層中。礦石類型是泥晶灰巖和亮晶砂屑灰巖、花斑狀泥晶灰巖夾亮晶砂屑灰巖、硅化晶?；規r、硅化花斑狀晶?；規r。該礦體擁有10個高硅礦體（fＳiＯ2＞４％），在使用時，需搭配高鋁高鐵低硅的水泥配料。通過勘查線連續取樣的結果，探索其地球化學特征，以期指導本區同類礦床找礦。

１ 區域地質背景

1.1?區域地質

在構造區劃上，本礦區位于昆侖—秦嶺緯向大構造體系東秦嶺南亞帶，十堰—朱連山褶皺帶，漢江斷裂以北的朱連山一帶。區域構造以褶皺構造占主導，斷裂構造居其次，區域褶皺主要為一組由震旦系陡山沱組至奧陶系水田河組組成的一系列北西西—南東東向緊密褶皺—向西翹起、向東傾伏的背斜、向斜構造組成。

1.２ 區域地層

區域出露地層從老到新為：元古界下武當群組楊坪組（Ｎh1y）、雙臺組（Ｎh1s）。上元古界青白口系耀嶺河群（Ｎh2-3y）及震旦系上統陡山沱組（Ｚ1d）和燈影組（Ｚ2∈１d），古生界寒武系下統水口溝組（∈１sg）、中統岳家坪組（∈2-3y），晚寒武世一早奧陶世石甕子組（∈3O1s）。白堊系寺溝組（Ｋ2s）。新生界下第三系始新統玉皇頂組（Ｅ1-3y）及第四系（Ｑ）。震旦系上統至奧陶系下統主要是淺海相至濱海相碳酸鹽沉積建造；白堊系和第三系屬于內陸河湖相；第四系主要是沖積、洪積及坡積堆積層。其中震旦系下統陡山沱組（Ｚ１d）為含礦層位，在區域上廣泛分布（圖１）。

２ 礦區地質

2.1?地層

礦區出露地層主要為震旦系上統燈影組（Ｚ2∈１d），震旦系上統陡山沱組（Ｚ1d）和少量的第四系全新統殘坡積物（Q），如圖２實測剖面圖。

震旦系上統燈影組（Ｚ2∈１d）：巖性為淺灰色厚層灰巖、白云質灰巖、白云巖。下部為絹云石英片巖夾大理巖及鈣質千枚巖。

震旦系上統陡山沱組（Ｚ1d）：上部為含礦層，巖性為灰黃色絹英頁巖，薄層或中厚層狀，粘土礦物以水云母為主，呈鱗片狀定向排列，屬淺海盆地環境沉積。礦體賦存最高標高約175ｍ，最低標高約225ｍ，初步推測厚度500ｍ。

下部由變石英砂巖、鈣質砂巖或絹云片巖、絹英片巖、片狀云母石英巖組成，普遍夾藍閃石片巖。

第四系全新統殘坡積層（Q）：沖積、洪積砂，礫石、砂礫石、砂、亞砂土、亞粘土，與下伏地層角度不整合接觸，工作區之外的南東側大面積出露，區內零星分散于溝谷低洼處。層厚小于0.5ｍ。

2.２ 構造

區內褶皺構造比較簡單，主要表現為齊家埡復式背斜南西翼的單斜構造及其次級小褶皺，其褶皺軸跡展布方向均為北西向，傾向南東，傾角多為23°～35°。地層單斜產出，走向近東西，傾向北北西或南西。傾角較陡，多為70°～75°。

２.３ 礦產

礦區內未見其它類型礦產。

３ 構造樣品采集

樣品取自丹江口市疙瘩灣陡山沱組頁巖地層。本次工作選取一條地質出露較好線路做剖面，采用地表連續取樣的方法，約20ｍ 采取一個樣，共采樣18件。

以常規巖石宏觀描述、薄片鑒定、常規元素分析為基礎，從而鑒定礦物，判斷其是否為企業需要的目標層。

４ 巖石化學元素結果通過化學分析可知（表１）：SiO2 51.１4％ ～64.45％，平均57.53％；Ａl2Ｏ3? 11.93％ ～16.86％，平均14.36％；Ｆe2Ｏ3 8.89％ ～13.24％，平均11.75％；Ｋ2Ｏ 0.69％ ～44.42％，平均2.49％；Ｎa2Ｏ 0.073％～3.34％，平均1.25％；硅酸率（SM）1.75％～2.91％，平均2.22％；鋁氧率（ＡＭ）0.090％～1.48％，平均1.23％；（Ｋ2Ｏ＋Na2O）2.40％ ～4.49％，平均3.74％。

根據行業標準，石灰巖、水泥用粘土質和硅質原料礦產地質勘查規范（DZ／Ｔ 0213—2020），水泥用粘土質原料礦石化學成分一般要求：硅酸率（SM）：２～３，（Ｋ2Ｏ＋Ｎa2Ｏ）≤４。

分析結果表明，除了Ｈ16硅酸率（SM）值略低一些，但不影響整體質量，平均為2.22（2～3）且較穩定；（K2O＋Ｎa2Ｏ）值有8個超過指標，但平均3.74（＜４％）且穩定?？傮w上礦石品質屬于Ⅱ 類，礦石質量較好。

５ 礦區巖石地球化學特征

對表１氧化物進行Ｒ 型聚類分析見圖３。

從圖中可以看出，礦區內５ 種氧化物，除了Ｆe2Ｏ3以外，主要分為SiO2—Ｎa2Ｏ、Ｋ2Ｏ—Ａl2O3兩個組合相關性較強。根據氧化物特征判別礦區化合物演化特征明顯。

巖石樣品地球化學數據相關系列矩陣（表2），從表中可以看出ＳiO2與Ｎa2O、Al2O3與K2O正相關性較強。SiＯ2跟Al2O3、Fe2Ｏ3、K2Ｏ 負相關性較強。Ｋ2Ｏ 跟Ｎa2O負相關性較強。

據此推測陡山沱組（Ｚ1d）頁巖的物質基礎可能來自不同的源巖。ＳiO2與Ｎa2Ｏ、Ａl2Ｏ3與Ｋ2Ｏ分別來自不同的陸源因子，Ｆe2O來自熱源因子。

６ 頁巖礦物的成因類型與主要組成礦物

進入震旦紀，鄂北（南華紀）裂谷活動停止，轉入揚子陸塊北緣蓋層穩定碳酸鹽巖臺地沉積，形成一套臺地陸棚相碳酸鹽巖與陸源碎屑巖沉積建造。

作為細粒碎屑巖，從成因上來講，頁巖組成礦物的成因類型可分為５類，各成因類型的主要礦物名稱、形成階段與賦存狀態如表３所示。

同一頁巖樣品中，一種礦物可以有兩種或三種成因。同一礦物的多種成因是頁巖組成礦物的共同特點。從礦物晶體化學種類上來看，頁巖中有氧化物，硫化物，硅酸鹽礦物、碳酸鹽礦物、磷酸鹽礦物、黏土礦物、非晶質礦物，礦物成分比較復雜。

疙瘩灣陡山沱組頁巖，源巖物質初步推測，ＳiO2跟Ｎa2Ｏ，Ａl2Ｏ3跟Ｋ2O分別來自不同的陸源，Ｆe2O3來自后期淺埋環境熱源物質。

７ 討論

黏土質輔料包括：黏土、黃土、紅土、泥巖、頁巖、炭質頁巖（煤矸石）、粉砂巖、板巖、千枚巖和片巖。目前已限制使用黏土，要求盡可能使用黏土巖類。

老河口地區合適的目標層位較少，只有隔壁城市丹江口市的陡山沱組（Ｚ1d）頁巖滿足企業生產的需要。

對于陡山沱組（Ｚ1d）頁巖文獻較少，收集的資料有限。對于頁巖也多傾向于油氣相關的討論。且對于頁巖成分的認識，多傾向于室內化驗。對于地質工作者的野外找礦，特別是對于高鋁的特殊高品位需求，需要盡可能地在野外進行初步判定。通過此次采取的樣品化驗后，分析其相關性，總結一定的規律。

ＳiＯ2、Ｎa2Ｏ相關性較強，Ａl２O3、Ｋ2Ｏ相關性較強，ＳiO2與Ａl2O3、Ｋ2Ｏ、Ｆe2Ｏ3負相關性較強，Ｎa2Ｏ 和Ｋ2Ｏ 負相關性較強。在野外對于Ｋ2Ｏ 以經過肉眼初步判定其含量的多少（鉀長石多呈淺肉紅色）。如果在野外陡山沱組（Ｚ1d）頁巖鉀長石偏高則初步認為鋁含量較高，相對應Ｎa2Ｏ含量較低則ＳiＯ2含量隨之較低，反之鉀長石偏低則初步認為鋁含量較低，相對應Ｎa2Ｏ含量較高則ＳiＯ2含量隨之較高。

８ 結論

通過對丹江口市疙瘩灣陡山沱組頁巖礦的巖石學特征與地球化學特征研究表明：

（１）老江口周邊的陡山沱組頁巖可作為水泥配料用黏土巖，且礦層較厚，品質較好。

（２）陡山沱組（Z1d）頁巖的物質基礎可能來自不同的源巖。SiO2跟Ｎa2Ｏ，Ａl2Ｏ3跟Ｋ2O分別來自不同的陸源因子，Ｆe2Ｏ3來自熱源因子。

（３）陡山沱組（Z1d）頁巖SiＯ2、Ｎa2Ｏ 相關性較強，Ａl2Ｏ3、Ｋ2Ｏ 相關性較強，ＳiＯ2與Ａl2Ｏ3、K2Ｏ、Fe2Ｏ3負相關性較強，Ｎa2Ｏ 和Ｋ2Ｏ 負相關性較強。

（４）通過初步判定陡山沱組（Z1d）頁巖中K2O含量的多少，可初步推測Al2O3、ＳiO2等含量的多少。當Ｋ2Ｏ 含量的多時，可初步認為頁巖中鋁含量較高，相對應Na2O含量較低則SiO2含量隨之較低，反之鉀長石偏低則初步認為鋁含量較低，相對應Na2O含量較高則SiO2含量隨之較高。