煤炭勘查实物地质资料二次开发在陕西府谷高岭土找矿中的作用
宋焕霞 赵世煌 韩淑琛
（国土资源实物地质资料中心）
摘要：本文以陕西府谷海则庙、段寨矿和沙川沟小区高岭土找矿勘查为例，总结了在找高岭土矿过程中，对前期煤炭勘查钻孔岩心二次开发取得的找矿成果。通过实例证明，对以往煤炭勘查钻孔岩心资料进行二次开发利用是实现煤系共伴生矿产找矿突破的有效途径。
关键词：高岭土矿 煤炭勘查 实物地质资料 二次开发
我国煤炭资源丰富,分布面广，含煤建造厚度大,成煤时代齐全，主要聚煤期的煤系地层中，常常共生和伴生多种具有工业开采价值的非金属、金属和稀散、放射性元素矿产资源，其中有许多是我国的优势和短缺矿种，有的经济价值远远高于煤炭。含煤区内常常是蕴藏多种矿产的“宝库”。煤系共伴生矿产资源多以煤层夹矸、顶板、底板或单独成层的方式存在，在找煤过程中，对煤炭勘查钻孔实物地质资料进行开发利用，对共伴生矿产进行综合找矿，可以达到事半功倍的效果,将会大大提高地质找矿的经济效益。充分利用实物地质资料进行二次开发，不但可以减少工作成本，降低投资风险，甚至可以取得找矿重大突破。
陕西省府谷县海则庙、段寨和沙川沟小区的高岭土矿层，主要赋存于中晚石炭世及早二叠世煤系中，与煤层密切共生，且多数为煤层顶底板[1-4]。在勘查高岭土矿过程中，通过对前期煤炭勘查的钻孔进行重新采样测试分析与研究。从而，对矿床的特征与成矿规律有了新的认识：煤系共伴生矿产既有同生沉积矿产，又有后生作用及沉积变质作用。这些共伴生矿产多以煤层夹矸、顶板、底板或单独成层的方式存在。在新思路和成矿理论的指导下，取得了高岭土矿的找矿突破，大大减少了新的工作量投入，使“一”矿变“二”矿，提高了煤田的经济价值。
1工作区成矿地质概况
1.1海则庙与段寨小区
府谷县海则庙、段寨小区位于鄂尔多斯盆地次级构造单元晋西挠褶带北端。两个小区地层为倾向北西西和北西的单斜，构造较简单，发育有北东向宽缓的尧峁-蔺家嘴向斜、赵家山-暖泉寨向斜和东西向的大塔峁-新窑复式背斜。该区主要出露地层有古生界、中生界和新生界。高岭土矿层主要赋存于中晚石炭世及早二叠世煤系中，与煤层密切共生，且多数为煤层顶底板。
根据对区内煤炭勘查实物地质资料的分析、矿区钻孔的复核以及新采样品的测试，发现区内高岭土矿层主要赋存在含煤地层中，即石炭纪本溪组、太原组和二叠纪山西组，为沉积型硬质高岭土矿。普查区所有钻孔都不同程度钻取高岭土矿层，共计十多层，含矿系数为3%～10%。矿层间距5～30 m，多为煤层顶底板，少数为4号、8号、10号煤夹矸。矿层产状与地层一致。
可编号对比的矿层主要有Ka1-2、Ka3、Ka4、Ka8、Ka9-1、Ka9-2、Ka11、Ka13等8层。其中，Ka4、Ka8、Ka9-2、Ka11、Ka13层规模较大，具重要工业意义。主要矿层从上到下分层特征如下：
Ka4矿层：赋存于山西组下部，为4号煤底板或相当的层位，厚0.4～3.29 m，平均1.34 m。
Ka8矿层：赋存于太原组第三段下部8号煤底板，厚0.30～2.97 m，平均1.25 m。全区共有50个孔见矿，但分布较零散，共有7个矿体。其中海则庙小区3个、段寨小区4个。
Ka9-2矿层：赋存于太原组第二段西部9-2号煤底板，主要分布在26~48勘探线间，共有34个孔见矿，矿层不连续，可分为4个矿体，规模较小，厚度1.40～3.30 m，平均1.26 m。
Ka11矿层：赋存于太原组第一段上部11号煤底部或相当层位，从孙家湾地堑北到62勘探线，全区共有91个孔见矿，是连续性最好的矿层，厚度0.32～5.22 m，平均1.62 m，根据矿体出露情况分为两个矿体。埋深0～717.57 m，底板标高370.23～925 m。在矿区东部剥蚀区从孙家湾地堑至柏林店一带地表均有出露，可采面积大于100 km2。
Ka13矿层：赋存于本溪组中部，与铝土质泥岩、铝土矿为相变或共生关系，全区共有72个孔见矿，其中海则庙小区32个孔见矿，段寨小区40个孔见矿。矿层可分为两个矿体，厚度0.62～13.00 m，平均3.90 m，可采面积大于100 km2[1-2]。
1.2沙川沟小区
沙川沟区域构造位置为鄂尔多斯盆地北部东缘，属盆地次级构造单元晋西挠褶带北端，西邻陕北斜坡。区域主体构造为近南北向的墙头-高石崖挠褶带，以张性断裂为主的断裂组清水川地堑和孙家湾地堑以及宽缓的北东向向斜构造。小区内出露地层为奥陶系中统马家沟组—三叠系下统和尚沟组及新生代地层。其石炭纪—二叠纪煤矿区高岭土矿出露有古生界、中生界和新生界，高岭土矿层主要赋存于中晚石炭世及早二叠世煤系中，与煤层密切共生，且多数为煤层顶底板。
区内含煤地层中赋存的高岭土矿层属于沉积型硬质高岭土矿，有3～7层，其中可采层4层，一般为煤层底板，自上而下编号为Ka4、Ka8-2、Ka9-2、Ka11号。主要矿层特征如下：
Ka4矿层：赋存于山西组下部4号煤层之下，山西组底砂体之上。区内11个钻孔见可采层，矿层厚度平均1.41 m，可采面积2.45 km2；矿层厚度平均0.96 m，矿层埋深15.70～862.27 m，钻孔控制矿层底板标高最低为-15.64 m（ZK604），最高为842.64 m（ZK406）。
Ka8-2矿层：赋存于太原组上段8-2号煤层之上，太原组上段底砂体上。矿层厚度平均1.95 m，可采面积7.91 km2。矿层埋深185.50～300.50 m，钻孔控制底板高程最低598.88 m（ZK5007），最高643.14 m（ZK402）。
Ka9-2矿层：赋存于太原组中下段9-2号煤层底板及其相当的层位。矿层厚度平均0.79 m，可采面积2.05 km2。矿层埋深195.50～310.02 m。钻孔控制底板标高最低606.24 m（ZK002），最高631.74 m（ZK402）。
Ka11矿层：赋存于太原组中下段相当于11号煤层的底板层位。矿层厚度平均1.72 m，可采面积6.67 km2。埋深85.40～323.30 m。钻孔控制底板标高最低582.07 m（ZK007），最高821.71 m（ZK402）[3-4]。
2高岭土找矿过程中煤系勘查实物资料的二次开发利用工作过程
2.1海则庙与段寨小区
海则庙、段寨小区高岭土矿，由陕西第八地质队在1986年煤矿详查工作中发现。1989年通过地表1:25000补充地质填图，利用煤炭详查钻孔岩心描述及采样、测试化验等对高岭土矿进行评价，圈定高岭土矿露头面积约40 km2。
1993年陕西第八地质队提交府谷煤矿区海则庙和段寨小区高岭土矿普查报告，新增D+E级高岭土矿石储量1.2亿t。1993年陕西省第八地质队在开展高岭土矿普查工作中，充分利用了两小区煤矿远景调查和普详查的原始地质资料和实物地质资料，详细查阅了含煤地层地质编录，对含煤地层的钻孔进行100%的检查、补充描述和采样，对60%的非含煤地层的钻探地质编录进行了核查。对以前煤炭详查施工的120个钻孔认真复查，总进尺48008.8 m，在此基础上进行了地质填图、水文地质填图及勘探线剖面填制等。用于高岭土矿普查的专项工作量为：地表剥土500 m3、X-射线粉晶分析68件、化学样986件、小体重样87件[1-2]。
2.2沙川沟小区
1986年陕西第八地质队在沙川沟矿区煤炭详查工作中发现石炭纪、二叠纪煤系中的高岭土矿。1989年利用煤的勘查地质成果进一步对高岭土矿进行了普查，主要是对大量煤炭勘查钻孔进行了系统的地质编录与样品测试分析，确定了高岭土矿层的赋存层位、厚度及矿石质量，并按探煤工程网度划分块段、确定储量级别。
对小区内煤的勘察钻孔进行采样和测试分析。利用小区内施工的钻孔28个，工作量9421.68 m，其中煤钻孔21个，工作量7524.35 m；水文兼探煤孔2个，652.11 m。从煤炭勘查钻孔中取样测试：高岭土化学样135件、高岭土矿X射线样38件、高岭土矿小体重样42件[3-4]。
3煤系勘查实物资料二次开发利用的工作方法
在高岭土矿找矿过程中，对含煤地层煤炭勘查钻孔资料二次开发利用工作内容和方法如下：
（1）利用小区煤矿远景调查和普详查的原始地质资料和实物地质资料，详细查阅了含煤地层地质编录，对以前煤炭详查施工的钻孔认真复查，对照含煤地层的钻孔进行100%的检查、地质编录补充描述和采样。将非含煤地层的钻探地质编录作60%的检查。
（2）对煤炭勘查钻孔中高岭土矿化学样品进行采集方法，是对矿心仔细观察描述后划分样段、准确丈量长度后，采用二分之一矿心劈开法精细采取；其他样品如X衍射样、小体重样均按有关规程要求进行采取。
（3）高岭土矿采集的样品测试项目为：硅、铝、铁、钛、钙、镁、钾、钠、硫、小体重及灼碱等。
（4）样品的主要测试方法如下：
二氧化硅：采用氟硅酸钾容量法；
三氧化二铝：采用氟化钾-EDTA容量法；
全三氧化二铁：采用重络酸钾容量法；
二氧化钛：采用过氧化氢比色法和二安替比林甲烷比色法；
氧化钙、氧化镁：采用EDTA容量法；
氧化钾、氧化钠：采用火焰光变法。
4取得的找矿成果
4.1海则庙与段寨小区
通过对主要矿体的Ka4、Ka8、Ka9-2、Ka11、Ka13五个矿层进行储量计算，储量计算范围与煤矿区详查范围一致。海则庙小区求得D级资源量14177.35万t、E级资源量73298.68万t、合计87476.03万t，其中造纸涂料级10386.84万t[2]。段寨小区共求得D级资源量20927.90万t，E级资源量64272.33万t，合计85200.23万t，其中造纸涂料级3281.93万t。两小区D级资源量之和为35105.25万t、E级资源量之和137571.01万t、D+E级172676.26万t。D级占总资源量的20.33%[1-2]。
4.2沙川沟小区
沙川沟高岭土矿共有矿层4层，共求得D、E级储量7469.90万t，其中能利用储量5849.5万t，暂不能利用储量为1620.40万t，属特大型硬质高岭土矿。其中Ka8-2矿层和部分Ka9-2矿层可用于造纸涂料级3836.30万t；Ka4、Ka9-2、Ka11矿层可用于陶瓷、橡胶原料，储量3633.60万t[3-4]。
5启示与建议
（1）海则庙、段寨与沙川沟小区高岭土找矿的成功实例证明，对以往煤炭勘查实物地质资料的二次开发，充分利用以往煤炭的勘查实物地质资料信息资源，是实现煤系共伴生矿产找矿突破的有效途径。因此，在煤炭资源勘查中，加强煤系共伴生矿产资源的勘查与综合研究，可使一矿变多矿，实现矿产资源综合开发利用。
（2）由于地质历史发展过程中认识阶段性和技术条件的限制等原因，相当一部分矿床的研究尚不够充分，有很多伴生与共生有益成分未能全面查明，大部分已经勘查或开发的煤炭资源在找矿阶段或建矿时，均有普查、详查、精查地质报告，对伴生共生矿产资源有简要的说明和评价。可充分利用这些现有的以往勘探地质资料成果，尤其是对钻孔实物地质资料或井下开掘巷道揭露的实物地质资料，通过再认识进行综合找矿研究，充分开展实物地质资料实验测试分析，即可大大减少新的更多的工作量投入，又为研究煤炭共生伴生矿产开发利用提供条件，既可以节省勘探工程，节约勘探投资，又可提高勘查效果。
（3）应组织有关部门拨出专项资金，对煤系有用矿产的开发利用现状进行全面调研，开展以往煤田地质勘探工作中产生的煤系共、伴生矿产进行矿产资源综合勘查和评价工作，对煤炭普查、勘探、精查产生的实物地质资料保存现状，进行调查分析研究，分类筛选，开展我国煤系地层中可开发利用的共伴生矿产资源调查研究，摸清煤炭勘查与开采工作中产生的实物地质资料保存状况。对那些共伴生矿产资源质量好、品位高、有发展前途的矿区优先开发，并尽快纳入国家规划。对综合开发、综合回收、综合利用的技术可行性和经济合理性进行综合研究，尽快提出可行性研究报告，为综合开发开发利用提供可靠的资料依据，供相关管理部门决策。
（4）煤系共生、伴生矿产赋存层位有两种情况：一是层位在煤层的顶、底板或夹矸层中；二是共生伴生矿物赋存在煤田的浅部和剥蚀区。它们大多易于开采，很多矿可露天作业，与采煤无矛盾，可并行开采。这些矿用途广，往往经济价值高于煤炭本身的几倍至几十倍，对这些矿产的开发利用不仅利国利民，也是搞活煤矿企业，实现可持续发展的重要途径。
6结论
陕西海则庙、段寨与沙川沟小区高岭土的找矿突破中，对前期煤炭勘查实物地质资料的二次开发利用起到了关键作用[5]。其高岭土找矿的成果是利用煤系勘查实物地质资料寻找共伴生矿产的典型实例。揭示了重视煤系共伴生矿产资源的勘查及实物地质资料的开发，是实现矿产资源综合评价及开发利用的有效途径。
参考文献
[1] 陕西地质矿产局第八地质队. 海则庙-段寨小区高岭土矿普查报告[R]. 1993.
[2] 陕西省地矿局西安地质矿产勘查开发院. 陕西省陕北石炭二叠纪煤田府谷矿区段寨井田勘探报告[R]. 2009.
[3] 陕西地质矿产局第八地质队. 陕西省陕北石炭二叠纪煤田府谷矿区沙川沟井田勘探报告[R]. 1989.
[4] 陕西省地矿局西安地质矿产勘查开发院. 陕西省陕北石炭二叠纪煤田府谷矿区尧峁井田详查报告[R]. 2011.
[5] 王芳. 地质资料的二次开发应用[J]. 山西档案, 2011(增刊): 24.
