山西保德—興縣一帶鋁土礦成礦地質(zhì)特征淺析

于 磊

山西保德—興縣一帶是指位于山西省西北部保德縣的橋頭以南至興縣奧家灣以北區(qū)域,是山西近年來在鋁土礦勘查工作上取得重大找礦成果重要的鋁土礦成礦地帶。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1)區(qū)域地層。該區(qū)區(qū)域地層主要出露有：古生界奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組,以泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主。石炭系中統(tǒng)本溪組,以泥頁巖、鋁質(zhì)頁巖及黏土巖為主;上統(tǒng)太原組,以巖性主要為淺色中、細(xì)粒砂巖為主,含煤。二疊系下統(tǒng)山西組,以砂巖、石英砂巖及薄煤層煤線組成;下石盒子組,以黃綠色砂巖、砂質(zhì)頁巖為主。二疊系上統(tǒng)上石盒子組,以砂質(zhì)頁巖、砂質(zhì)泥巖為主;石千峰組,以砂巖為主。三疊系下統(tǒng)劉家溝組,以紫紅色粉砂巖、長石砂巖為主;和尚溝組,以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主;三疊系中統(tǒng)二馬營組,以紫紅色砂質(zhì)泥巖為主,夾中粒長石砂巖;這些基巖地層主要出露于區(qū)內(nèi)較深的沖溝中。上第三系上新統(tǒng)紅土和第四系中上更新統(tǒng)黃土覆蓋于基巖地層上。

2)區(qū)域構(gòu)造。本區(qū)地處鄂爾多斯斷塊,興縣—石樓南北向褶皺帶北東部。沉積巖系地層總體產(chǎn)狀傾向西 ,傾角 5°～15°,個別地段 20°左右。

3)區(qū)域礦產(chǎn)。本區(qū)屬河?xùn)|煤田的北段部分,因此區(qū)有豐富的煤炭資源,賦存于石炭系上統(tǒng)太原組及二疊系山西組,山西組中穩(wěn)定、較穩(wěn)定煤層有 6#、8#煤,以氣煤為主。太原組中穩(wěn)定、較穩(wěn)定煤層有 9#、10#、11#、12#煤 ,以氣煤為主。

鋁土礦在本區(qū)也是得天獨(dú)厚,賦存于煤田淺部邊緣地帶的奧陶系石灰?guī)r風(fēng)化殼不整合面之上的石炭系中統(tǒng)本溪組的下段地層 (鐵鋁段)中。

在近 5年來,本區(qū)在鋁土礦的地質(zhì)找礦上,取得重大的勘查找礦成果。區(qū)內(nèi)經(jīng)詳查以上工作的大型鋁土礦床就有保德縣石且河、興縣楊家溝、奧家灣、賀家圪臺 4處。提交鋁土資源達(dá)數(shù)億噸。與鋁土礦密切共生的有硬質(zhì)耐火黏土、山西式鐵礦等資源量也很可觀。

2 典型礦床保德縣石且河鋁土礦簡述

1)礦體特征。石且河礦區(qū)出露地層與區(qū)域地層一致,由老到新依次為：奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組;石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組;二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組,上統(tǒng)上石盒子組;上第三系上新統(tǒng)靜樂組;第四系上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)。基巖主要出露于礦區(qū)內(nèi)張家溝、郝家塔溝、桑塔溝、扒樓溝的溝谷兩側(cè)及溝底。松散覆蓋層廣布于山梁上。礦區(qū)地層屬單斜構(gòu)造,總體向西傾斜,區(qū)內(nèi)褶皺不發(fā)育。區(qū)內(nèi)共見 4條斷層,沿走向長度一般為 50～200 m,最大斷距不超過 20m,對礦體破壞不大。

鋁土礦賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組一段中上部,奧陶系中統(tǒng)峰峰組灰?guī)r侵蝕面之上。礦層下界距奧陶系灰?guī)r侵蝕面 0～5 m,平均 2 m。礦體南北長 10.65 km,東西寬 0.40～2.10 km,面積 13.60 km2。資源量達(dá)億噸。目前,受煤炭采礦權(quán)制約,礦體呈一南北向的狹長帶狀。礦體呈層狀產(chǎn)出,產(chǎn)狀平緩,傾向西,偏北,傾角 5°～15°。礦層與上覆圍巖界線比較明顯。礦體結(jié)構(gòu)簡單,主要為一層,礦體內(nèi)偶爾可見一層夾石。礦體厚度一般為 1.00～6.00 m,最厚達(dá) 9.43 m,平均 3.60 m,屬穩(wěn)定型。礦層主體埋深 6.22～299.14 m,平均 124.40 m。賦存標(biāo)高 810～1 175 m,最高點(diǎn)位于郝家塔村以東礦區(qū)露頭邊界,最低點(diǎn)位于扒樓溝村以西礦區(qū)邊界。僅礦區(qū)東部露頭附近可露采。

2)礦石自然類型。礦石自然類型鋁土礦按結(jié)構(gòu)可劃分為致密狀、粗糙狀、碎屑狀鋁土礦三大類,另有少量的鮞狀鋁土礦。

致密狀鋁土礦礦物成分主要為隱晶質(zhì)—水硬鋁石和黏土類礦物,次為氧化鐵、氫氧化鐵等礦物。另含有少量鋯石 (呈自形柱狀晶體)等?；瘜W(xué)成分含量：Al2O340.21%～75.24%,平均 55.98%;SiO21.08%～20.78%,平均 8.79%;Fe2O31.63%～42.04%,平均 16.99%;TiO21.20%～3.51%,平均2.20%,A/S平均為 6.37。

粗糙狀鋁土礦礦物成分主要為一水硬鋁石、黏土礦物高嶺石及少量鐵質(zhì)礦物等組成?；瘜W(xué)成分含量：Al2O340.62%～78.95%,平均 63.59%;SiO20.86%～20.30%,平均 6.27%,Fe2O31.18%～39.35%,平均 11.69%;TiO21.54%～4.35%,平均 2.49%。A/S平均為 11.51。

碎屑狀鋁土礦分為碎屑狀和礫狀 2種。碎屑形態(tài)為不規(guī)則棱角狀,碎屑與其膠結(jié)物為準(zhǔn)同生產(chǎn)物;礫石成分為各種類型鋁土礦和鋁土、黏土巖等組成?；瘜W(xué)成分含量：A l2O340.05%～74.09%,平均58.91%;SiO20.95%～22.28%,平均 5.89%,Fe2O31.45%～42.49%,平均 16.96%;TiO21.15%～5.54%,平均 2.19%。A/S平均為 10.00。

鋁土礦總體上北部致密狀礦石類型比例較高;中部以粗糙狀、碎屑狀礦石類型為主;南部以碎屑狀礦石類型為主。

3)礦石礦物成分。礦石礦物成分以一水硬鋁石為主,呈隱晶、微晶鱗片狀、粒狀,自形程度高時為板條狀;其次為黏土質(zhì)礦物,含 1%～50%的氧化鐵質(zhì)礦物,及少量鋯石、重晶石、電氣石、角閃石、黃鐵礦、方鉛礦、銳鈦礦、金紅石等礦物,見表 1。

表 1 鋁土礦人工重砂相對含量表

據(jù) X光衍射鑒定,其礦相組成：以一水硬鋁石為主,次為高嶺石、銳鈦礦,極少量金紅石。

4)礦石化學(xué)成分。礦石化學(xué)成分,據(jù)全區(qū)統(tǒng)計：Al2O340.05%～78.95%,平均 58.41%;SiO20.86%～29.44%,平均 7.33%;Fe2O31.18%～28.56%,平均 15.50%;TiO21.15%～5.76%,平均 2.27%;A/S 2.60～90.34,平均為 7.97。Al2O3+SiO2+Fe2O3+TiO2一般在 80.36%～88.26%左右。

鋁土礦石以中鋁低硅高鐵為特征,Al2O3含量的集中區(qū)域?yàn)?40%～75%,其中以 50%～65%最為密集,占全區(qū)樣品總量的 52%;SiO2含量一般 ＜9%,占到樣品總量的 69%;Fe2O3含量一般≥6%,其中含量為 6%～15%,占到總數(shù)的 34%,含量≥15%,占到總數(shù)的 49%。A/S值一般≥10,占樣品總量的 51%。

全區(qū)單工程Al2O3含量為 42.86%～76.67%,一般為 50%～65%。含量 ＞60%的區(qū)域主要集中在三個區(qū)域：郝家塔以北、桑塔村和扒樓溝村附近,以扒樓溝村附近最高,總體上北部較高。

全區(qū)單工程 Fe2O3含量為 1.80%～46.07%,一般為 10%～25%。高鐵區(qū)主要分布在郝家塔以北、桑塔村中南部,其規(guī)律性不明顯。

區(qū)內(nèi)單工程 A/S值為 2.60～54.69,一般為3.72～17.66,平均 7.97。A/S值 ＞10以上的區(qū)域與A l2O3含量 ＞60%以上的區(qū)域基本吻合。

5)鋁土礦伴生組分。伴生組分特征,礦石中伴生有益組分鎵和稀土元素已達(dá)到綜合利用的工業(yè)品位。鎵的平均含量 0.007%,稀土總量平均值為0.079%。有害組分平均含量 MgO 0.961%,CaO 1.936%,S 1.328%,P2O50.904%,TiO22.54%(見表 2、表 3、表 4)。

表 2 鋁土礦組合分析結(jié)果 (平均值%)

表 3 鋁土礦全分析結(jié)果 (平均值%)

表 4 稀土氧化物分析結(jié)果 (平均值)

6)礦體頂?shù)装寮皧A石。本區(qū)鋁土礦層直接頂板類型較多,其中以黏土巖、鋁土巖及硬質(zhì)耐火黏土為主,偶見黑色頁巖等,在礦區(qū)東部礦層露頭一線局部遭剝蝕,黃土為其直接頂板。礦層底板以鐵質(zhì)黏土巖和鐵礦為主,黏土巖、鋁土巖次之,也有部分工程礦層直接覆蓋在了奧陶系灰?guī)r之上。

礦體內(nèi)夾石一般為一層,主要分布在北中部。夾石厚度 0.15～2.38 m。其成分主要為褐鐵礦、鐵質(zhì)黏土巖、黏土巖及鋁土巖等,一般呈不規(guī)則團(tuán)塊狀或透鏡體狀分布。

3 鋁土礦礦床地質(zhì)特征

1)礦床賦存部位。本區(qū)鋁土礦賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組一段中上部 (含礦巖系或俗稱鐵鋁巖段),奧陶系中統(tǒng)上馬家組灰?guī)r侵蝕面之上。礦層下界距奧陶系灰?guī)r侵蝕面一般為 0～6 m。礦體多受巖溶負(fù)地形控制。

2)礦體基本特征。與全省其它成礦區(qū)礦床分布特點(diǎn)一樣,本區(qū)鋁土礦體基本保留了原始堆積時的形態(tài)特征。平面分布于呂梁古陸或古島的的西北側(cè)與煤田邊緣分布范圍一致。礦體形態(tài)變化不大,為似層狀及透鏡狀產(chǎn)出,傾角平緩 10°～20°,礦體厚度一般1.5～4 m,單礦體長度可達(dá)數(shù)千米或更多。礦體結(jié)構(gòu)簡單,以單層礦為主。

3)礦石礦物。礦石礦物成分以一水硬鋁石為主,呈隱晶、微晶鱗片狀、粒狀,自形程度高時為板條狀;其次為高嶺石等黏土質(zhì)礦物,少量鐵質(zhì)礦物,微量的鋯石、重晶石、電氣石、角閃石、黃鐵礦、方鉛礦、銳鈦礦、金紅石等礦物。

4)礦石化學(xué)成分。鋁土礦化學(xué)成分一般為Al2O340%～79%,平均 60%左右;SiO20.80%～30%,平均 8%左右;Fe2O31%～29%,平均 12%左右;TiO21.15%～5.76%,平均 2%左右;A/S 2.60～90.34,平均為 8左右。以北部含鐵趨勢較高。

5)結(jié)構(gòu)特征及礦石類型。區(qū)內(nèi)礦石結(jié)構(gòu)以碎屑結(jié)構(gòu)、致密狀為主,以粗糙結(jié)構(gòu)質(zhì)量為佳。伴生的稀土元素、與鎵等含量可達(dá)到綜合利用品位。礦石工業(yè)類型以高鐵型鋁土礦為主。

6)礦體的頂?shù)装寮皧A石巖性。鋁土礦層直接頂板類型較多,其中以黏土巖、鋁土巖及硬質(zhì)耐火黏土為主,偶見黑色頁巖等。

礦層底板以鐵質(zhì)黏土巖和鐵礦為主,黏土巖、鋁土巖次之,也有部分工程礦層直接覆蓋在了奧陶系灰?guī)r之上。

礦體內(nèi)夾石一般呈不規(guī)則團(tuán)塊狀或透鏡體狀分布。主要成分為褐鐵礦、鐵質(zhì)黏土巖、黏土巖及鋁土巖等。

4 巖相古地理成礦環(huán)境

1)巖相古地理環(huán)境。石炭紀(jì)是我國北方受限陸表海環(huán)境,山西的中奧陶世晚期受加里東運(yùn)動影響隆起為陸,經(jīng)歷了約 1.5億年的風(fēng)化剝蝕,直到中石炭世早期,才逐漸下沉,接受沉積,由于地殼運(yùn)動的不均衡性,造成局部地區(qū)的隆起與凹陷。在山西省受限的陸表海內(nèi),本區(qū)的東南存在有呂梁古島,本區(qū)正好是一靠近呂梁古陸西側(cè)的瀉湖洼地。在構(gòu)造運(yùn)動的影響下,頻繁發(fā)生海進(jìn)海退引發(fā)了含礦巖系沉積和環(huán)境的頻繁更替,呂梁古陸的紅土化物質(zhì),相應(yīng)在濱海、巖溶洼地、瀉湖洼地等古斜坡形成濁積巖產(chǎn)生堆積。

2)鐵鋁巖段沉積環(huán)境。本區(qū)鐵鋁巖段的沉積相,主要有深水還原相、鋁土礦石相、沼澤、泥炭沼澤相。本區(qū)的深水還原相主要是碳酸巖相,從巖石特征來看,鐵礦層及鐵質(zhì)黏土呈塊狀或水平層理產(chǎn)出,巖石具有含屑泥狀結(jié)構(gòu)、流動構(gòu)造。說明具有泥流及濁流性質(zhì),是早期海侵的產(chǎn)物。鋁土礦礦石相集中體現(xiàn)在礦體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上,鋁土礦缺少層理與水平層理,是水下重力流快速沉積特點(diǎn),常見有濁積巖相。在鐵鋁巖段頂部主要為陸相環(huán)境。

鐵鋁巖期從早到晚發(fā)生一個完整的海進(jìn)海退事件。地殼運(yùn)動頻繁的發(fā)生,海水突發(fā)后退與前進(jìn),引起沉積成礦的多次重復(fù),鋁土礦的成礦期正處于海退海進(jìn)的交互期,沉積盆地及附近范圍內(nèi)成礦物質(zhì)又極為豐富,亦使形成大型礦床有了可能。

5 結(jié) 論

1)礦床成因。晚石炭世早期,前寒武紀(jì)變質(zhì)巖、巖漿巖經(jīng)濕熱多雨的氧化帶條件下被強(qiáng)烈改造,經(jīng)紅土化作用形成大量紅土物質(zhì)和鋁質(zhì)紅土豆、鮞及紅土碎屑。在海侵 (泛)作用影響下,含鋁土礦物的鈣紅土風(fēng)化殼經(jīng)地表水系搬運(yùn),在淺海中或以濁流、泥石流、或風(fēng)暴相等微相機(jī)械沉積,分異成碎屑狀、致密狀鮞狀鋁土礦。以膠體形式搬運(yùn)可形成致密狀、膠狀鋁土礦。在鋁土礦的沉積過程中,淺海的巖溶洼地及瀉湖洼地是鋁土礦重要的形成環(huán)境和沉積場所。之后經(jīng)一系列的埋藏、壓實(shí)、固結(jié)成巖成為原始的鋁土礦床。后經(jīng)地殼抬升重新使其處于氧化條件進(jìn)一步脫硅、去鐵、表生風(fēng)化作用的改造,形成紅土—沉積形鋁土礦床。

2)找礦標(biāo)志。鋁土礦賦存于奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r侵蝕面上,石炭系中統(tǒng)本溪組下段中上部,層穩(wěn)定,嚴(yán)格受層位控制。加之上伏太原組底部中粗粒 (晉祠)砂巖,是尋找鋁土礦間接的標(biāo)志。另外在溝谷中也尋找原生露頭或磚石,以及民采鐵礦老硐等可作找礦的直接標(biāo)志。

3)找礦與勘查工作前景。在保德縣的橋頭以北一帶,從古地理環(huán)境分析,已不利于鋁土礦成礦,以賦存鐵釩土為主,因含鐵量高的緣故,硬質(zhì)黏土也已零散小透鏡賦存。

在橋頭一線以南至興縣的奧家灣一線,處于鋁土礦成礦這一有利沉積區(qū)域,鋁土礦成地質(zhì)條件較好,是已知的重要鋁土礦成礦帶。在該帶內(nèi)仍有較好的鋁土礦找礦與地質(zhì)勘查前景。但不利的因素是目前在本溪組出露沿傾向上在 500 m以淺地帶的鋁土礦富集區(qū),鋁土礦的找礦與地質(zhì)勘查已深受煤礦采礦權(quán)的制約已無法進(jìn)行正常的鋁土礦的地質(zhì)勘查工作,只能在其礦權(quán)外的淺部窄小地帶內(nèi)工作,極大地影響了該區(qū)鋁土礦地質(zhì)找礦的縱深發(fā)展。