遼寧省紅陽煤田煤下伴生鋁粘土礦勘查前景及找礦意義

石 巖，王澤山，王 瑞

(1.東北煤田地質局一0三勘探隊，遼寧 沈陽110013;2.沈煤集團紅陽四礦，遼寧 遼陽 111000)

遼寧省中部紅陽煤田晚古生代石炭～二疊系中下石盒子組及本溪組所賦存的鋁粘土礦床分布較廣，資源量較大。隨著遼寧省中部煤礦開采年限的臨近及近年我國鋁工業(yè)的快速發(fā)展，淺部及中深部的礦產資源已得到快速的開發(fā)和利用，為了緩解當前資源瓶頸的約束、最大限度地綜合利用與煤伴生有益礦產資源，延續(xù)礦井的生產年限，保障經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展，與煤伴生的鋁粘土礦床將是近期及未來主要勘查和開發(fā)的方向。

1 區(qū)域概況

1.1 自然概況

紅陽煤田位于沈陽市南20 km，跨沈陽、遼陽、鞍山三市，其范圍北起沈陽市蘇家屯，南至遼陽市，東起哈大高速公路沿線，西至渾河。目前，紅陽煤田內有大型生產礦井四座，在建礦井一座，煤炭年產量約750萬噸，是遼寧乃至東北最重要的煉焦煤基地，是鞍鋼等鋼鐵企業(yè)的能源命脈。由北向南依次分布有生產礦井如下:林盛煤礦(一井)、紅菱煤礦(二井)、紅陽三礦(三井)、西馬煤礦(四井)、紅祥煤礦(在建井)。

1.2 地質概況

紅陽煤田為隱伏式煤田，地處遼東山區(qū)與下遼河平原的接壤部位，全區(qū)為第四系所覆蓋，地形略有起伏。

紅陽礦區(qū)在勘探工作中，主要以煤層為研究對象，但仍有較多的鋁粘土礦的資料可以利用。在一井、四井，以普查G層鋁土礦為主，找到和評價了大紙房遠景區(qū)。后期對一、二井B層進行了重點評價，確定了二井為中型高鐵鋁土礦、一井為大型優(yōu)質耐火粘土礦床。通過116個鉆孔的控制，獲得工業(yè)加遠景儲量鋁土礦652.3萬噸、耐火粘土礦2071.8萬噸，于1973年3月提交了《紅陽煤田鋁土礦、耐火粘土礦地質勘探報告》。

2 地層及含礦巖系特征

2.1 地層

本區(qū)地層屬華北地層區(qū)，區(qū)內石炭－二疊系含煤地層屬于典型的地臺沉積，沉積建造發(fā)育于巨型克拉通盆地內，盆地的形成、發(fā)展及演化決定于其大地構造背景。

石炭－二疊系有老至新劃分為本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組，主要含煤地層為下二疊統(tǒng)太原組和山西組。

除上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系及石炭系下統(tǒng)缺失外，自前寒武系至新近系于本地區(qū)均有賦存，沉積厚度巨大，顯示地臺型沉積特點。從震旦系的陸相碎屑巖到寒武系、奧陶系的海相碳酸鹽巖，從石炭統(tǒng)的海陸交替相的鋁質巖、碳酸鹽巖、含煤泥質巖、碎屑巖到二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系的陸相碎屑巖，顯示了兩次較大的沉積旋回，造成不同成因的多種巖性的巖石類型。

2.2 含礦巖系特征

本區(qū)主要含礦巖系為二疊系中統(tǒng)下石盒子組及石炭系上統(tǒng)本溪組的兩套鐵鋁碎屑巖相。B層賦存于下石盒子組中部砂頁巖段底部，距A層約百米，頂部為雜色～灰白色頁巖互層，底部漸變?yōu)榛揖G～灰白色厚層狀中粒砂巖。該層為鋁土礦、耐火粘土礦的最重要賦存層位。G層賦存在上石炭系本溪組雜色頁巖段的底部，為馬家溝灰?guī)r侵蝕面山西式鐵礦之頂板。由于受古地形的影響，厚度和品位變化大，但質量好，為紅陽礦區(qū)鋁土礦、耐火粘土礦的主要勘探對象。

3 構造

紅陽煤田大地構造單元同時又屬于中朝地臺內遼東臺背斜和下遼河中新生代凹陷裂谷東坡復合地帶，煤田南部的溫香─鞍山東西向斷裂和北部的蘇家屯─渾河北東東向斷裂，是煤田邊界構造，形成時期較早，呂梁運動即已發(fā)育成熟，致使煤田南側營口背斜和北側沈陽隆起的元古界變質巖系抬起，控制了紅陽煤田南北兩端的自然界限。對鋁土礦的展布起著重要的控制作用。

4 巖漿巖

巖漿巖分別是燕山期以安山巖為主的侵入或噴發(fā)期和喜山期以輝綠巖為主的侵入期。

燕山期巖漿巖主要分布于煤田西南，紅陽三井、四井及尖臺子勘區(qū)的中生代地層中，及煤田外鞍山一帶花崗巖侵入，對煤層及鋁粘土礦床的影響有限。

喜山期巖漿巖的輝綠巖主要以斷層為通道，多沿煤層或軟弱地層呈巖床和巖脈分別侵入到煤系地層和煤層中，在不同程度的破壞煤層和煤質的同時對鋁粘土礦床也有相應的影響。

5 礦床地質特征

5.1 礦體(層)形態(tài)、產狀特征

紅陽煤田的鋁粘土礦的含礦層是由鋁土礦和粘土礦組成，含礦層處于下石盒子組及本溪組所構成的含礦巖系的之中，一般伴隨煤層形態(tài)在相應層位產出，不同的層位，在紅陽煤田內的發(fā)育程度也不同，而同一層位的鋁土礦或粘土礦在礦物成份和化學成份上亦具有漸變的關系，其在厚度上呈互為消長的關系。從紅陽煤田所賦存的鋁粘土而言，粘土礦及鋁土礦多因成礦環(huán)境因素而顯示不同的成礦結果，同一層位的礦層在不同井田或為粘土礦、或為鋁土礦，皆因成礦深度及沉積環(huán)境共同作用的結果。即使在同一礦層，一般粘土礦也作為從屬的礦種出現(xiàn)，它一般賦存在鋁土礦的頂部和底部，少數(shù)作為鋁土礦的夾層出現(xiàn)。鋁土礦礦體的形態(tài)、大小有三種基本形態(tài)，即層狀－似層狀、透鏡狀(扁豆狀)、溶斗狀。三者之間均有過渡類型，且可在同一礦區(qū)出現(xiàn)而互相連結。

5.2 礦石結構構造

礦石結構:按礦物的結晶特征劃分為礦石多呈它形柱狀晶粒結構，自形、半自形晶粒結構，泥晶或隱晶質結構等;按礦物顆粒形態(tài)劃分為礦石多呈礫屑(碎屑)狀、砂(粒)狀、蜂窩狀、豆鮞狀和致密狀結構。

礦石構造:礦石主要構造類型為塊狀、微層狀、層狀構造。

5.3 礦石類型

按結構構造特征劃分為礫屑狀、蜂窩狀、砂狀、豆鮞狀、致密狀鋁粘土礦，以及它們之間的過渡類型。按礦物組成及化學成分特征，可分為低硫－低鐵、低硫－高鐵、高硫－低鐵、高硫－高鐵4種工業(yè)類型。其中低硫－低鐵型礦石為主要類型。

5.4 品位特征

鋁土礦、耐火粘土礦的礦石質量主要由 Al2O3、Fe2O3、SiO2的含量而定。

5.4.1 含礦層品位變化

B層品位組分的平均含量及變化見下表:

表1

從上表可知:B層在向斜平剖面中Al2O3、Fe2O3的含量兩端低，中部高，SiO2則中部低，兩端高，呈現(xiàn)中部是鋁硅比高是鋁土礦、兩端為粘土礦。

G層依目前資料看，向斜東翼較西翼為好，具有工業(yè)意義鋁土礦均分布于東翼，Al2O3含量變化不大;Fe2O3由北向南、從上而下有增高的趨勢，Al2O3與Fe2O3為反比的關系。

5.4.2 礦體化學組分變化

鋁土礦品位較穩(wěn)定，各項組分含量平均值變化如下:

Al2O3含量 46.17% ～59.91%，平均 53.52%;Fe2O3含量7.40% ～23.47%，平均 14.83%;SiO2含量 9.90% ～20.03%，平均 16.11%;鋁硅比值(A/S)2.64 ～ 5.67，平均3.32。屬三～四級品的高鐵礦石。

耐火粘土礦品位，各項組分含量平均值變化如下:

鋁鈦含量 40.16% ～64.69% ，平均 46.71%;Fe2O3含量1.34% ～2.95% ，平均 1.98%;

耐火度1 710℃ ～1 770℃，平均1760℃。礦石質量好，均屬一級耐火粘土。

耐火度與鋁鈦含量成正比:鋁鈦含量高時耐火度亦高，而Fe2O3與耐火度成反比，鐵高時降低耐火度。

5.4.3 有害雜質含量

表2

從表2可以看出，按耐火粘土有害雜質K2O+Na2O＜20%、CaO+MaO＜1.5%所規(guī)定的含量，均合乎要求。

5.5 成礦規(guī)律

(1)鋁粘土礦床伴隨煤層產狀及奧陶系古風化侵蝕面而賦存于含煤巖系中。

(2)含礦巖系建造主要為穩(wěn)定的鋁粘土鐵質建造。

(3)不同類型巖溶侵蝕面所形成的鋁粘土礦床具有不同的地質特征。下伏巖溶侵蝕面的起伏程度，決定了巖溶負地形(洼地、洼斗)的發(fā)育程度，亦由此控制了含礦巖系的厚度變化及鋁粘土礦體的規(guī)模和形態(tài)。

(4)鋁土礦—粘土礦礦石類型的空間變化規(guī)律。鋁土—粘土礦層實際上主要是由含量互相消長的幾種礦物組成的，因組成比例的不同，從而可分為富鋁礦、普通鋁土礦、高鋁粘土礦、硬質粘土礦等。在含礦層內，這些不同的礦石類型常分別成層，其界線有時較明顯，有時則逐漸過渡。

(5)礦體的厚度、品位與含礦巖系厚度的關系。一般來說，礦體的厚度、品位與含礦巖系的厚度呈正相關關系，即含礦巖系的厚度大，礦石的品位亦較高，反之亦然。

(6)Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3，TiO2是鋁土礦中主要的化學組分，四項總和達±80%，統(tǒng)計分析表明，Al2O3與TiO2呈正相關;而 Al2O3與SiO2則為負相關。

6 找礦標志及找礦方向

本區(qū)鋁土礦、耐火粘土礦層位主要由A至G共七層組成。已知具有遠景儲量的為B、G層，D層僅局部具有工業(yè)價值，大部為粘土質粉砂巖所代替。其中B、G層賦存的位置分述如下:

B層:賦存于下石盒子組統(tǒng)中部砂頁巖段底部，距A層約百米，頂部為雜色—灰白色頁巖互層，底部漸變?yōu)榛揖G—灰白色厚層狀中粒砂巖。

G層:賦存在中石炭系本溪統(tǒng)雜色頁巖段的底部，為馬家溝灰?guī)r侵蝕面山西式鐵礦之頂板。

7 煤下伴生鋁粘土礦的勘查

根據(jù)鋁粘土礦成因特點和礦床的賦存條件，以及多年鋁粘土礦找礦經(jīng)驗表明，煤層深部隱伏鋁粘土礦體是紅陽煤田含煤巖系伴生礦帶的一部分，其含礦層位亦即是該地區(qū)已查明的各型鋁粘土礦床向深部的自然延伸，其深部是可以找到大型乃至特大型鋁土礦床的。

8 煤下伴生鋁粘土礦的勘查方法

進行深部鋁土礦勘查工作應大量收集和利用區(qū)內已有的地質資料和煤礦有關資料及煤礦開采情況，現(xiàn)階段紅陽煤田進行深部找礦工作的同時，就應針對鋁粘土礦層單獨進行認真分析研究，收集含有鋁粘土礦含礦巖系底板灰?guī)r的掩埋深度、地層產狀及斷裂構造等地質信息，了解和掌握工作區(qū)的采空區(qū)位置及分布，配合煤田的深孔鉆探資料，依托政策的支持，加大對區(qū)內鋁粘土礦勘查的投入，推進鋁粘土礦勘查的盡早日實施，實現(xiàn)煤鋁相伴找礦的重大突破。

9 煤下伴生鋁粘土礦勘查的意義

根據(jù)資料顯示，紅陽煤田經(jīng)預測的鋁粘土礦資源儲量，按最低可采厚度0.8m保守估計，亦在15 390萬 t左右，能延續(xù)現(xiàn)有生產礦井年限約在十數(shù)年。而從鋁粘土礦的勘查—籌建礦山—礦山正式投產—達產的周期大約要經(jīng)過8～10 a，因此，盡快提交新的、大型的鋁土礦資源基地的勘查工作迫在眉睫。

綜上所述，開展遼寧省中部煤礦區(qū)深部隱伏鋁粘土礦體的找礦工作是我國礦產資源勘查的客觀要求，是緩解當前資源瓶頸約束、保障經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展的重要舉措。同時，開展此項工作，有利于促進全國礦業(yè)經(jīng)濟持續(xù)健康的發(fā)展、提高礦業(yè)競爭力，對于地方經(jīng)濟的建設及社會和諧穩(wěn)定都具有重要的意義。

［1］方啟學，黃國志，葛長禮，等.我國鋁土礦資源特征及其面臨的問題與對策.輕金屬，2000(10):9－11.

［2］紅陽煤田鋁土礦、耐火粘土礦地質勘探報告.遼寧省冶金地質勘探公司106隊，1973－3.

［3］徐興，陳立良.山東國有重點煤礦煤系共伴生礦產資源.山東科技出版社，1994－12.

［4］鋁土礦、冶鎂菱鎂礦地質勘查規(guī)范.中華人民共和國地質礦產行業(yè)標準.DZ/T0202－2002.

［5］高嶺土、膨潤土、耐火粘土礦產地質勘查規(guī)范.中華人民共和國地質礦產行業(yè)標準.DZ/T0206－2002.