山西省坡頭—西山頭一帶鋁土礦地質(zhì)特征及成因

廉凱龍 豆貫銘 柴 晨

(1.山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西 運(yùn)城 044004； 2.河南省第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽(yáng) 471012)

山西省坡頭—西山頭一帶鋁土礦地質(zhì)特征及成因

廉凱龍1豆貫銘2柴 晨1

(1.山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西 運(yùn)城 044004； 2.河南省第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽(yáng) 471012)

從山西省坡頭—西山頭一帶鋁土礦區(qū)的地質(zhì)特征出發(fā)，對(duì)礦區(qū)的地層、構(gòu)造、礦床地質(zhì)特征、礦石特征及化學(xué)成分進(jìn)行了分析，并對(duì)礦床的成因進(jìn)行了論述，為該地區(qū)的地質(zhì)勘察工作奠定了基礎(chǔ)。

鋁土礦，礦床，地質(zhì)特征，成因

0 引言

鋁土礦是金屬鋁、鎵和稀土元素的重要來(lái)源，中國(guó)鋁土礦床主要分布在山西、河南、廣西和貴州等省[1]，坡頭—西山頭一帶鋁土礦區(qū)位于山西省運(yùn)城市南部，濟(jì)源—澠池塊坳之澠池?cái)喟嫉臇|部，北與中條山塊隆接觸。區(qū)內(nèi)古生界海相及海陸交互相沉積地層發(fā)育，石炭系本溪組大面積分布，發(fā)育較大規(guī)模的鋁土礦礦床。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 地層

礦區(qū)出露地層由老到新依次為古生界寒武系下統(tǒng)朱砂硐組(∈1z)、饅頭組(∈1-2m)、中統(tǒng)張夏組(∈2z)、寒武系上統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)三山子組(∈3-O1s)、奧陶系中統(tǒng)馬家溝組(O2m)、石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)、上統(tǒng)太原組(C3t)、二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)、下石盒子組(P1x)、上統(tǒng)上石盒子組(P2s)、新生界古近系始新統(tǒng)門里組(E2m)、坡底組(E2p)、新近系上新統(tǒng)保德組(N2b)、靜樂(lè)組(N2j)、第四系中更新統(tǒng)(Q2)、全新統(tǒng)(Q4)。

鋁土礦主要賦存于石炭系本溪組地層中，本溪組與下伏馬家溝組地層為平行不整合接觸，據(jù)鉆探資料統(tǒng)計(jì)，本溪組厚度為1.54 m～56.50 m，平均厚度為16.95 m。本溪組由下而上分為一段(C2b1)和二段(C2b2)。本溪組一段(C2b1)為本區(qū)含礦段，平行不整合于奧陶系中統(tǒng)馬家溝組地層之上，由下至上巖性分別為：山西式鐵礦，鐵質(zhì)粘土巖或鐵鋁巖，鋁土礦，硬質(zhì)耐火粘土礦，粘土巖等。本溪組二段(C2b2)通常位于硬質(zhì)耐火粘土礦或粘土巖之上，巖性由下至上為砂質(zhì)泥巖、長(zhǎng)石石英砂巖、生物碎屑灰?guī)r等。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較復(fù)雜，主要構(gòu)造類型為向斜構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。向斜構(gòu)造位于礦區(qū)西南部，主要表現(xiàn)為構(gòu)造兩翼自?shī)W陶系馬家溝組—二疊系下石盒子組地層相對(duì)出現(xiàn)，且兩翼產(chǎn)狀相反，其走向?yàn)镹W300°，向斜軸部位于坡頭村—關(guān)浮沱村一線，多被靜樂(lè)組地層履蓋。礦區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，斷層類型均為正斷層，規(guī)模較大斷裂有十幾條之多，對(duì)礦層影響較大。

2 礦床及礦石特征

2.1 礦床地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)鋁土礦主要賦存在本溪組中上部，礦體形態(tài)復(fù)雜，受奧陶系侵蝕面影響和控制，主要呈窩子狀、透鏡狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀變化大。鋁土礦礦體厚度為0.40 m～14.55 m，平均厚度為2.45 m，厚度變化系數(shù)為94%，厚度變化不穩(wěn)定。根據(jù)自然剝蝕分割及工程見(jiàn)礦情況，本次工作共圈定鋁土礦礦體14個(gè)，其中主要礦體有3個(gè)，現(xiàn)分述如下：

1)AL1礦體。

南北長(zhǎng)約456 m，東西寬約380 m，平面上呈近似長(zhǎng)方形，呈單斜產(chǎn)出，礦體傾向220°～230°，傾角約9°～12°，賦存標(biāo)高為503.55 m～601.22 m。礦體平均厚度為2.31 m，Al2O3平均品位為70.37%，SiO2平均品位為9.12%，F(xiàn)e2O3平均品位為1.64%，A/S平均為7.7。

2)AL2礦體。

東西寬約1 818 m，南北長(zhǎng)約995 m，平面上呈不規(guī)則多邊形，形態(tài)較為復(fù)雜，礦體平面上形成4個(gè)沉積無(wú)礦天窗，賦存標(biāo)高為342.69 m～651.61 m。礦體平均厚度為2.89 m，Al2O3平均品位為62.55%，SiO2平均品位為12.21%，F(xiàn)e2O3平均品位為5.35%，A/S平均為5.1。

3)AL8礦體。

東西總長(zhǎng)約2 200 m，南北寬765 m，平面上呈不規(guī)則長(zhǎng)條形狀，礦體傾向110°～160°，傾角約6°～14°，賦存標(biāo)高394.03 m～556.17 m。礦體平均厚度2.30 m，Al2O3平均品位為63.22%，SiO2平均品位為14.54%，F(xiàn)e2O3平均品位為2.38%，A/S平均為4.3。

2.2 礦石特征及自然類型

據(jù)野外觀察及巖礦鑒定結(jié)果對(duì)礦區(qū)內(nèi)鋁土礦的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造類型進(jìn)行了劃分，區(qū)內(nèi)鋁土礦的結(jié)構(gòu)類型主要為豆鮞狀結(jié)構(gòu)、碎屑狀結(jié)構(gòu)、粗糙狀結(jié)構(gòu)、致密狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)造類型主要為塊狀構(gòu)造，其次為似層狀構(gòu)造。按照鋁土礦結(jié)構(gòu)類型可將礦區(qū)內(nèi)鋁土礦自然類型分為四類，即豆鮞狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦、粗糙狀鋁土礦、致密狀鋁土礦，其中以豆鮞狀鋁土礦和碎屑狀鋁土礦為主，現(xiàn)分述如下：

1)豆鮞狀鋁土礦。

占區(qū)內(nèi)礦石總量的60%，為區(qū)內(nèi)主要礦石自然類型，主要分布在礦體中上部，呈深灰～暗灰色，豆鮞狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分一水硬鋁石含量約為80%，其Al2O3含量為40.80%～79.34%，平均為64.01%。

2)碎屑狀鋁土礦。

占區(qū)內(nèi)礦石總量的30%，為區(qū)內(nèi)重要礦石自然類型，主要分布在礦體的中、下部，呈暗灰色，碎屑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分一水硬鋁石含量為82%，其Al2O3含量為40.31%～77.19%，平均為61.63%。

3)粗糙狀鋁土礦。

占區(qū)內(nèi)礦石總量的5%，為區(qū)內(nèi)次要礦石自然類型，主要位于礦體的中、上部，多呈深灰色，致密狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分一水硬鋁石含量約為60%，其Al2O3含量為50.64%～74.35%，平均為63.41%。

4)致密狀鋁土礦。

占區(qū)內(nèi)礦石總量的5%，為區(qū)內(nèi)次要礦石自然類型，主要位于礦體的中部，多呈深灰色，粗糙狀結(jié)構(gòu)，塊狀、似層狀構(gòu)造。主要礦物成分一水硬鋁石含量約為85%，其Al2O3含量為59.18%～79.73%，平均為73.19%，是區(qū)內(nèi)品位最好的鋁土礦礦石類型。

2.3 礦石化學(xué)成分

本區(qū)鋁土礦的化學(xué)成分為Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3，TiO2，CaO，K2O，Na2O，MgO等，其中Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3，TiO2的總量占總成分的85%，是鋁土礦中主要化學(xué)成分。

根據(jù)鋁土礦單樣分析結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋁土礦中Al2O3含量為40.31%～79.73%，平均為63.12%，品位變化系數(shù)為12%；SiO2含量為0.82%～22.66%，平均品位為13.30%，變化系數(shù)為42%；Fe2O3含量為0.4%～29.87%之間，平均品位為3.53%，變化系數(shù)為131%；TiO2含量為4.59%～1.39%，平均品位為3.02%，變化系數(shù)為16%；A/S值為2.6～91.2，平均為4.7，變化系數(shù)為213%。以上數(shù)據(jù)表明，Al2O3，SiO2，TiO2含量變化穩(wěn)定，F(xiàn)e2O3含量和A/S變化不穩(wěn)定。

3 礦床成因

世界上許多鋁土礦沉積環(huán)境具有海陸交替的特點(diǎn)[2]，本區(qū)的鋁土礦沉積環(huán)境也正是如此。中奧陶世末期，受加里東運(yùn)動(dòng)的影響，本區(qū)上升為陸，形成一個(gè)較寬闊的碳酸鹽臺(tái)地。在經(jīng)歷了志留紀(jì)、泥盆紀(jì)以及早石炭世長(zhǎng)達(dá)1.5億年的沉積間斷之后，在中石炭世時(shí)，海水自東南方向入侵本區(qū)。在沉積間斷過(guò)程中，古陸上廣泛出露的碳酸鹽巖風(fēng)化分解，其中的K，Na，Ca，Mg等元素大多數(shù)被淋失，Al，Si，F(xiàn)e，Ti等元素相對(duì)富集，并殘留在紅土風(fēng)化殼中。中石炭世海水侵入，在水動(dòng)力作用下，富鐵鋁的紅土以碎屑懸浮物形式從風(fēng)化殼中帶出，并按各自的化學(xué)特性分別沉淀下來(lái)。在海侵初期的堿性介質(zhì)中，鐵質(zhì)首先以Fe(OH)2的形式沉積在巖溶凹地，形成鐵礦或鐵質(zhì)粘土巖。鐵礦或鐵質(zhì)粘土巖在沉積的同時(shí)，也遭受風(fēng)化、剝蝕遷移的影響，起到填平補(bǔ)齊的作用[3]。隨著水體中pH值的變化和鋁質(zhì)濃度的增加，鋁質(zhì)開(kāi)始呈凝膠狀A(yù)l(OH)3沉淀，膠狀的Al(OH)3具易流動(dòng)性，因而容易在低洼處(如湖泊、瀉湖)富集形成鋁土巖層或鋁土礦床[4]。此時(shí)形成的鋁土礦床礦物成分主要為Al(OH)3，是原始的三水鋁石礦床。

在此之后，海水動(dòng)蕩不定，反復(fù)進(jìn)退，使早期沉積尚未完全固結(jié)的鋁土礦體遭受岸流、波浪及潮汐水流的沖刷破碎，形成了大小不等的碎屑角礫。在海流、潮汐的搬運(yùn)過(guò)程中，伴隨著水體中的剩余鋁質(zhì)沉淀下來(lái)，形成了碎屑狀鋁土礦。當(dāng)水動(dòng)力條件增大時(shí)，鋁土礦碎屑呈滾動(dòng)式搬運(yùn)，經(jīng)過(guò)破碎磨圓，形成了原始的豆粒、鮞粒，在重力作用下逐漸下沉，形成了豆鮞狀鋁土礦。在此之后，海水逐漸退去，隨著地殼上升，水體變淺，水體中有機(jī)質(zhì)的逐漸增多，使pH向酸性演化，SiO2在酸性介質(zhì)條件下最易沉淀，從而形成了硬質(zhì)粘土礦或粘土巖。因此，剖面中自下而上具有鐵→鋁→硅的沉積特點(diǎn)。

伴隨著晚古生代含煤巖系及中生代二疊系的沉積，三水鋁石礦床逐漸處于深埋狀態(tài)。由于重負(fù)荷加大，大地溫度增高，以及巖漿活動(dòng)的影響，三水鋁石礦脫水壓實(shí)變成一水硬鋁石，從而形成了現(xiàn)在的一水硬鋁石礦床。

4 結(jié)語(yǔ)

1)坡頭—西山頭一帶鋁土礦礦床賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組地層中，其下伏地層為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組，鋁土礦體主要呈窩子狀、透鏡狀、似層狀產(chǎn)出；礦石類型主要有豆鮞狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦、致密狀鋁土礦、粗糙狀鋁土礦；化學(xué)成分以Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3，TiO2為主，Al2O3，SiO2，TiO2含量變化穩(wěn)定，F(xiàn)e2O3含量和A/S變化不穩(wěn)定。

2)本區(qū)鋁土礦的形成經(jīng)歷了海侵到海退的沉積環(huán)境演化旋回，在經(jīng)歷了化學(xué)風(fēng)化、富集、破碎、搬運(yùn)、沉積、埋深脫水等過(guò)程之后，形成了現(xiàn)在的一水硬鋁石型鋁土礦礦床。

[1] 李再會(huì).重慶南川—武隆鋁土礦礦物學(xué)、地球化學(xué)特征[J].沉積與特提斯地質(zhì)，2012，32(3)：87-100.

[2] 布申斯基.鋁土礦地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1984：129-130.

[3] 張巧梅.黃門鋁土礦地質(zhì)特征及成因分析[J].西部探礦工程，2013(3)：89-92.

[4] 蔣文鈺，代麗芬，歐陽(yáng)月娣.鋁土礦成因與礦石類型關(guān)系的探討[J].南方國(guó)土資源,2013(1)：39-40.

Bauxite geology features and causes in Potou-Xishantou region of Shanxi province

Lian Kailong1Dou Guanming2Chai Chen1

(1.ShanxiGlobalPhysical&ChemistrySurveyInstitute,Yuncheng044004,China;2.Henan1stGeological&MineralExplorationInstitute,Luoyang471012,China)

Starting from geological features of Potou-Xishantou region of Shanxi province, the paper analyzes stratum, structure, deposit geology features, mineral features and chemical components, and discusses deposit causes, which has laid a foundation for the regional geology survey.

bauxite, deposit, geological features, causes

2015-06-28

廉凱龍(1988- )，男，助理工程師; 豆貫銘(1985- )，男，助理工程師； 柴 晨(1990- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)25-0091-02

P966

A