河南省偃龍煤田深部鋁土礦地質(zhì)特征及成礦預(yù)測(cè)

陳永才，李書文，周紅春，馬德旺

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)勘查院，河南鄭州450001)

河南省偃龍煤田深部鋁土礦地質(zhì)特征及成礦預(yù)測(cè)

陳永才*，李書文，周紅春，馬德旺

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)勘查院，河南鄭州450001)

偃龍煤田深部鋁土礦位于河南省主要富鋁(粘)土礦成礦帶之一嵩箕鋁土礦成礦亞區(qū)馮莊—龍門鋁土礦成礦帶，為新發(fā)現(xiàn)的一處大型隱伏鋁土礦床。通過對(duì)研究區(qū)含礦巖系特征、礦體特征、礦石質(zhì)量特征、礦石類型及品級(jí)等分析研究，分析其控礦因素，確定成礦主要因素，進(jìn)行深部成礦預(yù)測(cè)分區(qū)。對(duì)下步深部找礦具有指導(dǎo)意義。

偃龍；鋁土礦；礦床地質(zhì)特征；控礦因素；成礦預(yù)測(cè)分區(qū)

1 概述

在華北地臺(tái)南緣的三門峽—焦作—鄭州—平頂山之間約2×104km2的三角地帶中，廣泛分布著上石炭統(tǒng)濱?！獮a湖—沼澤相含鋁巖系[1-2]。對(duì)鋁土礦的成礦條件十分有利。偃龍煤田深部鋁土礦即位于其中的嵩箕鋁土礦成礦亞區(qū)馮莊-龍門鋁土礦帶。區(qū)內(nèi)鋁土礦和煤炭資源豐富。鋁土礦礦體連續(xù)性較好，厚度大、品位高，是河南省主要的富鋁土礦成礦帶之一。目前，礦區(qū)外圍發(fā)現(xiàn)的主要有夾溝、孫坡—管茅、焦村、府店等鋁土礦區(qū)[3]。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于華北陸塊南部，河南省西部洛陽盆地的東南側(cè)，屬于嵩箕斷隆上嵩山背斜北翼，地層屬華北地層區(qū)豫西地層分區(qū)嵩山地層小區(qū)，區(qū)內(nèi)南部有少量寒武系饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組、三山子組灰?guī)r、白云巖出露，東部出露二疊系和三疊系地層，西部新近系中新統(tǒng)洛陽組零星出露，奧陶系、石炭系地層區(qū)內(nèi)無出露，大面積被第四系坡積物、Ⅱ級(jí)階地沖洪積物覆蓋。

區(qū)內(nèi)地層受嵩山背斜控制，總體為一向北傾斜的舒緩單斜構(gòu)造，構(gòu)造線近東西向展布，地層產(chǎn)狀傾向350°～20°，傾角12°～23°，巖溶漏斗中本溪組下部地層傾角可達(dá)30°～50°。構(gòu)造表現(xiàn)形式以斷裂作用為主，褶皺作用次之。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)較弱，局部有巖脈侵入。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 含鋁巖系地質(zhì)特征

據(jù)鉆孔資料分析：區(qū)內(nèi)含鋁巖系形態(tài)大體上為層狀，局部呈似層狀或連續(xù)的透鏡狀，與下伏古巖溶侵蝕面有密切關(guān)系，往往在古巖溶坑凹處形成厚度較大的透鏡體，而古巖溶坑凹中心向外逐漸變薄，含本溪組礦巖系分層結(jié)構(gòu)明顯，為一套鐵鋁巖層，鋁土礦賦存于含礦巖系的中上部，其上下均為粘土巖，含鐵巖石位于下部，與下伏奧陶系平行不整合接觸，與上覆太原組整合接觸，厚0.5～60m，平均厚約15.18m，由下而上分為5層：

（1）鐵質(zhì)粘土巖：為黃鐵礦化粘土巖，透鏡狀、似層狀鐵礦，有時(shí)呈豆鮞狀結(jié)構(gòu)；厚0.12～19.57m。

（2）雜色頁巖、粘土巖：上部為含鐵粘土巖、鐵質(zhì)粘土巖、局部夾鐵礬土礦，下部常有薄層灰色粘土巖、底部有時(shí)有炭質(zhì)頁巖，厚0.24～26.75m。

（3）淺灰色薄層狀鋁土巖：泥狀結(jié)構(gòu)，微具頁理構(gòu)造，為粘土礦的主要層位，厚0.30～17.92m。

（4）灰色深灰色厚層狀鋁土礦：具豆鮞狀、碎屑狀結(jié)構(gòu)、凝聚結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，部分為土狀構(gòu)造、多孔狀構(gòu)造和蜂窩狀構(gòu)造。為主礦層。大部為1層礦。有時(shí)有薄的夾層，分為2～3層。厚0.10～44.86m。

（5）深灰色薄層狀粘土巖（或鋁土巖）及含鐵粘土巖：為粘土礦主要層位之一，局部可達(dá)鋁土礦的工業(yè)品位，厚0.15～13.08m。

3.2 鋁土礦礦體特征

3.2.1 礦體形態(tài)、產(chǎn)狀和規(guī)模

本區(qū)鋁土礦成因類型為沉積型，鋁土礦賦存于本溪組的中上部。全區(qū)初步圈出鋁土礦礦體9個(gè)。其中賈莊坡—焦村—府店礦段Ⅰ、Ⅱ號(hào)鋁土礦體規(guī)模較大，品位較高（表1）。

表1 偃龍煤田深部鋁土礦礦體特征一覽表

礦體呈層狀、似層狀，局部為透鏡狀、溶斗狀及不規(guī)則狀。礦體形態(tài)嚴(yán)格受基底古巖溶地形的控制，古地形平坦處，礦體呈似層狀；古地形低洼或溶斗時(shí)，礦體為透鏡狀或溶斗狀。礦體長(zhǎng)一般700～8800m，夾溝礦段厚大的熔斗狀和透鏡狀礦體之間由薄礦體相連，構(gòu)成大型綜合礦體，長(zhǎng)度可達(dá)8800m，厚0.5～57.95m，一般1～10m。產(chǎn)狀平緩，一般傾角10°～20°。但由于古巖溶地形的控制，不同的礦體產(chǎn)狀有所差異，同一礦體的不同部位產(chǎn)狀也不一致。在巖溶漏斗中礦體由四周向中間傾斜,本溪組下部地層傾角可達(dá)30°～50°?？偟囊?guī)律是礦體底板產(chǎn)狀變化較大，頂板比較穩(wěn)定。礦體直接底板為粘土巖（礦）、鐵質(zhì)粘土巖，間接底板為馬家溝組灰?guī)r。

區(qū)內(nèi)鋁土礦在垂向上具有明顯的3層結(jié)構(gòu)（圖1）。下部為灰黑色致密狀鋁土質(zhì)泥巖，塊狀構(gòu)造，上部見有與紋層平行排列的碎屑層，碎屑呈棱角狀，一般在1cm以下，成分單一，含有較多的團(tuán)塊狀、星點(diǎn)狀和條帶狀黃鐵礦，與中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦層多呈截然的接觸關(guān)系。中部主要為灰色豆鮞狀和碎屑狀鋁土礦，豆粒和鮞粒多為圓狀和橢圓狀，粒徑一般在2～4cm之間，鮞粒粒徑小于2mm，多數(shù)豆鮞粒圈層構(gòu)造明顯，該層黃鐵礦化較為強(qiáng)烈，尤其是下部，黃鐵礦局部交代豆鮞和碎屑，與下部鋁土質(zhì)泥巖呈截然接觸關(guān)系，向上與上部鋁土質(zhì)泥巖往往呈逐漸過渡關(guān)系。

圖1 偃龍煤田深部鋁土礦ZK4704鉆孔本溪組柱狀圖

3.2.2 礦石質(zhì)量特征

區(qū)內(nèi)鋁土礦礦石呈灰黑色、深灰色，以豆鮞狀和致密狀結(jié)構(gòu)為主，次為碎屑狀結(jié)構(gòu)，以塊狀構(gòu)造和致密狀構(gòu)造為主，次為層理構(gòu)造。

礦石的礦物成分：鋁土礦石中所見主要礦物大致分為鋁礦物、粘土礦物和鈦礦物3類，中部豆鮞（碎屑）狀鋁（粘）土礦較有代表性。

主要礦物為一水硬鋁石，含量45%～95%；其次為水云母、葉臘石（含量5%～25%）、高嶺石（5%～25%），蒙脫石（少量）、綠泥石（0～30%）、褐鐵礦（5%～25%）等，有時(shí)見石英、方解石、鈉長(zhǎng)石、赤鐵礦、黃鐵礦、蛭石；微量礦物有金紅石、電氣石、銳鈦礦、板鈦礦、白鈦礦、磁鐵礦、磷灰石、鋯石、榍石、綠簾石、三水鋁石及炭質(zhì)等。

礦石的化學(xué)成分

礦石的化學(xué)組分主要有Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S，次為GaO、MgO、K2O、Na2O、、P2O5以及伴生有意組分Ga和Li等。主要礦石化學(xué)成分特征見表3。

表2 偃龍煤田深部鋁土礦礦石主要化學(xué)成分特征一覽表

礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造：礦石結(jié)構(gòu)以豆鮞狀結(jié)構(gòu)和致密塊狀為主，次為碎屑狀，偶見蜂窩狀結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、致密狀構(gòu)造、層理構(gòu)造。

礦石類型和品級(jí)：區(qū)內(nèi)鋁土礦按礦物成分劃分主要為一水硬鋁石型、高嶺石一水硬鋁石型、黃鐵礦一水硬鋁石型、菱鐵礦一水硬鋁石型4類。按礦石的結(jié)構(gòu)均可劃分主要為泥晶鋁土礦（致密狀礦石）、豆鮞狀鋁土礦、碎屑鋁土礦（砂屑狀、礫屑狀），其次為多孔狀礦石、土狀礦石等。

3.2.3 礦體圍巖與夾石

頂?shù)装鍑鷰r與夾石為粘土巖（礦）和鋁土巖，一般與礦體呈漸變關(guān)系。礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，夾石及分叉現(xiàn)象不發(fā)育。一般為一層礦，少數(shù)礦層中有夾石，分為二層礦，但夾石一般厚度不大。礦體在平面上局部有無礦天窗出現(xiàn),總體礦體連接性較好,內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

4 控礦因素

4.1 長(zhǎng)期的沉積間斷是控制鋁土礦成礦的主要因素

本區(qū)鋁土礦含礦巖系賦存在奧陶系碳酸鹽巖的不整合面上,嚴(yán)格受沉積間斷面的控制。受加里東運(yùn)動(dòng)的影響,本區(qū)自中奧陶世末上升為陸地,至上石炭世重新下降，長(zhǎng)期的沉積間斷,在空間、時(shí)間上創(chuàng)造了良好的成礦條件。長(zhǎng)期隆起的基底碳酸鹽巖及近古陸的硅酸鹽巖,在適宜氣候條件下,受到強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕,為鋁土礦形成提供了豐富的成礦物質(zhì),長(zhǎng)期的沉積間斷所形成的古地形,為鋁土礦積聚創(chuàng)造了有利的場(chǎng)所。

4.2 古氣候?qū)Τ傻V的作用

氣候條件對(duì)鋁土礦形成有明顯的控制作用。據(jù)古地磁資料顯示，古生代豫西地區(qū)處于北緯12.9°～27.6°,屬熱帶—亞熱帶地區(qū)。多雨濕熱的古氣候有利于硅酸鹽巖風(fēng)化和成礦物質(zhì)的搬運(yùn)。

4.3 古構(gòu)造對(duì)成礦的作用

成礦前的古構(gòu)造與上石炭統(tǒng)含礦巖系的沉積區(qū)分布有著極為密切的成因聯(lián)系。加里東運(yùn)動(dòng)以來長(zhǎng)期的地殼上升和相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境,使下古生界的碳酸鹽巖遭受漫長(zhǎng)的侵蝕風(fēng)化作用,形成的古風(fēng)化殼為鋁土礦提供了豐富的物質(zhì)來源和有利的準(zhǔn)平原地貌條件；長(zhǎng)期南北向擠壓應(yīng)力導(dǎo)致隆起區(qū)和坳陷呈大致東西向分布的規(guī)律,控制了含礦巖系和礦帶的分布。

4.4 古地理對(duì)成礦的作用

本區(qū)鋁土礦床位于位于嵩山古侵蝕平原北緣的偃師盆地的南部山前凹地。由于鋁土礦呈碎屑方式搬運(yùn),搬運(yùn)距離不會(huì)太遠(yuǎn),只有呈懸浮狀態(tài)搬運(yùn)的細(xì)粒黏土物質(zhì)才可以搬運(yùn)得較遠(yuǎn),從而造成沿著礦層的傾向,無論是厚度或品位均有變薄、變貧的趨勢(shì),甚至礦體完全尖滅。

4.5 成礦后期風(fēng)化淋濾的富集作用

鋁土礦床形成以后,尤其是鋁土礦在地表或淺部經(jīng)受風(fēng)化作用和地表水、地下水的淋濾作用,使原生礦石中的CaO、SiO2、Fe2O3、S不同程度地被帶走,從而使Al2O3富集、礦石的品級(jí)得到提高。

5 成礦預(yù)測(cè)

5.1 成礦預(yù)測(cè)的原則

本次工作根據(jù)128個(gè)鉆孔A/S與本溪組厚度的相關(guān)性分析（圖3），鋁土礦的厚度、品位與含礦巖系的厚度呈正相關(guān)關(guān)系,即含礦巖系的厚度大,礦石的品位亦較高,反之亦然。當(dāng)含礦巖系厚度小于5.0m時(shí),一般難以形成工業(yè)礦體。當(dāng)本溪組厚度大約小于10m時(shí)，A/S值小于邊界品位1.8。所以，完全可以根據(jù)本溪組的厚度對(duì)鋁土礦進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)。

圖2 偃龍煤田深部鋁土礦本溪組厚度與A/S相關(guān)關(guān)系圖

5.2 成礦預(yù)測(cè)分區(qū)

首先統(tǒng)計(jì)已經(jīng)施工的128個(gè)鉆孔的本溪組厚度，繪制該區(qū)本溪組厚度等值線圖。在本溪組厚度等值線圖基礎(chǔ)上，針對(duì)本溪組厚度大于10m的區(qū)域進(jìn)行劃分，共預(yù)測(cè)了6個(gè)鋁土礦有利分布區(qū)，面積45.08km2（圖3）。一、二、三、五號(hào)預(yù)測(cè)區(qū)顯示了良好的北東向展布特點(diǎn)。六號(hào)預(yù)測(cè)區(qū)具有近北西向展布的特點(diǎn)?？傮w上，預(yù)測(cè)區(qū)的分布和展布與近東西向最大主應(yīng)力所導(dǎo)致的北西向和北東向節(jié)理構(gòu)造有關(guān)。各預(yù)測(cè)區(qū)特征見表3。

圖3 偃龍煤田深部鋁土礦成礦預(yù)測(cè)分區(qū)圖

表3 偃龍煤田深部鋁土礦成礦預(yù)測(cè)分區(qū)特征表

6 結(jié)論

該區(qū)為煤下鋁土礦勘查，通過3年來的工作，初步查明該區(qū)礦床規(guī)模大,礦體較為連續(xù)，部分地段存在厚大富鋁土礦體，前期主要對(duì)500m以淺的鋁土礦體進(jìn)行勘查。通過對(duì)深部鋁土礦進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)，700m以淺還存在鋁土礦體，具有良好的成礦地質(zhì)條件和找礦前景。同時(shí)對(duì)整個(gè)豫西地區(qū)煤下鋁土礦找礦具有重要的示范意義。

[1] 潘毅昌.平穩(wěn)的凹地型鋁土礦的勘探方法[J].中國(guó)地質(zhì), 1958(12)：31-34.

[2]別涅斯拉夫斯基С И,韋剛.河南某地鋁土礦礦床的礦物成分[J].中國(guó)地質(zhì),1958(12)：36-40.

[3] 吳國(guó)炎,姚公一.河南鋁土礦床[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 1996.

P612

A

1004-5716(2015)10-0114-04

2014-10-16

2014-10-16

中央地勘基金河南省地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目,項(xiàng)目編號(hào)：52（預(yù)查），17（預(yù)查續(xù)作）。

陳永才（1972-），男（漢族），河南葉縣人，工程師，現(xiàn)從事礦產(chǎn)勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)工作。