甘肅省鎮(zhèn)原縣上城子鋁土石英砂礦地質(zhì)特征及成因

曹向飛，劉 戀＊

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局蘭州礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730046）

1 區(qū)域地質(zhì)特征

本區(qū)屬華北地臺鄂爾多斯臺坳隴東黃土高原穩(wěn)定地塊，發(fā)生在燕山運(yùn)動以前周緣祁呂賀構(gòu)造活動帶的東西向構(gòu)造為本區(qū)的基礎(chǔ)構(gòu)造。侏羅紀(jì)以后，陜甘寧盆地大向斜周邊受燕山運(yùn)動普遍隆起，組成了一個統(tǒng)一的水動力系統(tǒng)，在以河湖陸相細(xì)碎屑巖廣泛沉積的同時，也伴隨著邊緣地區(qū)的隆起和褶皺斷裂的產(chǎn)生[1]。因而從本區(qū)切割黃土塬的深切河溝基底出露的地層主要以下白堊統(tǒng)下部環(huán)河華池組泥質(zhì)砂巖粉砂巖夾頁巖、泥灰?guī)r和中部羅漢洞組長石鋁土砂巖夾粉砂巖、泥巖為主，分屬河漫灘相和河湖相細(xì)碎屑巖沉積，總厚在607.6m。其上直接覆蓋著第四系巨厚黃土層，厚度在209m～355m，沿梁峁殘塬支溝廣泛分布，自下而上除個別地段與塬基底間有少量第三系臨夏組磚紅色粘土層外，主要為下更新統(tǒng)三門組淺褐紅-棕紅色石質(zhì)黃土及砂礫層；中更新統(tǒng)離石組淺灰黃色黃土夾棕紅色土壤層；上更新統(tǒng)馬蘭組淺灰黃色疏松黃土層。沿沖溝分布有全新統(tǒng)沖積砂礫石，亞砂土及河漫灘相淤積黃土層，厚度2m～10m。

近二三十年來研究區(qū)石油地質(zhì)工作者通過深部勘測，查明測區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造為上城子平緩背斜和朝陽川平緩背斜，控制著沿茹河一帶下白堊統(tǒng)塬基含砂礦層的分布，其背斜軸線沿茹河近北北西向延伸，斷裂較少，規(guī)模較小。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

（1）地層。礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為組成黃土塬基底的下白堊統(tǒng)中部羅漢洞組河漫灘相、河湖堆積相的細(xì)-中粒砂巖、粉砂巖、泥巖。上覆地層為第四系和上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土，石質(zhì)黃土、亞粘土等組成。

①全新統(tǒng)：主要為沿茹河河谷分布的沖積層，組成Ⅰ、Ⅱ級階地，由含礫砂石、亞粘土及淤泥黃土組成，厚2m～10m。②上更新統(tǒng)馬蘭組：遍及全區(qū)，構(gòu)成黃土塬梁、峁的表層，為淺灰黃色疏松黃土，底部為棕紅色故土壤層。該黃土層斜壓在下部地層之上，與下伏地層為平行不整合接觸。③羅漢洞組：為含砂礦層，分布于茹河溝谷兩岸崖緣，主要巖性為灰、黃、棕紅色塊狀細(xì)-中粒長石鋁土砂巖，泥質(zhì)砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，砂質(zhì)泥巖頁巖。底部為土黃色砂巖夾少量細(xì)礫巖，屬河湖相細(xì)碎屑沉積，厚度58m。

（2）構(gòu)造及巖漿巖。礦區(qū)內(nèi)地層起伏不大，傾角在2°～5°，產(chǎn)狀相對變化小，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。本區(qū)塬基底出露較少，從石油勘測資料看，方圓數(shù)十公里內(nèi)未見規(guī)模性巖漿活動，因而屬地臺穩(wěn)定區(qū)。

（3）地貌、水文地質(zhì)特征。上城子砂礦區(qū)處于黃土高原典型地貌特征單元上，地勢呈簸箕形向東南緩斜，海拔1045m～1370m高原被河谷溝谷切割后殘留比高在100m～250m的平坦臺地上，因而地表侵蝕是造成獨(dú)特地貌單元形成的主要原因[2]。本區(qū)水系主要以黃河第三級支流茹河為主，屬長年流水，含泥量大，水質(zhì)較好，可灌溉，對采礦影響不大。因而本區(qū)水文地質(zhì)條件相對簡單。

3 礦床特征

（1）礦層特征。砂礦主要受地層構(gòu)造的控制，呈近水平緩傾斜產(chǎn)出。但礦層厚度各地有一定的變化。主要含礦層未羅漢洞組青黃-土黃色中-細(xì)粒長石鋁土砂巖層，以該區(qū)塊內(nèi)耕地基準(zhǔn)面為準(zhǔn)，砂層最小厚度約20m，最大厚度約50m，平均厚度約為35m，中間多夾有一-三層0.2m～0.4m厚泥質(zhì)粉砂巖。鋁土砂礦要求顆粒級在212μm～850μm之間，巖性為黃色、淺黃、淺灰色中粗砂，肉眼觀察顆粒大小均勻。礦層與頂?shù)装鍑鷰r界線明顯，根據(jù)巖心樣顆粒級配試驗(yàn)測試結(jié)果，按照確定的工業(yè)指標(biāo)含砂率≥30%圈定礦層。砂礦層產(chǎn)狀基本呈水平巖層產(chǎn)出，走向不明顯。砂礦層傾向北東，傾角1°～5°。

在礦區(qū)范圍內(nèi)圈定鋁土砂礦層1處，編號為K1礦層，通過10條勘查線、14個鉆孔控制礦層分布范圍及厚度。礦層呈層狀近水平產(chǎn)出，礦層長度120m，寬度133 m，分布面積2321071.75m2，傾向110°，傾角2°～3°，連續(xù)性較好。單工程控制礦層厚度5.5m～24.5m，平均14.42m，厚度變化系數(shù)30.69%；礦層埋深2.3m～32.5m；礦層含砂率41.03%～79.93%，平均69.32%，變化系數(shù)11.61%；礦層覆蓋層為風(fēng)積粉砂層及沖積細(xì)砂、砂礫層，單工程控制礦層覆蓋層厚2.3m～18.5m，平均7.03m。石英砂礦層局部夾鋁土礦，呈透鏡狀，鋁土礦層最大長度80m，最大寬度53 m，傾向110°，傾角2°～3°，連續(xù)性不好。單工程控制礦層厚度1.5m～4.5m，平均3.42m，厚度變化系數(shù)30.69%；礦層埋深2.3m～32.5m；礦層主要成分Al2O3:45.40%～79.93%，一般55.00%～65.00%，。礦層在走向上由線距136m～289m的10條勘查線控制，通過對各條勘查線厚度和含砂率統(tǒng)計顯示：在走向上以12-12＇勘查線控制礦層厚度最大，兩側(cè)厚度相對較小，但礦層厚度總體上呈沿走向逐漸變小、沿傾向漸增的特征。

（2）礦石質(zhì)量。本礦區(qū)砂礦石經(jīng)巖礦薄片鏡下鑒定表明，巖石由碎屑物、填隙物、孔隙所組成。碎屑物含量約占整個巖石的87%～91%以上，其成分為石英、長石、硅質(zhì)巖巖屑、石英巖巖屑、火山巖巖屑、花崗巖巖屑、泥質(zhì)巖巖屑等。碎屑顆粒大小均勻，一般在0.2mm～0.6㎜之間，形狀為次棱角狀，次園狀。為中細(xì)粒-特細(xì)粒砂級。填隙含量約7-10%左右，為泥質(zhì)、鈣質(zhì)的疏松細(xì)粉粒砂。在碎屑顆粒之間還有少量的孔隙未被充填，膠結(jié)類型為孔隙式。砂礦石以中細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)和細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)為主。以細(xì)層-薄層結(jié)構(gòu)為主，兼有微層或葉片層出現(xiàn)。層理厚度在0.05m～0.01m，特細(xì)粒砂以水平層理出現(xiàn)居多，細(xì)-中粒砂以單向斜層理較常見，并伴有粒級韻產(chǎn)生。細(xì)層呈凹面向上的曲線狀，傾角較小，一般在12°～25°，細(xì)層與水平層系底部界面交角硝呈收斂狀。本區(qū)砂礦石經(jīng)在不同地段取樣對砂的顆粒級配和粗細(xì)程度用篩分析的方法進(jìn)行測定。篩分析的方法用5㎜、2.5㎜、1.25㎜、0.63㎜、0.315㎜、0.16㎜的系統(tǒng)篩分，分別用β1、β2、β3、β4、β5、β6代表5㎜～0.16㎜各級篩上的累積，篩余百分率，求得細(xì)度模數(shù)0.6～2.5。經(jīng)化學(xué)分析砂礦主要化學(xué)成份SiO290.47%、Fe2O30.45%、Al2O33.58%、CaO2.57%、MgO1.07%、Loos2.59%。

4 礦床成因及其控礦因素

上城子砂礦沉積范圍大，沉積層穩(wěn)定層理類型僅局限于水平層理和斜層理，粒度級序變化小，沉積巖石類型簡單，主要以粉砂和中細(xì)粒砂為主，表明沉積區(qū)域地形平緩，水動力相對較弱-中等，波浪作用隨水流波及不大，無明顯的波紋出現(xiàn)。屬較為穩(wěn)定的河湖相。

控礦因素主要受地層沉積環(huán)境和盆地構(gòu)造的綜合控制。其中地層層位是制約砂礦賦存的主要場所，水動力條件是決定顆粒粗細(xì)的重要因素。燕山運(yùn)動導(dǎo)致部分地段降起，剖面上顯示高低起伏的砂礦層在不同標(biāo)高地段出現(xiàn)。