貴州省凱里市貓貓巖鋁土礦賦存特征及開采技術(shù)條件

楊智勇

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局六總隊）

貴州是鋁土礦資源大省，目前探明和保有的鋁資源量近4 億t，約占全國總量的16%，居全國第二位［1-2］。貴州省凱里市貓貓巖鋁土礦具有40 多年的開采歷史，而凱里至黃平地區(qū)是貴州省近幾年重點勘查的一處鋁土礦整裝勘查區(qū)。目前，凱里至黃平地區(qū)鋁土礦整裝勘查工作已結(jié)束，基本探明2處大型礦床，多處中小型礦床，主要鋁土礦礦床為苦李井礦床、魚洞礦床、鐵廠溝礦床、王家寨礦床等。前人對鋁土礦床地質(zhì)特征及成因等方面進行了較為詳細的探索［3-6］，本研究在此基礎(chǔ)上，結(jié)合新的勘查成果，分析貓貓巖鋁土礦的賦存特征、成礦規(guī)律以及礦床開采技術(shù)條件，以利于進一步的探礦及采礦工作。

1 區(qū)域地質(zhì)

凱里市貓貓巖鋁土礦位于揚子準地臺之黔北臺隆遵義斷拱貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)與黔南臺陷的交接地帶，區(qū)域內(nèi)出露地層由新到老主要有二疊系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系。區(qū)內(nèi)褶皺屬黃平復(fù)式向斜南段，主要次級褶皺有魚洞向斜和苦李井單斜，控制了本區(qū)含礦層的分布和鋁土礦的產(chǎn)出，其他次級向斜如重安江向斜、下城寨向斜、河灣向斜等梁山組含礦系已被風化剝蝕，核部出露地層為泥盆系上統(tǒng)或志留系。

本區(qū)礦產(chǎn)主要有鋁、鐵、煤、耐火黏土、硫和水泥用、制堿石灰?guī)r礦，均為外生礦床，其中除水泥用石灰?guī)r礦產(chǎn)于奧陶系下統(tǒng)桐梓組、紅花園組，為中厚層生物屑亮晶灰?guī)r外，鋁、鐵、煤、耐火黏土、硫均產(chǎn)于二疊系中統(tǒng)梁山組。

2 礦體特征

2.1 含礦巖系特征

礦區(qū)含礦巖系為二疊系中統(tǒng)梁山組（P2l），分含鐵、含鋁巖系和含煤巖系，由一套含鐵鋁土頁巖、含菱鐵礦頁巖、鋁土礦、鋁質(zhì)巖、鋁質(zhì)泥巖（頁巖）石英砂巖、含煤巖系的炭質(zhì)頁巖組成，其厚度及巖系組成變化較大，其厚度嚴格受其下古溶蝕地貌控制，與下伏地層呈假整合接觸。

含鐵巖系、含鋁巖系、含煤巖系沒有明顯界線，其巖性由下到上為菱鐵礦層、含鐵鋁土質(zhì)黏土巖、鋁土質(zhì)黏土巖、致密狀鋁土巖、鋁土礦、鋁質(zhì)黏土巖、石英砂巖及煤巖系的炭質(zhì)頁巖。鋁土礦賦存于含鋁巖系中，礦層下部常有鋁土頁巖和黏土巖層，上部亦有鋁土巖分布，但下部的鋁土頁巖和鋁土巖鐵質(zhì)含量逐漸增高，局部含較多的結(jié)核狀菱鐵礦，構(gòu)成含鐵巖系。

2.2 礦床成因類型

貓貓巖鋁土礦區(qū)有2種礦床類型：沉積型鋁土礦和堆積型鋁土礦。沉積型鋁土礦主要分布于格田礦段和背后坡礦段，礦體有A1、A2、A3、A4、A5、A7、A9、A10，產(chǎn)于梁山組中部的含鋁巖系中，呈似層狀、透鏡狀，產(chǎn)狀平緩，厚度變化較大。堆積型鋁土礦是由沉積鋁土礦體經(jīng)風化、剝蝕作用后，原地殘留或經(jīng)短途搬運堆積形成，主要分布在團坡礦段，有A6 和A8。礦體規(guī)模較小，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，上伏地層為第四系，如圖1所示。沉積型鋁土礦是該區(qū)的主要類型，根據(jù)下伏地層巖性及主要鋁礦物成分，沉積型鋁土礦屬于產(chǎn)于碳酸鹽巖侵蝕面上的水硬鋁石鋁土礦床。

2.3 礦體特征

礦區(qū)共圈定10 個鋁土礦體，主要分布于礦區(qū)北部的背后坡礦段、中部的格田礦段、西部的團坡礦段。礦體數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)采集的巖礦試驗數(shù)據(jù)結(jié)果，礦體特征描述如下。

（1）形態(tài)規(guī)模。礦區(qū)鋁土礦礦體規(guī)模小至中型，礦體集中分布于礦區(qū)北部巖后坡，中部格田水庫、西部團坡一帶，走向北東，傾向南東，空間形態(tài)多為似層狀、透鏡狀，平面形態(tài)多為不規(guī)則狀、長條狀、橢圓狀等?？刂频V體長約87～1 160 m，延深23～990 m，礦體厚度變化于1.70～2.62 m，平均厚度為1.96 m，礦體的平面形態(tài)因受基底古地形制約，呈不規(guī)則狀，整體平面形態(tài)較復(fù)雜，屬形態(tài)較復(fù)雜類型。

（2）礦體（層）產(chǎn)狀。礦體順層產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層一致，傾角多在6°～8°，局部達10°。

（3）礦體（層）厚度。平均厚度為1.96 m，平均厚度變化系數(shù)為55.40%，厚度較薄，在分布上無明顯的規(guī)律性。厚度有一定的集中值，1.0～2.0 m 所占比例達70%，厚度相對連續(xù)性較差，厚度變化系數(shù)為30.18%～104.01%。

（4）礦石品位。Al2O3最低為59.73%，最高為74.22%，平均為63.02%，品位變化系數(shù)為5.30%～23.46%，平均品位變化系數(shù)為14.70%；SiO2最低為8.39%，最高為15.82%，平均為13.51%；鋁硅比（A/S）［7］最低為3.85，最高為7.89，平均為4.84。

從鋁硅比變化情況分析，鋁硅比A/S＞8.0 占15.4%，1.8＜A/S＜8.僅占74.6%，變化系數(shù)為30.7%；Al2O3變化系數(shù)為6.1%，說明該礦體品位變化均勻。

3 鋁土礦Al2O3含量與鋁硅比值的變化規(guī)律

工作區(qū)內(nèi)，實際完成探槽157條（3 662.76 m3），刻槽采樣526 件，完成鉆探35 個（1 644.3 m），巖芯樣121 件，經(jīng)過239 件樣品分析結(jié)果統(tǒng)計，Al2O3平均含量為63.02%，SiO2平均含量為13.51%，A/S 平均為4.84。其中Al2O3≥70% 占14.07%，65%≤Al2O3＜70%占20%，60%≤Al2O3＜65% 占20.7%，Al2O3＜60% 占45.2%。從統(tǒng)計中可明顯看出，凡Al2O3含量大于70%，則鋁硅比值多大于9，并且大部分在15 以上；若65%

4 成礦規(guī)律

（1）梁山組地層可分為2 種巖相，泥質(zhì)巖相是指以鋁土巖、鋁土質(zhì)頁巖和鋁土礦為主，不含砂巖或少含砂巖的相區(qū)；碎屑巖相區(qū)是指以砂巖為主的相區(qū)。2 個相區(qū)是逐漸過渡，從柱狀對比圖上可知，背后坡礦段、格田礦段、團坡礦段為泥質(zhì)巖相區(qū)；在背后坡礦段一帶見碎屑巖，寬約1 km，在ZK140-50 號鉆孔中砂巖層厚達2.30 m。礦區(qū)大部分礦體均產(chǎn)于泥質(zhì)巖中。

（2）礦區(qū)中鐵礦層厚度大則鋁土礦層薄，鋁土礦層厚度大則鐵礦層薄。含礦巖系底板白云巖及含礦巖系下部鋁土質(zhì)黏土巖中Fe2O3含量越低，其上部形成的鋁土礦Al2O3含量越高，質(zhì)量越好，反之則差。故在礦區(qū)中尋找含礦巖系下部及底板白云巖中Fe2O3含量較低地段，其形成的礦體品位高、厚度大，亦是該區(qū)的找礦方向［8-9］。

（3）礦區(qū)鋁土礦體均產(chǎn)于二疊系中統(tǒng)梁山組（P2l）中下部地層中，含礦巖系厚度越大則形成的礦體中Al2O3含量越高。含礦巖系厚度與其中Al2O3含量呈正比，特別是在古巖溶洼地、漏斗、落水洞中含礦巖系厚度大，礦體形成較厚且鋁硅比越高。在礦區(qū)局部范圍內(nèi)尋找古巖溶凹地可能發(fā)現(xiàn)較大的鋁土礦體，如格田礦段的ZK110-58 及TC1495、TC1409 等工程，均在古巖溶凹地的中心部位見到了礦體。

5 礦床開采技術(shù)條件

5.1 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)鋁土礦體埋藏標高在845～1 080 m。格田水庫旁的A5、A7 礦體部分標高位于格田水庫基準水位線以下，井工開采可能造成礦井突水，礦山開采設(shè)計應(yīng)注意這一問題；其余礦體埋藏均在945 m 水平以上，即當?shù)厍治g基準面以上。從鉆孔的簡易水文觀測來看，所有鉆孔均為漏水孔，礦層上覆巖層為透水層，礦床主要以季節(jié)性的大氣降水間接充水為主，而且地形有利于自然排水。

礦區(qū)水文勘探類型多數(shù)為以季節(jié)性的大氣降水間接充水為主的礦床，大部分礦體位于地下水位之上，水文地質(zhì)條件簡單；A5、A7 礦體位于格田水庫邊上，礦體部分位于水庫水位線以下，地下開采可能造成礦坑充水及突水事故，水文地質(zhì)條件中等復(fù)雜。

5.2 工程地質(zhì)條件

5.2.1 礦體頂?shù)装宸€(wěn)定性

對礦區(qū)深度大于50 m 的鉆孔進行了RQD 值統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。礦體底板泥盆系高坡場組（D3gp）白云巖RQD 為74.3%，巖石質(zhì)量等級為Ⅲ級，巖體中等完整；間接頂板二疊系棲霞組（P2q）灰?guī)rRQD值為82.1%，巖石質(zhì)量等級為Ⅱ～Ⅲ級，巖體中等至較完整。綜上所述，礦體底板及間接頂板均為物理力學(xué)性質(zhì)較堅硬、巖體較完整、巖石質(zhì)量較好的白云巖和灰?guī)r組成。

5.2.2 陡巖及邊坡穩(wěn)定性

通過對礦床地質(zhì)特征的研究可以看出，礦床露天開采過程中形成邊坡及陡巖的巖層主要為頂板二疊系棲霞組（P2q）灰?guī)r和礦體底板泥盆系高坡場組（D3gp）白云巖，本次工作對上述2 種巖石均進行采樣測試，其測試結(jié)果見表3。

通過試驗結(jié)果可以看出，底板白云巖巖心單軸抗壓強度為25.6～60.1 MPa；礦體間接頂板灰?guī)r巖心單軸抗壓強度為35.4～40 MPa。由于整個礦區(qū)巖層緩傾角呈單斜產(chǎn)出，總體巖石結(jié)構(gòu)較完整。露天開采過程中形成的邊坡在剝采比小于15的情況下是相對穩(wěn)定的。

5.2.3 工程地質(zhì)類型

礦區(qū)地形地貌條件簡單，幾個主礦體平均埋深40 m 左右，露采對生態(tài)環(huán)境影響較大，而坑采其含礦巖系厚度變化較大，局部地段礦體直接頂?shù)装遄兓癁檐涃|(zhì)的頁巖、黏土巖，硬度小，巖石較軟弱，容易發(fā)生礦山工程地質(zhì)問題。因此，礦床工程地質(zhì)條件中等復(fù)雜。

5.3 環(huán)境地質(zhì)條件

經(jīng)礦區(qū)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，發(fā)現(xiàn)危巖及邊坡分布1 處，采礦活動堆積體3 處，可能引發(fā)崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂縫及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的可能較小，危害程度小到中等。采礦廢碴堆積物是泥石流的物源物質(zhì)，在暴雨季節(jié)有發(fā)生泥石流的可能，危害程度較小。其分布區(qū)的地質(zhì)特征、規(guī)模大小、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性和對礦山環(huán)境破壞及危害程度如表4 所示。同時發(fā)現(xiàn)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要分布在村民住宅及飲用水水庫，如果一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，將會對當?shù)鼐用窦按箫L洞鄉(xiāng)生活用水造成重大影響。

綜合分析，區(qū)內(nèi)地形地貌條件中等、含礦層及頂?shù)装鍘r性較穩(wěn)定，礦層上覆地層在露采情況下局部可形成崩塌地質(zhì)災(zāi)害，對周圍環(huán)境影響較大，但礦區(qū)構(gòu)造簡單，人口密度較小，礦體位于地下潛水面以上，礦山開采對地下水位影響較小，環(huán)境地質(zhì)條件為中等類型。

6 結(jié)論

（1）貓貓巖鋁土礦礦體賦存于二疊系中統(tǒng)梁山組，分含鋁巖系、含鐵巖系和含煤巖系，三者沒有明顯界線。鋁土礦礦體在空間形態(tài)上呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，在平面上呈長條狀、不規(guī)則狀、透鏡狀順層產(chǎn)出，產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致，傾角為6°～10°。

（2）礦體中Al2O3與SiO2含量之間呈明顯的負相關(guān)；鋁土礦體的厚度與含礦巖系的厚度成正相關(guān)；鐵礦層的厚度與鋁土礦層的厚度相互成消長關(guān)系。

（3）礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單至中等，工程地質(zhì)條件中等，環(huán)境地質(zhì)條件中等，確定礦山開采方式為露采及坑采，需要進一步查明礦層上部陡崖、邊坡的穩(wěn)定性，杜絕礦山開采時可能產(chǎn)生的滑塌、塌陷、地裂等地質(zhì)災(zāi)害。

致 謝項目組在野外工作期間，得到了礦業(yè)權(quán)人貴州其亞鋁業(yè)有限公司的大力支持，在此深表感謝。