河南省新密市某鋁土礦地質(zhì)特征及礦床成因

韓文斌

（中鋁礦業(yè)有限公司，河南 鄭州 450041）

我國絕大部分鋁土礦分布于石炭、二疊系地層中，主要分布在華北地臺(tái)和揚(yáng)子地臺(tái)，特別是山西、貴州、河南、廣西、云南等省區(qū)。河南省鋁土礦位于華北地臺(tái)豫淮臺(tái)褶帶的西部，南鄰秦嶺地軸，西北有中條古陸格，受地層層位及巖相古地理?xiàng)l件控制，賦存于上古生界石炭系中統(tǒng)本溪組中下部，屬沉積型一水硬鋁石礦床。新密市某鋁土礦就屬于河南鋁土礦嵩箕地層小區(qū)。

1 地質(zhì)特征

1.1 本區(qū)地質(zhì)

本區(qū)位于華北地臺(tái)南部，嵩箕中臺(tái)隆北東緣，密縣臺(tái)式復(fù)向斜內(nèi)次級(jí)褶皺密縣城向斜北翼東段。臺(tái)隆結(jié)晶基底主要由古元古界嵩山群組成。蓋層為地臺(tái)型沉積，由一套海相碎屑巖一碳酸鹽巖建造，海陸交互相含煤建造和陸相碎屑巖建造組成。

本區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，褶皺及斷裂均較發(fā)育，中岳、燕山運(yùn)動(dòng)是本區(qū)的主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，前者構(gòu)成區(qū)域基底，后者使其中生代及其以前地層生成開闊的復(fù)式背、向斜褶皺，同時(shí)伴生有相當(dāng)發(fā)育的、與褶皺軸向平行、垂直和斜交的高角度斷裂構(gòu)造。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主要斷裂為橫穿礦區(qū)的尹村崗斷層、梁山斷層、位寨南斷層，受其影響，區(qū)內(nèi)含鋁巖系大致分為四個(gè)帶。另外有一些次級(jí)斷層對(duì)區(qū)內(nèi)的含鋁巖系也造成了一定的影響。主要斷裂構(gòu)造特征如下表。

表1 主要斷裂構(gòu)造特征表

1.2 本區(qū)地層

本區(qū)內(nèi)大部分為第四系蓋層，僅局部出露有寒武系上統(tǒng)、奧陶系中統(tǒng)及石炭系上統(tǒng)地層。

寒武系上統(tǒng)（∈3）零星出露于礦區(qū)北部邊緣。巖性為泥質(zhì)條帶鮞狀灰?guī)r，走向近東西，傾向南，傾角15—25°，與上覆奧陶系地層呈平行不整合接觸。

奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（O2m）呈片狀出露于礦區(qū)北西部，下部為泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖等；中部為厚層狀石灰?guī)r；上部為白云巖、泥質(zhì)白云巖等，總體走向北東東，傾向南東，傾角15—20°，頂部古侵蝕面凹凸不平，與上覆石炭系上統(tǒng)本溪組呈平行不整合接觸。

石炭系上統(tǒng)本溪組（C2b）總體呈似層狀、透鏡狀零星出露于礦區(qū)中部，厚0—77.1米，厚度變化較大，與上伏太原組呈平行整合接觸，為本區(qū)的含鋁巖系。

上統(tǒng)太原組（C2t）下段（C2t1）為灰黑色厚層狀含燧條帶石生物碎屑灰?guī)r，夾1—2層砂質(zhì)粘土巖，底部為炭質(zhì)頁巖及一1煤層（線），不可采。富含有孔蟲類、蜒科、蜿足類及珊瑚類化石；中段（C2t2）：下部為中細(xì)粒長石石英砂巖及砂巖。底部夾1—2層燧石生物碎屑灰?guī)r及煤線。上部為砂質(zhì)粘土巖、細(xì)粒砂巖及頁巖；上段（C2t3）：含燧石條帶生物碎屑灰?guī)r，富含蜿足類化石。

新近系（N）底部為砂礫巖；中部為石灰?guī)r；上部為含礫巖屑長石石英砂巖。與其上覆第四系呈角度不整合接觸。礦區(qū)東南部零星分布。

第四系（Q）分布廣泛，占測(cè)區(qū)面積的80%，為黃土、紅粘土，常含鈣質(zhì)結(jié)核及河床砂礫石層。

1.3 含鋁巖系特征

石炭系上統(tǒng)本溪組為本區(qū)含鋁巖系，系產(chǎn)于奧陶系灰?guī)r古老侵蝕面上的風(fēng)化殼堆積的粘土質(zhì)巖系，鋁土礦及耐火粘土礦即產(chǎn)于本層中，含礦巖性柱狀圖如下圖1。

圖1 含鋁巖系柱狀圖

由于奧陶系灰?guī)r長期遭受風(fēng)化剝蝕，其頂面呈現(xiàn)凹凸不平的特征，局部溶坑或溶蝕漏斗深達(dá)數(shù)十米，風(fēng)化殼物質(zhì)長期堆積，形成了一套下部為高鐵、上部為高鋁的粘土質(zhì)巖系，頂板巖層為石炭系太原組底部的含生物灰?guī)r。

含鋁巖系按其巖性特征大致分為兩段：上段（C2b2）以粘土巖、鋁土礦、耐火粘土礦及鋁土巖等高鋁、低鐵的巖石為特征，厚0.67—12.56米；下段（C2b1）以含鐵粘土巖及赤、褐鐵礦（山西式鐵礦）等高鐵、低鋁、高硅的粘土巖石為特征，厚0—12.5米。含鋁巖系厚度一般小于13米，而且C2b2地層常缺失，礦區(qū)東部含鋁巖系發(fā)育相對(duì)完整。含礦巖系上下段各巖層巖性除鋁土礦外都無明顯界線，多為漸變關(guān)系，但從顏色、層狀構(gòu)造的發(fā)育程度，Al2O3含量以及巖石結(jié)構(gòu)三方面還是可以分開的。

2 地體（層）特征

2.1 礦體特征

礦體與含鋁巖系產(chǎn)狀一致，傾角平緩，一般小于20度，二者在含鋁巖系中依照鋁、硅、鐵等的含量變化作漸變過渡關(guān)系, 礦層沿東西走向展布，沿傾向向南傾斜，鋁土礦、耐火粘土礦主要產(chǎn)于含鋁巖系上部或中上部，個(gè)別鋁土礦、粘土礦小礦體賦存于含鋁巖系下部

本區(qū)礦體規(guī)模較大,12個(gè)礦體組成，主要礦體如下：

Ⅰ─Ⅱ號(hào)礦體：由5個(gè)工程控制，礦體呈似層狀，礦體沿傾向由西往東逐漸變寬，最寬處246m，工程鉛直平均厚度1.58m，Al2O3平均64.46%，SiO2平均13.95 %，A/S平均4.6。礦體走向北東東，傾向東南，傾角15-32°，平均25°，礦體埋深0─110m，礦體被斷層穿過，對(duì)礦體的穩(wěn)定性有所影響。

Ⅷ號(hào)礦體：由6個(gè)見礦鉆孔控制，礦體呈似層狀，無夾石。工程鉛直平均厚度2.26米，Al2O364.58%，SiO2平均13.92%，A/S平均4.6。礦體東西走向，傾向南，傾角20-32°，平均26°。礦體埋深0─80m。

Ⅸ號(hào)礦體：由10個(gè)工程控制，礦體呈似層狀，夾石較少，僅在zk0408見有，厚約5.55米。工程鉛直厚度2.59米，Al2O3平均64.17%，SiO2平均14.25 %，A/S平均4.5。

Ⅺ號(hào)礦體：由27個(gè)工程控制，礦體呈似層狀，夾石較少，工程鉛直厚度平均3.65米，Al2O3平均66.48 %，SiO2平均11.72 %，A/S平均5.7。

區(qū)域內(nèi)Al2O3以厚度大的含礦巖系及礦體含量最高，礦石質(zhì)量相對(duì)最好。Al2O3與SiO2相互間含量的消長，直接影響到礦石質(zhì)量。一般說來，礦體厚度與品位呈正比：厚度大時(shí)，品位也高。

2.2 礦石類型

本區(qū)礦石的主要礦物成分為一水硬鋁石（占50—95%），高嶺石（占5—45%）；次要礦物為褐鐵礦、赤鐵礦、葉臘石、水云母、黃鐵礦、菱鐵礦等；微量礦物為白鈦石、金紅石、鋯石、電氣石等。地表采坑及淺部鉆孔所見含鐵礦物多為褐鐵礦、赤鐵礦，它們分別由黃鐵礦和菱鐵礦氧化而成；深部鉆孔或潛水面以下者則為原生黃鐵礦和菱鐵礦。

按礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造可分為砂屑狀、砂（粒）狀、蜂窩狀、豆鮞狀及致密狀鋁土礦，礦石類型無明顯分界，呈過渡關(guān)系或呈復(fù)合類型產(chǎn)出。本區(qū)內(nèi)鋁土礦礦石的顏色可分為淺灰色、灰色、淺紅色鋁土礦，Al2O3以厚大的含礦巖系及礦體含量最高，礦石質(zhì)量相對(duì)最好。Al2O3與SiO2相互間含量的消長，直接影響到礦石質(zhì)量。一般說來，礦體厚度與品位呈正。

2.3 礦體（層）圍巖和夾石

礦體頂板以含鋁巖系巖石為主，包括粘土巖、鋁土巖、含鐵粘土巖、含黃鐵粘土巖、耐火粘土礦等。太原組下段（C2t1）生物灰?guī)r可有作為礦體的直接頂板。

礦層底板以含鋁巖系巖石為主，包括粘土巖、耐火粘土礦、鋁土巖、含鐵粘土巖或含黃鐵粘土巖等。大部分為C2b2地層的巖石。由于風(fēng)化剝蝕原因，有個(gè)別地段鋁土礦直接位于奧陶系灰?guī)r風(fēng)化侵蝕面上。

礦體夾石巖性主要為粘土巖、鋁土巖、耐火粘土礦等。其化學(xué)成分以Al2O3、SiO2、Fe2O3為主，均系A(chǔ)l2O3含量＜40%或A/S＜2.1的巖石，即粘土巖、粘土礦等；夾層的礦物成分以粘土礦物、一水硬鋁石為主。局部含鐵稍高者為含鐵粘土巖。

3 礦床成因及找礦標(biāo)志

3.1 礦床類型及成因

從本區(qū)看，礦床類型屬海侵前濱海（岸）湖泊相沉積的一水硬鋁石型鋁土礦床，屬于經(jīng)過短距離搬運(yùn)以機(jī)械沉積為主的鋁土礦床。

嵩箕地區(qū)（包括本區(qū)）位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)南緣隆起區(qū)，區(qū)內(nèi)受加里東運(yùn)動(dòng)的影響，自中寒武世未至下石炭世，為一漫長的剝蝕間斷期，這期間寒武系泥質(zhì)白云巖遭受地表水長期沖刷、溶蝕，形成了準(zhǔn)平原地形及溶蝕洼地，到上石炭世地殼開始下沉。以小幅度的震蕩運(yùn)動(dòng)為主，海侵平靜而緩慢，形成海灣瀉湖環(huán)境，具備了成礦有利的古地理景觀。

當(dāng)附近準(zhǔn)平原化古陸上鋁硅酸鹽巖石及少量碳酸鹽巖石在強(qiáng)烈風(fēng)化作用和地表水分解下，形成脫硅、脫硫、富鐵、富鋁的殘積物，然后經(jīng)海侵及地表水流的沖刷，使富鋁殘積物破壞解體，以機(jī)械碎屑及膠體溶液形式被搬運(yùn)到海盆邊緣，富鋁碎屑物再經(jīng)水化學(xué)分解成膠體狀態(tài)的含氫氧化鋁水溶液，其后以膠體化學(xué)沉淀為主，生成早期鋁土礦。

后期受地表水的垂直滲漏及溶蝕作用的影響，本區(qū)內(nèi)中奧陶統(tǒng)（O2）灰?guī)r剝蝕面逐漸形成巖溶洼地和漏斗狀溶坑，是成礦有利地形。當(dāng)區(qū)內(nèi)古隆起區(qū)的含礦溶液不斷地流入剝蝕區(qū)充滿洼地后，即形成半封閉的渦流區(qū)或處于靜止?fàn)顟B(tài)，這期間基底灰?guī)r中的富堿性溶液經(jīng)常補(bǔ)充到具有酸性的含鋁溶液內(nèi)，使酸性溶液變成中性時(shí)，則開始沉積鋁土礦，巖溶發(fā)育地段成為鋁土礦形成的有利地形。

3.2 鋁土礦富集規(guī)律

本區(qū)鋁土礦的成礦地質(zhì)特征，具有以下成礦規(guī)律：

（1）地臺(tái)型沉積鋁土礦在大地構(gòu)造位置上處于準(zhǔn)地臺(tái)隆起區(qū)的邊緣部位。

（2）鋁土礦受地層控制，發(fā)育于含礦巖系上石炭統(tǒng)本溪組上段（C2b2）。

（3）礦床分布受區(qū)域構(gòu)造控制，產(chǎn)于北西西向及近東西向背斜或向斜的翼部和核部。

（4）經(jīng)長期風(fēng)化剝蝕形成準(zhǔn)平原地形及起伏不大的中奧陶統(tǒng)喀斯特凹陷地形是成礦的有利地形。

（5）礦層及礦層厚度受含礦巖系發(fā)育程度控制，含礦巖系廣泛發(fā)育的厚大地段，也往往是富鋁土礦體分布區(qū)。

3.3 找礦標(biāo)志

（1）地層標(biāo)志：從新密市某鋁土礦看，找礦重點(diǎn)應(yīng)放在嵩箕古島的邊緣凹陷部位，首先圈定上石炭統(tǒng)本溪組地層，特別是背斜翼部和向斜核部及其兩翼。鋁土礦賦存于石炭系本溪組（C2b）地層中，并嚴(yán)格受其控制，為直接找礦標(biāo)志。

（2）構(gòu)造標(biāo)志：鋁土礦形成于古風(fēng)化面的巖溶凹地里，在壓實(shí)成巖過程中，由于脫水等作用體積收縮，在厚大礦體部位，頂板太原組地層往往會(huì)形成平緩的向斜構(gòu)造。

4 結(jié)束語

鋁土礦床主要賦存在奧陶系中統(tǒng)馬家溝組石灰?guī)r侵蝕面上，屬沉積型一水硬鋁石型鋁土礦床，鋁土礦的含礦層位為中石炭統(tǒng)本溪組的上部，礦體呈似層狀、透鏡狀及漏斗狀產(chǎn)出。所以研究本區(qū)鋁土礦的地質(zhì)特征及找礦標(biāo)志對(duì)同類型鋁土礦有著很好的指導(dǎo)意義。