河南省澠池縣關(guān)底沃—扣門山鋁土礦床地質(zhì)特征及礦床成因分析

何文平

(1.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016)

河南省中西部地區(qū)，因特殊的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境形成了豐富的煤炭及煤下鋁資源[1-3]。20世紀(jì)50年代，河南省地礦局在石炭系地層中發(fā)現(xiàn)了鋁土礦，從此，拉開了陜—澠—新鋁土礦的找礦勘查序幕[3-4]。1961—1964年，由原中南冶金地質(zhì)勘探公司在張窯院礦區(qū)以北的賈溝鋁土礦區(qū)進(jìn)行了勘探，提交了一個(gè)A/S為7.2的大型富鋁礦，其Al2O3高達(dá)70.79%。隨后的80、90年代，在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)一大批大型鋁土礦，把陜縣、澠池、新安以及全省富鋁土礦勘查工作推向一個(gè)高潮[3]。

2007年，鄭州豫源地勘有限公司完成了曹窯煤礦深部鋁土礦詳查，勘查區(qū)面積14.655 km2。最大勘查深度約670m，探求(333)以上類別資源量6 123萬t(估算面積約6.50 km2)。全區(qū)礦體厚度平均4.98 m，Al2O3含量平均62.78%，S含量平均1.03%，平均A/S為4.8[4-6]。而澠池縣曹窯以西一帶煤下鋁勘查程度較低，因此，曹窯以西深部鋁土礦是后期勘查的重點(diǎn)，可能對鋁土礦找礦的成果有重大突破，對整個(gè)華北地臺區(qū)深部鋁土礦找礦具有重要的示范意義[5-9]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于華北地臺南緣，澠池—確山陷褶斷束北部，陜縣斷陷盆地與澠池向斜盆地之接合部位，是我國著名的陜縣—澠池—新安鋁土礦成礦區(qū)[2-3]。區(qū)域內(nèi)沉積地層發(fā)育煤、鋁資源豐富﹐是河南省重要的煤、鋁(黏)土礦基地之一[3](圖1)。

圖1 陜縣—澠池—新安鋁土礦成礦區(qū)地質(zhì)略圖(據(jù)河南省地質(zhì)志)Fig.1 Geological outline of Shaanxi-Mianchi-Xin′an Bauxite ore formation area

區(qū)域出露地層包括中元古界長城系熊耳群，巖性主要為安山玢巖、英安巖；薊縣系汝陽群、洛峪群，巖性主要為石英砂巖、鈣質(zhì)砂巖、頁巖、白云巖等[1]。下古生界寒武系、奧陶系，巖性主要為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等；上古生界石炭系，巖性為鐵鋁巖系，是鋁土礦、鐵礦的含礦巖系，二疊系巖性為石英砂巖、粉砂巖、炭質(zhì)頁巖和煤[2]。

區(qū)域構(gòu)造受中朝準(zhǔn)地臺華熊臺緣凹陷控制，即北段村穹窿、陜縣斷陷盆地、澠池向斜盆地，新安向斜盆地；西部發(fā)育的北北東或北東向斷裂；東部發(fā)育的北西向斷裂；南部發(fā)育的東西向斷裂，具有交錯(cuò)的扇形地壘式拱斷特點(diǎn)[3]。

區(qū)域巖漿巖不甚發(fā)育，除中元古界熊耳群廣泛分布有中性火山巖外，尚有燕山晚期中性淺成侵入巖—閃長玢巖，順層侵入于山西組底部或太原組與山西組之間。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于扣門山斷層西北側(cè)，屬陜縣—澠池—新鋁土礦帶的西礦帶。區(qū)內(nèi)成礦條件較好，周邊分布多處鋁土礦區(qū)，如水泉洼鋁土礦區(qū)、焦地鋁土礦區(qū)等。

2.1 地層

根據(jù)鉆孔揭露情況，含礦地層為石炭系本溪組，下伏地層為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組，上覆地層為石炭系太原組[3]、二疊系山西組、二疊系下統(tǒng)下石盒子組。本溪組為風(fēng)化殼相湖泊沼澤相沉積物，為本區(qū)鋁土礦、黏土礦、菱鐵礦、鐵礬土的含礦巖系，自下而上分為3個(gè)巖性段。

(1)下段。鐵質(zhì)黏土巖，鐵質(zhì)含量由上而下逐漸增多。中、上部夾有鋁土礦、黏土礦透鏡體。下部含團(tuán)塊狀、鮞狀赤鐵礦或菱鐵礦、黃鐵礦，部分地段富集成鐵礦體或硫鐵礦體。該層厚度0～14.52 m，平均厚度4.35 m。

(2)中段。由鋁土礦、高鋁黏土礦、硬質(zhì)黏土礦、鋁質(zhì)巖及鐵質(zhì)巖組成，巖礦石呈豆鮞狀、豆?fàn)?、碎屑狀、蜂窩狀、砂狀及致密狀等結(jié)構(gòu)，塊狀、多孔狀構(gòu)造。局部地段夾鐵質(zhì)黏土或黏土礦，該層厚度0～23.61 m，平均厚度4.03 m。

(3)上段。黏土質(zhì)頁巖，底部夾炭質(zhì)頁巖或煤線，該層厚度0～7.36 m，平均厚度2.13 m。

2.2 含礦巖系

含礦巖系是連續(xù)沉積形成的產(chǎn)物，其具有3段沉積完整序列，如鐵質(zhì)黏土巖(硫鐵礦、菱鐵礦、鐵礬土)—礦層(鋁土礦+耐火黏土礦)—黏土巖(鐵礬土)，細(xì)分還可以分出2個(gè)亞序列：①鐵質(zhì)黏土巖—鋁土礦—黏土巖；②鐵質(zhì)黏土巖—耐火黏土礦—黏土巖。由于相變等原因，可形成下列不完整序列：鐵質(zhì)黏土巖—鋁土礦—上層黏土礦—黏土巖；鐵質(zhì)黏土巖—下層黏土礦—鋁土礦—黏土巖；鐵質(zhì)黏土巖—鋁土礦—黏土礦—鋁土礦—上層黏土礦—黏土巖等。

2.3 構(gòu)造

澠池向斜軸線近東西向展布，南翼遭三門峽—魯山大斷裂破壞，北翼呈向北突出的弧形[4-12]。研究區(qū)處于北突弧頂西側(cè)，巖層呈單斜產(chǎn)出，走向?yàn)?0°～60°，平均50°，傾向SE，傾角5°～16°，局部受斷層和沉積環(huán)境的影響產(chǎn)狀有所變化。主要斷裂構(gòu)造為煤窯溝斷層及扣門山斷層，控制著鋁土礦體(層)分布格局。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體地質(zhì)特征

根據(jù)鉆孔見礦情況，圈出鋁土礦體6個(gè)，礦體總體走向北東，傾向南東，平均傾角13°，與圍巖地層產(chǎn)狀大體一致。礦體特征見表1。

表1 關(guān)底沃—扣門山鋁土礦礦體特征Tab.1 Characteristics of Guandiwo-Koumenshan bauxite ore body

(1)GⅠ號礦體。該礦體位于煤窯溝斷層北西側(cè)。礦體走向北東，傾向南東，傾角13°，長約2 300 m，最寬處約1 320 m，礦體厚度最小0.80 m、最大20.23 m，平均厚度4.25 m，厚度變化系數(shù)96.75%，Al2O3最低46.00%，最高68.81%，平均59.66%，變化系數(shù)9.64%。

(2)GⅡ號礦體。該礦體位于煤窯溝斷層的東南側(cè)上升盤、扣門山斷層下降盤。礦體走向北東，傾向南東，傾角13°左右，長約425 m，寬約330 m，厚度最小0.90 m，最大21.83 m，平均厚度9.09 m，變化系數(shù)108.0%，Al2O3最低58.03%，最高72.37%，平均68.81%，變化系數(shù)9.5%。

(3)GⅢ號礦體。位于扣門山斷層上盤。礦體走向北東，傾向南東，傾角13°左右，長約890 m，南北向?qū)捈s470 m，礦體厚度最小0.87 m，最大18.85 m，平均厚度5.35 m，厚度變化系數(shù)105.16%，Al2O3最低52.90%，最高65.39%，平均62.17%，變化系數(shù)8.34%。

(4)GⅣ號礦體。位于扣門山斷層上盤。礦體走向北東，傾向南東，傾角13°左右，長處約720 m，最寬處約550 m，厚度最小0.85 m，最大10.48 m，平均厚度4.0 m，厚度變化系數(shù)108.7%，Al2O3最低52.01%、最高69.91%，平均63.38%，變化系數(shù)13.435%。

(5)GⅤ號礦體。位于扣門山斷層北西側(cè)的下降盤上。礦體走向北東，傾向南東，傾角13°左右，長約380 m，寬約320 m，厚度最小1.32 m，最大6.30 m，平均厚度1.58 m，變化系數(shù)80.95%，Al2O3最低46.60%、最高54.59%，平均49.64%，變化系數(shù)7.94%。

(6)GⅥ號礦體。位于扣門山斷層西南側(cè)。礦體走向北東，傾向南東，傾角12°左右。長約460 m，寬約260 m，厚度最小0.79 m，最大6.30 m，平均厚度2.16 m，變化系數(shù)77.25%，Al2O3最低51.71%，最高55.51%，平均53.98%，變化系數(shù)3.03%。

3.2 礦石特征

(1)礦石礦物成分。鋁土礦石的礦物成分主要為一水硬鋁石，次為高嶺石、水云母，少量赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦及微量礦物鋯石、銳鈦礦、葉綠泥石、金紅石、方解石、石英等。

(2) 結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征。鋁土礦礦石主要為碎屑狀、砂(粒)狀、蜂窩狀、豆鮞狀、致密狀結(jié)構(gòu)；層狀、塊狀構(gòu)造(圖2、圖3)。

圖2 豆鮞狀鋁土礦礦石及礦石鏡下照片F(xiàn)ig.2 Pisolite oolitic bauxite ore and its microscopic photos

圖3 蜂窩狀鋁土礦礦石及礦石鏡下照片F(xiàn)ig.3 Honeycomb bauxite ore and its microscopic photograph

4 礦石化學(xué)成分特征

鋁土礦化學(xué)成分主要為Al2O3，次為SiO2，及少量的Fe2O3、TiO2、S等。伴生有益組分為Ti、Ga、Li、稀土，有害組分為S。

4.1 Al2O3含量與SiO2含量關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)礦石樣品Al2O3含量最低40.16%，最高77.21%，算術(shù)平均60.95%，品位變化系數(shù)14.3%；樣品SiO2含量最低1.99%，最高28.68%，算術(shù)平均13.70%，品位變化系數(shù)54.4%。Al2O3含量與SiO2含量呈明顯的負(fù)相關(guān)性(圖4)。

圖4 礦石中Al2O3含量與SiO2含量關(guān)系Fig.4 Relationship between Al2O3 content and SiO2 content in ore

4.2 Al2O3含量與Fe2O3含量關(guān)系

礦石中鐵質(zhì)含量不均勻，樣品Fe2O3含量最低0.40%，最高22.84%，算術(shù)平均4.54%，品位變化系數(shù)67.2%。Al2O3含量與Fe2O3含量呈明顯的負(fù)相關(guān)性(圖5)。

圖5 礦石中Al2O3含量與Fe2O3含量關(guān)系Fig.5 Relationship between Al2O3 content and Fe2O3 content in ore

4.3 Al2O3含量與S含量關(guān)系

礦石中S含量主要產(chǎn)于黃鐵礦中，樣品S含量最低0.008%，最高4.80%，算術(shù)平均0.895%，品位變化系數(shù)101.8%，Al2O3含量與S含量略顯負(fù)相關(guān)性，但不明顯(圖6)。

圖6 礦石中Al2O3含量與S含量關(guān)系Fig.6 Relationship between Al2O3 content and S content in ore

4.4 Al2O3含量與鋁硅比(A/S)值關(guān)系

鋁硅比(A/S)是衡量礦石質(zhì)量的主要指標(biāo)之一[9-15]，本區(qū)樣品A/S值最低1.8，最高36.8，變化幅度很大，算術(shù)平均值7.2，品位變化系數(shù)107.7%。Al2O3含量與鋁硅比呈正相關(guān)，如圖7所示。

圖7 單樣品Al2O3含量與鋁硅比值關(guān)系Fig.7 Relationship between Al2O3 content and Al-Si ratio of single sample

4.5 其他元素含量

(1)TiO2。主要存在于銳鈦礦和金紅石中，樣品TiO2含量最低1.38%，最高5.40%，算術(shù)平均3.09%，品位變化系數(shù)17.8%，含量分布較穩(wěn)定。

(2)LOSS。樣品LOSS最低10.12%，最14.98%，算術(shù)平均值14.72%，品位變化系數(shù)9.3%。

(3)Ga。鎵與鋁生成關(guān)系密切，以類質(zhì)同相置換的形式存在于礦物的晶格中，部分以吸附的形式存在于黏土礦物微粒和鋁鐵的氫氧化物表面，樣品Ga含量0.003%～0.012%，算術(shù)平均值0.008%。

(4)輕稀土(LREE)。與鋁土礦伴生，輕稀土氧化物(REO)含量0.037 2%～0.222 7%，算術(shù)平均值0.080 3%。

(5)其他元素。CaO、Li2O、MgO、P2O5、C、V2O5含量不高，對礦石質(zhì)量無明顯影響，化學(xué)成分見表2。

表2 部分其他化學(xué)成分含量Tab.2 Contents of other chemical components

5 礦床成因及找礦標(biāo)志

5.1 控礦因素

(1)區(qū)域受構(gòu)造影響，自中奧陶世末上升，至晚石炭世重新下降，長期隆起的基底碳酸鹽巖風(fēng)化，為鋁土礦的富集提供了大量的物質(zhì)來源，而長期的沉積間斷所形成的準(zhǔn)平原化地貌，為礦床的形成創(chuàng)造了良好的地質(zhì)條件[11]。

(2)區(qū)域上在晚石炭世時(shí)，屬熱帶—亞熱帶地區(qū)，溫?zé)岢睗竦臍夂驅(qū)滋妓猁}巖的鈣紅土化和黏土礦物的鋁土化進(jìn)程起著重要的作用[13]。

(3)鋁土礦多呈碎屑方式搬運(yùn)，搬運(yùn)距離較近，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，甚至礦體完全尖滅或相變?yōu)轲ね恋V、黏土頁巖[10]。

5.2 礦床成因

中奧陶世以后，受加里東運(yùn)動(dòng)影響，華北地臺上升，古陸上鋁硅酸鹽巖石及基底碳酸鹽巖石在強(qiáng)烈風(fēng)化作用、雨水的淋濾下，首先形成高嶺土，而在地下水泄水作用下形成蒙脫石和水云母，特別是在濕熱條件下經(jīng)有機(jī)酸、碳酸強(qiáng)烈淋濾，而排水又好，就可以形成高嶺石與鋁凝膠物質(zhì)。在古巖溶洼地等成礦有利地段生成富含水分的膠體化學(xué)沉積，形成鋁土礦[11-13]。晚石炭世，地殼小幅度升降運(yùn)動(dòng)，海水反復(fù)進(jìn)退，使未完全固結(jié)的膠體形成大小不等的碎屑，經(jīng)短距離搬運(yùn)或原地堆積形成碎屑狀鋁土礦或豆鮞狀鋁土礦[14]。

5.3 找礦標(biāo)志

(1)研究區(qū)鋁土礦賦存在上石炭統(tǒng)本溪組鋁鐵巖系內(nèi)。本溪組厚度僅十幾米至幾十米，底部常有紫紅色鐵質(zhì)黏土巖，在野外十分醒目，極易識別，是良好的找礦標(biāo)志[15-19]。

(2在找盲礦、找隱伏礦，特別是找“煤下鋁礦”的時(shí)候，應(yīng)注意上石炭統(tǒng)太原組分布區(qū)。在太原組石灰?guī)r外圍零星出露馬家溝組石灰?guī)r，很有可能在太原組石灰?guī)r下面隱伏著巖溶洼地，其中充填著鋁土巖系[20]。

6 結(jié)論

(1)鋁土礦受地層控礦，鋁土礦礦體賦存于石炭系本溪組含鐵鋁巖系地層中，且分布面積較廣，具有較大的找礦前景。

(2)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為鐵鋁黏土的沉積提供了場所，鋁硅酸鹽巖石及基底碳酸鹽巖石在強(qiáng)烈的風(fēng)化作用下成為鋁土礦的重要物質(zhì)來源，在古陸與淺海之間湖陸交換的環(huán)境下，形成鋁土礦。

(3)鋁土礦化學(xué)成分主要為Al2O3，次為SiO2、Te2O3、TiO2、S，研究區(qū)內(nèi)Al2O3含量與鋁硅比呈正相關(guān)關(guān)系。