山西省某預(yù)查區(qū)本溪組砂巖地層對鋁土礦礦床的影響分析

張冬華,姜焱光,任大陸

(1.山西師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,山西 太原 030000;2.山西師范大學(xué)現(xiàn)代文理學(xué)院，山西 臨汾 041000;3.山西省地質(zhì)勘查局 二一三地質(zhì)隊有限公司,山西 臨汾 041000)

近年來,隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化逐步推進,中國鋁需求量逐年走高[1]。美國聯(lián)邦調(diào)查局數(shù)據(jù)顯示,世界鋁土礦資源量5.50×1010～7.50×1010t,我國鋁土礦儲量約10×109t,居世界第7位[2]。山西省鋁土礦分布廣泛,資源總量位居全國第一[3],主要賦存在本溪組一段地層中下部,多具有由下到上的Fe-Al-Si垂直層序[4]。本預(yù)查區(qū)前期經(jīng)過在地表零星出露的本溪組地層撿塊化驗確定區(qū)內(nèi)賦存有鋁土礦,然而通過進一步的勘查工作發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)有40%鉆探工程的本溪組巖性以中砂巖-粗砂巖、砂質(zhì)粘土巖、泥巖等為主,不是傳統(tǒng)Fe-Al-Si序列,未見鋁土礦層,導(dǎo)致區(qū)內(nèi)鋁土礦礦體不連續(xù),找礦效果遠不及預(yù)期。通過地層、礦石等方面的對比研究,解釋本溪組砂巖地層對鋁土礦礦床的影響,探求本溪組地層未見鋁土礦層的原因。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山西省偏關(guān)縣一帶,從大地構(gòu)造單元上說,研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造單元位于晉西北板拗次級構(gòu)造單元偏關(guān)五寨塊坪,區(qū)域總體構(gòu)造表現(xiàn)為一單斜,地層平緩近水平。

1.1 地 層

研究區(qū)內(nèi)第四系黃土及坡積物覆蓋廣泛,基巖零星出露,由老到新依次為奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)、石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)、上統(tǒng)太原組(C3t)、新近系上新統(tǒng)保德組(N2b)、第四系中更新統(tǒng)(Q2)、上更新統(tǒng)(Q3)、全新統(tǒng)(Q4)地層(表1)。

表1 研究區(qū)地層簡表

1.2 構(gòu) 造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡單,地層總體近水平,局部輕微起伏,傾角平緩,一般為3°～8°,褶皺不發(fā)育。地表未發(fā)現(xiàn)構(gòu)造,在研究區(qū)東北部有一條小型推測斷層F1,推測為一逆斷層,斷面傾向北東,傾角72°,推測長度1.08 km,推測斷距約100 m,對礦體影響不大。研究區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖。

2 礦體特征

2.1 鋁土礦賦存層位

由山西中石炭世本溪期巖相古地理略圖[5](圖1)和山西省鋁土礦分布圖[6](圖2)對照可以看出,山西鋁土礦礦床主要分布在各古陸、古島邊緣的成礦盆地中,鋁土礦主要賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組一段地層中下部,礦體頂板為本溪組上段,底板為奧陶系石灰?guī)r[7]。該段地層是奧陶系中統(tǒng)經(jīng)歷了長期風化剝蝕之后海侵初期的沉積[8]。由于地殼總體表現(xiàn)為相對穩(wěn)定的緩慢下降,致使含礦層在垂向上表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律:一般最下部為山西式鐵礦,向上依次為鐵質(zhì)粘土巖、鋁土礦、硬質(zhì)粘土礦或粘土巖,經(jīng)統(tǒng)計,鋁土礦底板距奧陶系灰?guī)r0～4.5 m,平均距離2.30 m。

圖1 山西省中石炭世本溪期巖相古地理略圖

圖2 山西省鋁土礦分布圖

2.2 礦體形態(tài)及規(guī)模

全區(qū)共施工32個探礦工程(圖3),其中12個見礦,見礦率37.5%,共圈定一個Ⅰ號礦體,礦體內(nèi)為一層,呈類多邊形,南北長750 m,東西寬920 m。礦體賦存標高為1361～1382 m,礦體最大埋深120 m,面積約0.33 km2,礦體近水平。礦體最薄0.80 m,最厚1.00 m,平均厚度0.90 m,厚度變化系數(shù)11.11%,大厚度工程率為0,頻率直方圖呈偏單峰狀,集中區(qū)域小,厚度頻率變動域窄,根據(jù)《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范 鋁土礦》(DZ/T0202-2020)附錄A[9]:鋁土礦礦體厚度穩(wěn)定程度劃分標準及類型系數(shù)表,Ⅰ礦體穩(wěn)定程度為穩(wěn)定。

圖3 研究區(qū)勘查工程分布圖

2.3 礦石特征

2.3.1 礦石礦物成分

根據(jù)鋁土礦石巖礦鑒定結(jié)果,區(qū)內(nèi)鋁土礦主要由鋁質(zhì)礦物、少量不透明礦物等組成。鋁質(zhì)礦物一般為砂屑和泥晶基質(zhì),一般砂屑含量10%～20%,泥晶基質(zhì)75%～85%,碎屑狀鋁土礦中可達90%。

鋁質(zhì)砂屑多呈互不接觸,雜基支撐,基底式膠結(jié),部分砂屑和泥質(zhì)成分相同,二者界線多不明顯。礦石中有細小不規(guī)則狀空隙,大小0.02～0.2 mm,較均勻零星分布,孔隙率約1%。

2.3.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及類型

本次工作區(qū)依據(jù)礦石結(jié)構(gòu)對鋁土礦進行大致分類,全區(qū)鋁土礦可分為三種類型:粗糙狀鋁土礦、致密狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦。各礦石類型化學(xué)成分詳見表2。

表2 各礦石類型主要化學(xué)成分平均含量 %

2.3.3 礦石化學(xué)成分

礦石主要化學(xué)成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2四項,一般占礦石化學(xué)成分總量的80%以上。根據(jù)全分析結(jié)果,礦石中其他化學(xué)成分含量很少,詳見表3。

表3 鋁土礦化學(xué)全分析結(jié)果統(tǒng)計表

3 資源儲量

區(qū)內(nèi)鋁土礦礦石品級屬Ⅵ品級、含鐵型、低硫型鋁土礦,全區(qū)估算了鋁土礦潛在礦產(chǎn)資源80.66萬噸,估算共生礦產(chǎn)硬質(zhì)粘土礦潛在礦產(chǎn)資源1392.44萬噸,山西式鐵礦潛在礦產(chǎn)資源222.58萬噸。伴生有益組分Ga 潛在礦產(chǎn)資源35.49噸。

4 區(qū)內(nèi)本溪組砂巖地層對礦床的影響分析

本區(qū)15個鉆孔中6個鉆孔的本溪組巖性以中砂巖-粗砂巖、砂質(zhì)粘土巖、泥巖等為主,未見鋁土礦層,導(dǎo)致區(qū)內(nèi)礦體連續(xù)性差,找礦效果遠不及預(yù)期(圖4)。

圖4 工作區(qū)未見鋁土礦礦層鉆孔對比圖

根據(jù)這些鉆孔的本溪組砂巖薄片樣鑒定報告,砂巖主要由礫級碎屑、砂級碎屑及填隙物組成,礫級碎屑一般為單晶石英、多晶石英,次棱角-次圓狀磨圓,大小一般2～5 mm,少量樣品中礫級碎屑為砂質(zhì)粘土巖,透鏡狀,大小一般2～5 mm,均為星散狀分布;砂級碎屑大部分為粗砂,大小一般0.5～2 mm,含有少量中砂和極少量細砂,雜亂分布,主要成分為石英和少量巖屑,部分樣品中含長石,石英主要為單晶石英,少見多晶石英,次棱角-次圓狀磨圓,巖屑多為粘土巖、粉砂質(zhì)粘土巖、不透明礦物碎屑等;填隙物為粘土雜基和鐵質(zhì)膠結(jié)物,粘土雜基呈隱晶-細小鱗片狀,片直徑一般0.001～0.01 mm,部分0.01～0.02 mm,星散狀分布,部分被不透明礦物交代,鐵質(zhì)膠結(jié)物呈隱晶狀,多與粘土雜基混雜在一起填隙式分布。根據(jù)薄片鑒定結(jié)果,除ZK8-1砂巖樣外,其他均為石英砂巖,石英含量均在90%左右,以單晶石英為主,含少量多晶石英,巖屑含量一般不足1%,次棱角-次圓狀磨圓(圖5、圖6),總體來看這些砂巖石英含量高,不穩(wěn)定碎屑含量少,說明這些砂巖的成熟度較高,沉積物源搬運距離較遠,表明該區(qū)水動力條件較強。

圖5 QZ03孔砂巖樣薄片(石英占比85%～90%)

圖6 QZ06孔砂巖樣薄片(石英占比90%～95%)

根據(jù)各鉆孔巖心來看,本溪組巖性差異較大,且變化沒有明顯規(guī)律,其中QZ03、ZK8-1巖性從粘土巖(泥巖)-砂質(zhì)粘土巖-細砂巖(粉砂巖)-粗砂巖(中砂巖),各層呈現(xiàn)明顯的由細到粗的過程,QZ03西側(cè)的ZK11-1則相反,巖性從粗砂巖-泥巖-泥灰?guī)r(圖5),從巖性上反映該區(qū)為海陸交互相,也說明鉆孔所在位置水動力強,沉積物離剝蝕區(qū)較近,而鋁土礦的形成要求水體盡量平靜,這樣沉積物不易被動蕩的水和水底迴流帶走,水解脫硅較徹底,因此水動力強的沉積環(huán)境不利于鋁土礦的形成,從沉積環(huán)境來看砂巖與鋁土礦是不易共存的。

根據(jù)這些鉆孔揭露地層情況來看,除地層被剝蝕鉆孔外(QZ06、QZ12孔),QZ03、QZ11、ZK8-1、ZK11-1孔在本溪組之上均見到穩(wěn)定的K1砂巖及太原組中上部地層,本溪組地層并未缺失。

5 結(jié) 論

(1)本區(qū)本溪組砂巖成熟度高,沉積物源搬運距離較遠,暗示該區(qū)水動力條件較強。

(2)砂巖為主的鉆孔所在位置沉積環(huán)境不利于鋁土礦的形成,從沉積環(huán)境來看砂巖與鋁土礦是不易共存的。

(3)除地層被剝蝕鉆孔外,區(qū)內(nèi)本溪組以砂巖為主的鉆孔所在位置本溪組地層并未缺失。說明本溪組砂巖地層對鋁土礦礦層是一直替代或破壞關(guān)系,導(dǎo)致本區(qū)礦體不連續(xù),找礦效果不及預(yù)期。

(4)本次預(yù)查工作可知,在鋁土礦的勘查中如果出現(xiàn)本溪組地層以砂巖地層為主的情況應(yīng)審慎開展進一步的工作,提高勘查資金利用效率。