河南省新安縣鋁土礦礦床地質(zhì)特征及找礦規(guī)律研究

王冠華，劉文毅，王劍鋒，王明明，王巧玲

[1. 河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450000； 2. 河南省自然資源科技創(chuàng)新中心(多源遙感應(yīng)用研究)，河南 鄭州 450000]

0 前 言

研究區(qū)位于河南省新安縣，是我國(guó)重要的鋁土礦富集區(qū)。該區(qū)域相繼開展了一系列的鋁土礦地質(zhì)普查工作，發(fā)現(xiàn)并評(píng)價(jià)了杜家溝、黃門、曹窯、賈家洼、段村、雷溝等礦區(qū)[1-4]。其中河南省地調(diào)局完成的洛陽-焦作、鄭州-焦作、鄭州-開封等地區(qū)1∶20萬區(qū)域重力調(diào)查，顯示河南省新安縣一帶，具有很好的鋁土礦找礦前景[2-4]。本文通過對(duì)該地區(qū)以往地質(zhì)、物探資料的分析，運(yùn)用新的成礦理論和技術(shù)對(duì)找礦信息進(jìn)行綜合研究，總結(jié)鋁土礦成礦條件和富集規(guī)律；初步了解鋁土礦厚度及其分布范圍、產(chǎn)狀、穩(wěn)定程度富集規(guī)律特征；大致了解了礦石品位、礦物成分等。對(duì)該區(qū)鋁土礦找礦具有一定指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

華北鋁土礦主要位于克拉通中央造山帶，集中分布于河南、山西兩省[1](見圖1)。本次研究區(qū)位于豫西鋁土礦礦集區(qū)內(nèi)，屬華北陸南緣岱嵋寨疊加褶皺(穹窿)東南側(cè)次級(jí)穹窿，區(qū)域上斷裂和褶皺構(gòu)造較發(fā)育，形成了以北東、北西和近東西向斷裂與寬緩褶皺交織的構(gòu)造格架，總體上，嵩箕地區(qū)受近東西向和北西向構(gòu)造帶的約束，其中北西向構(gòu)造錯(cuò)斷了近東西向構(gòu)造。

圖1 華北鋁土礦床分布

1.2 區(qū)域礦產(chǎn)特征

研究區(qū)處于河南省三門峽-澠池-新安鋁土礦成礦區(qū)的杜家溝-郁山五級(jí)鋁土礦成礦帶的東端，為河南省富鋁土集中分布區(qū)(見圖2)。該成礦帶分布有杜家溝、黃門、曹窯、賈家洼、段村、雷溝等礦區(qū)[5]。礦體總體南西傾，傾角13°～33°。鋁土礦層厚4～6 m，最厚達(dá)40 m。Al2O3含量45.74%～77.79%，鋁硅比(Al/Si)為2.39～41.37，平均7.1，礦石以富礦為主[6]。

圖2 區(qū)域鋁土礦床(點(diǎn))分布

研究區(qū)同時(shí)處于新安煤田的東南區(qū)，煤田含煤地層為石炭—二疊系，共含煤6～23層。各煤層均位于本溪組鋁土礦層之上，屬鋁土礦伴生礦產(chǎn)。煤層頂板為砂巖或砂質(zhì)泥巖，底板為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖。

區(qū)域上，目前已發(fā)現(xiàn)其他礦產(chǎn)主要為水泥灰?guī)r、耐火黏土、熔劑灰?guī)r、白云巖、硅石、菱鐵礦、黃鐵礦、山西式鐵礦等沉積型礦產(chǎn)。鋁土礦、山西式鐵礦、黏礦、高鋁黏土礦賦礦層位主要為本次勘可達(dá)百余米，厚度變化較大。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地層

礦區(qū)出露地層為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組，石炭系上統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系山西組、下石盒子組、孫家溝組，上覆第四系[5]。其中石炭系上統(tǒng)本溪組為賦礦層位，下部為淺灰色豆?fàn)?，鮞狀鋁土質(zhì)泥巖；中部為淺灰色鋁土巖，具鮞狀、豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)；上部為灰白色、淺灰色鋁土質(zhì)泥巖，含球狀、不規(guī)則狀黃鐵礦結(jié)核，本組地層厚1.00～4.97 m，平均2.98 m，與下覆地層馬家溝組平行不整合接觸。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造較為復(fù)雜，斷層較為發(fā)育。斷裂構(gòu)造主要為東部龍?zhí)稖蠑嗔?、北部李村斷層和青石山斷層、南部江村斷層，將礦區(qū)分割為不同的菱形塊段。

2.3 地球物理特征

根據(jù)礦區(qū)斷裂構(gòu)造的分布情況，采用可控源音頻大地電磁法研究區(qū)內(nèi)電性特征，對(duì)區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的位置形態(tài)、地層界面進(jìn)行推斷[4-6]。

由1線反演成果(見圖3)可以看出，剖面斷面圖上電性差異明顯，剖面小號(hào)點(diǎn)即南西方向以低阻為主，剖面大號(hào)點(diǎn)方向2 700～3 460點(diǎn)范圍內(nèi)深部存在一高阻異常體。高阻異常體呈近半圓形向深剖延伸。由高阻體電阻率的變化特征，在2 620點(diǎn)及3 420點(diǎn)附近的電阻率梯度帶位置推測(cè)斷層2條，分別編號(hào)為F1、F2(見圖4)。

圖3 1線可控源音頻大地電磁二維反演

圖4 1線可控源音頻大地電磁解釋推斷

其中F1傾向南西，傾角約80°，西側(cè)為大面積低阻區(qū)域，東側(cè)為相對(duì)高阻區(qū)。推測(cè)F1西側(cè)為新近系地層，東部為石炭系與奧陶系地層。F2傾向北東，傾角約70°。斷層?xùn)|側(cè)電阻率明顯變低，推斷為新近系地層。

結(jié)合鉆孔資料推測(cè)區(qū)內(nèi)地層分布情況。其中2 700～3 460點(diǎn)深部標(biāo)高-40～200 m為石炭系地層，層位西部最深，向東至2 940點(diǎn)逐漸變淺，然后繼續(xù)向東變深。2 700～3 460點(diǎn)標(biāo)高120 m以深為奧陶系地層。剖面其余部分推斷為新近系地層。推斷F1、F2斷距較大，推測(cè)F1斷層垂直斷距大于400 m，F(xiàn)2斷層垂直斷距大于300 m。

由2線反演圖(見圖5)可以看到，剖面斷面內(nèi)電阻率以中低阻為主，在1 540點(diǎn)深部存在一處局部相對(duì)高阻異常，此高阻異常向深部無延伸趨勢(shì)，與奧陶系灰?guī)r反應(yīng)的電性特征不一致，推測(cè)此處異常為新近系地層中的局部高阻體。因此，可以推測(cè)出日線-160 m標(biāo)高以淺無明顯石炭系及奧陶系地層反映。

圖5 2線可控源音頻大地電磁二維反演

由1線及2線反演成果可以推測(cè)，1線1 100點(diǎn)至2 660點(diǎn)之間新近系地層較厚，-280 m標(biāo)高以淺無明顯石炭系及奧陶系地層反映。

3 礦體(層)特征

3.1 鋁土礦層

鋁土礦礦體賦存于石炭系上統(tǒng)本溪組(含礦巖系)中段，呈似層狀、透鏡狀，礦體的頂板圍巖主要為黏土巖，底板為灰白色含角礫灰?guī)r。

礦區(qū)共圈定一個(gè)鋁土礦礦體，礦體長(zhǎng)680 m，寬200 m，傾向約200°，傾角約18°，似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，礦石泥質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，見碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。真厚度2.81 m，Al2O3含量66.38%，F(xiàn)e2O3含量1.55%，鋁硅比(Al/Si)5.32，埋深150.39～170.17 m，賦存標(biāo)高144.24～168.98 m，估算潛在礦產(chǎn)資源15.13 萬t。

3.2 硬質(zhì)黏土礦層

與鋁土礦同屬本溪組中段的產(chǎn)物，分布于鐵質(zhì)黏土巖系之上。礦體受含礦巖系控制，礦體長(zhǎng)540 m，寬190 m，傾向約200°，傾角約18°，礦石泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。Al2O3含量45.36%，F(xiàn)e2O3含量1.19%，平均真厚度1.63 m，耐火度1 700～1 780 ℃，埋深160.39～218.49 m，賦存標(biāo)高107.22～187.16 m，潛在礦產(chǎn)資源15.46 萬t。

3.3 鋁土礦礦石質(zhì)量

3.3.1 礦石的礦物組成

鋁土礦主要由硬水鋁石、黏土礦物組成。硬水鋁石，呈板狀、片狀，d=0.003～0.035 mm，零散分布。褐鐵礦，隱晶質(zhì)膠狀、粉末狀，部分渲染黏土礦物，部分渲染主要由硬水鋁石組成的砂屑。黃鐵礦，顯微粒狀，d=0.005～0.015 mm，不均勻聚集，零散分布。

巖石粒屑由內(nèi)碎屑組成，次圓-次棱角狀，d=0.05～1.6 mm，多數(shù)d=0.2～1.2 mm，長(zhǎng)軸大致定向排列，零散分布。鮞粒，次圓狀，d=0.2～0.8 mm，零散分布。粒屑之間主要由鐵染泥質(zhì)礦物定向充填，泥微晶硬水鋁石少量，構(gòu)成礦石之泥狀砂屑結(jié)構(gòu)，定向構(gòu)造。

3.3.2 礦石的化學(xué)成分

礦石化學(xué)成分中Al2O3含量66.38%、SiO2含量12.47%、鋁硅比(Al/Si)5.32、Fe2O3含量1.55%，燒失量12.95%、TiO2含量2.13%、S含量0.38%。

3.3.3 礦石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

礦石呈砂屑泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，鮞粒結(jié)構(gòu)(見圖6)，薄層狀構(gòu)造。

圖6 鮞粒結(jié)構(gòu)(a)、砂屑泥狀結(jié)構(gòu)(b)

3.4 硬質(zhì)黏(土礦)土礦礦石質(zhì)量

3.4.1 礦石的礦物組成

巖石主要由黏土礦物組成，泥狀、顯微鱗片狀，片理定向排列。硬水鋁石，半自形粒狀、板狀，d=0.003～0.12 mm，多數(shù)d=0.01～0.12 mm，部分呈d=0.1～1.2 mm次棱角-次圓狀砂屑聚集，零散分布。黃鐵礦，顯微粒狀，d=0.005～0.05 mm，草莓狀聚集，零散分布。褐鐵礦，隱晶質(zhì)膠狀、粉末狀，較均勻散染。

3.4.2 礦石的化學(xué)成分

礦石化學(xué)成分中Al2O3含量39.3%～48.09%、SiO2含量33.33%～41.00%、Fe2O3含量0.77%～1.43%、燒失量13.01%～17.90%、TiO2含量0.96%～2.38%、S含量0.53%～0.89%，耐火度1 700～1 780 ℃。

3.4.3 礦石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

礦石粒狀鱗片晶結(jié)構(gòu)、砂屑泥狀結(jié)構(gòu)(見圖7)，薄層狀構(gòu)造。

圖7 砂屑泥狀結(jié)構(gòu)(a)、粒狀鱗片晶結(jié)構(gòu)(b)

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 含礦巖系特征

鋁土礦賦存于石炭系本溪組中，人們往往把上石炭統(tǒng)本溪組稱為含礦巖系。含礦巖系自下而上可分三段，其巖性特征如下：

下段：為鐵質(zhì)頁巖，在含礦巖系的中下部和底部，含鐵質(zhì)較高，具有頁理。由黏土質(zhì)、砂質(zhì)及氧化鐵質(zhì)等組成，局部夾有“山西式”鐵礦小扁豆體或透鏡體。

中段：為礦層，在含礦巖系的中上部，主要由鋁土礦和黏土礦構(gòu)成。鋁土礦主要為灰色，呈層狀、似層狀、透鏡狀、溶斗狀產(chǎn)出，礦層厚0.50～49.82 m。黏土礦可分硬質(zhì)黏土礦和高鋁黏土礦2種。黏土礦位于鋁土礦的上部或下部，以位于上部者居多，一般厚2～3 m，也有部分黏土礦夾在鋁土礦之中。鋁土礦和黏土礦的厚度變化互為消長(zhǎng)關(guān)系，兩者相變明顯。

上段：為黏土頁巖、黏土巖，在含礦巖系的頂部，局部地區(qū)頂部相變?yōu)樘抠|(zhì)頁巖或煤線，性軟，易風(fēng)化。

4.2 成礦規(guī)律

鋁土礦床嚴(yán)格賦存于上石炭統(tǒng)本溪組中。區(qū)域上含礦巖系本溪組屬晚石炭世，江村鋁土礦床位于豫西，嚴(yán)格賦存于本溪組中上部[5-6]。

含礦巖系屬鐵鋁質(zhì)巖建造，礦床所賦存的本溪組從下而上分別由鐵質(zhì)層、鋁土礦和鋁硅質(zhì)層組成，上部有時(shí)可見炭質(zhì)泥巖、煤線、煤層等，屬穩(wěn)定古陸殼區(qū)邊緣的鐵-鋁-硅沉積序列建造，分布均勻而穩(wěn)定，一般厚度僅5～20 m。如此薄而均勻的厚度反映了在成礦期的升降幅度不大。垂向上含礦巖系表現(xiàn)出自下而上物質(zhì)成分的規(guī)律性遞變，從下往上鐵質(zhì)遞減，鋁質(zhì)遞增，及至含礦系中上部為鋁土礦，再往上過渡為鋁硅質(zhì)、炭硅質(zhì)的海陸交互相沉積[5]。該套鐵鋁質(zhì)巖建造在同生沉積作用下基本完成了鐵-鋁-硅物質(zhì)的分異過程，形成了鋁土礦體，此后共同經(jīng)了成巖、后生作用，后期保存階段受構(gòu)造作用的影響，大部分仍埋藏于地下保存至今，一部分出露地表被風(fēng)化剝蝕殆盡，另一部分出露后得以保存[6]。

4.3 礦床成因及找礦標(biāo)志

豫西地區(qū)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化剝蝕，在秦嶺和中條古陸及豫西準(zhǔn)平原化的大地上形成了豐富的三水鋁土礦、紅土及吸附型稀土礦等風(fēng)化產(chǎn)物。至早二疊世，突發(fā)性的海侵在豫西形成了廣闊的潟湖潮坪-沼澤相，盡管潮坪相的潮間-潮下帶為局限環(huán)境，但在周期性頻發(fā)的風(fēng)暴潮作用下，使該環(huán)境為富鋁物質(zhì)機(jī)械和化學(xué)分異均提供了較有利的條件，因而使這些富鋁物質(zhì)經(jīng)海水的多次侵蝕、搬運(yùn)和再沉積后最終就位[6]。新安地區(qū)富鋁物質(zhì)最后的富集、沉積就位在同生期完成，為鋁土礦最重要的成礦作用期。

研究區(qū)內(nèi)本溪組沉積期，發(fā)生了較明顯的2次不同規(guī)模的海侵，各同生期，在成礦有利部位分別有含鋁物質(zhì)的進(jìn)一步富集，因此，部分地段疊加沉積了2～3層富鋁物質(zhì)。此后，經(jīng)長(zhǎng)期的成巖、后生作用，發(fā)生脫水、黃鐵礦化等復(fù)雜過程，形成了原生的鋁土礦床。最后，經(jīng)歷了三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)成為現(xiàn)今的鋁土礦床，其中，抬升至淺表區(qū)(埋深約150 m以淺)和中深部裂隙帶的鋁土礦體(層)在表生作用下，黃鐵礦和菱鐵礦逐步氧化為赤鐵礦，由于天然水的淋濾部分硅以離子形式被帶走，礦體品位得以進(jìn)一步提高[7-8]。

由于礦體均為隱伏礦體，含礦巖系上覆地層自下而上主要有太原組、山西組、石盒子組和新近系等，這些地層的出露結(jié)合其厚度和傾角可大致判別含鋁巖系的不同分布和埋深，因而可成為隱伏礦間接的找礦標(biāo)志[8]。結(jié)合區(qū)域地層分布及前人勘查資料，考慮地球物理標(biāo)志，一是可據(jù)1∶5萬布格重力梯級(jí)帶圈定找礦遠(yuǎn)景區(qū)，二是在遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)以可控源音頻大地電磁測(cè)深剖面中反映沉積基底“奧灰面”的卡尼亞電阻率梯級(jí)帶為找礦標(biāo)志，間接推斷含礦巖系的分布和埋深。

5 結(jié) 論

1)研究區(qū)處于河南省三門峽-澠池-新安鋁土礦成礦區(qū)的杜家溝-郁山五級(jí)鋁土礦成礦帶的東端，鋁土礦受地層、斷裂控礦明顯，鋁土礦礦體賦存于石炭系本溪組含鐵鋁巖系地層中，礦床規(guī)模穩(wěn)定，具有較大的找礦前景。

2)6礦體長(zhǎng)680 m，寬200 m，真厚度2.81 m，傾向約200°，傾角約18°，似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，礦體的頂板圍巖主要為黏土巖，底板為灰白色含角礫灰?guī)r，礦石中Al2O3含量66.38%，F(xiàn)e2O3含量1.55%，鋁硅比(Al/Si)5.32，埋深150.39～170.17 m，賦存標(biāo)高144.24～168.98 m。

3)長(zhǎng)期的風(fēng)化作用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，形成了鋁土礦。礦體賦存于穩(wěn)定的地層中，地層的出露結(jié)合其厚度和傾角可大致判別含鋁巖系的不同分布和埋深，可成為隱伏礦間接的找礦標(biāo)志。