河南濟(jì)源鋁土礦地質(zhì)特征探討

中圖分類號：P536 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)20-0118-04

DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2025.20.027

Abstract:Jiyuanbauxiteminingarea islocatedatthesouthernfotoftheTaihang Mountains，closetotheYellowRiver， andhasabundantbauxiteresources.Thegeological structureofthisareaiscomplex.Thestrataincludegeologicalunitssuchas theQuaternary，Carboniferous，PermianandOrdovician.Thegroundwatersystemismainlydividedintothreewater-bearing groups.Themain magmaticrocksintheminingareaaredevelopedinthemiddebasicvoleanicrocksoftheXionger Groupin theMiddleProterozoic，theintrusiverocksoftheYanshanianperiod，andtheolivinebasaltoftheDa'anFormationintheMesoCenozoic.BauxitemainlyocursinthemiddlesectionoftheBenxiFormationoftheUpperCarboniferous System.Thethickness oftheorebodychangesgreatly.Themineralcomposionismainlybauxite，acompaniedbyassociatedmineralssuchasclay mineralsandiron-manganeseoxides.Thespatialdistributionoftheorebodyissignificantlyaffectedbytectonicmovementand thestabilityoftheminingarearequiresspecialatention.Throughthestudyofthegeologicalcharacteristicsoftheminigarea， themetallogenicmechanismandgeologicalbackgroundhavebeenrevealed，providingscientificbasisforfutureexplorationand development.

Keywords: Jiyuan； bauxite；mineralization; geological setting;metallogenic mechanism

河南濟(jì)源礦區(qū)位于太行山南麓，南側(cè)緊鄰黃河，地理坐標(biāo)為北緯 34^°58^′～35^°08^′ ，東經(jīng) 112^°27^′～112^° 37^′ 。該區(qū)域?qū)儆谂瘻貛Т箨懶詺夂?，年平均氣溫約為15^°C ，極端最高氣溫可達(dá) 41.4^°C ，最低氣溫可降至- -18°C 0礦區(qū)地勢總體上中間高、四周低，西北高、東南低，海拔標(biāo)高從 160m 到 639.10m 不等，一般標(biāo)高介于400至 500m 之間，屬于低山丘陵區(qū)。礦區(qū)內(nèi)的地形切割中等，溝谷縱橫交錯(cuò)，呈現(xiàn)出明顯的“V\"字形地貌特征。區(qū)內(nèi)水系屬黃河水系，徑流條件良好，澗底河作為礦區(qū)最大的河流，自北東向南西注入黃河[1-2]。

根據(jù)河南省地下水系統(tǒng)分區(qū)，本區(qū)地下水系統(tǒng)被歸類為黃河北孔隙地下水子系統(tǒng)。該區(qū)出露的主要地層包括太古界林山群、元古界熊耳群及古生界的寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和三疊系。按照含水層巖性特征、孔隙性質(zhì)、埋藏條件及地質(zhì)時(shí)代等因素，將地下水劃分為以下3個(gè)主要的含水組。

第四系松散孔隙含水層：分布在山頂平臺的黃土層，少量分布于溝谷之中，主要由亞黏土、鈣質(zhì)結(jié)核及碎石組成。黃土賦水性差，民井涌水量極小，不能滿足供給。

石炭系-二疊系下統(tǒng)灰?guī)r砂巖裂隙含水組：由石炭系上統(tǒng)灰?guī)r、砂巖、頁巖互層與二疊系下統(tǒng)砂巖、頁巖互層組成。此含水組在地表裂隙較為發(fā)育，但大都為泥質(zhì)、砂質(zhì)半充填，平均裂隙率 6% ，且多為閉合或半閉合型，含水性受裂隙控制，故含水不均勻，單位涌水量一般低于 0.1L/s?m ，屬于弱含水層。

奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層：主要成分為方解石，含有泥質(zhì)和硅質(zhì)，自然厚度大，溶裂隙較發(fā)育，富水性強(qiáng)，分布面積廣，水質(zhì)較好，是礦區(qū)重要的含水層之一。

此外，礦區(qū)的年平均降水量為 600～700mm ，降水集中在7、8、9三個(gè)月，占全年降水的 60% 以上。每年11月至次年2月為霜凍期。礦區(qū)年平均蒸發(fā)量約為1 500mm 。小浪底水庫作為礦區(qū)附近最大的地表水體，庫容達(dá)126.5億 m³ 淤沙庫容75.5億 m³ ，長期有效庫容51億 m³ ，正常高水位 275m ，可作為地下水排泄基準(zhǔn)面。

1礦區(qū)地質(zhì)

1.1地層

礦區(qū)的地層屬于華北地層區(qū)豫西小區(qū)澠池新安小區(qū)，主要由不同地質(zhì)時(shí)代的沉積巖構(gòu)成。這些地層按照其含水性和巖石特性可以進(jìn)一步細(xì)分為以下幾類。

第四系(Q)：分布在山頂平臺的黃土層，少量分布于溝谷之中，主要由亞黏土、鈣質(zhì)結(jié)核及碎石組成。黃土賦水性差，民井涌水量極小，不能滿足供給。第四系覆蓋在其他地層之上，厚 2.6m 至 69.69m ，分布范圍廣泛，主要巖性為土黃色、棕紅色亞黏土夾鈣質(zhì)結(jié)核及碎石，黏土顆粒較大，分選性差，含水性及透水性差，屬局部含水的弱含水層，受大氣降水補(bǔ)給，以地下和地表徑流形式排泄。

石炭系(C)：主要由上統(tǒng)(C2t的灰?guī)r、砂巖、頁巖互層組成。該層灰?guī)r連續(xù)性不是很好，故含水性不均勻，且富水性差。石炭系太原組地層在地表出露面積較少，面積大約 1.6km² ，一般與礦體露頭線接觸，主要分為2個(gè)延續(xù)帶：第一是從馬界南部的石炭系地層順礦體露頭線展延到西莊、南莊、南嶺一帶；第二是從黑溝崖地石炭系地層順著礦體露頭展延到后溝、硫磺四礦一帶。石炭系上統(tǒng)地層寬度較窄，出露地表的巖性為生物灰?guī)r、砂巖、黏土頁巖、炭質(zhì)頁巖及砂質(zhì)頁巖等。礦區(qū)石炭系地層呈單斜產(chǎn)出，傾角 10^° 左右，傾向東偏北，受古地理環(huán)境和剝蝕影響，沉積厚度不均勻，最大厚度 70.32m ，最小厚度 0.12m ，一般厚度 4～15m 。鉆孔可見灰?guī)r層最多4層，一般1\\~2層，厚度變化大，一般鉆孔灰?guī)r總厚度在 2～4m ，有些鉆孔灰?guī)r厚度達(dá)不到 1m ，有些鉆孔厚度達(dá)到十?dāng)?shù)米，單層最大厚度10.38m ，最小厚度 0.12m ，灰?guī)r厚度一般 3～6m ，而灰?guī)r連續(xù)情況不是很好，局部鉆孔未見灰?guī)r。在本層中，鉆孔常見漏水、縮徑現(xiàn)象，漏水、縮徑巖層一般為灰?guī)r、長石砂巖。

二疊系(P)：主要由下統(tǒng)(P1)的砂巖、頁巖互層組成。該層雖然裂隙較發(fā)育，但大都為泥質(zhì)、砂質(zhì)半充填，平均裂隙率 6% ，但多為閉合、半閉合型，而其含水性受裂隙控制，故含水不均勻，且富水性差。二疊系地層在地表大范圍出露，面積約 13.7km² ，大部分出露礦區(qū)外圍的東部及斷層F1的南部與斷層F2的北部，主要巖性為石英砂巖、長石砂巖、砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖及黏土頁巖等。地層呈單斜產(chǎn)出，傾角 10^° 左右，傾向東偏北。在礦區(qū)內(nèi)，因受剝蝕沉積影響，礦區(qū)內(nèi)少有出露，僅在礦區(qū)上木萍上方區(qū)域少量出露。該層主要砂巖與頁巖互層產(chǎn)出，而與石炭系上統(tǒng)接觸地帶并無明顯的隔水層存在，故把石炭系上統(tǒng)與二疊系下統(tǒng)地層合并為一個(gè)含水組。

奧陶系(O)：主要成分是方解石，含有泥質(zhì)和硅質(zhì)，自然厚度大，溶裂隙較發(fā)育，富水性強(qiáng)，分布面積廣。通過泉眼調(diào)查，流量較小 Q=0.5L/s ，地下水屬HCO3-Ca類型水，水質(zhì)較好。奧陶系地層在地表出露面積較為廣泛，主要集中在礦區(qū)的西部和南部地區(qū)，呈不規(guī)則形狀展延，出露面積大約 11km² ，地層的邊緣部位離礦體露頭很近，甚至接觸。本層為灰?guī)r，主要成分為方解石，含有泥質(zhì)和硅質(zhì)，地層呈單斜產(chǎn)出，傾角 4^°～15^° ，平均 10^° ，總體傾向北東方向，分布較為廣泛，厚度大，根據(jù)礦區(qū)的深溝切割，露出地表的灰?guī)r厚度已達(dá)250余米。

1.2構(gòu)造

礦區(qū)位于2條近東西向斷裂之間的地壘狀隆起帶上，即王爺廟斷層(F1)和逢石河斷層(F2)。這2條斷層對礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造有著重要影響[3]。

王爺廟斷層(F1)：走向北西 290^°～320^° ，傾向南西，傾角 70^°～82^° ，長約 4500m ，斷距 20～150m 。該斷層為一條正斷裂，破碎帶巖性復(fù)雜，具有較強(qiáng)的賦水性。其主要由頁巖、黏土巖和炭質(zhì)頁巖組成，厚度較薄。由42個(gè)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，厚 0～9.85m ，平均 1.15m 且有62個(gè)鉆孔此層缺失。位于鋁土礦層之上，作為礦層直接頂板，未來開采時(shí)，不具隔水意義。

逢石河斷層(F2)：走向近東西，傾向正北，傾角50^°～60^° ，長約 4600m ，斷距 100m 左右。同樣是一條正斷裂，且在斷層兩側(cè)存在明顯的地層差異。斷層破碎帶及其邊緣地帶，巖溶裂隙發(fā)育，裂隙半充填，充填物為方解石、泥質(zhì)、砂質(zhì)，灰?guī)r方解石結(jié)晶程度在斷層灰?guī)r局部地段較高。斷層特征表明其具有一定的阻水能力。

礦區(qū)內(nèi)的其他構(gòu)造如褶皺和節(jié)理裂隙也對礦區(qū)地質(zhì)條件產(chǎn)生了一定的影響。例如，褶皺的存在改變了地層的原始產(chǎn)狀，使得某些地段的礦體形態(tài)變得復(fù)雜，增加了開采難度；而節(jié)理裂隙則為地下水提供了良好的通道，影響了礦區(qū)的水文地質(zhì)條件。

1.3 巖漿巖

中元古代時(shí)期，濟(jì)源地區(qū)經(jīng)歷了顯著的火山活動(dòng)，形成了熊耳群中的中基性火山巖。這類火山巖主要出露于王屋山地區(qū)、岱嵋寨隆起及北秦嶺構(gòu)造帶的靈寶一洛寧一汝陽地區(qū)的隆起中心部位。熊耳期火山巖是該地區(qū)早期重要的巖漿活動(dòng)產(chǎn)物，其形成時(shí)間大約在1613百萬年前( Ma) ，與洛峪口組中的沉凝灰?guī)r暗示的火山活動(dòng)時(shí)間相吻合，表明這一時(shí)期該地區(qū)存在活躍的火山噴發(fā)。巖石類型主要包括安山巖、玄武巖及其相關(guān)的火山碎屑巖。進(jìn)入中生代燕山期，濟(jì)源地區(qū)發(fā)生了零星但重要的侵入巖活動(dòng)。這類侵入巖主要分布在陜縣鋁土礦區(qū)一帶，其他鋁土礦區(qū)則未見此類侵入巖的存在。燕山期侵入巖通常順層產(chǎn)出，對鋁土礦床的影響不大。巖石類型主要為花崗質(zhì)巖類，如花崗巖、閃長巖等，呈現(xiàn)等粒狀結(jié)構(gòu)或斑狀結(jié)構(gòu)，礦物組成以石英、鉀長石、斜長石和黑云母為主。這類侵入巖體的出現(xiàn)反映了當(dāng)時(shí)區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造變動(dòng)，但由于它們一般順層產(chǎn)出，對周圍的鋁土礦床并未產(chǎn)生明顯影響。到了中-新生代，濟(jì)源地區(qū)再次經(jīng)歷了一次重要的火山活動(dòng)，形成了被稱為“大安組\"的陸相橄欖玄武巖及相應(yīng)的火山碎屑巖系。這套地層主要分布在伊川縣葛寨至汝陽縣大安一帶。巖石類型主要為橄欖玄武巖，顏色多為暗綠色或黑色，具有細(xì)粒結(jié)構(gòu)或輝綠結(jié)構(gòu)，有時(shí)可見到杏仁狀構(gòu)造。這類火山巖的形成與區(qū)域內(nèi)的拉張構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)，標(biāo)志著華北板塊邊緣發(fā)生了大規(guī)模的伸展作用，導(dǎo)致深部地幔物質(zhì)上升并發(fā)生部分熔融，最終通過裂隙系統(tǒng)噴發(fā)出地表。這種火山活動(dòng)不僅塑造了當(dāng)?shù)鬲?dú)特的地貌景觀，也在一定程度上影響了區(qū)域內(nèi)的礦產(chǎn)資源分布。

2 礦體地質(zhì)

礦區(qū)的鋁土礦主要賦存于石炭系上統(tǒng)本溪組中段（C2b2），礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，顏色多為淺灰、灰白色，厚度變化較大，通常在 2～6m 之間，最厚可達(dá) 17m 。礦石類型以礫屑狀和致密塊狀為主，其中致密塊狀礦石較為堅(jiān)硬，垂直方向上的抗壓強(qiáng)度較高。礦體直接頂板為炭質(zhì)頁巖巖組，而直接底板則為鐵質(zhì)頁巖巖組；當(dāng)缺失石炭系下統(tǒng)時(shí)，奧陶系灰?guī)r成為間接或直接底板。

礦體與下伏奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組灰?guī)r呈平行不整合接觸。這種接觸關(guān)系不僅反映了成礦時(shí)期的地質(zhì)背景，也為理解礦床形成機(jī)制提供了線索。由于缺乏明確的巖槳作用跡象，可以初步判斷該礦床是在特定的沉積環(huán)境下形成的，隨后經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造變動(dòng)和后期改造過程

3 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)的鋁土礦體表現(xiàn)出如下特點(diǎn)。

厚度變化：礦體厚度變化較大，從幾厘米到十幾來不等，這取決于礦體的具體位置及其所處的地層環(huán)境。據(jù)189個(gè)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)孔可見到軟弱層，這些軟弱層巖石顆粒膠結(jié)性能很差，力學(xué)強(qiáng)度低，巖體質(zhì)量多屬壞-極壞級。非但如此，它們吸水后膨脹，呈塑性狀態(tài)，干燥后收縮，呈固態(tài)且產(chǎn)生裂隙。更有害的是，有些軟弱層極薄且互相疊加又反復(fù)出現(xiàn)，綿延整個(gè)礦區(qū)。

礦物成分：礦石中的礦物成分主要包括鋁土礦本身及其他伴生礦物，如黏土礦物、鐵錳氧化物等。這些伴生礦物的存在不僅影響了鋁土礦的質(zhì)量，也可能為綜合開發(fā)利用提供機(jī)會。例如，鐵錳氧化物可以用作冶金工業(yè)中的原料，而黏土礦物則可用于陶瓷生產(chǎn)等領(lǐng)域。

物理力學(xué)性質(zhì)：根據(jù)賈溝、張窯院、石寺礦區(qū)的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)參考數(shù)值，鋁土礦的天然容重約為2.73g/cm³ ，極限抗壓強(qiáng)度介于 67.5～441.7MPa 之間，表明其巖石半堅(jiān)硬，巖體質(zhì)量較差。具體來說，鋁土礦巖芯中見有一組裂隙發(fā)育，傾角為 90^° ，沿其垂直方向抗壓強(qiáng)度較高，局部因裂隙影響強(qiáng)度降低，屬半堅(jiān)硬巖石。該組巖芯中見有一組裂隙發(fā)育，傾角為 90^° 。

空間展布：礦體的空間分布受到多種因素的影響，包括構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、沉積環(huán)境變化等。一般來說，礦體沿著特定的構(gòu)造帶展布，形成了具有一定規(guī)律性的礦化帶。通過對礦區(qū)已有鉆孔數(shù)據(jù)的分析，可以繪制出礦體的空間展布圖，這對于指導(dǎo)后續(xù)的礦山建設(shè)和資

源評價(jià)具有重要意義。

礦體穩(wěn)定性：考慮到礦區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性，特別是軟弱層和裂隙系統(tǒng)的存在，礦體穩(wěn)定性是一個(gè)值得關(guān)注的問題。研究表明，礦體頂?shù)装鍘r性質(zhì)量較差，石炭系太原組灰?guī)r巖體質(zhì)量較好，但是厚度太薄，有時(shí)整個(gè)厚度甚至不足 1m ，頁巖與灰?guī)r互層，頁巖厚度不一;軟弱層(黏土頁巖、炭質(zhì)頁巖、薄煤層)分布較為廣泛，而且連續(xù)性較強(qiáng)，影響礦床開采時(shí)巷道的穩(wěn)定性。露天開采邊坡的穩(wěn)定性也較差。因此，在進(jìn)行礦山設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮這些不利因素，采取有效的支護(hù)措施，確保安全生產(chǎn)。

4形成機(jī)制

礦區(qū)鋁土礦的形成可能與古地理環(huán)境密切相關(guān)，尤其是在特定時(shí)期的海洋退卻過程中，形成了適宜鋁土礦沉積的條件。同時(shí)，后期的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也對礦床的保存起到了重要作用。此外，礦區(qū)所在的地理位置靠近黃河，歷史上頻繁發(fā)生的洪水事件也可能促進(jìn)了鋁土礦的堆積和保存。然而，具體的成礦機(jī)制還需要結(jié)合更詳細(xì)的地球化學(xué)分析、同位素研究等方法來進(jìn)一步探討[5-7]。

從沉積學(xué)角度來看，鋁王礦的形成往往伴隨著紅土化作用的發(fā)生。在這個(gè)過程中，母巖中的鋁元素被釋放出來，并在適當(dāng)?shù)臈l件下沉淀下來，最終形成富含鋁礦物的沉積物。紅土化作用的發(fā)生需要溫暖濕潤的氣候條件及足夠的氧化還原電位，這些條件在當(dāng)時(shí)的環(huán)境中得到了滿足。此外，頻繁的洪水事件也可能促進(jìn)鋁土礦的堆積和保存，尤其是在靠近黃河的地區(qū)，歷史上的洪水活動(dòng)為礦體的形成創(chuàng)造了理想的沉積環(huán)境。根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)資料，石炭系上統(tǒng)本溪組中段（C2b2）作為鋁土礦的主要賦存層位，其形成時(shí)期正處于海平面下降階段，導(dǎo)致陸地暴露面積增加，有利于紅土化作用的發(fā)展。與此同時(shí)，區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造抬升作用促使了河流網(wǎng)絡(luò)的重新組織，加速了物質(zhì)搬運(yùn)和沉積過程，為鋁土礦的集中提供了有利條件[8-9]。

格局，也在一定程度上影響了礦體的空間展布。例如構(gòu)造裂隙為地下水提供了良好的通道，促進(jìn)了礦體內(nèi)外物質(zhì)交換；而斷層活動(dòng)則可能導(dǎo)致礦體變形，增加了開采難度。為了更精確地揭示礦體的形成機(jī)制，地球化學(xué)和同位素分析提供了寶貴的線索。通過測量礦石中的微量元素和同位素比值，可以追蹤成礦物質(zhì)的來源，推斷成礦流體的性質(zhì)，并確定礦體形成的溫度、壓力條件。例如氧同位素（8180）和碳同位素（813C）的研究可以幫助區(qū)分不同的沉積環(huán)境，而鍶同位素L 87Sr/86Sr ）比值則反映了礦石形成時(shí)所處的構(gòu)造背景。這些數(shù)據(jù)對于理解礦體的成因機(jī)制和空間分布規(guī)律具有重要意義。

綜上所述，通過對河南濟(jì)源鋁土礦區(qū)地質(zhì)特征的研究，可以更好地理解該地區(qū)礦產(chǎn)資源的分布規(guī)律及其形成的地質(zhì)背景，從而為未來的勘探開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。未來的工作應(yīng)繼續(xù)關(guān)注礦區(qū)內(nèi)的構(gòu)造演化、礦體的空間展布及潛在的環(huán)境地質(zhì)問題，確保資源開發(fā)利用的同時(shí)保護(hù)好當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

另一方面，礦區(qū)位于小浪底水庫北側(cè)，地層呈單斜產(chǎn)出，傾向 40^°～80^° ，傾角 4^°～15^° ，平均 9^° 。礦區(qū)重要的斷裂有2條，為王爺廟斷裂和逢石河斷裂，礦區(qū)次級斷裂不發(fā)育。這些構(gòu)造特征不僅塑造了當(dāng)前的地貌

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