河南省禹州煤下鋁礦床成因及找礦標(biāo)志

梁存斌 李 鵬 薛亞飛 高 瑩

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊)

河南省禹州煤下鋁礦床成因及找礦標(biāo)志

梁存斌1李 鵬1薛亞飛1高 瑩2

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊)

河南省禹州煤下鋁位于白沙向斜兩翼，區(qū)內(nèi)煤及鋁土礦床分布甚多，鋁土礦露頭分布廣、延伸大。在對該區(qū)內(nèi)深部地層鋁土礦床特征、礦石特征及礦床成因分析的基礎(chǔ)上，探討了找礦標(biāo)志，為區(qū)內(nèi)找礦工作提供參考。

煤下鋁 礦床特征 礦石特征 礦床成因 找礦標(biāo)志

河南省禹州煤下鋁位于中朝準(zhǔn)地臺西南部的嵩箕臺隆南緣，嵩箕鋁(黏)土礦成礦亞區(qū)，王村—扒村鋁(黏)土礦成礦帶和鄭莊—黃道鋁(黏)土礦帶上[1-3]。臺隆結(jié)晶基底由太古宇登封群和古元古界嵩山群組成。蓋層系較標(biāo)準(zhǔn)的地臺型沉積，由一套古生界海相碎屑巖—碳酸鹽巖建造，上古生界海陸交互相含煤建造和陸相碎屑巖建造組成。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造-巖漿活動極其微弱，有利于沉積礦產(chǎn)(煤、鋁)的形成。通過分析區(qū)內(nèi)煤下鋁礦床地質(zhì)特征及礦床成因，探討區(qū)內(nèi)找礦標(biāo)志，以進一步加深對區(qū)內(nèi)找礦遠景的認(rèn)識。

1 成礦地質(zhì)條件

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

該區(qū)地層屬于華北地層區(qū)豫西分區(qū)，自下元古界至新生界地層出露有古元古界嵩山群、新元古界震旦系、古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、新生界古近系和第四系。其間缺失白堊系、侏羅系、三疊系、泥盆系、志留系，其中以二疊系地層發(fā)育完全。

自嵩山運動后，嵩箕地區(qū)經(jīng)歷的構(gòu)造運動主要表現(xiàn)為升降運動，造成寒武系底界、奧陶系底界及上石炭統(tǒng)底界等3個區(qū)域性平行不整合。其中以上石炭統(tǒng)底界的區(qū)域性平行不整合意義最大，豫西鋁(黏)土礦無一不是產(chǎn)于該平行不整合面之上。該區(qū)受燕山期運動影響較大，使鋁(黏)土礦及結(jié)晶基底之上的中生代地層造成北西向開闊的背斜、向斜構(gòu)造，巖層被多組斷層先后切割，喜山運動對該區(qū)影響不大，主要表現(xiàn)為升降運動，控制著第四系的分布。區(qū)內(nèi)褶皺主要有薈萃山—鳳后嶺背斜和禹州—許昌復(fù)向斜，該復(fù)向斜自北向南包括白沙向斜、角子山背斜和景家洼向斜等3個次級褶皺。區(qū)內(nèi)前中生代地層主要經(jīng)受了燕山期近EW、NW—SE、NE—SW向等3組斷裂。該3組斷裂中前者形成較早，后者形成較晚，斷層以高角度正斷層為主，逆斷層較少。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.2.1 地 層

地層分區(qū)屬于華北地層區(qū)豫西分區(qū)嵩箕小區(qū)，根據(jù)地表及鉆孔資料，區(qū)內(nèi)出露的地層從下到上、從老到新依次為古元古界(Pt)、古生界寒武系(∈)、奧陶系中統(tǒng)(O2)、石炭系上統(tǒng)(C2)、二疊系(P)及新生界第四系(Q)等。代表巖性從下到上為：

(1)古元古界(Pt)。石英巖。

(2)古生界寒武系(∈)。砂礫巖、結(jié)核狀灰?guī)r、泥灰?guī)r、海綠石砂巖、鮞?；?guī)r、細晶白云巖、含燧石團塊白云巖、泥質(zhì)白云巖等。

(3)奧陶系中統(tǒng)(O2)。泥灰?guī)r及鈣質(zhì)頁巖、角礫狀灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖等。

(4)古生界石炭系(C2)。①上統(tǒng)本溪組(C2b)，為鋁(黏)土礦的含礦層位，厚5.84～22.40 m，一般厚約10 m，自下而上分為：鐵質(zhì)黏土巖段(C2b1)，由紫紅色雜色鐵質(zhì)黏(鋁)土巖(慣稱鐵質(zhì)黏土巖)組成，含黃鐵礦、菱鐵礦結(jié)核或鐵質(zhì)浸染體，富集處可形成鐵礦體，可氧化變成由赤鐵礦、褐鐵礦組成的山西式鐵礦層；鋁(黏)土質(zhì)巖段(C2b2)，由灰色、灰白色鋁(黏)土質(zhì)巖夾鋁土礦和耐火黏土礦組成，系礦區(qū)主要含礦層位，巖石類型主要為鋁質(zhì)黏土巖(Al2O3含量為40%～50%)和少量黏土巖(Al2O3含量約37%)，耐火黏土以高鋁黏土為主，少量硬質(zhì)黏土；黏土質(zhì)頁巖段(C2b3)，主要由紫紅色、褐黃色、黑紫色黏土質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖和煤層(線)組成，巖段厚度小是本段的主要特征，厚度均在0.5 m以下，大部分地段缺失；②上統(tǒng)太原組(C2t)，主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、細砂巖，夾多層石灰?guī)r及薄煤層，石灰?guī)r常含燧石團塊或生物碎屑。因此，可以認(rèn)為石炭上統(tǒng)本溪組是一套連續(xù)沉積的鐵質(zhì)鋁(黏)土質(zhì)巖石，與下伏奧陶系、寒武系呈平行不整合接觸，其厚度受古地形控制，厚度變化大。

(5)古生界二疊系(P)。由長石石英細砂巖、砂質(zhì)黏土巖、高嶺石黏土巖、炭質(zhì)黏土巖、煤線(煤層)、鋁土質(zhì)黏土巖、砂質(zhì)泥巖、粗-細粒長石石英砂巖、紫色泥巖等組成。

(6)新生界第四系(Q)。頂部為耕植土、黃土、殘坡積層，中部為黏土、砂質(zhì)黏土，底部為礫石層。

1.2.2 構(gòu) 造

(1)白沙向斜。北西起于白沙鎮(zhèn)，向南經(jīng)順店至賈莊被下白玉斷層所切，并將向斜南東段往東北方向推開，兩段軸線相距約300 m。再從白安到禹州市城北東花園到崗唐莊消失于泉店斷層。向斜北翼巖層走向NW60°～70°，南翼巖層約呈SN、NW—SW走向，核部地層多為二疊系。從核部到兩翼由新到老分別為二疊系、石炭系、奧陶系、寒武系。

(2)景家洼向斜。位于工作區(qū)南西部，北西起三陳溝，向南東經(jīng)安良童村被斷層切割，南東端向南推移，兩段軸距100 m，繼續(xù)向南東經(jīng)潘宋、李莊消失。該向斜南東段被第四系掩蓋，北西段核部仍以二疊系為主，北翼地層呈近EW向分布，南翼地層呈NW30°分布，兩翼出露地層與白沙向斜相同。

(3)角子山背斜。位于上述2個向斜之間，北西起梁北斷層(F6)，向南東經(jīng)禹州市城南大街坡，劉高至劉莊附近被泉店斷層所切，并將其南東段向北西推移，約200 m后斷續(xù)向南東展布。

區(qū)內(nèi)所見斷層主要分為2組，即NE—SW向和NW—SE向，前組無論是規(guī)模、數(shù)量、斷距均大于后者，斷距最大的為F8、F10,斷距均為500～1 500 m，均為西北側(cè)下降東南側(cè)相對上升的正斷層。

2 礦體地質(zhì)特征

結(jié)合含礦巖系的連續(xù)性、以往地質(zhì)工作程度等因素，將工作區(qū)劃分為5個礦段(含11個礦體)。此次僅對有代表性的文殊—磨街礦段礦體特征進行分析，達到以點帶面的效果。該礦段位于白沙向斜斜南翼，祖師廟斷裂附近，屬鄭莊—黃道鋁(黏)土礦帶。3#礦體為區(qū)內(nèi)的主礦體，為預(yù)查階段新發(fā)現(xiàn)的礦體，北西起Ⅱ219線，南東至Ⅱ179。礦體沿走向長2 400 m，傾向?qū)?00～710 m，礦體走向22°，傾向112°，傾角13°～17°。單工程Al2O3品位為49.79%～64.87%，Al2O3平均品位為58.60%；單工程垂厚1.04～ 10.15 m，平均垂厚4.78 m；單工程鋁硅比為2.1～5.9，平均鋁硅比為3.4。礦體厚度變化系數(shù)為63%；Al2O3品位變化系數(shù)為9%?？刂谱罡邩?biāo)高+354 m，最低標(biāo)高+80 m。礦體南西部往中部有一正斷層，傾向SE，傾角75°，斷距20 m，對礦體無大影響?？v觀礦體的南西，南東，北東，有較大的找礦空間。

3 礦石特征

3.1 礦石類型

(1)土狀鋁土礦。灰白色，土狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，顏色灰白，淺灰為主，斷口粗糙污手，吸水性極強，以舌舔之有黏感，最典型的土狀礦石，外觀猶似白堊，屬富礦類型。礦石主要由一水硬鋁石組成，黏土礦物主要為多水高嶺石。

(2)碎屑狀鋁土礦。深灰色，灰黑色，微晶砂屑或礫屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石中碎屑含量大于50%，一般以砂屑為主。砂屑粒度多在1 mm左右，礫屑粒徑2～5 mm，個別可達40 mm。礦石主要成分為一水硬鋁石、黏土礦物。

(3)致密狀鋁土礦?；野住疑?，致密狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斷口一般較平坦，屬貧礦類型。多出現(xiàn)于礦體較薄地段，剖面上多分布于礦層的頂、底部。

(4)蜂窩狀鋁土礦。褐黃、褐灰、雜灰色，碎屑-豆鮞狀結(jié)構(gòu)，蜂窩狀構(gòu)造，分布于潛水面以上的淋濾帶。因礦體長期遭受淋濾作用，使礦石中的碎屑、豆鮞及硅、硫等雜質(zhì)流失后形成，屬富礦類型。

3.2 礦石化學(xué)組分及含量

區(qū)內(nèi)礦石組分含量測定結(jié)果見表1。

表1 區(qū)內(nèi)礦石組分含量 %

元素Al2O3SiO2TiO2Fe2O3CaOMgOP2O5含量76.412.703.241.830.170.240.10元素GaSK2ONa2OCO2燒失含量0.011.040.100.080.0814.46

由表1可知，區(qū)內(nèi)鋁土礦中有害雜質(zhì)元素的含量一般都很低，對鋁氧生產(chǎn)及其產(chǎn)品的質(zhì)量影響不大。共制作組合分析樣品5件，其中Ga達到了綜合利用指標(biāo)。

3.3 礦體圍巖和夾石

與礦層直接接觸的頂板巖石有黏土質(zhì)頁巖、黏土巖、鋁質(zhì)黏土巖、一組煤、石灰?guī)r；底板巖石有黏土巖、鋁質(zhì)黏土巖、鐵質(zhì)黏土巖、赤鐵礦等。礦體中夾層多呈扁豆?fàn)罨蛲哥R狀，較薄的礦體中常在中上部產(chǎn)出，厚大礦體中則多在中、下部出現(xiàn)，一般為一層。夾層巖性主要為鋁質(zhì)黏土巖或耐火黏土礦。

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 礦床成因分析

4.1.1 與成因有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象

(1)礦床產(chǎn)于箕山古侵蝕平原南緣的奧陶系(局部為寒武系)古侵蝕面上，含礦巖系中石炭統(tǒng)本溪群從下至上為鐵質(zhì)黏土巖、鋁(黏)土礦、黏土質(zhì)頁巖(有時夾煤線或薄層煤)，缺乏碎屑巖和碳酸鹽沉積，亦未見海相生物化石，緊接本溪群上部出現(xiàn)富含蜓科化石的石灰?guī)r，顯示近海湖相沉積的特點。

(2)含鋁巖系分布于奧陶系(局部為寒武系)灰?guī)r的侵蝕面上，在含礦巖系底部見有紅褐色、土黃色泥狀物，其中常夾雜有底板灰?guī)r角礫，為底板灰?guī)r的風(fēng)化殘留物，其中Al2O3含量可達20%以上，推測成礦物質(zhì)應(yīng)主要與該類殘留物有關(guān)。另據(jù)某些研究者對礦層中和附近古陸上鋁硅酸鹽巖中的重礦物和微量元素研究成果，認(rèn)為二者具有某些相似性，因此也不能排除古陸上強烈風(fēng)化的鋁硅酸鹽巖提供成礦物質(zhì)的可能性。

(3)礦區(qū)鋁土礦具有碎屑狀，致密狀結(jié)構(gòu)的特征，反應(yīng)先前形成的紅土化產(chǎn)物以機械方式和膠體方式搬運至沉積盆地，而且碎屑分選性很差，搬運距離較短。

(4)含礦巖系厚度大的地段，鋁土礦體厚度亦大，品位也高，且大厚度礦體常與基底灰?guī)r溶斗的分布相一致，說明基底凹凸不平的古巖溶地貌對鋁土礦的聚集有重要作用。

4.1.2 礦床成因

區(qū)內(nèi)鋁土礦應(yīng)屬沉積型鋁土礦床，其形成的大致過程與整個華北地臺類似，區(qū)內(nèi)中奧陶世淺海相碳酸鹽沉積之后，地殼上升，并經(jīng)歷1億多a的準(zhǔn)平原化階段，在當(dāng)時濕熱的氣候條件下，古陸上的鋁硅酸鹽巖及基底的碳酸鹽巖石遭受充分的化學(xué)作用，活潑的K、Na、Ca、Mg被帶走，Al、Ti、Fe等殘留原地，形成富含鋁的殘留型紅土層。進入中石炭世早期，地殼下降，紅土剖面上的富鋁風(fēng)化物質(zhì)被地表水以機械方式短程搬運到溶洼溶斗發(fā)育的近海湖泊內(nèi)沉積下來，而后隨著環(huán)境介質(zhì)的改變，發(fā)生壓實和膠體陳化脫水作用，排除卵石孔隙水和礦物水，并出現(xiàn)水鋁石等重結(jié)晶作用。由于構(gòu)造變動，特別是燕山運動以后，深埋于地下的含礦巖系上升至近地表，受大氣降水的滲流和地下潛水的影響，介質(zhì)條件變?yōu)檠趸?弱氧化環(huán)境。位于潛水面以上的礦體處于氧化淋濾帶中，此時黃鐵礦被氧化為褐鐵礦，SiO2鐵質(zhì)被溶蝕帶走，使礦石更富鋁貧硅，形成優(yōu)質(zhì)鋁土礦床。

沉積盆地中的巖溶漏斗不僅是沉積成礦的重要場所，而且由于其具有良好的地下水排泄條件，次生風(fēng)化淋濾作用在此進行尤為強烈。因此一些漏斗狀的厚大礦體常常又是富礦的產(chǎn)出部位。成礦后的斷裂構(gòu)造，可以使礦體的連續(xù)性遭到破壞，同時又改變了礦體的埋藏條件，由于構(gòu)造裂隙的發(fā)育，加劇了地下水的循環(huán)，有助于次生風(fēng)化脫硅去鐵作用的進行。

4.2 找礦標(biāo)志

(1)地層。中、上石炭統(tǒng)廣泛分布的地區(qū)，含礦巖系基底巖石為比較純的奧陶統(tǒng)厚層狀石灰?guī)r或寒武統(tǒng)的白云巖，該類巖石易于形成巖溶化地貌，有利于優(yōu)質(zhì)鋁土礦聚集。

(2)含礦巖系。本溪組厚度較大的地段，平均厚度一般應(yīng)在10m以上。

(3)準(zhǔn)平原化的古陸邊緣。在準(zhǔn)平原化的古陸邊緣不僅具有豐富的物源條件，而且提供了成礦古地理環(huán)境的邊界條件，也是古巖溶和次生巖溶發(fā)育的有利地區(qū)。

(4)后期構(gòu)造較發(fā)育。次生風(fēng)化淋濾比較強烈的地段，此處的鋁土礦常呈褐色和多孔狀構(gòu)造特點。

5 礦床遠景

禹州煤下鋁工作面積516.61km2，地表含鋁巖系出露達63.58km。神垕—梁北礦段屬神垕—新峰亞成礦帶，角子山背斜南翼，成礦面積大，中深部含鋁層位及延伸穩(wěn)定，對含鋁巖系造成破壞的斷裂構(gòu)造少。文殊—磨街礦段中深部斷裂構(gòu)造多為NE向有序排列，與含鋁地層走向一致，并沿地層傾向逐級抬升，為鋁土礦提供了找礦空間。告成—岳窯礦段位于白沙向斜核部，有利于發(fā)現(xiàn)厚大礦體。新發(fā)現(xiàn)的礦體中厚度、品位變化穩(wěn)定。總之，該區(qū)鋁土礦含礦巖系在200m以下層位穩(wěn)定延深大，找到大型工業(yè)礦體的潛力很大。

[1] 張艷濤，王富強.河南西部鋁土礦形成環(huán)境研究[J].科技信息，2011(19)：474-475.

[2] 李國平，張瑜麟.河南鋁土礦含礦巖系基本地質(zhì)特征研究[J].礦產(chǎn)勘查，2013，4(5)：485-495.

[3] 袁躍清.河南省鋁土礦床成因探討[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2005，19(1)：52-56.

2014-12-15)

梁存斌(1985—)，男，助理工程師，450016 河南省鄭州市金水東路166號。