豫西偃龍地區(qū)本溪組含鋁巖系的結(jié)構(gòu)特征

朱洪立，宋世豪，邢 舟，周紅春，陳永才

（1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作454000；2.河南省地礦局第四地質(zhì)勘查院，河南鄭州450001）

1 概述

豫西偃龍（偃師縣—龍門鎮(zhèn)）地區(qū)位于華北陸塊南緣，處于北西—近東西向秦嶺—大別山造山帶北緣與呂梁—太行北東向隆起帶交匯部位（圖1-2），偃龍地區(qū)本溪組鋁土礦屬于篙箕成礦區(qū)偃師—鞏義—滎陽(yáng)鋁土礦成礦帶的一部分[1]。目前普遍認(rèn)為，鋁元素不可能以溶液或膠體的形式遷移至沉積區(qū)[2]，它們是原地沉積的原巖經(jīng)不同程度的降解作用所致，與紅土型鋁土礦的成因相似[3-5]。所以，鋁土礦中應(yīng)存在有大量的與原巖降解作用有關(guān)的結(jié)構(gòu)，但目前，從這一出發(fā)點(diǎn)對(duì)鋁土礦的結(jié)構(gòu)研究尚不深入。本項(xiàng)研究以豫西偃龍地區(qū)本溪組含鋁巖系鉆孔為研究對(duì)象（圖1-1），運(yùn)用鉆孔巖芯觀察、偏光顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析等研究方法對(duì)含鋁巖系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以期揭示原巖在降解過程中所形成的結(jié)構(gòu)類型。

2 含鋁巖系基本地質(zhì)特征

研究區(qū)含鋁巖系總體上以鋁土質(zhì)泥巖為主，部分鉆孔含鋁巖系的中上部夾有厚度不等的豆鮞狀（碎屑）鋁土礦，與下伏中奧陶統(tǒng)馬家溝組平行不整合接觸，向上部炭質(zhì)含量逐漸增加，過渡為太原組底部的煤層（線）。含鋁巖系的厚度受下伏馬家溝組碳酸鹽巖的明顯控制，變化較大（0～95m），一般在10～15m。

該區(qū)鋁土礦資源豐富，長(zhǎng)期勘探表明，含礦地層的下部為深灰色鋁土質(zhì)泥巖，以鐵、鋁、硅含量高為特征，致密塊狀構(gòu)造，見有不規(guī)則的紋層，紋層常由顏色較淺的條帶顯示出來(lái)，寬度較小，一般在毫米級(jí)，與中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦呈漸變接觸關(guān)系；含礦地層中部為豆鮞（碎屑）狀鋁土礦，以鋁含量高為特征，灰色，整體呈塊狀，?？梢姷戒X土質(zhì)泥巖夾層，厚度變化很大，最大可達(dá)60m，局部可低于10m，與上部鋁土質(zhì)泥巖呈截然接觸關(guān)系；含礦地層上部主要為灰黑色鋁土質(zhì)泥巖，以硅含量高為特征，水平微細(xì)紋層發(fā)育，常夾有毫米級(jí)的煤線，向上部煤線逐漸增多，最后過渡為本溪組與太原組交界的煤層（線）。所以，含礦地層在垂向上常顯示出高Al粘土巖—礦體—高A1粘土巖的“三明治”式組合，且常伴隨有不同的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造以及相對(duì)應(yīng)的Al2O3、SiO2和Fe2O3等化學(xué)組成的差異[6-7]。

3 本溪組含鋁巖系結(jié)構(gòu)特征

3.1 顆粒

本溪組含鋁巖系的顆?？梢苑殖?類：第一類是原巖降解程度較弱，保留有原巖假象的顆粒，可稱為殘余顆粒；第二類是在原巖降解過程中所形成的顆粒，主要指豆粒和鮞粒；第三類是在原巖降解過程中所形成的礦物顆粒，主要指結(jié)晶程度各異的微晶、細(xì)晶、粗晶等顆粒，稱為新生礦物顆粒；第四類是原巖降解過程中同沉積變形的剛性和塑性顆粒，可稱為撕裂顆粒。

圖1 偃龍地區(qū)大地構(gòu)造位置和地質(zhì)簡(jiǎn)圖

3.1.1 殘余顆粒

這類顆粒的特點(diǎn)是保留有原巖的假象，但礦物成分已發(fā)生顯著的變化。主要出現(xiàn)在風(fēng)化淋濾程度較弱的地層中，如果風(fēng)化淋濾強(qiáng)，原巖發(fā)生徹底的改造，較難保留。這類顆粒主要出現(xiàn)在上部和下部的鋁土質(zhì)泥巖中，偏光鏡下，可見粘土礦物主要呈隱晶質(zhì)集合體存在，少量的薄板狀和不規(guī)則粒狀粘土礦物微晶散布于隱晶質(zhì)集合體中，下部鋁土質(zhì)泥巖中主要為伊利石，上部鋁土質(zhì)泥巖中主要為高嶺石。電鏡下可見形態(tài)各異的片狀顆粒呈微細(xì)層狀（每個(gè)細(xì)微層約1μm厚）排列，經(jīng)能譜分析，下部鋁土質(zhì)泥巖主要元素有K、Fe、Mg、Al、Si、O，其中K含量較高，符合伊利石的元素特征。上部鋁土質(zhì)泥巖主要元素為Al、Si、O，且Al與Si原子比近于相等，進(jìn)一步證明為高嶺石。但電鏡下鑒別的這些粘土礦物不具有六邊形、鱗片形和板條形等形態(tài)，而呈微層狀的堆積形態(tài)，推測(cè)它們可能是原巖顆粒的假象。

3.1.2 豆粒和鮞粒

豆粒和鮞粒的組成和形態(tài)相似，主要是粒度的差別，前者粒徑大于2mm，后者小于2mm。宏觀上，豆粒和鮞粒形態(tài)以不規(guī)則的圓球狀居多，常見長(zhǎng)軸呈定向排列并平行于層理的橢球狀；微觀上，豆鮞常見相互鑲嵌現(xiàn)象，豆鮞多見有不規(guī)則的核心，有時(shí)核心由較小的碎屑和鮞的集合體組成，一般在3～10μm，核心向外逐漸呈圓狀，并由顏色深淺差異顯示出層圈狀，層圈的外側(cè)多可見到鐵質(zhì)包殼，在核心和外圈層有時(shí)可以見到三叉狀或不規(guī)則裂隙。根據(jù)本區(qū)豆鮞粒的基本特點(diǎn)，本文贊同巴多西的觀點(diǎn)[3]，認(rèn)為豆鮞粒是原巖降解的產(chǎn)物，以硬水鋁石為主的豆鮞是原巖降解程度較高的標(biāo)志。

3.1.3 新生礦物顆粒

含鋁巖系的礦物學(xué)研究表明，本區(qū)含鋁巖系中所見到的礦物均為自生礦物。粘土礦物主要呈隱晶質(zhì)或微晶存在，鋁礦物主要呈微晶、細(xì)晶存在。隱晶質(zhì)或微晶的粘土礦物主要分布在下部和上部鋁土質(zhì)泥巖中，中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦中，硬水鋁石含量較高，但結(jié)晶程度差異較大，往往豆鮞中結(jié)晶程度較好。上述礦物顆粒完全不能代表含鋁巖系原巖的顆粒，它們應(yīng)當(dāng)是原巖不同程度的水解產(chǎn)物。

3.1.4 撕裂顆粒

撕裂顆粒按照粒級(jí)可劃分為礫、砂和粉砂，顆粒形態(tài)多樣，主要表現(xiàn)為棱角狀、半圓狀和撕裂狀。常與不同粒度的豆鮞粒伴生在一起。巖芯中碎屑顆粒長(zhǎng)軸往往有定向排列，在鏡下，見到硬水鋁石含量差異所組成的顆粒呈現(xiàn)明顯的斑狀結(jié)構(gòu)，具有長(zhǎng)軸定向排列特征，與膠結(jié)物組成的流動(dòng)紋層相間排列。根據(jù)上面的描述，碎屑顆粒主要為2種，一種為棱角分明的“剛性”顆粒，一種是具有流動(dòng)特征的“塑性”顆粒，反映了顆粒形成時(shí)固結(jié)程度的差異，它們主要是在原巖降解過程中且沒有完全固結(jié)時(shí)，由于塑性流動(dòng)所產(chǎn)生的。顆粒硬水鋁石的含量和結(jié)晶程度的差異似乎與固結(jié)程度有著重要的聯(lián)系，一般是固結(jié)程度較好的“剛性”顆粒硬水鋁石含量高，結(jié)晶程度好。這些顆粒被改造后，仍受到塑性流變的影響，“剛性”顆粒受到塑性流變后，進(jìn)一步破碎，具有書斜式構(gòu)造的形態(tài)，“塑性”顆粒受到塑性流變后，則產(chǎn)生進(jìn)一步撕裂，甚至有一定的旋轉(zhuǎn)，均能指示塑性流動(dòng)的方向。

3.2 膠結(jié)物

下部和上部鋁土質(zhì)泥巖主要礦物成分為隱晶質(zhì)粘土礦物，少量的粘土礦物微晶散布其中，主要呈致密塊狀。豆鮞（碎屑）狀鋁土礦中的膠結(jié)物主要由呈隱晶質(zhì)或微晶的鋁礦物和粘土礦物組成。膠結(jié)物主要呈2種狀態(tài)存在：如果顆粒含量較高，則膠結(jié)物中流動(dòng)紋層不發(fā)育，根據(jù)顆粒的支撐類型，膠結(jié)類型可以是基底式膠結(jié)或接觸式膠結(jié)；如果顆粒含量少，則膠結(jié)物無(wú)論是巖芯中還是顯微鏡下，都表現(xiàn)出明顯的流動(dòng)構(gòu)造，流動(dòng)紋層呈波浪狀、褶曲狀、不規(guī)則狀等形態(tài)，大致平行排列，紋層寬度不一，相互交匯和分叉。上述2種狀態(tài)的膠結(jié)物在垂向上往往為相互過渡關(guān)系，并沒有明顯的界線，往往下部為流動(dòng)紋層發(fā)育的膠結(jié)物，上部逐漸過渡為流動(dòng)紋層不發(fā)育的膠結(jié)物，它們與膠結(jié)的顆粒一起構(gòu)成了厚度不一的多個(gè)序列。

3.3 結(jié)構(gòu)類型

根據(jù)含鋁巖系顆粒和膠結(jié)物的基本特征及它們之間的關(guān)系，可以分為以下結(jié)構(gòu)類型。

3.3.1 交代殘余結(jié)構(gòu)

殘余顆粒含量大于75%，主要出現(xiàn)在上、下部的鋁土質(zhì)泥巖中，殘余顆粒主要呈片狀，形狀不規(guī)則，成分主要為隱晶質(zhì)或微晶的伊利石和高嶺石，其中分布有大小不一的孔洞，充填有結(jié)晶較好的粘土礦物。

3.3.2 豆鮞結(jié)構(gòu)

豆鮞粒的含量較高，且大于碎屑含量，含有硬水鋁石新生礦物顆粒，膠結(jié)物主要為自生結(jié)晶較差的硬水鋁石和粘土礦物，整體呈基底式膠結(jié)，局部見有豆鮞相互接觸呈接觸式膠結(jié)現(xiàn)象，常出現(xiàn)在中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦層中。

3.3.3 碎屑結(jié)構(gòu)

與豆鮞結(jié)構(gòu)相似，所不同的是顆粒的組成主要是碎屑顆粒，其含量大于豆鮞的含量，也含有大量的硬水鋁石新生礦物顆粒。膠結(jié)物成分主要為自生結(jié)晶較差的硬水鋁石和粘土礦物，整體呈基底式膠結(jié)。常出現(xiàn)在中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦層中。

4 結(jié)論

豫西偃龍地區(qū)本溪組含鋁巖系中的顆粒主要為殘余顆粒、豆鮞和鮞粒、新生礦物顆粒、撕裂顆粒，膠結(jié)物主要為隱晶質(zhì)的粘土礦物和鋁礦物，組成交代殘余結(jié)構(gòu)、豆鮞結(jié)構(gòu)和碎屑結(jié)構(gòu)3種類型。上下部的鋁土質(zhì)泥巖中殘余顆粒發(fā)育，主要為交代殘余結(jié)構(gòu)；中部豆鮞狀鋁土礦中，撕裂顆粒、豆鮞和鮞粒發(fā)育，主要為豆鮞結(jié)構(gòu)和碎屑結(jié)構(gòu)，并伴隨有流動(dòng)現(xiàn)象。含鋁巖系不同層位結(jié)構(gòu)的差異主要與原巖的降解程度有關(guān)，并且較強(qiáng)的降解程度往往伴隨有強(qiáng)烈的流動(dòng)現(xiàn)象。