山西鋁土礦礦床成因及古地理環(huán)境分析

李鳳浩，霍彥萌

（1.河北省地礦局地質(zhì)勘查技術(shù)中心，河北 石家莊 050000；2河北省地礦局第九地質(zhì)大隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000）

1 山西鋁土礦礦體特征分析

從北到南，從西到東一共將山西鋁土礦集中區(qū)分成Ⅰ區(qū)到Ⅶ七個(gè)區(qū)域，其中Ⅰ區(qū)鋁土礦集中區(qū)是保德—興縣，Ⅱ區(qū)是原平—寧武區(qū)，Ⅲ區(qū)是陽泉集中區(qū)，Ⅳ區(qū)是臨縣—交口區(qū)，Ⅴ區(qū)是沁源集中區(qū)，Ⅵ區(qū)是武鄉(xiāng)集中區(qū)，Ⅶ區(qū)是平陸集中區(qū)[1]。

分析山西鋁土礦的特征，首先鋁土礦資源分布較廣但是又很集中，主要分布在上述七個(gè)區(qū)域，其以中小型規(guī)模的礦床為主。

1.1 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦石質(zhì)量

Ⅰ區(qū)黃輝頭礦區(qū)的各類礦石中，一水硬鋁石、高嶺石是主要礦物，褐鐵礦、赤鐵礦是次要礦物，電氣石、綠泥石、方解石是微量礦物，金紅石是主要的重礦物。礦石結(jié)構(gòu)可分成半粗糙狀、粗糙狀、碎屑狀、致密狀和鮞狀，其中以致密狀和半粗糙狀礦石結(jié)構(gòu)為主[2]。

Ⅱ區(qū)西紅河區(qū)的鋁土礦最鮮明的特征是顏色差異巨大，有白土礦、白灰土礦，還有綠礦和紅礦，但以白土礦為主，質(zhì)量較好，綠礦和紅礦較少。該區(qū)域的礦石礦物成分多達(dá)20多種，主要礦物成分是氫氧化物，其次是黏土礦物和鐵礦物。

Ⅲ區(qū)白土坡礦區(qū)的礦石礦物成分主要為一水硬鋁石，其次是高嶺石，按照結(jié)構(gòu)來分，該區(qū)域礦石結(jié)構(gòu)中碎屑狀的礦石含量最多。

Ⅳ區(qū)西宋莊區(qū)域的鋁土礦礦石礦物成分較多，其中依然以一水硬鋁石和高嶺石為主，碎屑狀結(jié)構(gòu)的礦石也是該區(qū)域的主要礦石結(jié)構(gòu)。Ⅴ區(qū)陽坡礦區(qū)的主要成分為鋁的氫氧化物，其次是黏土礦和鐵礦物，該區(qū)域的礦石結(jié)構(gòu)主要以碎屑狀為主。

Ⅵ區(qū)天洼礦區(qū)的主要礦物是黏土礦物和一水硬鋁石，礦石結(jié)構(gòu)中碎屑狀結(jié)構(gòu)含量最多。

Ⅶ區(qū)下坪礦區(qū)的鋁土礦礦石主要結(jié)構(gòu)為鮞狀和豆鮞狀，礦石化學(xué)成分中氧化鋁含量最高，鋁硅的含量次之。

1.2 縱向沉積相變化特征

鋁土礦在形成時(shí)垂向共生有山西式礦產(chǎn)和黏土礦，從西紅河礦區(qū)的礦層圖分析來看，縱向沉積共生礦產(chǎn)中先沉積下部的山西式礦產(chǎn)資源，然后再向上變成鐵質(zhì)黏土礦和鋁土礦，再向上形成硬質(zhì)黏土礦。

從化學(xué)成分來看，氧化鋁和氧化硅的成分最多，而在礦層的底部氧化鋁的含量變低，氧化硅的含量則隨著氧化鋁的變化呈反向變化，即越往上氧化硅的含量越少，而越往下反而越多。氧化鐵在下部含量最高而形成了山西式鐵礦和鐵質(zhì)黏土礦。

從礦石類型變化來看，礦層的中部主要以一水硬鋁石為主，且是粗糙裝的鋁土礦較多，上下部分則是致密狀的鋁土礦和碎屑狀鋁土礦。

1.3 伴生礦產(chǎn)結(jié)構(gòu)分析

山西省主要七個(gè)集中鋁土礦區(qū)域中，鋁土礦共生礦產(chǎn)主要有耐火黏土礦、山西式礦產(chǎn)資源，另外礦石中的伴生有稀有元素和稀土元素。

圖1 山西省鋁土礦集中區(qū)及其構(gòu)造區(qū)帶圖

2 山西鋁土礦礦床成因分析

2.1 物質(zhì)來源和成礦分析

山西地塊在早石炭世晚期可以分成若干個(gè)古大陸、古島，這些古大陸和古島基地的鋁硅酸類、碳酸鹽類等物質(zhì)在溫暖潮濕的環(huán)境下在上億年的風(fēng)化、剝蝕以后形成了紅土風(fēng)化殼物質(zhì)，成為山西鋁土礦成礦的主要物質(zhì)來源。在早石炭世晚期，山西省從南至北、從東到西的地勢都很高，剝蝕度也高，受到海泛的影響，風(fēng)化殼中含有的鋁硅鐵等物質(zhì)在海水沖刷下形成了膠體或懸浮物質(zhì)而被帶到了低洼處，在機(jī)械作用和水酸堿值不斷變化的條件下產(chǎn)生分異沉積現(xiàn)象，鐵質(zhì)和鋁質(zhì)一起被沖刷到湖盆中，鐵質(zhì)和碳酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而率先沉積下來形成了山西式鐵礦，而鋁質(zhì)和黏土質(zhì)因?yàn)榱６群捅戎剌^小所以沉積的速度較慢，在沉積中又被酸性水沖刷發(fā)生了礦物性質(zhì)變化，在鋁質(zhì)進(jìn)入海盆時(shí)硅元素大于鋁元素，沉淀除了黏土巖和鋁土頁巖。

2.2 伴生稀有、稀土元素

鋁土礦中的伴生稀有和稀土元素都是堿性物質(zhì)，這些物質(zhì)在持續(xù)的風(fēng)化作用下，其形成的氫氧化物在到底一定值的酸堿度以后開始沉淀。在地表水作用下，限制了伴生稀有和稀土元素的遷移，遇到黏土礦物便被吸附富集，從而在古陸固定區(qū)域富集沉積下來。

2.3 微量礦物

鋁土礦礦石中的微量礦物主要包括鋯石、金紅石和電氣石等碎屑礦物，對這些礦物的外形特征進(jìn)行分析可知，微量礦物物質(zhì)來源主要是基地的碳酸鹽巖類。

總的來說，因?yàn)殇X質(zhì)惰性較大、活動(dòng)性小，所以鋁土礦礦床成因應(yīng)該和母巖較近，是濱海湖泊相沉積型礦床。

3 山西鋁土礦古地理環(huán)境特征分析

3.1 古水流方向

受到海泛作用的影響，山西省北部地勢較高、東部地勢比西部地勢高，由此可以推斷出古海水是從東北方向侵入，向西南方向并流的，在鋁土礦中存在碎屑結(jié)構(gòu)，這又說明了鋁土礦在形成期間的海水流動(dòng)量較大、速度較快。在西南部區(qū)域出現(xiàn)了鮞狀鋁土礦說明當(dāng)時(shí)古環(huán)境變化十分頻繁。在北部礦區(qū)的鋁土礦致密狀結(jié)構(gòu)的礦石較多，說明該區(qū)域位于湖泊的中部，水流穩(wěn)定、水流量不大。

3.2 古地形

山西省的鋁土礦大部分呈層狀、似層狀，還有一部分是港灣狀，大部分鋁土礦是持續(xù)沉積沉淀下來的，在基地低洼地帶，所以鋁土礦較厚。也有一部分沒有持續(xù)沉積，導(dǎo)致礦體整體較薄，局部地段受到地形的影響出現(xiàn)了沉積間斷，主要是因?yàn)樵诔练e時(shí)受到了基底灰?guī)r侵蝕面不平坦地勢的影響。

3.3 古環(huán)境和古氣候

在海侵時(shí)，受到礦物活動(dòng)性的影響，大量含有鋁硅元素、鐵元素的物質(zhì)被沖刷到了母巖附近的湖泊并沉積下來。分析礦石化學(xué)成分可知，粗糙狀的礦石要比碎屑狀和鮞狀的礦石品位較高，說明形成粗糙狀的礦石是在臨湖泊區(qū)域，其該區(qū)域的湖泊開闊，水勢相對平穩(wěn)，水的酸度較大利于脫硅，從而形成了高品位的鋁土礦。

4 礦產(chǎn)找礦發(fā)展方向

對山西省的礦體特征、礦床成因和古地理環(huán)境進(jìn)行了解以后，考慮到鋁土礦硬度較大、形成條件嚴(yán)苛，所以找礦時(shí)應(yīng)該主要集中在石炭系本溪組下段地層，在發(fā)現(xiàn)石炭系本溪組下段地層較薄，構(gòu)造比較低洼時(shí)可能存在厚度較大的礦體。

5 結(jié)語

綜上所述，本文對山西省鋁土礦礦產(chǎn)資源的特點(diǎn)和礦體的特征、礦床形成的原因和古地理環(huán)境進(jìn)行了分析探討。山西作為全國礦產(chǎn)資源最集中的地區(qū)，其集中礦產(chǎn)區(qū)域的礦體形成主要和古地理環(huán)境水流方向、古地形和氣候環(huán)境以及古地質(zhì)構(gòu)造變化有關(guān)，分析清楚鋁土礦形成原因、分布特點(diǎn)以后，才能采用針對性的找礦技術(shù)尋找到具有價(jià)值的能為社會(huì)發(fā)展提供服務(wù)的礦產(chǎn)資源。