山西省沁源縣旋風窩鋁土礦地質(zhì)特征及找礦標志

李宇飛

（河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院，河北 石家莊 050051）

1 區(qū)域地質(zhì)特征

礦區(qū)處于華北斷塊(Ⅱ級構(gòu)造單元)呂梁-太行斷塊(Ⅲ級構(gòu)造單元)沁水塊坳(Ⅳ級構(gòu)造單元)東南緣的郭道-安澤近南北向褶帶(Ⅴ級構(gòu)造單元)與太岳山坳緣翹起帶之接合部位。區(qū)域內(nèi)分布的地層有古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和新生界的新近系和第四系。

1.1 古生界寒武系 （∈）

主要巖性為：上部厚層白云巖，竹葉狀灰?guī)r，泥質(zhì)白云巖，灰?guī)r，中部薄板狀灰?guī)r夾竹葉狀灰?guī)r，中厚層狀泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層灰?guī)r，下部為紫紅色頁巖夾薄層砂巖，薄層泥質(zhì)灰?guī)r，底部為含鈣質(zhì)石英砂巖。

1.2 古生界奧陶系 （O）

（1）古生界奧陶系下統(tǒng)（O1）。冶里組（O1y）：上部薄層泥質(zhì)白云巖夾頁巖；中部為中厚層狀燧石白云巖；下部薄層狀泥質(zhì)白云巖，竹葉狀白云巖。

亮甲山組（O1l）：厚層狀白云巖，含燧石白云巖。

（2）古生界奧陶系中統(tǒng)（O2）。下馬家溝組（O2x）：上部白云質(zhì)灰?guī)r，灰?guī)r夾角礫狀白云質(zhì)泥灰?guī)r，角礫狀灰?guī)r，下部含礫砂巖、頁巖，白云質(zhì)泥灰?guī)r。上馬家溝組（O2s）：主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r，灰?guī)r夾白云質(zhì)泥灰?guī)r，泥質(zhì)白云巖，白云質(zhì)豹皮狀灰?guī)r，底部夾白云巖，角礫狀白云質(zhì)泥灰?guī)r，白云質(zhì)泥灰?guī)r。峰峰組（O2f）：主要巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀白云質(zhì)泥灰?guī)r夾灰?guī)r。

1.3 古生界石炭系 （C）

（1）中統(tǒng)本溪組（C2b）。主要巖性為：中上部為粘土質(zhì)頁巖，砂質(zhì)頁巖夾煤線及1～2層灰?guī)r，下部為鐵鋁巖及鋁土礦，底部常見大小不一的褐鐵礦透鏡體。與下伏地層呈平行不整合接觸。

（2）上統(tǒng)太原組（C3t）。主要巖性為：上部為灰色厚層中細粒砂巖、炭質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖夾煤層，其中5、6號煤層可采。中下部三層含燧石結(jié)核灰?guī)r和灰黑色頁巖及煤線。

1.4 古生界二疊系 （P）

（1）下統(tǒng)山西組（P1s）。主要巖性為：上部為黃綠色頁巖、灰色頁巖、煤線；中部為黃綠色頁巖、灰色頁巖，夾灰白色厚層中粒砂巖和可采煤層；下部為灰色頁巖、炭質(zhì)頁巖夾2層可采煤層。底部石英砂巖。

（2）下統(tǒng)下石盒子組（P1x）。共分兩個巖性段，第一段主要巖性為：灰白色、黃綠色厚層石英砂巖，砂質(zhì)頁巖，灰色頁巖夾煤線。第二段主要巖性為：具紫紅色斑團黃綠色砂質(zhì)頁巖，具鐵質(zhì)鮞粒雜色鋁土質(zhì)頁巖夾細砂巖及1～2層錳鐵礦結(jié)核層。

（3）上統(tǒng)上石盒子組（P2s）。共分三個段。主要巖性為：紫紅色斑團黃綠色砂質(zhì)頁巖夾頁巖和砂巖、黃綠色厚層含礫中粗粒砂巖、含中粒砂巖、不穩(wěn)定黃綠色厚層砂巖和少量暗紫紅色頁巖互層。

（4）上統(tǒng)石千峰組(P2sh)。主要巖性為：中上部為紅色泥巖，底部為灰白、黃綠色含礫中粗粒砂巖，部分地區(qū)有底礫巖。

1.5 新生界新近系 （N）

上部深紅色粘土、亞砂土含礫石；下部紫色礫巖夾細砂巖。

1.6 第四系 （Q）

主要巖性為：上部為粉砂土、亞粘土、中細砂，含腹足類，棕黃、淺棕色亞粘土，堅硬無節(jié)理。中部為棕褐、灰綠色有密集的深棕紅色古土壤條帶。底部深紅色粘土含零星的鈣質(zhì)結(jié)核和葡萄狀海綿狀結(jié)核層，有的夾砂礫石透鏡體。

區(qū)域地層總體呈單斜構(gòu)造，走向北北東，傾向南東東。次級構(gòu)造多為平緩開闊的短軸背向斜，軸線方向與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致，斷層多以北北東、北東向為主，多為正斷層，傾角較大，多在50°～70°之間。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)基巖地層出露四較少，僅在溝谷有大片灰?guī)r出露，含礦層多為人工露頭，多被第四系覆蓋，全區(qū)覆蓋面積達90%以上。地層簡單，由老到新為奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）和上統(tǒng)太原組（C3t）、第四系（Q3、Q4）地層，現(xiàn)分述如下。

（1）奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）。主要巖性為峰峰組上段的灰黑色、青灰色厚層灰?guī)r，局部夾灰色-灰黃色泥灰?guī)r。

（2）石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）。該組地層平行不整合于奧陶系中統(tǒng)峰峰組之上，是賦礦層位。按其巖性組合特征分上、下兩段。

下段（C2b1）：與下伏（O2f）地層呈平行不整合接觸，是鋁土礦的含礦地層。自下而上一般從山西式鐵礦或鐵鋁巖開始，依次為鋁土礦、硬質(zhì)耐火粘土礦、粘土巖。受奧陶系侵蝕面凹凸不平影響，含礦層在奧陶系剝蝕面低洼處厚度一般較大，而在奧陶系剝蝕面凸起處往往變薄。鋁土礦的厚度與硬質(zhì)耐火粘土礦、粘土巖、鐵鋁巖的厚度無明顯的相關(guān)性，由于遭受強烈剝蝕，含礦層邊界形態(tài)較復(fù)雜，在平面上顯示有無礦地段呈港灣狀深入礦體內(nèi)部，在剖面上顯示礦體被切斷。鋁土礦直接頂板為硬質(zhì)耐火粘土礦或粘土巖，間接頂板為灰?guī)r或砂巖，直接底板為山西式鐵礦或鐵鋁巖，間接底板為奧陶系灰?guī)r。上段（C2b2）：位于C2b1地層之上，與C2b1以一薄層煤線、灰?guī)r或者黑色、粉砂巖等分開。巖性多為泥巖、細砂巖、砂頁巖、粉砂巖為主。

（3）石炭系太原組（C3t）。下段（C3t1）：與下伏本溪組地層呈整合接觸，底部以一層較穩(wěn)定的中-粗?；蚝[粗砂巖（晉祠砂巖）與本溪組分界，向上為灰褐色細砂巖、灰色粉砂巖、褐黃色砂質(zhì)頁巖、黑色頁巖，夾薄層煤及灰?guī)r。上段（C3t2）：巖性為含燧石條帶灰?guī)r夾砂巖、砂質(zhì)頁巖、黑色頁巖和煤層等。

（4）新生界第四系（Q3、Q4）。上更新統(tǒng)（Q3）：主要為上更新統(tǒng)黃土，少量紅色粘土。全新統(tǒng)（Q4）：在山坡多為第四系殘坡積土、腐殖土；在溝谷多為第四系沖積、洪積物。

礦區(qū)構(gòu)造簡單，地層總體呈單斜產(chǎn)出，總體走向北西，傾向30°～70°，傾角4°～12°。區(qū)內(nèi)未見大的斷裂構(gòu)造形跡，局部地層隨中奧陶統(tǒng)侵蝕基準面起伏產(chǎn)狀有些變化，在礦區(qū)中部有規(guī)模較小的褶皺構(gòu)造，地表覆蓋嚴重。

3 礦體地質(zhì)特征

（1）鋁土礦賦存層位。鋁土礦賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組一段的中上部。總體由西北向東南逐漸降低，礦體中心部位埋深由西向東變大。礦層下界距奧陶系灰?guī)r侵蝕面0.00m～7.17m。該段地層是奧陶系中統(tǒng)經(jīng)歷了長期風化剝蝕之后海侵初期的沉積。由于地殼總體表現(xiàn)為相對穩(wěn)定的緩慢下降，致使含礦層在垂向上表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律：一般最下部為山西式鐵礦，向上依次為鐵質(zhì)粘土巖、鋁土礦、硬質(zhì)耐火粘土礦或粘土巖。礦體與頂、底板巖（礦）層界線明顯或呈過度關(guān)系。從底板、礦層到頂板為一套連續(xù)沉積的鐵鋁巖相建造。受奧陶系侵蝕面凹凸不平的影響，該段地層在橫向、縱向及垂向上都有一定的變化。

（2）礦體特征。礦體空間形態(tài)呈層狀、似層狀產(chǎn)出，其形態(tài)、規(guī)模受含礦巖系底板古地形的控制作用明顯。礦體總體走向北西，傾向北東，平均47°，傾角一般4°～12°，平均8°，局部受中奧陶統(tǒng)侵蝕基準面起伏影響，傾角有所變大。礦層一般為一層，局部可分為2-3層，受奧陶系侵蝕面起伏變化和沉積環(huán)境的影響，出現(xiàn)了鋁土礦局部加厚、變薄、分叉甚至尖滅的現(xiàn)象。礦體厚度為0.31m～4.3m，平均1.46m。

4 礦石質(zhì)量

（1）礦物成分。區(qū)內(nèi)鋁土礦石中主要礦物成分為一水硬鋁石，約占60%～80%，次為粘土礦物，約占20%～50%，含少量鋯石、電氣石、氧化鐵質(zhì)等。

（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)造及類型。礦石結(jié)構(gòu)：野外觀察礦石結(jié)構(gòu)有碎屑狀、鮞狀、豆鮞狀、粗糙狀、致密狀等，鏡下鑒定以碎屑結(jié)構(gòu)為主，另有豆鮞狀結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)，膠結(jié)物多為隱晶一水硬鋁石及粘土礦物。礦石構(gòu)造：以塊狀構(gòu)造為主，有些礦石在鏡下微具層紋狀構(gòu)造，膠結(jié)物以一水硬鋁石為主的礦石，質(zhì)地堅硬，隨著粘土礦物高嶺石、伊利石等含量的增高，礦石變得性脆，遇水膨脹，質(zhì)量也相對較差。

礦石自然類型按其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造可分為碎屑狀、粗糙狀礦石、鮞狀及豆鮞狀礦石和致密狀礦石，其中以鮞狀及碎屑狀為主；按其主要鋁礦物成分劃分其自然類型為一水硬鋁石鋁土礦。

5 礦層頂、底板巖層特征

鋁土礦體位于含礦層中下部，據(jù)見礦工程統(tǒng)計，頂板為粘土巖或鋁質(zhì)粘土巖的，占59%；頂板為硬質(zhì)耐火粘土礦的，占32%；頂板直接為砂巖的，占9%。

礦體底板為硬質(zhì)耐火粘土礦的，占17%；底板為鋁質(zhì)粘土巖、鐵質(zhì)粘土巖或粘土巖的，占71.5%；底板為山西式鐵礦的，占9.5%；底板直接為灰?guī)r的，占2%。

6 礦床成因及找礦標志

（1）礦床成因。礦區(qū)位于霍山古島東南緣的沁源盆地，鋁土礦成礦物質(zhì)來源于基底碳酸鹽巖的古風化殼以及霍山古島的古老結(jié)晶巖石風化產(chǎn)物的補充。加里東運動使整個華北地區(qū)抬升，經(jīng)受長期風化剝蝕形成準平原化地形，為鋁土礦的形成準備了充足的陸源碎屑，同時奧陶系碳酸鹽巖經(jīng)受長期的風化作用，形成鈣紅土型風化殼，至本溪期地殼開始緩慢下降，發(fā)生海侵，海侵方向北東-北北東，風化殼遭到破壞，而在地勢平緩及盆地低凹處部分風化殼殘留形成風化殼型鋁土礦。隨著古風化殼由近及遠的遭到破壞，位于海侵邊部的古風化以鐵質(zhì)為主的上部物質(zhì)首先被搬運至近海盆地中接受沉積，形成山西式鐵礦或鐵質(zhì)粘土巖，表現(xiàn)為巖礦石物質(zhì)成分不均勻，呈團塊狀，無層理，厚度變化大的特點，然后在合適的沉積環(huán)境和沉積介質(zhì)中風化殼中以鋁質(zhì)為主的物質(zhì)被碎解、搬運、再沉積，形成鋁土礦，隨著鐵鋁質(zhì)的沉積，風化殼中的硅質(zhì)也經(jīng)碎解、搬運、沉積形成粘土巖及硬質(zhì)耐火粘土礦，從而形成了自下至上的鐵-鋁-硅垂直層序。礦區(qū)鋁土礦應(yīng)屬陸表海條件下的瀉湖-淺海相沉積型鋁土礦。

（2）找礦標志。①礦區(qū)經(jīng)受強烈剝蝕，較大溝谷中均有奧陶灰?guī)r出露，而灰?guī)r侵蝕面上即為鋁土礦的賦礦層位，因此也是鋁土礦的找礦標志。②區(qū)內(nèi)曾有廣泛的山西式鐵礦民采活動，其采礦遺跡很易尋找，山西式鐵礦之上即為鋁土礦層位，因此也可做為找礦標志。③鋁土礦受基底地貌影響較大，在本溪組沉積較厚，古侵蝕面相對低凹處，有望找到質(zhì)量好的大型礦床。

本文是在石國冬工程師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。