山西省孝義市響義礦區(qū)鋁土礦礦床地質特征及成因分析

侯夢懷，劉雪嬌

（1.山西省第三地質工程勘察院，山西 晉中 030620；2.山西省地震局，山西 太原 030021；3.太原大裂谷動力學國家野外觀測研究站，山西 太原 030025）

1 區(qū)域地質特征

研究區(qū)位于孝義市范圍內河東煤田中部東緣，屬呂梁山系，為典型的黃土高原地貌，地形切割較強烈，地勢總體呈北西高南東低特征。

區(qū)內地層為沉積巖，巖性單一，以半堅硬巖類為主。呈現南東向傾斜的單斜構造，地層傾角在5°～12°之間，多發(fā)育波浪式平緩褶曲[1]。

2 礦區(qū)地質特征

2.1 地層

2.1.1 奧陶系中統峰峰組（O2f）

上段僅在礦區(qū)北部溝谷及山坡上出露,為一套巖性單一而穩(wěn)定的灰黑、灰色厚-巨厚層質純石灰?guī)r,其出露厚度最厚約80m。

下段普遍出露于各溝谷中,以深灰色厚層狀石灰?guī)r、灰白色、黃綠色泥灰?guī)r夾石膏脈及白云巖組成。出露厚度一般10m～20m，最厚約50m[1，2]。

2.1.2 石炭系中統本溪組（C2b）

是賦礦層位，與下伏地層平行不整合接觸。本組分為兩段，下段(C2b1)地層為含礦段，平均厚度6.76m，巖（礦）層由下至上分別為山西式鐵礦、鐵質粘土巖、鋁土礦、硬質耐火粘土礦、粘土巖，其顏色變化由褐色逐漸過渡為灰白色。上段(C2b2)地層底部以一層不穩(wěn)定的黑灰色石灰?guī)r（多相變?yōu)榛野咨皫r）與下段分界，厚3.27m～18.94m，平均厚度10.09m。

2.1.3 石炭系上統太原組（C3t）

與下伏地層整合接觸。底部為一層中-粗粒砂巖，以其為界分割該組地層與本溪組地層。該組地層分為上下兩段，受剝蝕作用影響，礦區(qū)內出露不全。下段(C3t1)地層平均厚33.84m，主要由灰黑、灰白色砂巖、砂質泥巖、煤、粘土巖、石灰?guī)r組成。上段(C3t2)地層出露不全，平均厚45.83m，巖性為灰色泥巖、石灰?guī)r。

2.1.4 第四系中上更新統（Q2+3）

覆蓋全區(qū)80%以上，由黃色亞砂土、砂土組成，局部可見松散的礫石層，厚4.80m～72.71m。

2.1.5 第四系全新統(Q4)

分布于溝谷底部,巖層為礫石砂土，厚0m～10m。

2.2 構造

對于呂梁復背斜的東翼而言，該礦區(qū)位于單斜構造的翼部之上，區(qū)內無大的構造，僅見有角度平緩呈波浪式起伏的小型褶曲，其規(guī)模很小，分布在全礦區(qū)且數量較多，地層總體傾向SE，傾角在2°～15°之間。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

鋁土礦賦存于石炭系中統本溪組下段中下部、奧陶系中統峰峰組灰?guī)r侵蝕面之上，礦體呈層狀、似層狀產出[2，3]，礦層傾角2°～15°，平均為7°；受成礦條件影響，礦體邊界呈不規(guī)則狀。區(qū)內發(fā)育鋁土礦礦體13個，礦體厚度為0.50m～7.87m，平均厚度1.91m，其中Ⅲ、Ⅴ號礦體為該區(qū)主礦體。

Ⅲ號礦體位于礦區(qū)西部偏北，平面呈不規(guī)則狀；礦體南北長1135m～1465m，東西寬537m～1180m，礦體面積0.89km2；礦體厚度0.54m～6.15m，平均厚度2.31m，礦體內有沉積無礦天窗2個，面含礦系數89.84%；夾石工程率32.11%，夾石厚度0.50m～1.90m，平均0.93m。

Ⅴ號礦體位于礦區(qū)東部，平面呈不規(guī)則狀；礦體南北長3338m～5739m，東西寬2737m～348m，礦體面積5.52km2；礦體厚度0.52m～6.61m，平均厚度1.99m，礦體內沉積無礦天窗9個，剝蝕無礦天窗1個，面含礦系數95.88%；夾石工程率22.03%，夾石厚度0.50m～1.61m，平均0.89m。

3.2 礦石質量

礦石成分。礦石礦物主要為一水硬鋁石和高嶺石，副礦物有赤鐵礦、褐鐵礦和針鐵礦[3，4]。

據基本分析結果，礦石主要化學成分及含量為Al2O3：40.06%～79.92%，平均64.48%、SiO2：0.58%～28.08%，平 均12.28%、Fe2O3：0.32%～41.31%，平 均4.81%、TiO2：0.75%～7.00%，平均2.43%，以上四種總和大于礦石化學成分總量的84%。

3.3 礦石類型和品級

據《鋁土礦、冶鎂菱鎂礦地質勘查規(guī)范》(DZ/T0202-2002)附錄B鋁土礦石品級標準(GB3497-83)[5]，全區(qū)單工程鋁土礦礦石中Fe2O3含量最小0.32%，最大41.31%，全區(qū)平均含量4.81%，礦石中S含量最小0.007%，最大0.172%，平均含量0.039%，礦區(qū)鋁土礦工業(yè)類型屬含鐵低硫型鋁土礦，全區(qū)單工程鋁土礦礦石中Al2O3品位最小40.06%，最大79.92%，全區(qū)平均64.48%；單工程A/S最小2.60，最大135.84，全區(qū)平均5.25，礦石品級為Ⅳ級[1]。

3.4 圍巖及夾石

區(qū)內鋁土礦礦體圍巖、夾石的礦物成分其頂板為硬質耐火粘土礦、粘土巖，主要礦物成分為高嶺石、其次為一水硬鋁石、伊利石等；鐵質粘土巖由高嶺石、一水硬鋁石、赤褐鐵礦不同比例混合，有時含部分伊利石；底板為山西式鐵礦為赤鐵礦、褐鐵礦，部分為菱鐵礦[6]。頂板、夾石、底板各類巖(礦)石主要化學成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3和TiO2，其化學特征表現為鋁含量低、硅含量高、鋁硅比低。

4 礦床成因

據前人研究得知，由于加里東運動影響使得華北地區(qū)整體抬升，在經受長期風化作用的影響下，區(qū)域內的早古生代碳酸鹽巖和前震旦紀古老變質巖普遍發(fā)生紅土化，進而形成了大面積的風化殼，為鋁土礦成礦提供了物質來源。直到本溪期地殼逐漸下降，繼而發(fā)生了海侵，破壞了大部分前期形成的風化殼，鋁土礦、鐵質粘土巖和山西式鐵礦位于侵蝕面上，不具沉積特征，反而呈現出不規(guī)則漸變過渡的風化殼特征，海侵的發(fā)生為鋁土礦成礦物質的搬運、沉積提供了有利條件[2，6]。

礦區(qū)在晚石炭世巖相古地理環(huán)境為泄湖相區(qū)靠近硅酸鹽臺地的邊緣地帶，是沉積鋁土礦的有利場所。隨著海水對陸地的侵進，在臺地邊緣洼地形成了垂向上底部為鐵質層(鐵礦和鐵質粘土巖)，中部為鋁土礦層，頂部為硅質較多的粘土巖(礦)及硬質耐火粘土礦的成礦沉積序列。沉積期前古地貌直接影響了該區(qū)鋁土礦層的沉積厚度，表現為在相對低洼處厚度較大，而相對較高的地方厚度較小的特征，說明鋁土礦層厚度與含礦段厚度呈正相關的關系。

綜上所述，本區(qū)礦床成因主要是古風化殼上的富含鋁質的物質在經歷海侵的過程中被古陸上的地表水，以膠體的方式搬運到盆地斜坡地段堆積成鋁土礦。