河南省渑池县曹窑超大型铝土矿矿床地质特征研究

刘国明 袁树森 程广国

河南省有色金属地质矿产局第七地质大队,河南 郑州 450016

河南省渑池县曹窑超大型铝土矿矿床地质特征研究

刘国明 袁树森 程广国

河南省有色金属地质矿产局第七地质大队,河南 郑州 450016

曹窑特大型铝土矿其单一矿体储量巨大，均达中型规模以上。矿体厚度较稳定，矿体形态呈似层状、透镜（洼斗）状，以及两者的复合形态，矿体连续性较好，大部分矿体内仅有一到两处天窗出现，矿体内部多有夹层出现，反映成矿过程中的沉积环境的变化；矿体厚度变化较大，矿体品位总体上讲浅部矿体品质较好。矿石的Al2O3浅部矿体较高，深部有变小的趋势；其含量与矿体厚度相关性不大；沿矿体走向上变化不大，沿倾向变化较大。SiO2变化特征与Al2O3相反。浅部S含量较低，向深部S含量增加较快。通过曹窑特大型铝土矿床的勘查对现阶段正在进行的煤下铝勘查具有重要指导意义:煤下铝勘查应首先对前期因埋藏较深而未完全控制的矿体进行工作，由已知到未知，实现找大矿的目标。

曹窑；铝土矿；特大型矿床

河南省曹窑地区在1969年至2007年近四十年来，先后发现并勘查了曹窑、贾家洼西及曹窑深部煤下铝土矿区，其中曹窑煤矿深部为曹窑、贾家洼西这两个矿区矿体的深部延伸（见图1），曹窑铝土矿区1968—1969勘查，批准的资源储量为:2437万吨，贾家洼西铝土矿区1984—1986勘查，批准资源储量1050万吨，曹窑深部煤下铝土矿区2005—2007年勘查，批准资源储量6655万吨，另有预测的（334）？资源量6100万吨，这几个矿区在40年间累计批准铝土矿资源储量:10142万吨，另预测深部仍有（334）？资源量6100万吨，达到超大型规模。因此有必要对该超大型铝土矿矿床地质特征进行研究以指导现阶段进行的煤下铝勘查工作。

1 区域地质特征

曹窑矿区大地构造位置属华北板块南部，三门峡—鲁山断裂带西段北侧。区内陕县、渑池和新安县分布着多个已探明大而富的铝（粘）土矿床，称为陕—渑—新铝（粘）土矿带。依据断裂和褶皱构造可将该铝（粘）土矿带划为三个亚带:七里沟—焦地铝（粘）土矿亚带，杜家沟—郁山铝（粘）土矿亚带，张窑院—下冶铝（粘）土矿亚带。曹窑超大型铝土矿区位于杜家沟—郁山铝（粘）土矿带的中偏西部（见图2）。

区域地层属华北地层区。从老至新分别为中元古界长城系熊耳群、蓟县系汝阳群、洛峪群；古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系；中生界三叠系、侏罗系、白垩系；新生界古近系、新近系、第四系。该区沉积地层发育、厚度巨大，累计厚度达10000多米。从汝阳群的陆相碎屑岩到寒武系、奥陶系的海相碳酸盐岩，从上石炭统的海陆交互相的铝铁质岩系、碳酸盐岩、含煤岩系到二叠系、三叠系、侏罗系及白垩系的陆相碎屑岩，体现了两次较大的沉积旋回，形成了不同成因的多种不同岩石类型。

图1 河南省渑池县曹窑超大型铝土矿矿体分布图

区域构造由“北段村穹隆”、“陕县断陷盆地”、“渑池向斜盆地”及“新安向斜盆地”分别由北东向、北西向和近东西向三组交错的扇形地垒拱断而成，形成了以扣门山断层和龙潭沟断层为界的三大地垒式扇形断块，对铝土矿床的展布起着重要的控制作用。曹窑铝土矿便是处于渑池向斜的北翼。

本区岩浆活动微弱，岩浆岩体地表出露面积很小，且分布零星。除中元古界熊耳群广泛分布有中基性火山岩外，在北部和南部有少量的燕山期石英斑岩侵入中上元古界地层中，在北部有零星的燕山期花岗斑岩、闪长玢岩侵入石炭系地层中。南部还有煌斑岩脉穿插。

2 矿床地质特征

矿区大致呈长条状，北东东向长约10千米，北北西向宽约2～4.0千米。铝土矿的含矿岩系及矿体露头分布在转沟、杨树沟、曹窑、贯沟、贾家洼一带，曹窑煤矿深部铝土矿区内没有含矿岩系露头，曹窑煤矿区深部的铝土矿，实为曹窑铝矿区向南东方深部的自然延深。矿区地表大面积分布着第四系黄土层及新近系砾岩。其下，石炭二叠系各组呈现向南东缓倾斜的单斜层。

2.1 含矿岩系

铝土矿赋存于石炭统本溪组（C2b）中，本溪组又称之为含矿岩系，自下而上分为三个岩性段:

下段（C2b1）:为铁质黏土岩，颜色为灰白、紫红色，豆鲕状、碎屑状结构，块状、斑点构造。岩石铁质含量由上而下逐渐增多。中、上部一般夹有铝土（粘）矿透镜体；下部一般含团块状、鲕状赤铁矿或菱铁矿、黄铁矿，在个别地段富集成铁矿体或硫铁矿体。矿区内本层厚度在0m～20.85m之间，一般厚度为1.50m～6.00m，平均厚度5.36m。

中段（C2b2）:主要由铝土矿、高铝粘土矿、硬质粘土矿、铝质黏土岩及铁质黏土岩组成，岩矿石一般呈现灰、灰绿、深灰、黄褐及红赭等色，微粒状、豆鲕状、豆状、碎屑状等结构，块状、多孔状构造。局部地段见夹有菱铁矿。部分地段夹1～3层铁质黏土岩或粘土矿。本层厚度在0～23.89m之间，一般厚度1.00m～6.00m，平均厚度5.66m。

上段（C2b3）:岩性为粘土质页岩，颜色为灰、灰白或黄褐色，底部一般夹炭质页岩或煤线，局部见粘土矿。本层厚度在0m～16.76m之间，一般厚度0.50m～3.00m，平均厚度1.94m。

2.2 构造

本区处于渑池倾伏向斜的北翼。渑池向斜轴线近东西向，南翼遭到三门峡-鲁山大断裂破坏。而北翼呈现出向北突出的弧形，地层走向由西部的NEE向往东转为SEE。矿区正处在北突弧顶的西侧。岩层呈现单斜构造，走向60°～70°，平均68°，倾向SE，倾角5°～30°。

区内主要以断裂构造为主，无大的褶皱出现。全区共发现断层48条，其中18条是煤矿勘查及井巷揭露发现，分布于矿区北部及东西两端；有30条处于三维勘查区内，主要由地震剖面控制，分布范围很小，局限于矿区南部，不在铝土矿勘查工程控制区内。

所有48条断支全部为高角度正断层。根据断层落差划分:落差＞100m的断层2条；50m～100m的断层3条；20m～50m的断层8条；10m～20m的断层15条，5m～10m的断层15条，＜5m的断层5条。

按断层走向落差大于10m的28条断层可分为3组:NE向17条，NW向9条，SN向2条。

F15大坡根断层落差180m～250m为矿区西界线，该断层将煤矿、铝土矿错断，对矿体具有破坏作用。

2.3 岩浆岩

矿区内没有发现岩浆岩。

3 矿体地质特征

曹窑矿区大致呈北东东向长条状延伸，长约10km，北北西向宽约2km～3km。铝土矿含矿岩系、矿体露头都分布在矿区北部地区，地表被大面积第四系黄土层及新近系砾岩覆盖，曹窑深部所有铝粘土矿体都属于隐伏矿体，为曹窑铝矿和贾家洼铝矿向南东方深部的自然延伸。地层呈单斜产出，倾向南东，倾角平缓，平均15°左右。根据目前工程控制程度，矿区内共圈出近20个铝土矿矿体。其中曹窑转沟矿体与曹窑深部Ⅰ号矿体、贾家洼西矿体与曹窑深部Ⅱ号矿体实为一个矿体，仅因勘查时间不同而人为的分开。另外曹窑深部Ⅶ—ⅩⅢ号矿体位于在矿区深部，由单孔圈出，仅因工程控制程度达不到（333）网度，这些矿体可能与上部的矿体仍为一个矿体。矿体总体走向北东东，倾向南东，倾角15°左右，与地层倾向基本一致。

矿体形态:从空间上看，本区铝土矿矿体形态在横剖面上呈似层状、透镜（洼斗）状，以及两者的复合形态。其中透镜状矿体常处于底盘碳酸盐岩的古溶斗中，因其厚度大，矿石质量较好，在铝土矿勘查中历来受重视。从平面上来看，近露头矿体形态常呈港湾状，形态不规则，而中深部的矿体形态常较规整。如转沟、杨树沟、贯沟、贾家洼西四个矿体其露头边界均为不规则港湾状，反映的是成矿后剥蚀所成。而曹窑深部的几个矿体均较规整。

经纵、横勘探线对比，本区铝土矿体基本上处于同一含矿层内（C2b2），仅在曹窑深部ZK110111孔内发现了C2b1中的小矿体。

矿体产状:矿体产状与含矿岩系基本—致。倾向110°～180°，倾角10°～30°，一般10°～20°，平均15°左右。在矿体边部及厚大漏斗部位矿体倾角变陡。

矿体结构:本区矿体连续性较好，大部分矿体内仅有一道天窗出现，如:转沟矿体、杨树沟矿体、贾家洼西矿体、曹窑深部Ⅰ、Ⅱ号矿体；个别有两处天窗如贯沟矿体。矿体内天窗面积均不太大，一般来看浅部矿体天窗面积要大于深部矿体，这些天窗均为沉积无矿。

矿体夹层情况:矿体内部多有夹层出现。据统计有夹层工程占矿体见矿工程的30%。大部分工程内所见夹层为一层，少数为二至三层，反映成矿过程中的沉积环境的变化。

矿体厚度:矿体厚度变化较大，由0.35～30.47米，一般2.5～9米，平均5.74米。矿区内矿体出现多处厚大部位:如Z854附近，单工程厚度达30.47米；Z356孔周围，厚达22.27米；ZK16—孔353一带，厚达27.82米；Z791—Z795一带，厚达19.83米；ZK6247厚达17.86米，ZK34251厚达16.96米等。这些地段矿体多呈透镜状，长轴为南南西—北北东向。总体上来讲，沿矿体倾向，矿体厚度有变薄的趋势，但也有反复。如在横24线单工程平均值7.01米，横55线平均6.5米，横59线为2.9米，横71线为5.1米，横111线2.49米。

矿体品位情况:总体上讲浅部矿体品质较好，Al2O3含量较高、S、SiO2较低。向深部Al2O3含量较低、S、SiO2较高。但也有例外的情况。如曹窑深部的ZK174111孔见矿厚1.03m，A/S18.3。

矿体埋深:矿体埋藏深度0～686.00m。

矿体资源储量:单矿体资源储量均较大，单矿体资源储量大于500万吨的有6个，如:贯沟矿体763万吨，转沟矿体至曹窑深部Ⅰ号矿体3551万吨，贾家洼西矿体—曹窑深部Ⅱ号矿体:3759万吨。曹窑深部Ⅲ号矿体:513.07万吨。这6个矿体占全区总资源储量的85%。

4 矿石质量

4.1 矿物成分

矿石的主要矿物成分仅见一水硬铝石（含量50%～90%），常成显微粒状，粒径0.01mm左右，其集合体常成鲕粒、豆粒、凝块状或内碎屑。有少量一水硬铝石呈板状晶体存在于鲕粒内部或裂隙空洞中。

矿石的次要矿物成分有高岭石（含量少于20%）、水云母（含量少于10%），通常呈显微鳞片状分布在一水硬铝石的空隙中，或与一水硬铝石一起构成豆鲕同心层，局部含量可达到主要矿物水平。

矿石的少量矿物:蒙脱石(少于2%)、针铁矿(少于0.5%)、菱铁矿(少于5%)、黄铁矿(少于0.5%)、赤铁矿(少于0.5%)以及其他黏土矿物。

4.2 矿石的结构与构造

矿石结构、构造具有多样性。本区矿石结构主要有:粒状、鲕状、豆状、碎屑状及其过度混合型结构。

矿石的构造主要有:致密块状、土状构造（亦称“粗糙”状构造）、层纹状、多孔状构造等。

矿石构造具有一定分布的分布特征:其中致密块状构造及层纹状构造矿石一般分布于铝土矿体的顶部，少量分布于底部。这种构造矿石一般含高岭石、水云母等黏土类矿物较多，多为贫矿。土状构造也称“粗糙”状构造，这类矿石品位一般较高，常分布于矿体的中间部位，是极其重要的富铝型矿石，民间称其为“怵体矿”。多孔状矿石多为豆鲕状结构，矿石中豆鲕风化流失而成，常分布在矿体的下部或边部，其矿石品位相对也较高。

4.3 矿石化学成分

矿石的主要化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S、Loss等。根据全区1052件基本分析样品进行统计，各化学成分的最大值、最小值、算术平均值、变化系统见表1。

表1 曹窑矿区化学成分特征一览表

矿石主要化学成分之间的相关分析见表2。通过对上表及各矿体主要化学成分的分析主要化学成分变化特征如下:

Al2O3变化特征:

表2 曹窑矿区化学成分相关系数表

1）浅部矿体的Al2O3平均含量较高，深部矿体的Al2O3含量有变小的趋势。如浅部的转沟矿体Al2O3平均含量:72.27%，贯沟矿体Al2O3平均含量72.32%，贾家洼西矿体Al2O3平均含量66.42%，而深部Ⅰ矿体Al2O3平均含量60.96%，深部Ⅱ矿体Al2O3平均含量58.98%。

2）与矿体厚度相关性不大（即并非厚大矿体Al2O3含量就高）。

3）沿矿体走向上变化不大，沿倾向变化较大。

SiO2变化特征:

SiO2含量最低1.09%，最高26.52%，算术平均12.98%。品位变化系数46.3%。

SiO2变化特征与Al2O3相反即:浅部SiO2含量较低，向深部含量较高；与矿体厚度呈负相关关系；沿矿体走向上变化不大，沿倾向变化较大。

S含量区间0.01%～7.48%，算术平均1.03%。品位变化系数110.0%。从 S的含量分布看，低硫（S＜0.3）的样品数占27%，中硫（S0.3～0.8）的样品数占32 %，高硫（S＞0.8）的样品数占41%。表明本区矿石中硫含量比露头矿确实偏高，但是低硫矿与中硫矿样品数之和仍占59%。

S的变化特征:浅部S含量较低，向深部S含量增加较快。如:浅部的转沟矿体S平均含量0.14%、杨树沟矿体S平均含量0.08%、贯沟矿体S 平均含量0.111%，贾家洼西矿体S 平均含量0.130%，而深部的Ⅰ号矿体S 平均含量0.93%、Ⅱ号矿体S 平均含量1.32%。

A/S单样最低值2.1，最高为71.2，算术平均8.5。A/S变化系数207.5 %。A/S的分布极不均匀。

在曹窑深部铝土矿区A/S＜3.8的样品中，有26个样品Al2O3＞60%。这26个样品的品位特征是:Al2O360.03%～65.99%，平均61.66%，SiO29.40%～19.86%，平均17.76%，Fe2O30.61%～6.20%，平均2.00%，A/S3.1～3.7平均3.5；在曹窑深部铝土矿区A/S＞3.8的样品中，有20个样品Al2O3＜55%。这20个样品的品位特征是:Al2O343.49%～54.29%，平均48.91%，SiO23.57%～13.81%，平均9.80%，Fe2O34.01%～25.07%，平均16.85%，A/S3.9～13.3，平均5.0。这说明:尽管铝土矿矿石中Al2O3、SiO2、Fe2O3的合量约为80%，但三者的分配比例并不固定，高铁、低硅、则高A/S，高铝、高硅、则低A/S。A/S高，不一定Al2O3含量高，Al2O3含量高，不一定A/S高。如果把上述26个A/S＜3.8、Al2O3＞60%的样品和20个A/S＞3.8、Al2O3＜55%的样品进行组合计算，则Al2O343.49～65.99%，平均56.11%，SiO23.57%～19.86%，平均14.30%，Fe2O30.61%～25.07%，平均8.46%，A/S3.1—13.3平均3.9。组合后成了符合要求的工业矿石。

5 结语

1）曹窑特大型铝土矿其单一矿体储量巨大，单个主要矿体均达中型规模以上。矿体厚度较稳定，是形成特大型矿床的基本特征之一。

2）矿体形态在空间上看，为在厚度一至数米的似层状矿体背景上，不等距地嵌布着厚度大于9余米的溶斗状矿体的复合形态。在横剖面上呈似层状、透镜（洼斗）状，以及两者的复合形态。矿体连续性较好，大部分矿体内仅有一到天窗出现；矿体内部多有夹层出现，反映成矿过程中的沉积环境的变化；矿体厚度变化较大，总体上来讲，沿矿体倾向，矿体厚度有变薄的趋势，但也有反复；矿体品位总体上讲浅部矿体品质较好，Al2O3含量较高、S、SiO2较低。向深部Al2O3含量较低、S、SiO2较高。

3）矿石的主要化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S、Loss等。Al2O3具有浅部矿体平均含量较高，深部矿体有变小的趋势；其含量与矿体厚度相关性不大；沿矿体走向上变化不大，沿倾向变化较大的特征。

SiO2变化特征与Al2O3相反，即浅部含量较低，向深部含量较高；与矿体厚度呈负相关关系；沿矿体走向上变化不大，沿倾向变化较大。

浅部S含量较低，向深部S含量增加较快。

4）通过曹窑特大型铝土矿床的勘查对现阶段正在进行的煤下铝勘查具有重要指导意义:煤下铝勘查应首先对前期因埋藏较深而未完全控制的矿体进行工作，由已知到未知，实现找大矿的目标。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.21.004