河南省偃龙煤田深部铝土矿地质特征及成矿预测

2015-12-17陈永才李书文周红春马德旺

西部探矿工程 2015年10期

关键词：岩系本溪铝土矿

陈永才，李书文，周红春，马德旺

(河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院，河南郑州450001)

河南省偃龙煤田深部铝土矿地质特征及成矿预测

陈永才*，李书文，周红春，马德旺

(河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院，河南郑州450001)

偃龙煤田深部铝土矿位于河南省主要富铝(粘)土矿成矿带之一嵩箕铝土矿成矿亚区冯庄—龙门铝土矿成矿带，为新发现的一处大型隐伏铝土矿床。通过对研究区含矿岩系特征、矿体特征、矿石质量特征、矿石类型及品级等分析研究，分析其控矿因素，确定成矿主要因素，进行深部成矿预测分区。对下步深部找矿具有指导意义。

偃龙；铝土矿；矿床地质特征；控矿因素；成矿预测分区

1 概述

在华北地台南缘的三门峡—焦作—郑州—平顶山之间约2×104km2的三角地带中，广泛分布着上石炭统滨海—泻湖—沼泽相含铝岩系[1-2]。对铝土矿的成矿条件十分有利。偃龙煤田深部铝土矿即位于其中的嵩箕铝土矿成矿亚区冯庄-龙门铝土矿带。区内铝土矿和煤炭资源丰富。铝土矿矿体连续性较好，厚度大、品位高，是河南省主要的富铝土矿成矿带之一。目前，矿区外围发现的主要有夹沟、孙坡—管茅、焦村、府店等铝土矿区[3]。

2 矿区地质概况

矿区大地构造位置位于华北陆块南部，河南省西部洛阳盆地的东南侧，属于嵩箕断隆上嵩山背斜北翼，地层属华北地层区豫西地层分区嵩山地层小区，区内南部有少量寒武系馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组、三山子组灰岩、白云岩出露，东部出露二叠系和三叠系地层，西部新近系中新统洛阳组零星出露，奥陶系、石炭系地层区内无出露，大面积被第四系坡积物、Ⅱ级阶地冲洪积物覆盖。

区内地层受嵩山背斜控制，总体为一向北倾斜的舒缓单斜构造，构造线近东西向展布，地层产状倾向350°～20°，倾角12°～23°，岩溶漏斗中本溪组下部地层倾角可达30°～50°。构造表现形式以断裂作用为主，褶皱作用次之。区内岩浆活动较弱，局部有岩脉侵入。

3 矿床地质特征

3.1 含铝岩系地质特征

据钻孔资料分析：区内含铝岩系形态大体上为层状，局部呈似层状或连续的透镜状，与下伏古岩溶侵蚀面有密切关系，往往在古岩溶坑凹处形成厚度较大的透镜体，而古岩溶坑凹中心向外逐渐变薄，含本溪组矿岩系分层结构明显，为一套铁铝岩层，铝土矿赋存于含矿岩系的中上部，其上下均为粘土岩，含铁岩石位于下部，与下伏奥陶系平行不整合接触，与上覆太原组整合接触，厚0.5～60m，平均厚约15.18m，由下而上分为5层：

（1）铁质粘土岩：为黄铁矿化粘土岩，透镜状、似层状铁矿，有时呈豆鲕状结构；厚0.12～19.57m。

（2）杂色页岩、粘土岩：上部为含铁粘土岩、铁质粘土岩、局部夹铁矾土矿，下部常有薄层灰色粘土岩、底部有时有炭质页岩，厚0.24～26.75m。

（3）浅灰色薄层状铝土岩：泥状结构，微具页理构造，为粘土矿的主要层位，厚0.30～17.92m。

（4）灰色深灰色厚层状铝土矿：具豆鲕状、碎屑状结构、凝聚结构，块状构造，部分为土状构造、多孔状构造和蜂窝状构造。为主矿层。大部为1层矿。有时有薄的夹层，分为2～3层。厚0.10～44.86m。

（5）深灰色薄层状粘土岩（或铝土岩）及含铁粘土岩：为粘土矿主要层位之一，局部可达铝土矿的工业品位，厚0.15～13.08m。

3.2 铝土矿矿体特征

3.2.1 矿体形态、产状和规模

本区铝土矿成因类型为沉积型，铝土矿赋存于本溪组的中上部。全区初步圈出铝土矿矿体9个。其中贾庄坡—焦村—府店矿段Ⅰ、Ⅱ号铝土矿体规模较大，品位较高（表1）。

表1 偃龙煤田深部铝土矿矿体特征一览表

矿体呈层状、似层状，局部为透镜状、溶斗状及不规则状。矿体形态严格受基底古岩溶地形的控制，古地形平坦处，矿体呈似层状；古地形低洼或溶斗时，矿体为透镜状或溶斗状。矿体长一般700～8800m，夹沟矿段厚大的熔斗状和透镜状矿体之间由薄矿体相连，构成大型综合矿体，长度可达8800m，厚0.5～57.95m，一般1～10m。产状平缓，一般倾角10°～20°。但由于古岩溶地形的控制，不同的矿体产状有所差异，同一矿体的不同部位产状也不一致。在岩溶漏斗中矿体由四周向中间倾斜,本溪组下部地层倾角可达30°～50°。总的规律是矿体底板产状变化较大，顶板比较稳定。矿体直接底板为粘土岩（矿）、铁质粘土岩，间接底板为马家沟组灰岩。

区内铝土矿在垂向上具有明显的3层结构（图1）。下部为灰黑色致密状铝土质泥岩，块状构造，上部见有与纹层平行排列的碎屑层，碎屑呈棱角状，一般在1cm以下，成分单一，含有较多的团块状、星点状和条带状黄铁矿，与中部豆鲕（碎屑）状铝土矿层多呈截然的接触关系。中部主要为灰色豆鲕状和碎屑状铝土矿，豆粒和鲕粒多为圆状和椭圆状，粒径一般在2～4cm之间，鲕粒粒径小于2mm，多数豆鲕粒圈层构造明显，该层黄铁矿化较为强烈，尤其是下部，黄铁矿局部交代豆鲕和碎屑，与下部铝土质泥岩呈截然接触关系，向上与上部铝土质泥岩往往呈逐渐过渡关系。

图1 偃龙煤田深部铝土矿ZK4704钻孔本溪组柱状图

3.2.2 矿石质量特征

区内铝土矿矿石呈灰黑色、深灰色，以豆鲕状和致密状结构为主，次为碎屑状结构，以块状构造和致密状构造为主，次为层理构造。

矿石的矿物成分：铝土矿石中所见主要矿物大致分为铝矿物、粘土矿物和钛矿物3类，中部豆鲕（碎屑）状铝（粘）土矿较有代表性。

主要矿物为一水硬铝石，含量45%～95%；其次为水云母、叶腊石（含量5%～25%）、高岭石（5%～25%），蒙脱石（少量）、绿泥石（0～30%）、褐铁矿（5%～25%）等，有时见石英、方解石、钠长石、赤铁矿、黄铁矿、蛭石；微量矿物有金红石、电气石、锐钛矿、板钛矿、白钛矿、磁铁矿、磷灰石、锆石、榍石、绿帘石、三水铝石及炭质等。

矿石的化学成分

矿石的化学组分主要有Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S，次为GaO、MgO、K2O、Na2O、、P2O5以及伴生有意组分Ga和Li等。主要矿石化学成分特征见表3。

表2 偃龙煤田深部铝土矿矿石主要化学成分特征一览表

矿石的结构构造：矿石结构以豆鲕状结构和致密块状为主，次为碎屑状，偶见蜂窝状结构；矿石构造有块状构造、致密状构造、层理构造。

矿石类型和品级：区内铝土矿按矿物成分划分主要为一水硬铝石型、高岭石一水硬铝石型、黄铁矿一水硬铝石型、菱铁矿一水硬铝石型4类。按矿石的结构均可划分主要为泥晶铝土矿（致密状矿石）、豆鲕状铝土矿、碎屑铝土矿（砂屑状、砾屑状），其次为多孔状矿石、土状矿石等。

3.2.3 矿体围岩与夹石

顶底板围岩与夹石为粘土岩（矿）和铝土岩，一般与矿体呈渐变关系。矿体内部结构较简单，夹石及分叉现象不发育。一般为一层矿，少数矿层中有夹石，分为二层矿，但夹石一般厚度不大。矿体在平面上局部有无矿天窗出现,总体矿体连接性较好,内部结构简单。

4 控矿因素

4.1 长期的沉积间断是控制铝土矿成矿的主要因素

本区铝土矿含矿岩系赋存在奥陶系碳酸盐岩的不整合面上,严格受沉积间断面的控制。受加里东运动的影响,本区自中奥陶世末上升为陆地,至上石炭世重新下降，长期的沉积间断,在空间、时间上创造了良好的成矿条件。长期隆起的基底碳酸盐岩及近古陆的硅酸盐岩,在适宜气候条件下,受到强烈的风化剥蚀,为铝土矿形成提供了丰富的成矿物质,长期的沉积间断所形成的古地形,为铝土矿积聚创造了有利的场所。

4.2 古气候对成矿的作用

气候条件对铝土矿形成有明显的控制作用。据古地磁资料显示，古生代豫西地区处于北纬12.9°～27.6°,属热带—亚热带地区。多雨湿热的古气候有利于硅酸盐岩风化和成矿物质的搬运。

4.3 古构造对成矿的作用

成矿前的古构造与上石炭统含矿岩系的沉积区分布有着极为密切的成因联系。加里东运动以来长期的地壳上升和相对稳定的构造环境,使下古生界的碳酸盐岩遭受漫长的侵蚀风化作用,形成的古风化壳为铝土矿提供了丰富的物质来源和有利的准平原地貌条件；长期南北向挤压应力导致隆起区和坳陷呈大致东西向分布的规律,控制了含矿岩系和矿带的分布。

4.4 古地理对成矿的作用

本区铝土矿床位于位于嵩山古侵蚀平原北缘的偃师盆地的南部山前凹地。由于铝土矿呈碎屑方式搬运,搬运距离不会太远,只有呈悬浮状态搬运的细粒黏土物质才可以搬运得较远,从而造成沿着矿层的倾向,无论是厚度或品位均有变薄、变贫的趋势,甚至矿体完全尖灭。

4.5 成矿后期风化淋滤的富集作用

铝土矿床形成以后,尤其是铝土矿在地表或浅部经受风化作用和地表水、地下水的淋滤作用,使原生矿石中的CaO、SiO2、Fe2O3、S不同程度地被带走,从而使Al2O3富集、矿石的品级得到提高。

5 成矿预测

5.1 成矿预测的原则

本次工作根据128个钻孔A/S与本溪组厚度的相关性分析（图3），铝土矿的厚度、品位与含矿岩系的厚度呈正相关关系,即含矿岩系的厚度大,矿石的品位亦较高,反之亦然。当含矿岩系厚度小于5.0m时,一般难以形成工业矿体。当本溪组厚度大约小于10m时，A/S值小于边界品位1.8。所以，完全可以根据本溪组的厚度对铝土矿进行成矿预测。

图2 偃龙煤田深部铝土矿本溪组厚度与A/S相关关系图

5.2 成矿预测分区

首先统计已经施工的128个钻孔的本溪组厚度，绘制该区本溪组厚度等值线图。在本溪组厚度等值线图基础上，针对本溪组厚度大于10m的区域进行划分，共预测了6个铝土矿有利分布区，面积45.08km2（图3）。一、二、三、五号预测区显示了良好的北东向展布特点。六号预测区具有近北西向展布的特点。总体上，预测区的分布和展布与近东西向最大主应力所导致的北西向和北东向节理构造有关。各预测区特征见表3。