豫西地区铝土矿床主要控矿因素研究

2018-02-21黄自力李国平

西部探矿工程 2018年6期

黄自力，李国平

（1.河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，河南郑州450016；2.河南省有色金属地质勘查总院，河南郑州450052）

豫西地区是我国一个十分重要的铝土矿产地，通过近60年的努力，目前在豫西地区先后发现了几十个中到大型的铝土矿床。搞清楚区域铝土矿床成矿的主要控制因素对加快该区铝土矿的勘查，尤其是深部勘查具有重要意义。本文依据所掌握的大量铝土矿资料，尝试对这一问题做初步探讨。

1 早古生代钙红土型古风化壳

豫西铝土矿为典型的岩溶型铝土矿，所有的铝土矿区勘查资料都显示，这些铝土矿床主要赋存在下古生界寒武系、奥陶系碳酸盐岩的不整合面上，产出严格受早古生代钙红土型古风化壳的控制。

豫西地区位于华北地台南部，受加里东运动的影响，自中奥陶世末上升为陆，历经晚奥陶世、志留纪、泥盆纪及早石炭世，至晚石炭世重新下降，沉积间断长约一亿四千万年，形成了巨厚的钙红土型古风化壳，为区域铝土矿的形成创造了良好条件：

（1）长期隆起的基底碳酸盐岩及邻近地区古陆的铝硅酸盐、碳酸盐岩，在适宜的气候条件下，遭受了强烈的风化剥蚀，从而为铝土矿形成提供了丰富的成矿物质。

（2）长期的沉积间断所形成的准平原化地貌，也会为铝土矿积聚创造有利的空间场所。

据统计，世界上大多数岩溶型铝土矿床也都赋存在具有长期沉积间断的古风化壳上。布申斯基（1976）认为，形成铝土矿所要求的最短时间周期为2Ma～5Ma。对岩溶型铝土矿来说，由于基底碳酸盐岩的Al2O3含量相对于铝硅酸盐岩石要低很多，因此要形成同样数量级的铝土矿，所需的时间要更长一些。例如，前苏联乌拉尔铝土矿产于中泥盆世的不整合面上，法国阿里埃日铝土矿产于上侏罗统的古岩溶风化面上，匈牙利铝土矿赋存在上三叠统的不整合面上等。总之，世界上几乎所有的岩溶型铝土矿的形成都离不开长期沉积间断和古风化壳，豫西地区也不例外。

2 炎热潮湿的古气候条件

一般认为，岩溶型铝土矿的形成需要地表岩石彻底的红土化，而红土化需要在低纬度炎热潮湿的气候条件下才能形成。

辛尼钦（1976）认为地表岩石红土化的最优气候条件为：

（1）年平均气温：26℃；

（2）最热月份的平均气温：30℃；

（3）最冷月份的平均气温：20℃；

（4）平均日气温的年累计值：9000℃～10000℃；

（5）有雨月份数：10～11个月；

（6）干燥月份数：1～2个；

（7）年降雨量：1200～1500mm；

（8）气候类型：热带季风。

通常这种湿热气候存在于低纬度地区。据统计，新生代以来，世界上所形成的铝土矿分布范围基本上都在小于30°的低纬度区，如印度、牙买加、圭亚那的铝土矿。现代形成的所罗门岛产于碳酸盐岩台地上的钙红土型铝土矿也在赤道附近。

河南省地质科学研究所曾对豫西部分地区的铝土矿石、砂岩、铁铝质粘土岩采集的古地磁样品进行测试，经计算得出晚石炭世时河南中部地区位于北纬6.9°～33.82°之间，属低纬度热带—亚热带地区，当时豫西地区应为炎热潮湿的古气候环境。

3 古区域构造

古区域构造对铝土矿的形成及分布有重要影响。晚石炭世豫西地区古区域构造活动对该区铝土矿床成矿的控制作用至少表现在3个方面：

（1）中岳运动后，豫西地区在古老的结晶基底上形成了地台型下古生界碳酸盐岩建造。加里东运动使全区抬升为陆，但地层基本未受褶皱，因而在遭受1亿多年的风化剥蚀，在晚石炭世海侵之前，下古生界仍保持原始的水平沉积状态，为准平原化地貌提供了得天独厚的基础条件。

（2）晚石炭世时期，豫西地区区域构造的基本格局以隆起区与坳陷区相间呈近东西向分布为基本特征。主要的古隆起区从北往南有济源西—武陟古隆起区、岱嵋寨古隆起区、嵩山古隆起区、箕山—长葛古隆起区等。在这些隆起区之间的坳陷区有济源坳陷、渑池坳陷、龙门—巩义坳陷、登封—新密坳陷等。这些坳陷区构成了本区晚石炭世的主要沉积区，成为区内铝土矿成矿的主要沉积场所。

（3）古断裂构造影响古基底岩溶的发育，从而影响区域铝土矿床的形成与分布。本区众多铝土矿区矿层厚度等值线图表明，铝土矿体的等厚线有定向排列的特征，即使是凹斗状矿体，其空间分布组合也明显具有定向排列和等距性出现的规律，说明古岩溶的发育是受一定的古断裂方向或2组断裂的交汇控制。

4 古地形地貌

古地形地貌常控制铝土矿床的区域总体分布及特点。晚石炭世时期，豫西地区地形地貌总的特点是西南地区高，东北地区低，地形总体起伏不大。当时的沉积作用主要是对古地形的补齐填平作用，因此古地形地貌对含矿系厚度及铝土矿成矿的控制作用十分明显。在沉积盆地相对低洼处，由于深度较大，接受沉积物多，含矿系的沉积厚度大，铝土矿石品位较富，厚度大。而处于相对凸起的水下高地附近，含矿系厚度小，形成的铝土矿薄，品位贫，部分地区甚至缺失铝土矿层，以粘土矿为主。

5 古岩溶盆地

资料显示，控制豫西地区铝土矿床形成与分布的古岩溶盆地主要有溶斗、溶洼、溶盆及平坦洼地等。

在平坦洼地发育阶段，由于长期的岩溶作用，使岩溶负地貌的面积不断扩大，地形起伏变小，构成长度在十几千米的大型洼地，接受沉积的铝土矿含矿系的厚度一般较稳定，含矿系厚度往往在10～20m左右，而矿体以层状或似层状产出，连续性好，单个矿体长度常大于1000m，厚度通常小于3m，多为贫矿。

在溶盆发育阶段，由于地壳处于相对稳定的状态，地下水的水平作用增强，垂直渗入带的厚度减小，所形成的封闭或半封闭盆状地形内接受铝土矿的沉积。在沉积区域内的岩相古地理条件适宜，成矿物质来源丰富时，常可形成似层状、透镜状矿体，厚度较稳定，矿石品位变化小，以中等品位为主，矿体连续性较好。如偃师夹沟铝土矿床。

在溶洼发育阶段，地下水从垂直渗入转为以水平作用为主，垂直渗透阶段所形成的溶斗受地下水的侧向溶蚀逐步扩展，负地形的面积逐渐占优势，形成幅宽达数百米，边坡平缓，底部较平坦的闭合负地形，在剖面上多呈碟状，构成较好的铝土矿储矿空间，矿体多以透镜状、扁豆状产出，矿石品位较高。如登封大冶铝土矿等。

在溶斗发育阶段，地下水以垂直渗入作用为主，形成直径百余米，深十几米至几十米的闭合负地形。铝土矿沉积在溶斗内以溶斗状产出，矿体产状突然变陡，且倾向指向溶斗中心，边坡一般50°～60°，矿体的厚薄、矿石的贫富与溶斗的深度和闭合程度明显相关。溶斗越深，其所控制的矿体就越厚，矿石越富。溶斗是河南优质厚大铝土矿控矿的主要古岩溶类型，几乎所有优质厚大铝土矿体都产于溶斗之中。

6 岩相古地理环境

豫西地区铝土矿常形成于特定的岩相古地理环境中，不同的岩相古地理环境形成的铝土矿床特点明显不同。

6.1 豫西地区晚石炭世时期的古地理概貌

自中奥陶世末期至早石炭世末，由于加里东运动的影响，豫西地区地壳一直处于缓慢上升状态。长期的风化剥蚀造成本区准平原化的岩溶地貌。

晚石炭世初期开始的大规模海侵使本区大部成为陆表海。由于西北的中条古陆和西南的秦岭古陆的阻挡，整个海区呈西端收敛，东端撒开的三角形。沉积区内尚有次级隆起区（带）存在，多呈东西走向。由北向南有济源西—武陟隆起区、岱嵋寨隆起区、嵩山隆起区、箕山—长葛隆起区等。这些隆起区在海水入侵后，成为岛或岛群出现，并自然地将沉积区划分为不同的几个次级沉积区。中期开始海退，由于沉积区浅水陆棚区非常宽广，加上次级隆起区本身对海水起着障壁作用，极易造成局部封闭的泻湖沉积区。不但减弱了海水的能量，同时也形成了相对局限的地球化学环境。由于各地河流淡水注入或淡水补给的情况不同，各泻湖的含盐度也不尽相同，造成生物面貌和痕量元素含量上的差异。随着海水进一步退却和水下高地露出水面，湖盆的局限性更加明显。根据鹤壁一带及永城一带的剖面资料，其本溪组不但厚度大，且上部有海相灰岩的存在，向东北方向，灰岩层数、厚度均逐渐增大。看来中石炭世的海侵方向是从北西、北东2个方向侵入本区的，致使各个湖盆沉积作用的差异更加显著。

6.2 晚石炭世古地理环境对铝土矿成矿的控矿作用

本区晚石炭世时期的古隆起区有嵩箕古岛、秦岭古陆、岱嵋寨古岛等。围绕这些古隆起区的沉积盆地有陕渑湖盆、新安湖盆、登封湖盆、禹州湖盆、宝汝湖盆和郑洛海湾等。

上述潟湖和海湾为河南铝土矿床主要的沉积地区。一方面是由于在封闭的环境中有利于周围铝土矿成矿物质的聚集；另一方面局限的沉积盆地容易造成停滞的水体状态，氧不活泼，这种相对平静的地球化学环境有利于Al(OH)3胶体溶液的絮凝作用。虽然胶体作用形成的铝土矿在整体上处于次要地位，但在局部地段，在有利的环境中也可以呈不容忽视的因素而出现。

6.3 岩相对铝土矿成矿的控矿作用

除焦作、济源的部分地区晚石炭世早期有碎屑岩沉积外，其它大部分地区均是以湖坪相和泻湖相的粘土岩为主的沉积。从岩相组合的平面分布规律可知，全区的铝土矿分布区是在铝—铁质岩岩石组合类型为主体的背景上与铁—铝质岩及铝质岩区相一致的，这些岩区一般都在距古陆不远的滨—浅湖区，而远离滨岸的湖心或深湖区则多数为铁—泥岩区或泥质岩区。在岩石组合上为高岭石粘土矿或水云母粘土岩，含较多的黄铁矿结核或菱铁矿鲕粒，含硬水铝石很少，在粒度上以粉砂屑和泥屑为主。由于湖盆中有湖间高地的存在，因此这些高地周围的洼地中也有利于形成铝土矿工业矿体堆积。