山西省平陆铝土矿集中区铝土矿地质特征及成因分析

白 磊

（山西省煤炭地质勘查研究院有限公司，山西 太原 030000）

山西省铝土矿资源十分丰富，资源总量居全国第一，自北向南、自西向东可划分7个铝土矿集中区：保德—兴县集中区、原平—宁武集中区、阳泉集中区、临县—交口集中区、沁源集中区、武乡集中区、平陆集中区[6]。平陆铝土矿集中区位于山西省最南部，晋豫两省交界处，西起坡底—高家山一带，东至祁家河一带，东西长近30 km，区内有靳家底矿区、昌河矿区等12个铝土矿区，资源储量达1.4亿t。

1 区域地质概况

平陆铝土矿集中区位于华北板块南缘，豫西断隆与中条山断拱结合部（见图1），所属成矿带为豫西铝土矿成矿盆地北坡铝土矿成矿带。区域地层属华北地层区，由老到新依次为下元古界中条群变质岩、中元古界汝阳群酸盐岩-碎屑岩、寒武系－奥陶系碳酸盐岩、石炭系－二叠系碎屑岩-碳酸盐岩及新生界古近系、新近系、第四系等地层。

图1 中条山地区区域性断裂图[5]

区域主要构造线方向呈北东向，区内构造复杂，以断裂为主，多属高角度正断层，对区内铝土矿的展布起到重要的控制作用。

区域岩浆活动较弱，岩浆岩分布于集中区南部，主要为燕山期花岗闪长岩、花岗斑岩等侵入岩，呈岩床状侵入到太原组地层中。

区域矿产较为丰富，种类较多，主要有煤、铝土矿、山西式铁矿、耐火黏土矿、石膏等，其中以铝土矿为主，其次为石膏。煤、山西式铁矿、耐火黏土矿多呈透镜状，厚度不稳定，规模较小。

2 含矿岩系特征

区内石炭系本溪组为铝土矿赋矿层位，为一套以铝质、铁质、硅质、碳质为主的碎屑岩系。本溪组地层为倾向南东的单斜构造，倾角5°~15°。地层中赋存山西式铁矿、铝土矿、耐火黏土矿、煤矿等矿产。受沉积基底凹凸不平的影响，含矿岩系厚度变化大，具膨大窄缩的特点，在基底低凹处含矿岩系厚度大，凸起处含矿岩系厚度小或缺失。

受沉积环境的影响，本溪组表现为底部富铁、中部富铝、上部富硅、顶部富碳的特征（见图2），自下而上可分为三段：

图2 平陆县靳家底矿区ZK0201铝土矿含矿岩系柱状图[1]

1）铁质岩段（C2b1）：为山西式铁矿赋矿层位，岩石类型主要为铁质黏土岩，局部发育透镜状硫铁矿。本段岩石多呈紫红、褐黄色，颜色斑杂鲜明，矿物成分主要为黄铁矿、菱铁矿、赤铁矿、褐铁矿等铁质矿物和高岭石、伊利石等黏土矿物。其中菱铁矿、黄铁矿多为深水还原环境中的产物，本段中黄铁矿、菱铁矿大量出现，表明本段可能形成于深水还原环境中。

2）铝质岩段（C2b2）：为铝土矿的赋矿层位，岩石类型主要为铝土矿和铝土岩，颜色主要为灰-深灰色，矿物成分以一水硬铝石和高岭石、伊利石为主，发育水平层理。

3）硅-碳质岩段（C2b3）：呈层状产出，岩石类型主要为碳质泥岩、黏土岩、砂质泥岩、粉砂岩等，常呈深灰-灰黑色，具水平层理，含较多植物根茎化石，发育煤线和煤层，局部地区煤层达可采厚度，但厚度变化大，多呈透镜状，硫含量较高，煤质较差。

3 矿床地质特征

区内铝土矿产出于奥陶系马家沟组碳酸盐岩古风化壳面之上，是典型的古风化壳沉积型铝土矿床[2-3]。一般为单层矿，偶见分支复合现象，单矿体长度几十米至上千米不等，矿层厚度变化大，与本溪组地层厚度多呈正相关关系。

受沉积基底奥陶系马家沟组碳酸盐岩古地形变化的影响，区内矿体形态变化较大，呈层状-似层状、透镜状、溶斗状产出（见图3）。当基底古地形为面积宽广、地势较为平坦的溶盆或溶洼时，矿体具备良好的成矿空间，多呈层状-似层状，连续性较好；当基底古地形高低落差较大时，成矿空间差，矿体呈透镜状，连续性差；当基底古地形为溶斗时，矿体呈溶斗状，由于溶斗具有良好的成矿空间和排泄系统，成矿环境较好，所以溶斗状铝土矿往往具有厚度大、品位高的特点。

图3 平陆县昌河矿区勘探线剖面图[7]

4 矿石特征

按结构构造特征划分，区内铝土矿可以划分为豆鲕状、碎屑状、致密状、蜂窝状四种类型，以豆鲕状和碎屑状为主。

豆鲕状铝土矿：具豆鲕状结构，豆鲕粒主要由隐晶-细晶质一水硬铝石组成，鲕粒包壳多为高岭石、伊利石，构成典型的同心层状结构。部分豆鲕发生塑性变形而被定向拉长，局部可见压力影构造，表明矿体在后期受到了构造变形作用。

碎屑状铝土矿：具碎屑结构，碎屑主要由隐晶-细晶质一水硬铝石组成，粒级悬殊，形态多样，以砂砾级为主，磨蚀显著，分选差，表明铝质碎屑可能经过了一段距离的搬运。

致密状铝土矿：具致密块状结构，呈浅-深灰色，矿物成分以隐晶质一水硬铝石、高岭石、伊利石为主。矿石中硅质含量往往较高，品质较差。

蜂窝状铝土矿：呈晶粒状结构，深灰色，偶见于矿体的上部和边部，矿物成分主要为一水硬铝石和少量的高岭石、伊利石。表面发育孔洞，孔洞多被铝土矿、高岭石填充。矿石品质较好，个别蜂窝状矿石m（Al）/m（Si）极高，比如西山头矿区ZK4918孔矿石最高铝硅质量比达91.2%。

受沉积环境和水动力变化的影响，在垂向上矿石结构常有规律性变化，豆鲕状、碎屑状多位于矿层中部，向上、向下常过渡到稀鲕状、致密状铝土矿或硬质耐火黏土矿、黏土岩。

5 成因分析

晚石炭世时期，豫西盆地内发生海侵作用，形成了广泛的陆表海环境[4]，由于海侵规模有限，盆地内的中条古陆、秦岭古陆、嵩箕隆起等一系列古隆起未被淹没，形成了海上古陆和古岛。海侵初期，基底碳酸盐岩中富Fe物质首先沉积，形成了铁质岩层。其后，古陆风化壳中富Al物质以碎屑或胶体的形式在河流、洪水、潮汐等地质应力作用下，被搬运到溶斗、溶洼等低凹地带，在机械、化学等多方作用下沉积形成了以豆鲕状和碎屑状为主的铝土矿。当成矿物质中铝含量低或者成矿环境不佳时，形成贫矿、黏土矿等。而后海水逐渐退去，发生大规模的沼泽化，水体逐渐平静，在静水环境中沉积形成了硅-碳质岩段，局部聚煤环境较好的地区则沉积形成了本溪组煤层。

6 结论

1）区内石炭系本溪组为铝土矿赋矿层位，具底部富铁、中部富铝、上部富硅、顶部富碳的沉积特征，自下而上可以分为铁质岩段、铝质岩段、硅-碳质岩段。

2）区内铝土矿受沉积基底古地形变化的影响，主要呈层状-似层状、透镜状、溶斗状产出，矿石类型主要为豆鲕状和碎屑状铝土矿，其次为致密状和蜂窝状铝土矿。

3）区内铝土矿为晚石炭世海侵过程中，在奥陶系碳酸盐岩岩溶洼地中沉积形成的。