煤下鋁土礦成礦規(guī)律

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摘要：鋁土礦主要賦于石炭系本溪組中，在河南省西部分布較廣，資源量較大。隨著近年我國(guó)鋁工業(yè)的快速發(fā)展，本地淺部及中深部的礦產(chǎn)資源已得到快速的開發(fā)和利用，為了緩解當(dāng)前資源瓶頸的約束、保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展，河南省西部煤層深部鋁土礦床將是近期及未來主要勘查和開發(fā)的方向。

關(guān)鍵詞：煤下鋁土礦;成礦規(guī)律;勘查前景;河南西部

河南省西部自上世紀(jì)五十年代初期，已陸續(xù)有專業(yè)地質(zhì)隊(duì)伍和教授專家組成的調(diào)查組進(jìn)入該區(qū)進(jìn)行煤和鋁的勘查研究工作。通過地質(zhì)隊(duì)伍和科技工作者的努力，至目前為止，在該區(qū)300m以淺區(qū)域內(nèi)已探明并提交多個(gè)大、中型鋁土礦區(qū)報(bào)告，提交了鋁土礦資源儲(chǔ)量達(dá)2億多噸，給河南及我國(guó)的鋁工業(yè)發(fā)展提供了有力的資源保障，為確保鋁工業(yè)的持續(xù)快速地發(fā)展，進(jìn)行煤下鋁的勘查開發(fā)工作勢(shì)在必行。

1區(qū)域地質(zhì)概況

鋁土礦資源在河南省主要分布在豫西地區(qū),該地區(qū)包括洛陽新安縣至三門峽陜縣一帶，西起扣門山斷層以西陜縣斷陷盆地北緣的七里溝，東至位于龍?zhí)稖蠑鄬右詵|的新安向斜盆地西北緣，東西綿延百余千米，是河南西部較大的鋁土礦田,區(qū)內(nèi)地層比較齊全，沉積巖廣泛分布，巖漿巖出露面積較小，構(gòu)造比較發(fā)育,主要礦種有鋁土礦、粘土礦、煤、鐵礦、硫鐵礦、石英砂巖、石灰?guī)r等，其中以鋁土礦、煤、石英砂巖為主要礦產(chǎn)資源。

1.1地層及含礦巖系特征

1.1.1地層本區(qū)地層屬華北地層區(qū),除上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系及石炭系下統(tǒng)缺失外，自前寒武系至新生界均有出露，沉積厚度巨大，顯示地臺(tái)型沉積特點(diǎn)。從震旦系的陸相碎屑巖到寒武系、奧陶系的海相碳酸鹽巖，從中上石炭統(tǒng)的海陸交替相的鋁質(zhì)巖、碳酸鹽巖、含煤泥質(zhì)巖、碎屑巖到二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系的陸相碎屑巖，顯示了兩次較大的沉積旋回，造成不同成因的多種巖性的巖石類型。

1.1.2含礦巖系特征

含礦巖系為石炭系上統(tǒng)本溪組的一套鐵鋁碎屑巖相。本溪組地層在豫西各地沉積的厚度和巖性基本相似，但部分地段也有一些不同程度的變化。從三門峽至新安一帶以豆鮞狀、碎屑狀鋁土礦建造為特征，砂礫巖很少見，這是海灣沉積的特征，也正是沉積鋁土礦的良好場(chǎng)所。

含礦巖系由下而上可分三段：下段為鐵質(zhì)頁巖，深部為菱鐵頁巖、黃鐵頁巖，局部夾“山西式”鐵礦小透鏡體，一般厚5～10m；中段為鋁土礦層，主要由鋁土礦和粘土礦組成，一般厚1～10m，局部較厚；上部為粘土頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾碳質(zhì)頁巖、薄煤層或煤線，一般厚0.5～3m。

1.2構(gòu)造

區(qū)域構(gòu)造具有“一穹”、“三向”、三組斷層交錯(cuò)的扇形地壘拱斷特點(diǎn)。“一穹”即北段村穹窿；“三向”即陜縣斷陷盆地、澠池向斜盆地、新安向斜盆地；三組斷層指北東向、北西向和近東西向三組斷層，斷層形成年代均為燕山期。三組斷層相互交錯(cuò)，將穹窿和向斜分割成斷塊狀，形成以扣門山斷層和龍?zhí)稖蠑鄬訛榻绲娜蟮貕臼缴刃螖鄩K，對(duì)鋁土礦的展布起著重要的控制作用。

1.3巖漿巖

鋁土礦分布地區(qū)火成巖出露面積很小，且分布零星。除中元古界熊耳群較廣泛分布有中性火山巖外，在北部和南部有少量的燕山期石英斑巖侵入中上元古界地層中。在西部有零星的燕山期花崗斑巖呈巖床狀侵入石炭系地層中，本地區(qū)火成巖基本上屬于淺成相。一般對(duì)鋁土礦體影響較小。

2礦床地質(zhì)特征

2.1礦體（層）形態(tài)、產(chǎn)狀特征本區(qū)鋁土礦的含礦層是由鋁土礦和粘土礦組成，含礦層處于本溪組構(gòu)成的含礦巖系的中上部，一般呈單斜產(chǎn)出，鋁土礦和粘土礦在礦物成份和化學(xué)成份上具有漸變的關(guān)系，在厚度上呈互為消長(zhǎng)的關(guān)系。從礦床的整體而言，粘土礦多作為鋁土礦的從屬礦種出現(xiàn)，它一般賦存在鋁土礦的頂部和底部，少數(shù)作為鋁土礦的夾層出現(xiàn)。鋁土礦礦體的形態(tài)、大小有三種基本形態(tài)，即層狀—似層狀、透鏡狀（扁豆?fàn)睿⑷芏窢睢Ｈ咧g均有過渡類型，且可在同一礦區(qū)出現(xiàn)而互相連結(jié)。

礦體產(chǎn)狀總體上與圍巖一致，但溶斗狀礦體的產(chǎn)狀特殊，它上大下小，其層理從礦體周邊向中心傾斜，與頂、底板圍巖產(chǎn)狀都不一致。

2.2鋁土礦的物質(zhì)成份

2.2.1礦物成份鋁土礦石的主要礦物為一水硬鋁石、高嶺石，次要礦物為伊利石、水云母，微量礦物有葉綠泥石、赤鐵礦、黃鐵礦、針鐵礦、菱鐵礦、銳鈦礦、金紅石、埃洛石、地開石、電氣石、榍石、鋯英石、方解石、石英、三水鋁石等。一水硬鋁石含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）55%～85%。

2.2.2化學(xué)成份

鋁土礦的主要化學(xué)成份Al2O3,SiO2,Fe2O3和TiO2，占總量的80%以上，次要成份為CaO,MgO,Na2O,K2O,S以及伴生有用元素Ga。

Al2O3在礦石中的含量質(zhì)量等級(jí)一般為50%～70%，區(qū)內(nèi)平面上表現(xiàn)為西高東低，南高北低，在垂直方向上從下到上具有“低—高—低”的類似拋物線的規(guī)律性，常與品位變化曲線有一個(gè)峰值區(qū)相適應(yīng)；Al2O3與SiO2具有明顯的反比關(guān)系，Al2O3與TiO2，Ga有十分明顯的正比關(guān)系。砂狀、蜂窩狀礦石品位高，礫屑狀礦石多為中—高品位，致密狀、豆鮞狀礦石一般品位較低。

2.3礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)。按礦物的結(jié)晶特征劃分為礦石多呈它形柱狀晶粒結(jié)構(gòu)，自形、半自形晶粒結(jié)構(gòu)，泥晶或隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)等；按礦物顆粒形態(tài)劃分為礦石多呈礫屑（碎屑）狀、砂（粒）狀、蜂窩狀、豆鮞狀和致密狀結(jié)構(gòu)。

礦石構(gòu)造。礦石主要構(gòu)造類型為塊狀、微層狀、層狀構(gòu)造。

2.4礦石類型

按礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征劃分為礫屑狀、蜂窩狀、砂狀、豆鮞狀、致密狀鋁土礦，以及它們之間的過渡類型。根據(jù)鋁土礦的礦物組成及化學(xué)成分特征，可分為低硫—低鐵、低硫—高鐵、高硫—低鐵、高硫—高鐵4種工業(yè)類型。其中低硫—低鐵型礦石為主要類型。

2.5成礦規(guī)律

1)鋁土礦床嚴(yán)格賦存于奧陶系古風(fēng)化侵蝕面上的石炭系本溪組中上部。

2)含礦巖系建造主要為穩(wěn)定大陸巖區(qū)的鋁土鐵質(zhì)建造。

3)不同類型巖溶侵蝕面所形成的鋁土礦床具有不同的地質(zhì)特征。本溪組含礦巖系與頂?shù)装宓慕缇€呈上平下凹的特點(diǎn)，主要是由于下伏基底在成礦前的巖溶作用造成的，下伏巖溶侵蝕面的起伏程度，決定了巖溶負(fù)地形（洼地、洼斗）的發(fā)育程度，亦由此控制了含礦巖系的厚度變化及鋁土礦體的規(guī)模和形態(tài)。

4)鋁土礦—粘土礦礦石類型的空間變化規(guī)律。鋁土—粘土礦層實(shí)際上主要是由含量互相消長(zhǎng)的幾種礦物組成的，因組成比例的不同，從而可分為富鋁礦、普通鋁土礦、高鋁粘土礦、硬質(zhì)粘土礦等。在含礦層內(nèi)，這些不同的礦石類型常分別成層，其界線有時(shí)較明顯，有時(shí)則逐漸過渡。

5)礦體的厚度、品位與含礦巖系厚度的關(guān)系。一般來說，礦體的厚度、品位與含礦巖系的厚度呈正相關(guān)關(guān)系，即含礦巖系的厚度大，礦石的品位亦較高，反之亦然。

6)Al與TiO2,Al與SiO2的不同相關(guān)關(guān)系。

Al2O3,SiO2,Fe2O3,TiO2是鋁土礦中主要的化學(xué)組分，四項(xiàng)總和達(dá)±80%，統(tǒng)計(jì)分析表明，Al2O3與TiO2呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)一般為0.2～0.7；而.Al2O3與SiO2則為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)一般為-0.9。這種不同的相關(guān)性說明了本區(qū)含礦巖系的原巖物質(zhì)經(jīng)歷過徹底的鈣紅土化作用，實(shí)現(xiàn)了鋁硅分離的地球化學(xué)過程。

2.6找礦標(biāo)志及找礦方向

2.6.1地層鋁土礦成礦時(shí)代為石炭系上統(tǒng)本溪組含礦巖系，一般分上、中、下三個(gè)巖性段。

上部巖段（C2b

3）為富硅、少鋁的粘土頁巖。沿傾向延伸常相變成含炭質(zhì)頁巖夾煤層（線）。

中部巖段（C2b

2）主要為鋁土礦及耐火粘土。鋁土礦常以單層產(chǎn)出，在它的上下有層狀或似層狀耐火粘土及粘土頁巖。

下部巖段（C2b

1）為富鐵、富硅低鋁的粘土巖及古風(fēng)化殼殘積物組成。

含礦巖系層位穩(wěn)定，巖性特征明顯，是尋找鋁土礦的前提條件。

2.6.2基底地貌特征

含礦巖系直接覆蓋在中奧陶統(tǒng)（O2m）灰?guī)r剝蝕面上，古侵蝕面經(jīng)歷了一億多年風(fēng)化剝蝕，形成許多大小不等，形態(tài)各異的溶坑等巖溶地貌，是形成鋁土礦的良好場(chǎng)所，礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀、厚度均受古地形的控制。

研究基底地貌特征，尋找古巖溶巖坑對(duì)尋找鋁土礦具有重要意義。

2.6.3古地理特征

含礦巖系，分布在三門峽—新安古海盆與中條古陸相連接的部位，是成礦的有利地段。其古陸周圍沉積了鋁（粘）土礦成礦區(qū)、帶和賦存著一些富鋁土礦床和優(yōu)質(zhì)高鋁粘土礦床。

同時(shí)根據(jù)多年豫西地區(qū)鋁土礦的找礦經(jīng)驗(yàn)和資料表明，勘查工作中，應(yīng)注重對(duì)上石炭統(tǒng)C2t太原組沉積覆蓋層的變化和巖石類型的分析，對(duì)發(fā)現(xiàn)下伏含礦層鋁土礦的質(zhì)量品質(zhì)有很大幫助。一般該層若有顆粒粗大的砂礫巖覆蓋時(shí)，下層含礦層所賦存的鋁土礦質(zhì)量較次，礦層厚度亦較薄；若該層沉積覆蓋為細(xì)粒砂巖，且較均勻，則預(yù)示含礦層所賦存的鋁土礦質(zhì)量較好，礦層厚度亦大。

3煤下鋁土礦的勘查

煤下鋁的勘查，即是指對(duì)300m以深，不包括現(xiàn)有的鋁土礦采、探礦證，煤礦區(qū)煤層深部的鋁土礦勘查。根據(jù)鋁土礦成因特點(diǎn)和礦床的賦存條件，以及多年鋁土礦找礦經(jīng)驗(yàn)表明，煤層深部隱伏鋁土礦體同是河南省西部鋁土礦區(qū)成礦帶的一部分，其含礦層位亦即是該地區(qū)淺部已查明的各大、中型鋁礦床含礦層位向深部的自然延伸，其深部是可以找到大型乃至特大型鋁土礦床的。

3.1深部鋁土礦勘查成功的前提

煤礦區(qū)深部鋁土礦勘查不同于淺部露頭出露區(qū)域，通常沒有礦體的直觀反應(yīng)，鋁土礦的成礦地質(zhì)特點(diǎn)也決定了深部勘查的難度遠(yuǎn)大于淺部。因而河南省西部開展深部鋁土礦的勘查工作，即應(yīng)在充分掌握和分析上述鋁土礦成礦等地質(zhì)特征外，更要認(rèn)真收集、對(duì)比石炭系中統(tǒng)巖性柱狀圖，收集掌握大中型鋁土礦區(qū)已完成的中深孔鉆探資料、收集掌握有關(guān)煤礦詳細(xì)地質(zhì)資料及開采情況；同時(shí)，根據(jù)區(qū)內(nèi)巖相古地理特征等找礦標(biāo)志，認(rèn)真分析、篩選、確定找礦靶區(qū)。在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)深部礦化情況開展工作，才能事半功倍、取得深部鋁土礦勘查成功。

3.2深部鋁土礦內(nèi)部結(jié)構(gòu)及礦石質(zhì)量特征一般而言，鋁土礦隨深度增加，礦石A/S下降且變化系數(shù)增大，S平均含量升高且分布不均，鐵含量變化大，礦體內(nèi)部天窗、夾層增多、邊界也更為復(fù)雜。

根據(jù)2007年鄭州豫源地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限對(duì)曹窯煤礦深部的鋁土礦勘查結(jié)果，與曹窯礦區(qū)淺部鋁土礦及與賈家洼西礦區(qū)淺部鋁土礦石結(jié)果對(duì)比（表1），可以大致掌握區(qū)內(nèi)深部鋁土礦的變換規(guī)律。

通過對(duì)比可以看出鋁土礦床沿傾向的變化大于沿走向的變化。淺部鋁土礦床礦石品位高（A/S7.1~5.7）、含硫(質(zhì)量分?jǐn)?shù))低（0.113%~0.153%）、礦石體重偏低（2.94~2.95t/m3），而曹窯煤礦深部鋁土礦體礦石品位低（A/S為5.1~4.6）、含硫(質(zhì)量分?jǐn)?shù))高（0.86%~1.23%）、礦石體重偏高（2.97t/m3）。

值得注意的是，在總體礦石品位偏低（A/S為5.1~4.6）的背境中，仍有約1/3的樣品A/S＞7；在總體礦石S含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))偏高（0.86%~1.23%）的背境中，仍有約3/5的樣品S含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))＜0.8%；由于A/S變化系數(shù)大（207.5%），礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜（天窗、港灣、夾層增多）。

同淺部相同的是，當(dāng)?shù)V體厚度大時(shí)、礦石品位亦高、S含量相對(duì)亦低。

3.3曹窯礦區(qū)以西深部鋁土礦找礦有望地段曹窯礦區(qū)位于河南省西部中段，區(qū)域上位于陜縣斷陷盆地及澠池向斜西邊緣，屬河南省西部鋁土礦成礦區(qū)的西礦帶。該區(qū)內(nèi)已查明大中型鋁土礦區(qū)有澠池縣賈家洼鋁土礦區(qū)、水泉洼鋁土礦區(qū)、高橋礦鋁土區(qū)、曹窯礦鋁土區(qū)；陜縣柿樹溝鋁土礦區(qū)、崖底鋁土礦區(qū)、杜家溝鋁土礦區(qū)、支建鋁土礦區(qū)等。

根據(jù)調(diào)查，該區(qū)曹窯煤礦以西至陜縣五門溝煤礦、澠池縣關(guān)底沃煤礦至澠池縣黃漫煤礦不規(guī)則三角區(qū)域，面積約90km2范圍內(nèi)為本次圈定的找礦潛力地段。

鋁土礦資料調(diào)查顯示，本區(qū)鋁土礦體厚度為0.50～21.37m，一般3.80m，其中相鄰支建礦區(qū)礦體平均厚6.01m，水泉洼礦區(qū)礦體平均厚3.83m，柿樹溝礦區(qū)礦體平均厚3.68m；由鄭州豫源地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司2007年完成的《澠池縣曹窯煤礦深部鋁土礦詳查》Ⅰ，Ⅱ號(hào)礦體算術(shù)平均厚度分別達(dá)5.37m,5.00m。因此，綜合以上資料，曹窯煤礦以西煤層深部鋁土礦體平均厚度約為4.0m左右，勘查區(qū)可參加資源量預(yù)算面積約達(dá)30km2以上，預(yù)計(jì)該區(qū)深部鋁土礦資源量可獲1.5×108t左右，具有良好的找礦潛力。曹窯礦以西煤層下鋁土礦有望地段找礦成功，將會(huì)快速推進(jìn)河南省西部煤下鋁找礦工作全面開展。

3.4深部鋁土礦勘查方法

深部鋁土礦找礦工作與淺部勘查工作有明顯的不同，同時(shí)，更要正確認(rèn)識(shí)到深部鋁土礦勘查工作的難度。進(jìn)行深部鋁土礦勘查應(yīng)大量收集和利用區(qū)內(nèi)已有的地質(zhì)資料和煤礦有關(guān)資料及煤礦開采情況，認(rèn)真分析研究，合理開展和布置物探工程，如地震、電測(cè)深等，收集含有鋁土礦含礦巖系底板灰?guī)r的掩埋深度、地層產(chǎn)狀及斷裂構(gòu)造等地質(zhì)信息，了解和掌握工作區(qū)的采空區(qū)位置及分布，配合大網(wǎng)度的深孔鉆探驗(yàn)證，依托政策的支持，加大深部鋁土礦勘查的投入，推進(jìn)鋁土礦整裝勘查的早日實(shí)施，實(shí)現(xiàn)煤下鋁的找礦重大突破。

3.5深部鋁土礦勘查的重大意義

在鋁土礦找礦難度不斷增加、資源瓶頸制約日益嚴(yán)重的形勢(shì)下，大力開展河南省西部煤礦區(qū)深部鋁土礦勘查工作勢(shì)在必行。

根據(jù)調(diào)查顯示，河南省西部已查明的部分鋁土礦資源儲(chǔ)量，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約在2.6×108t左右，絕大部分位于300m以淺，經(jīng)多年的強(qiáng)力開采，現(xiàn)保有探明儲(chǔ)量約為1.3×108t，目前本地區(qū)氧化鋁企業(yè)每年消耗的資源儲(chǔ)量近1000×104t。按目前的生產(chǎn)速度，該區(qū)仍可動(dòng)用的鋁土礦資源儲(chǔ)量，尚能維持生產(chǎn)年限約在10～15年之間。而從鋁土礦的普查—詳查—籌建礦山—礦山正式投產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)的周期大約要經(jīng)過8～10年，盡快提交新的、大型的鋁土礦資源基地的勘查工作迫在眉睫。

因此，在《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)地質(zhì)工作的決定》(國(guó)發(fā)〔2006〕4號(hào))精神的指導(dǎo)下，同時(shí)有省國(guó)土資源廳政策保障和地方主管、企業(yè)的大力支持，開展河南省西部煤礦區(qū)深部隱伏鋁土礦體的找礦工作是我國(guó)礦產(chǎn)資源勘查的客觀要求，是緩解當(dāng)前資源瓶頸約束、保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展的重要舉措。同時(shí)，開展此項(xiàng)工作，有利于促進(jìn)全國(guó)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康的發(fā)展、提高礦業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于地方經(jīng)濟(jì)的建設(shè)及社會(huì)和諧穩(wěn)定都具有重要的意義。