河南省新安縣鋁土礦礦床地質特征及找礦規律研究

王冠華，劉文毅，王劍鋒，王明明，王巧玲

[1. 河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊，河南 鄭州 450000； 2. 河南省自然資源科技創新中心(多源遙感應用研究)，河南 鄭州 450000]

0 前 言

研究區位于河南省新安縣，是我國重要的鋁土礦富集區。該區域相繼開展了一系列的鋁土礦地質普查工作，發現并評價了杜家溝、黃門、曹窯、賈家洼、段村、雷溝等礦區[1-4]。其中河南省地調局完成的洛陽-焦作、鄭州-焦作、鄭州-開封等地區1∶20萬區域重力調查，顯示河南省新安縣一帶，具有很好的鋁土礦找礦前景[2-4]。本文通過對該地區以往地質、物探資料的分析，運用新的成礦理論和技術對找礦信息進行綜合研究，總結鋁土礦成礦條件和富集規律；初步了解鋁土礦厚度及其分布范圍、產狀、穩定程度富集規律特征；大致了解了礦石品位、礦物成分等。對該區鋁土礦找礦具有一定指導意義。

1 區域成礦地質背景

1.1 區域地質概況

華北鋁土礦主要位于克拉通中央造山帶，集中分布于河南、山西兩省[1](見圖1)。本次研究區位于豫西鋁土礦礦集區內，屬華北陸南緣岱嵋寨疊加褶皺(穹窿)東南側次級穹窿，區域上斷裂和褶皺構造較發育，形成了以北東、北西和近東西向斷裂與寬緩褶皺交織的構造格架，總體上，嵩箕地區受近東西向和北西向構造帶的約束，其中北西向構造錯斷了近東西向構造。

圖1 華北鋁土礦床分布

1.2 區域礦產特征

研究區處于河南省三門峽-澠池-新安鋁土礦成礦區的杜家溝-郁山五級鋁土礦成礦帶的東端，為河南省富鋁土集中分布區(見圖2)。該成礦帶分布有杜家溝、黃門、曹窯、賈家洼、段村、雷溝等礦區[5]。礦體總體南西傾，傾角13°～33°。鋁土礦層厚4～6 m，最厚達40 m。Al2O3含量45.74%～77.79%，鋁硅比(Al/Si)為2.39～41.37，平均7.1，礦石以富礦為主[6]。

圖2 區域鋁土礦床(點)分布

研究區同時處于新安煤田的東南區，煤田含煤地層為石炭—二疊系，共含煤6～23層。各煤層均位于本溪組鋁土礦層之上，屬鋁土礦伴生礦產。煤層頂板為砂巖或砂質泥巖，底板為細砂巖、砂質泥巖。

區域上，目前已發現其他礦產主要為水泥灰巖、耐火黏土、熔劑灰巖、白云巖、硅石、菱鐵礦、黃鐵礦、山西式鐵礦等沉積型礦產。鋁土礦、山西式鐵礦、黏礦、高鋁黏土礦賦礦層位主要為本次勘可達百余米，厚度變化較大。

2 礦區地質概況

2.1 地層

礦區出露地層為奧陶系中統馬家溝組，石炭系上統本溪組、上統太原組，二疊系山西組、下石盒子組、孫家溝組，上覆第四系[5]。其中石炭系上統本溪組為賦礦層位，下部為淺灰色豆狀，鮞狀鋁土質泥巖；中部為淺灰色鋁土巖，具鮞狀、豆狀結構；上部為灰白色、淺灰色鋁土質泥巖，含球狀、不規則狀黃鐵礦結核，本組地層厚1.00～4.97 m，平均2.98 m，與下覆地層馬家溝組平行不整合接觸。

2.2 構造

礦區構造較為復雜，斷層較為發育。斷裂構造主要為東部龍潭溝斷裂、北部李村斷層和青石山斷層、南部江村斷層，將礦區分割為不同的菱形塊段。

2.3 地球物理特征

根據礦區斷裂構造的分布情況，采用可控源音頻大地電磁法研究區內電性特征，對區內斷裂構造的位置形態、地層界面進行推斷[4-6]。

由1線反演成果(見圖3)可以看出，剖面斷面圖上電性差異明顯，剖面小號點即南西方向以低阻為主，剖面大號點方向2 700～3 460點范圍內深部存在一高阻異常體。高阻異常體呈近半圓形向深剖延伸。由高阻體電阻率的變化特征，在2 620點及3 420點附近的電阻率梯度帶位置推測斷層2條，分別編號為F1、F2(見圖4)。

圖3 1線可控源音頻大地電磁二維反演

圖4 1線可控源音頻大地電磁解釋推斷

其中F1傾向南西，傾角約80°，西側為大面積低阻區域，東側為相對高阻區。推測F1西側為新近系地層，東部為石炭系與奧陶系地層。F2傾向北東，傾角約70°。斷層東側電阻率明顯變低，推斷為新近系地層。

結合鉆孔資料推測區內地層分布情況。其中2 700～3 460點深部標高-40～200 m為石炭系地層，層位西部最深，向東至2 940點逐漸變淺，然后繼續向東變深。2 700～3 460點標高120 m以深為奧陶系地層。剖面其余部分推斷為新近系地層。推斷F1、F2斷距較大，推測F1斷層垂直斷距大于400 m，F2斷層垂直斷距大于300 m。

由2線反演圖(見圖5)可以看到，剖面斷面內電阻率以中低阻為主，在1 540點深部存在一處局部相對高阻異常，此高阻異常向深部無延伸趨勢，與奧陶系灰巖反應的電性特征不一致，推測此處異常為新近系地層中的局部高阻體。因此，可以推測出日線-160 m標高以淺無明顯石炭系及奧陶系地層反映。

圖5 2線可控源音頻大地電磁二維反演

由1線及2線反演成果可以推測，1線1 100點至2 660點之間新近系地層較厚，-280 m標高以淺無明顯石炭系及奧陶系地層反映。

3 礦體(層)特征

3.1 鋁土礦層

鋁土礦礦體賦存于石炭系上統本溪組(含礦巖系)中段，呈似層狀、透鏡狀，礦體的頂板圍巖主要為黏土巖，底板為灰白色含角礫灰巖。

礦區共圈定一個鋁土礦礦體，礦體長680 m，寬200 m，傾向約200°，傾角約18°，似層狀、透鏡狀產出，礦石泥質結構為主，見碎屑結構，塊狀構造。真厚度2.81 m，Al2O3含量66.38%，Fe2O3含量1.55%，鋁硅比(Al/Si)5.32，埋深150.39～170.17 m，賦存標高144.24～168.98 m，估算潛在礦產資源15.13 萬t。

3.2 硬質黏土礦層

與鋁土礦同屬本溪組中段的產物，分布于鐵質黏土巖系之上。礦體受含礦巖系控制，礦體長540 m，寬190 m，傾向約200°，傾角約18°，礦石泥質結構，塊狀構造。Al2O3含量45.36%，Fe2O3含量1.19%，平均真厚度1.63 m，耐火度1 700～1 780 ℃，埋深160.39～218.49 m，賦存標高107.22～187.16 m，潛在礦產資源15.46 萬t。

3.3 鋁土礦礦石質量

3.3.1 礦石的礦物組成

鋁土礦主要由硬水鋁石、黏土礦物組成。硬水鋁石，呈板狀、片狀，d=0.003～0.035 mm，零散分布。褐鐵礦，隱晶質膠狀、粉末狀，部分渲染黏土礦物，部分渲染主要由硬水鋁石組成的砂屑。黃鐵礦，顯微粒狀，d=0.005～0.015 mm，不均勻聚集，零散分布。

巖石粒屑由內碎屑組成，次圓-次棱角狀，d=0.05～1.6 mm，多數d=0.2～1.2 mm，長軸大致定向排列，零散分布。鮞粒，次圓狀，d=0.2～0.8 mm，零散分布。粒屑之間主要由鐵染泥質礦物定向充填，泥微晶硬水鋁石少量，構成礦石之泥狀砂屑結構，定向構造。

3.3.2 礦石的化學成分

礦石化學成分中Al2O3含量66.38%、SiO2含量12.47%、鋁硅比(Al/Si)5.32、Fe2O3含量1.55%，燒失量12.95%、TiO2含量2.13%、S含量0.38%。

3.3.3 礦石的結構與構造

礦石呈砂屑泥質結構，鮞粒結構(見圖6)，薄層狀構造。

圖6 鮞粒結構(a)、砂屑泥狀結構(b)

3.4 硬質黏(土礦)土礦礦石質量

3.4.1 礦石的礦物組成

巖石主要由黏土礦物組成，泥狀、顯微鱗片狀，片理定向排列。硬水鋁石，半自形粒狀、板狀，d=0.003～0.12 mm，多數d=0.01～0.12 mm，部分呈d=0.1～1.2 mm次棱角-次圓狀砂屑聚集，零散分布。黃鐵礦，顯微粒狀，d=0.005～0.05 mm，草莓狀聚集，零散分布。褐鐵礦，隱晶質膠狀、粉末狀，較均勻散染。

3.4.2 礦石的化學成分

礦石化學成分中Al2O3含量39.3%～48.09%、SiO2含量33.33%～41.00%、Fe2O3含量0.77%～1.43%、燒失量13.01%～17.90%、TiO2含量0.96%～2.38%、S含量0.53%～0.89%，耐火度1 700～1 780 ℃。

3.4.3 礦石的結構與構造

礦石粒狀鱗片晶結構、砂屑泥狀結構(見圖7)，薄層狀構造。

圖7 砂屑泥狀結構(a)、粒狀鱗片晶結構(b)

4 礦床成因及找礦標志

4.1 含礦巖系特征

鋁土礦賦存于石炭系本溪組中，人們往往把上石炭統本溪組稱為含礦巖系。含礦巖系自下而上可分三段，其巖性特征如下：

下段：為鐵質頁巖，在含礦巖系的中下部和底部，含鐵質較高，具有頁理。由黏土質、砂質及氧化鐵質等組成，局部夾有“山西式”鐵礦小扁豆體或透鏡體。

中段：為礦層，在含礦巖系的中上部，主要由鋁土礦和黏土礦構成。鋁土礦主要為灰色，呈層狀、似層狀、透鏡狀、溶斗狀產出，礦層厚0.50～49.82 m。黏土礦可分硬質黏土礦和高鋁黏土礦2種。黏土礦位于鋁土礦的上部或下部，以位于上部者居多，一般厚2～3 m，也有部分黏土礦夾在鋁土礦之中。鋁土礦和黏土礦的厚度變化互為消長關系，兩者相變明顯。

上段：為黏土頁巖、黏土巖，在含礦巖系的頂部，局部地區頂部相變為炭質頁巖或煤線，性軟，易風化。

4.2 成礦規律

鋁土礦床嚴格賦存于上石炭統本溪組中。區域上含礦巖系本溪組屬晚石炭世，江村鋁土礦床位于豫西，嚴格賦存于本溪組中上部[5-6]。

含礦巖系屬鐵鋁質巖建造，礦床所賦存的本溪組從下而上分別由鐵質層、鋁土礦和鋁硅質層組成，上部有時可見炭質泥巖、煤線、煤層等，屬穩定古陸殼區邊緣的鐵-鋁-硅沉積序列建造，分布均勻而穩定，一般厚度僅5～20 m。如此薄而均勻的厚度反映了在成礦期的升降幅度不大。垂向上含礦巖系表現出自下而上物質成分的規律性遞變，從下往上鐵質遞減，鋁質遞增，及至含礦系中上部為鋁土礦，再往上過渡為鋁硅質、炭硅質的海陸交互相沉積[5]。該套鐵鋁質巖建造在同生沉積作用下基本完成了鐵-鋁-硅物質的分異過程，形成了鋁土礦體，此后共同經了成巖、后生作用，后期保存階段受構造作用的影響，大部分仍埋藏于地下保存至今，一部分出露地表被風化剝蝕殆盡，另一部分出露后得以保存[6]。

4.3 礦床成因及找礦標志

豫西地區經過長時間的風化剝蝕，在秦嶺和中條古陸及豫西準平原化的大地上形成了豐富的三水鋁土礦、紅土及吸附型稀土礦等風化產物。至早二疊世，突發性的海侵在豫西形成了廣闊的潟湖潮坪-沼澤相，盡管潮坪相的潮間-潮下帶為局限環境，但在周期性頻發的風暴潮作用下，使該環境為富鋁物質機械和化學分異均提供了較有利的條件，因而使這些富鋁物質經海水的多次侵蝕、搬運和再沉積后最終就位[6]。新安地區富鋁物質最后的富集、沉積就位在同生期完成，為鋁土礦最重要的成礦作用期。

研究區內本溪組沉積期，發生了較明顯的2次不同規模的海侵，各同生期，在成礦有利部位分別有含鋁物質的進一步富集，因此，部分地段疊加沉積了2～3層富鋁物質。此后，經長期的成巖、后生作用，發生脫水、黃鐵礦化等復雜過程，形成了原生的鋁土礦床。最后，經歷了三期構造運動成為現今的鋁土礦床，其中，抬升至淺表區(埋深約150 m以淺)和中深部裂隙帶的鋁土礦體(層)在表生作用下，黃鐵礦和菱鐵礦逐步氧化為赤鐵礦，由于天然水的淋濾部分硅以離子形式被帶走，礦體品位得以進一步提高[7-8]。

由于礦體均為隱伏礦體，含礦巖系上覆地層自下而上主要有太原組、山西組、石盒子組和新近系等，這些地層的出露結合其厚度和傾角可大致判別含鋁巖系的不同分布和埋深，因而可成為隱伏礦間接的找礦標志[8]。結合區域地層分布及前人勘查資料，考慮地球物理標志，一是可據1∶5萬布格重力梯級帶圈定找礦遠景區，二是在遠景區內以可控源音頻大地電磁測深剖面中反映沉積基底“奧灰面”的卡尼亞電阻率梯級帶為找礦標志，間接推斷含礦巖系的分布和埋深。

5 結 論

1)研究區處于河南省三門峽-澠池-新安鋁土礦成礦區的杜家溝-郁山五級鋁土礦成礦帶的東端，鋁土礦受地層、斷裂控礦明顯，鋁土礦礦體賦存于石炭系本溪組含鐵鋁巖系地層中，礦床規模穩定，具有較大的找礦前景。

2)6礦體長680 m，寬200 m，真厚度2.81 m，傾向約200°，傾角約18°，似層狀、透鏡狀產出，礦體的頂板圍巖主要為黏土巖，底板為灰白色含角礫灰巖，礦石中Al2O3含量66.38%，Fe2O3含量1.55%，鋁硅比(Al/Si)5.32，埋深150.39～170.17 m，賦存標高144.24～168.98 m。

3)長期的風化作用成為鋁土礦的重要物質來源，在古陸與淺海之間湖陸交換的環境下，形成了鋁土礦。礦體賦存于穩定的地層中，地層的出露結合其厚度和傾角可大致判別含鋁巖系的不同分布和埋深，可成為隱伏礦間接的找礦標志。