石 巖，王澤山，王 瑞

(1.東北煤田地質(zhì)局一0三勘探隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng)110013;2.沈煤集團(tuán)紅陽(yáng)四礦，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

遼寧省中部紅陽(yáng)煤田晚古生代石炭～二疊系中下石盒子組及本溪組所賦存的鋁粘土礦床分布較廣，資源量較大。隨著遼寧省中部煤礦開采年限的臨近及近年我國(guó)鋁工業(yè)的快速發(fā)展，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、最大限度地綜合利用與煤伴生有益礦產(chǎn)資源，延續(xù)礦井的生產(chǎn)年限，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展，與煤伴生的鋁粘土礦床將是近期及未來(lái)主要勘查和開發(fā)的方向。

1 區(qū)域概況

1.1 自然概況

紅陽(yáng)煤田位于沈陽(yáng)市南20 km，跨沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山三市，其范圍北起沈陽(yáng)市蘇家屯，南至遼陽(yáng)市，東起哈大高速公路沿線，西至渾河。目前，紅陽(yáng)煤田內(nèi)有大型生產(chǎn)礦井四座，在建礦井一座，煤炭年產(chǎn)量約750萬(wàn)噸，是遼寧乃至東北最重要的煉焦煤基地，是鞍鋼等鋼鐵企業(yè)的能源命脈。由北向南依次分布有生產(chǎn)礦井如下:林盛煤礦(一井)、紅菱煤礦(二井)、紅陽(yáng)三礦(三井)、西馬煤礦(四井)、紅祥煤礦(在建井)。

1.2 地質(zhì)概況

紅陽(yáng)煤田為隱伏式煤田，地處遼東山區(qū)與下遼河平原的接壤部位，全區(qū)為第四系所覆蓋，地形略有起伏。

紅陽(yáng)礦區(qū)在勘探工作中，主要以煤層為研究對(duì)象，但仍有較多的鋁粘土礦的資料可以利用。在一井、四井，以普查G層鋁土礦為主，找到和評(píng)價(jià)了大紙房遠(yuǎn)景區(qū)。后期對(duì)一、二井B層進(jìn)行了重點(diǎn)評(píng)價(jià)，確定了二井為中型高鐵鋁土礦、一井為大型優(yōu)質(zhì)耐火粘土礦床。通過(guò)116個(gè)鉆孔的控制，獲得工業(yè)加遠(yuǎn)景儲(chǔ)量鋁土礦652.3萬(wàn)噸、耐火粘土礦2071.8萬(wàn)噸，于1973年3月提交了《紅陽(yáng)煤田鋁土礦、耐火粘土礦地質(zhì)勘探報(bào)告》。

2 地層及含礦巖系特征

2.1 地層

本區(qū)地層屬華北地層區(qū)，區(qū)內(nèi)石炭－二疊系含煤地層屬于典型的地臺(tái)沉積，沉積建造發(fā)育于巨型克拉通盆地內(nèi)，盆地的形成、發(fā)展及演化決定于其大地構(gòu)造背景。

石炭－二疊系有老至新劃分為本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組，主要含煤地層為下二疊統(tǒng)太原組和山西組。

除上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系及石炭系下統(tǒng)缺失外，自前寒武系至新近系于本地區(qū)均有賦存，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。

2.2 含礦巖系特征

本區(qū)主要含礦巖系為二疊系中統(tǒng)下石盒子組及石炭系上統(tǒng)本溪組的兩套鐵鋁碎屑巖相。B層賦存于下石盒子組中部砂頁(yè)巖段底部，距A層約百米，頂部為雜色～灰白色頁(yè)巖互層，底部漸變?yōu)榛揖G～灰白色厚層狀中粒砂巖。該層為鋁土礦、耐火粘土礦的最重要賦存層位。G層賦存在上石炭系本溪組雜色頁(yè)巖段的底部，為馬家溝灰?guī)r侵蝕面山西式鐵礦之頂板。由于受古地形的影響，厚度和品位變化大，但質(zhì)量好，為紅陽(yáng)礦區(qū)鋁土礦、耐火粘土礦的主要勘探對(duì)象。

3 構(gòu)造

紅陽(yáng)煤田大地構(gòu)造單元同時(shí)又屬于中朝地臺(tái)內(nèi)遼東臺(tái)背斜和下遼河中新生代凹陷裂谷東坡復(fù)合地帶，煤田南部的溫香─鞍山東西向斷裂和北部的蘇家屯─渾河北東東向斷裂，是煤田邊界構(gòu)造，形成時(shí)期較早，呂梁運(yùn)動(dòng)即已發(fā)育成熟，致使煤田南側(cè)營(yíng)口背斜和北側(cè)沈陽(yáng)隆起的元古界變質(zhì)巖系抬起，控制了紅陽(yáng)煤田南北兩端的自然界限。對(duì)鋁土礦的展布起著重要的控制作用。

4 巖漿巖

巖漿巖分別是燕山期以安山巖為主的侵入或噴發(fā)期和喜山期以輝綠巖為主的侵入期。

燕山期巖漿巖主要分布于煤田西南，紅陽(yáng)三井、四井及尖臺(tái)子勘區(qū)的中生代地層中，及煤田外鞍山一帶花崗巖侵入，對(duì)煤層及鋁粘土礦床的影響有限。

喜山期巖漿巖的輝綠巖主要以斷層為通道，多沿煤層或軟弱地層呈巖床和巖脈分別侵入到煤系地層和煤層中，在不同程度的破壞煤層和煤質(zhì)的同時(shí)對(duì)鋁粘土礦床也有相應(yīng)的影響。

5 礦床地質(zhì)特征

5.1 礦體(層)形態(tài)、產(chǎn)狀特征

紅陽(yáng)煤田的鋁粘土礦的含礦層是由鋁土礦和粘土礦組成，含礦層處于下石盒子組及本溪組所構(gòu)成的含礦巖系的之中，一般伴隨煤層形態(tài)在相應(yīng)層位產(chǎn)出，不同的層位，在紅陽(yáng)煤田內(nèi)的發(fā)育程度也不同，而同一層位的鋁土礦或粘土礦在礦物成份和化學(xué)成份上亦具有漸變的關(guān)系，其在厚度上呈互為消長(zhǎng)的關(guān)系。從紅陽(yáng)煤田所賦存的鋁粘土而言，粘土礦及鋁土礦多因成礦環(huán)境因素而顯示不同的成礦結(jié)果，同一層位的礦層在不同井田或?yàn)檎惩恋V、或?yàn)殇X土礦，皆因成礦深度及沉積環(huán)境共同作用的結(jié)果。即使在同一礦層，一般粘土礦也作為從屬的礦種出現(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)?、溶斗狀。三者之間均有過(guò)渡類型，且可在同一礦區(qū)出現(xiàn)而互相連結(jié)。

5.2 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。

5.3 礦石類型

按結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征劃分為礫屑狀、蜂窩狀、砂狀、豆鮞狀、致密狀鋁粘土礦，以及它們之間的過(guò)渡類型。按礦物組成及化學(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。

5.4 品位特征

鋁土礦、耐火粘土礦的礦石質(zhì)量主要由 Al2O3、Fe2O3、SiO2的含量而定。

5.4.1 含礦層品位變化

B層品位組分的平均含量及變化見下表:

表1

從上表可知:B層在向斜平剖面中Al2O3、Fe2O3的含量?jī)啥说?，中部高，SiO2則中部低，兩端高，呈現(xiàn)中部是鋁硅比高是鋁土礦、兩端為粘土礦。

G層依目前資料看，向斜東翼較西翼為好，具有工業(yè)意義鋁土礦均分布于東翼，Al2O3含量變化不大;Fe2O3由北向南、從上而下有增高的趨勢(shì)，Al2O3與Fe2O3為反比的關(guān)系。

5.4.2 礦體化學(xué)組分變化

鋁土礦品位較穩(wěn)定，各項(xiàng)組分含量平均值變化如下:

Al2O3含量 46.17% ～59.91%，平均 53.52%;Fe2O3含量7.40% ～23.47%，平均 14.83%;SiO2含量 9.90% ～20.03%，平均 16.11%;鋁硅比值(A/S)2.64 ～ 5.67，平均3.32。屬三～四級(jí)品的高鐵礦石。

耐火粘土礦品位，各項(xiàng)組分含量平均值變化如下:

鋁鈦含量 40.16% ～64.69% ，平均 46.71%;Fe2O3含量1.34% ～2.95% ，平均 1.98%;

耐火度1 710℃ ～1 770℃，平均1760℃。礦石質(zhì)量好，均屬一級(jí)耐火粘土。

耐火度與鋁鈦含量成正比:鋁鈦含量高時(shí)耐火度亦高，而Fe2O3與耐火度成反比，鐵高時(shí)降低耐火度。

5.4.3 有害雜質(zhì)含量

表2

從表2可以看出，按耐火粘土有害雜質(zhì)K2O+Na2O＜20%、CaO+MaO＜1.5%所規(guī)定的含量，均合乎要求。

5.5 成礦規(guī)律

(1)鋁粘土礦床伴隨煤層產(chǎn)狀及奧陶系古風(fēng)化侵蝕面而賦存于含煤巖系中。

(2)含礦巖系建造主要為穩(wěn)定的鋁粘土鐵質(zhì)建造。

(3)不同類型巖溶侵蝕面所形成的鋁粘土礦床具有不同的地質(zhì)特征。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粘土礦體的規(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(guò)渡。

(5)礦體的厚度、品位與含礦巖系厚度的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，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)Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3，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);而 Al2O3與SiO2則為負(fù)相關(guān)。

6 找礦標(biāo)志及找礦方向

本區(qū)鋁土礦、耐火粘土礦層位主要由A至G共七層組成。已知具有遠(yuǎn)景儲(chǔ)量的為B、G層，D層僅局部具有工業(yè)價(jià)值，大部為粘土質(zhì)粉砂巖所代替。其中B、G層賦存的位置分述如下:

B層:賦存于下石盒子組統(tǒng)中部砂頁(yè)巖段底部，距A層約百米，頂部為雜色—灰白色頁(yè)巖互層，底部漸變?yōu)榛揖G—灰白色厚層狀中粒砂巖。

G層:賦存在中石炭系本溪統(tǒng)雜色頁(yè)巖段的底部，為馬家溝灰?guī)r侵蝕面山西式鐵礦之頂板。

7 煤下伴生鋁粘土礦的勘查

根據(jù)鋁粘土礦成因特點(diǎn)和礦床的賦存條件，以及多年鋁粘土礦找礦經(jīng)驗(yàn)表明，煤層深部隱伏鋁粘土礦體是紅陽(yáng)煤田含煤巖系伴生礦帶的一部分，其含礦層位亦即是該地區(qū)已查明的各型鋁粘土礦床向深部的自然延伸，其深部是可以找到大型乃至特大型鋁土礦床的。

8 煤下伴生鋁粘土礦的勘查方法

進(jìn)行深部鋁土礦勘查工作應(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，現(xiàn)階段紅陽(yáng)煤田進(jìn)行深部找礦工作的同時(shí)，就應(yīng)針對(duì)鋁粘土礦層單獨(dú)進(jìn)行認(rèn)真分析研究，收集含有鋁粘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，配合煤田的深孔鉆探資料，依托政策的支持，加大對(duì)區(qū)內(nèi)鋁粘土礦勘查的投入，推進(jìn)鋁粘土礦勘查的盡早日實(shí)施，實(shí)現(xiàn)煤鋁相伴找礦的重大突破。

9 煤下伴生鋁粘土礦勘查的意義

根據(jù)資料顯示，紅陽(yáng)煤田經(jīng)預(yù)測(cè)的鋁粘土礦資源儲(chǔ)量，按最低可采厚度0.8m保守估計(jì)，亦在15 390萬(wàn) t左右，能延續(xù)現(xiàn)有生產(chǎn)礦井年限約在十?dāng)?shù)年。而從鋁粘土礦的勘查—籌建礦山—礦山正式投產(chǎn)—達(dá)產(chǎn)的周期大約要經(jīng)過(guò)8～10 a，因此，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。

綜上所述，開展遼寧省中部煤礦區(qū)深部隱伏鋁粘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。

［1］方啟學(xué)，黃國(guó)志，葛長(zhǎng)禮，等.我國(guó)鋁土礦資源特征及其面臨的問(wèn)題與對(duì)策.輕金屬，2000(10):9－11.

［2］紅陽(yáng)煤田鋁土礦、耐火粘土礦地質(zhì)勘探報(bào)告.遼寧省冶金地質(zhì)勘探公司106隊(duì)，1973－3.

［3］徐興，陳立良.山東國(guó)有重點(diǎn)煤礦煤系共伴生礦產(chǎn)資源.山東科技出版社，1994－12.

［4］鋁土礦、冶鎂菱鎂礦地質(zhì)勘查規(guī)范.中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DZ/T0202－2002.

［5］高嶺土、膨潤(rùn)土、耐火粘土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范.中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DZ/T0206－2002.