李建全，周紅春，曹高社，張 清，陳 光，陳永才，楊園園

1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)勘查院，河南鄭州450001；

2.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作454003

河南省偃龍煤田深部鋁土礦床地質(zhì)特征

李建全1，周紅春1，曹高社2，張 清1，陳 光1，陳永才1，楊園園1

1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)勘查院，河南鄭州450001；

2.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作454003

偃龍煤田深部鋁土礦礦床是豫西典型的隱伏鋁土礦床，賦存于中奧陶統(tǒng)侵蝕面之上的石炭系本溪組中.含礦巖系的厚度及礦體形態(tài)受古巖溶面控制，構(gòu)造對礦體影響較大.礦石主要礦物成分為一水硬鋁石、高嶺石、伊利石等含鋁礦物.上部鋁質(zhì)泥巖以高嶺石為主，下部鋁質(zhì)泥巖以伊利石為主.鋁土礦共生礦產(chǎn)綜合開發(fā)價值大，伴生礦產(chǎn)有待進(jìn)一步研究.

鋁土礦床；礦體特征；本溪組；偃龍；河南省

0 前言

河南鋁土礦分布主要在京廣鐵礦以西的三門峽-焦作-鄭州-平頂山之間的3×104km2的三角地帶中.河南省偃龍煤田深部鋁土礦床屬于該三角地帶中嵩箕成礦區(qū)偃師-鞏義-滎陽鋁土礦成礦帶［1］，鋁（黏）土礦為賦存于寒武—奧陶系古風(fēng)化剝蝕面上的一水硬鋁石型鋁（黏）土礦，成礦時代為晚石炭世本溪期［2-3］.許多研究者對該礦床的夾溝［4-5］、孫破-管茅［6］、焦村［7］等礦段300 m以淺的地質(zhì)特征、找礦標(biāo)志和控礦規(guī)律等進(jìn)行了總結(jié)，但對400～700 m深部的成礦地質(zhì)條件沒有研究.同時礦區(qū)淺部為諸多老煤礦范圍區(qū)，煤炭資源頻臨枯竭，為了資源轉(zhuǎn)型和鋁資源量的勘探，在本區(qū)實施煤下鋁（黏）土礦整裝勘查項目.經(jīng)過130余個鉆孔的勘查，初步勘查發(fā)現(xiàn)鋁土礦已達(dá)到超大型規(guī)模.筆者通過該區(qū)的勘查工作和鋁土礦成礦地質(zhì)條件專題研究，對偃龍煤田深部鋁土礦的地質(zhì)特征進(jìn)行初步總結(jié).

1 區(qū)域地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地層

本區(qū)地層主要為太古宇，元古宇，下古生界的寒武系、奧陶系下統(tǒng)，上古生界的石炭系、二疊系，以及中生界三疊系.太古宇和元古宇主要分布在嵩山復(fù)背斜的核部，古生界地層主要分布在復(fù)背斜的兩翼，中新生界分布于斷陷盆地中（圖1）.

1.2 區(qū)域構(gòu)造

區(qū)域造線方向主要呈近東西向，主要褶皺構(gòu)造有嵩山、箕山復(fù)背斜，主要構(gòu)造斷裂有近東西、北西、北東向3組.近東西向構(gòu)造對區(qū)域地形、地層控制明顯，北西向斷層規(guī)模大、延伸遠(yuǎn)、切割深，使得近東西向構(gòu)造有明顯的錯動.

1.3 巖漿巖

區(qū)域上巖漿巖活動微弱，在嵩陽期—燕山期侵入巖（花崗巖）主要出現(xiàn)與嵩山復(fù)背斜的核部.

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)位于嵩山背斜北翼上，區(qū)內(nèi)地層受嵩山背斜控制，總體為一向北傾斜的舒緩單斜構(gòu)造，構(gòu)造線近東西向展布.地層產(chǎn)狀傾向350～20°，傾角12～23°.在巖溶漏斗中，本溪組下部地層傾角可達(dá)30～50°.

2.1.1 含礦巖系

本區(qū)鋁土礦的含礦巖系主要由鋁土礦、黏土礦、硫鐵礦組成，厚0.5～57.95 m，一般1～10 m.含礦巖系賦存在上石炭統(tǒng)本溪組（C2b）中，自下而上分3段.

下段（C2b1）：為鐵質(zhì)頁巖，呈紫紅、褐黃、灰及深灰色，由鐵質(zhì)、黏土質(zhì)和砂質(zhì)組成，局部為泥巖，與黏土礦、鋁土礦呈逐漸過渡關(guān)系.淺部風(fēng)化巖石為褐鐵頁巖、赤鐵頁巖，頁理發(fā)育.深部為黃鐵、菱鐵頁巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，常見鮞狀黃鐵頁巖及菱鐵礦等，具葉片結(jié)構(gòu).該段中下部常由深灰、灰黑色鮞狀菱鐵頁巖或灰、淺灰色黃鐵頁巖組成“山西式”硫鐵礦，其厚度0～9.72 m.

中段（C2b2）：為鋁土礦、黏土礦礦層，主要由鋁土礦和黏土礦（硬質(zhì)黏土礦或高鋁黏土礦）組成，局部夾黏土礦級外品、黏土頁巖或炭質(zhì)頁巖.鋁土礦呈灰色、淺灰色，局部為深灰色，碎屑狀、豆鮞狀、蜂窩狀結(jié)構(gòu)，主要礦物為一水硬鋁石，其次為高嶺石、水云母等，厚度為0.40～28.15 m，平均為2.95 m，呈似層狀、透鏡狀，在溶斗中常呈洼斗狀產(chǎn)出.黏土礦呈深灰—灰黑色，硬而脆，具貝殼狀斷口，高鋁黏土礦常呈致密狀或稀豆鮞狀結(jié)構(gòu)，多位于鋁土礦層的上部或下部，時常呈相變過渡并有相互消長的關(guān)系，厚度為0.39～3.92 m，平均為1.30 m.

圖1 區(qū)域地質(zhì)及鋁土礦分布圖（底圖據(jù)文獻(xiàn)［1］）Fig.1 Regional geological map with distribution of bauxite deposits（Based on Reference［1］）1—第四系（Quaternary）；2—古近系-新近系（Paleogene-Neogene）；3—三疊系（Triassic）；4—二疊系（Permian）；5—石炭系（Carboniferous）；6—奧陶系（Ordovician）；7—寒武系（Cambrian）；8—元古宇（Proterozoic）；9—太古宇（Archean）；10—元古宇花崗巖（Proterozoic granite）；11—工作范圍（study area）；12—鋁土礦點（bauxite occurrence）；13—斷層（fault）；14—產(chǎn)狀（attitude）

上段（C2b3）：一般以黏土頁巖為主，有時相變?yōu)樯百|(zhì)頁巖或炭質(zhì)頁巖.黏土頁巖呈淺灰白色，局部深灰色—黑色，偶因鐵質(zhì)污染呈土黃、紫紅等雜色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，顯頁理，巖性柔軟，易風(fēng)化破碎，含植物化石和根系化石.礦物成分以水云母為主，次為高嶺石及鐵質(zhì)氧化物.厚度一般在1 m至數(shù)米之間.

2.1.2 含礦巖系的頂?shù)装?/p>

含礦巖系的底板為中奧陶統(tǒng)峰峰組［1，8］，為灰黃色粉晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r夾灰白色白云巖，局部有灰白色方解石細(xì)脈，為一套海相的碳酸鹽巖組合，其古巖溶特征控制礦體的形態(tài).

含礦巖系頂板為石炭系上統(tǒng)太原組，與本溪組連續(xù)沉積.主要巖性下部為生物碎屑灰?guī)r和中粗粒砂巖，夾薄層泥巖及薄煤層；中、上部為黏土巖、黏土質(zhì)頁巖、砂巖等；頂部為生物碎屑灰?guī)r.厚度28.91～52.46 m，平均39.24 m.

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造形式有褶曲、斷裂和滑動構(gòu)造.斷裂構(gòu)造以北西向的走滑（平滑）斷層和高角度的伸展型斷層為主，次為低角度小規(guī)模的擠壓斷裂.礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造大致可分為近東西向、北西向和北東向3組，對鋁土礦影響較大的斷層主要為F15、F13、F14、F7和F6（圖2）.F15、F14斷層使得油趙礦段的鋁土礦向北平移了600 m，F(xiàn)14、F13斷層使得寇店礦段的鋁土礦向北平移了700 m，F(xiàn)7斷層使得府店礦段的鋁土礦向南西平移了320 m，F(xiàn)6斷層使得府店礦段的鋁土礦向北東方向平移了120 m.

3 礦體特征

礦區(qū)鋁土礦體賦存于中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r古侵蝕面上，分布于石炭系中統(tǒng)本溪組的中上部.礦體的形態(tài)、大小與沉積成礦時基底地形密切相關(guān).根據(jù)鉆孔工程揭露情況，形態(tài)大體上為層狀，局部呈似層狀或連續(xù)的透鏡狀、溶斗狀及不規(guī)則狀，往往在古巖溶坑凹處形成厚度較大的透鏡體（圖3），而古巖溶坑凹中心向外逐漸變薄.例如油趙礦段167線，厚度變化從0.5～57.95 m，明顯地受古侵蝕面喀斯特地形控制.在傾向上，一般由淺部往深部延伸厚度逐漸變薄.如偃師夾溝在埋深150 m以內(nèi)，底板巖溶發(fā)育，厚度變化大，大的厚度較多，平均厚度達(dá)15.18 m；在埋深150～350 m范圍，厚度穩(wěn)定，平均厚度9.55 m；在埋深350～600 m，平均厚度只有7.77 m.

圖2 偃龍煤田深部鋁土礦水平投影圖Fig.2 Planar map of bauxite orebodies in Yanlong orefield1—鋁土礦露頭（outcrop of bauxite orebody）；2—鋁土礦水平投影（horizontal projection of orebody）；3—斷層（fault）

圖3 管茅礦段含鋁土礦巖溶坑凹剖面圖Fig.3 Geological section of bauxite orebody in Guanmao ore block1—第四系（Quaternary）；2—礫巖（conglomerate）；3—砂巖（sandstone）；4—泥巖（mudstone）；5—炭質(zhì)泥巖（carbonaceous mudstone）；6—鐵質(zhì)泥巖（iron mudstone）；7—灰?guī)r（limestone）；8—鋁土礦體（bauxite orebody）；9—黏土礦體（clay orebody）；10—鉆孔（drill）；11—不整合接觸界線（unconformity）

目前，區(qū)內(nèi)共確定鋁土礦體10個，礦體一般長100～1000 m.夾溝礦段厚大的熔斗狀和透鏡狀礦體之間由薄礦體相連，構(gòu)成大型綜合礦體，長度可達(dá)4000 m，厚0.5～57.95 m.

4 礦石結(jié)構(gòu)與物質(zhì)成分

4.1 礦石結(jié)構(gòu)

偃龍深部鋁土礦石的主要礦石結(jié)構(gòu)為豆鮞狀、碎屑狀、泥晶結(jié)構(gòu).

豆鮞狀結(jié)構(gòu)：鮞粒由一水鋁石、少量高嶺石及鐵質(zhì)礦物組成，形態(tài)呈不規(guī)則的圓球狀或橢球狀，鮞徑0.5～2 mm，常含豆?fàn)铑w粒，粒徑2～4 mm.橢球狀顆粒的長軸呈略具定向排列，與整體的巖層產(chǎn)狀和膠結(jié)物中顯示的紋層相平行.

碎屑狀結(jié)構(gòu)：碎屑多呈次圓狀、次棱角狀，粒徑1～5 mm，個別達(dá)15 mm.碎屑由顯微晶粒狀、隱晶狀一水鋁石及少量高嶺石組成，分選較差，常具定向排列.

泥晶結(jié)構(gòu)：主要由半自形晶體相互交織的一水硬鋁石組成，含少量黏土礦物和金紅石等.晶體一般呈板柱狀，大小一般在5～20 μm，在電鏡下見到結(jié)晶較好的硬水鋁石常被黏土礦物所包裹，且在微空隙中見到結(jié)晶良好的硬水鋁石晶體.常出現(xiàn)在中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦層中.

4.2 礦石構(gòu)造

偃龍深部鋁土礦石的主要構(gòu)造有致密塊狀構(gòu)造、紋層狀構(gòu)造、多孔狀構(gòu)造和粒序構(gòu)造（圖4）.

致密塊狀構(gòu)造：主要表現(xiàn)為由微晶或隱晶質(zhì)的黏土礦物組成的不顯任何層理和紋層的塊狀，非常致密，手感平滑細(xì)膩，碎后呈棱角狀，主要出現(xiàn)在上下部鋁土質(zhì)泥巖的不同層段.

紋層狀構(gòu)造：根據(jù)紋層的形態(tài)可分為水平紋層狀構(gòu)造和不規(guī)則紋層狀構(gòu)造.前者表現(xiàn)為成分略有差異的條帶相間水平排列，每一紋層厚度在毫米級，主要出現(xiàn)在上部鋁土質(zhì)泥巖中，在其上部?？梢姷戒X土質(zhì)泥巖紋層與煤組成的紋層相間排列，最后過渡到太原組底部煤層；后者常出現(xiàn)在下部鋁土質(zhì)泥巖層的上部和整個中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦層中，形態(tài)上表現(xiàn)為波浪狀、褶曲狀，呈現(xiàn)明顯的流動狀態(tài).

多孔狀構(gòu)造：礦石多空隙，大小不一，導(dǎo)致表面較粗糙，有砂感.在近地表風(fēng)化作用下，該類構(gòu)造常常變化為砂狀、土狀、蜂窩狀等構(gòu)造.這類構(gòu)造常出現(xiàn)在中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦層.

粒序構(gòu)造：粒序?qū)永砻黠@，多見到的是正粒序.下部粒度較粗，并與具有流動紋層的鋁土質(zhì)泥巖呈截然的接觸，沖刷現(xiàn)象明顯，向上部粒度逐漸減小，并且顆粒的含量也降低，逐漸過渡為鋁土質(zhì)泥巖.

4.3 物質(zhì)成分

圖4 鋁土礦的礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造Fig.4 Textures and structures of bauxite from Yanlong orefieldA—泥晶結(jié)構(gòu)，含黃鐵礦團(tuán)塊（micrite texture,with pyrite lump）；B—豆鮞狀結(jié)構(gòu)（oolitic texture）；C—碎屑狀結(jié)構(gòu)（fragmental texture）；D—豆鮞狀鋁土礦與泥巖的接觸關(guān)系（contact of oolitic bauxite and mudstone）

區(qū)域上鋁土礦的礦物成分研究程度較高，本鋁土礦床的夾溝、孫坡-管茅、焦村、下徐馬等礦段也有不少科研單位和地勘單位進(jìn)行大量分析研究［5，9-12］.主要礦物成分為一水硬鋁石、高嶺石、伊利石等含鋁礦物，赤鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、針鐵礦等含鐵礦物，以及銳鈦礦、金紅石、白鈦石、板鈦礦等含鈦礦物.

根據(jù)含礦巖系的特征，利用掃描電鏡、能譜分析、X衍射、紅外光譜等方法分別對上、中、下3段的深部鋁（黏）土礦的含鋁礦物進(jìn)行研究.

下段（C2b1）：該層位主要賦存硫鐵礦，含鋁礦物為黏土礦物，X衍射圖譜中沒有特征的硬水鋁石的峰，但差熱曲線表明，在520℃有一個明顯的吸熱峰，與硬水鋁石的吸熱峰相對應(yīng).但這一吸熱谷較為微弱，可能說明含量較少，并且主要以隱晶質(zhì)的形式存在于黏土礦物中.通過差熱分析，含鋁的主要礦物成分是伊利石.

中段（C2b2）：鋁土礦主要賦存在該巖性段，含鋁礦物主要分布在碎屑狀鋁土礦中的碎屑以及豆鮞狀鋁土礦的鮞粒和豆粒中.掃描電鏡下觀察，結(jié)晶較好的硬水鋁石呈柱狀、薄板狀、板狀（圖5A），發(fā)育在呈不規(guī)則狀、結(jié)晶較差的硬水鋁石顆粒中.并發(fā)現(xiàn)在一些空隙中硬水鋁石結(jié)晶較好，呈短柱狀（圖5B）.在薄片和電鏡中，碎屑及豆鮞的膠結(jié)物中，結(jié)晶較好的硬水鋁石填充在膠結(jié)物因體積收縮而引起的干縮裂縫中.

上段（C2b3）：主要賦存黏土礦，薄片中硬水鋁石粒度很小，一般幾至十幾微米，呈微晶存在，均勻分布.電鏡下沒有發(fā)現(xiàn)典型的硬水鋁石晶體，X衍射分析中大部分樣品硬水鋁石的特征峰不明顯，差熱分析中，硬水鋁石的吸熱峰也不太明顯（圖6），可能是硬水鋁石呈微晶或隱晶質(zhì)存在.但對黏土礦物X衍射分析表明其主要成分為高嶺石.

圖6 含礦巖系上段鋁土質(zhì)泥巖ZK2006-1差熱曲線Fig.6 Differential thermal analysis of bauxitic mudstone in C2b3

總之，對含礦巖系垂向上的礦物研究表明：上部和下部鋁土質(zhì)泥巖以黏土礦物為主，含有少量呈隱晶質(zhì)的硬水鋁石.但上部鋁質(zhì)泥巖以高嶺石為主，下部鋁土質(zhì)泥巖以伊利石為主，中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦主要以結(jié)晶較好的硬水鋁石為主，含有1.4 μm的黏土礦物和少量的高嶺石，反映了風(fēng)化作用較為強烈.

5 主要共伴生礦產(chǎn)

圖5 含礦巖系中部鋁土礦硬水鋁石掃描電鏡下特征Fig.5 Microphotograph of diaspore in bauxite sample by SEMA—ZK0006-2豆鮞狀礦石（oolitic textured ore）；B—ZK7608-1碎屑狀礦石（fragmental textured ore）

偃龍煤田深部鋁土礦初步圈出鋁土礦礦體10個，規(guī)模達(dá)到超大型，與鋁土礦共生的礦產(chǎn)有耐火黏土礦、硫鐵礦、鐵礬土及煤.煤炭資源是目前區(qū)內(nèi)最為重要的礦產(chǎn)資源，其賦存在本溪組上部的石炭系太原組和二疊系山西組中，區(qū)內(nèi)河南煤華集團(tuán)等已開采生產(chǎn)幾十年.耐火黏土礦一般賦存在含鋁巖系的上部，初步圈出耐火黏土礦礦體18個.主黏土礦體賦存在鋁土礦的上部，由于鋁土礦和黏土礦呈漸變過渡關(guān)系，無明顯沉積分界.黏土礦有的作為夾石賦存在鋁土礦之中，有的賦存在鋁土礦體之下.目前估算黏土礦資源量的規(guī)模已達(dá)大型.硫鐵礦賦存在本溪組的底部，由于多數(shù)鉆孔所見鋁土礦與底板灰?guī)r直接接觸，硫鐵礦的連續(xù)性差，初步圈出硫鐵礦礦體7個，其資源量規(guī)模已達(dá)大型.

與鋁土礦伴生的礦產(chǎn)主要有鎵、鋰、輕稀土氧化物和鈦.本次工作還未對該類伴生礦產(chǎn)的資源量進(jìn)行統(tǒng)計估算，但區(qū)域上認(rèn)為該類礦產(chǎn)綜合開發(fā)前景較好，在距本礦床約70 km的同類型郁山鋁土礦，鎵、鋰和輕稀土氧化物等伴生礦產(chǎn)資源量規(guī)模達(dá)中型，鈦資源量達(dá)到大型規(guī)模，具有較好的開發(fā)前景.因此應(yīng)注重本鋁土礦床的伴生礦產(chǎn)研究，同時開展相應(yīng)的開發(fā)利用研究.

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LI Jian-quan1,ZHOU Hong-chun1,CAO Gao-she2,ZHANG Qing1,CHEN Guang1, CHEN Yong-cai1,YANG Yuan-yuan1

1.No.4 Institute of Geological Exploration,Henan Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Zhengzhou 450001,China;
2.College of Earth and Environment Sciences,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,Henan Province,China

The Yanlong bauxite deposit,which occurs in Carboniferous Benxi Formation on the Middle Ordovician erosion surface,is a typical concealed bauxite deposit in western Henan Province.The thickness of ore-bearing formation and shapes of bodies are controlled by the paleo-karst erosional surface,and are greatly influenced by structures.The dominant Al-bearing minerals include diaspore,kaolinite and illite.The upper and lower parts of the bauxitic mudstone are mainly based on kaolinite and illite respectively.The paragenetic minerals of bauxite have a great value,while the associated minerals need further study.

bauxite deposit;characteristics of orebody;Benxi Formation;Yanlong orefield;Henan Province

2015-10-20；

2016-01-20.編輯：張哲．

中央地勘基金河南省地質(zhì)勘查基金項目［編號52（預(yù)查），8（普查）］.

李建全（1982—），男，碩士，工程師，從事地質(zhì)勘查工作，通信地址河南省鄭州市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道81號地質(zhì)科技大廈1221室，

E-mail//375159702@qq.com