胡 盛，李科花，楊持恒，蔡 露

(1.河南省大口徑鉆井工程技術(shù)研究中心，鄭州 450000；2.河南省資源環(huán)境調(diào)查四院，鄭州 450000)

河南省的煤系地層是一個多礦種共伴生的沉積礦產(chǎn)成礦系列[1]。除煤炭以外，煤系地層還蘊(yùn)藏著煤層氣、高嶺土、鋁土礦等礦產(chǎn)資源，其中賦存于上石炭統(tǒng)本溪組的鋁土礦資源儲量規(guī)模位居我國第四位，約占我國總資源儲量的17%[2]，為我國鋁工業(yè)發(fā)展提供了有力的資源支撐。在2010年以前，河南省重點勘查開發(fā)出露、淺層鋁土礦，自2010年國家實施“358”找礦突破戰(zhàn)略行動以來，河南省重點開展了“煤下鋁”整裝勘查。截至2018年底，河南省“煤下鋁”整裝勘查探獲鋁土礦資源量超過10億t，進(jìn)一步鞏固了河南作為全國最大鋁工業(yè)基地的地位[3]。

1 河南省鋁土礦分布

河南省鋁土礦成礦區(qū)，大地構(gòu)造上位于中朝準(zhǔn)地臺的西南緣，二級構(gòu)造單元為嵩箕中臺隆和澠池—確山陷褶斷束，地層區(qū)劃屬華北沉積區(qū)豫西分區(qū)的嵩箕小區(qū)和新澠小區(qū)[4]。

河南省內(nèi)可供工業(yè)利用的鋁土礦集中分布于黃河南岸三門峽—鄭州—平頂山的三角地帶[5]，可以劃分出6個主要成礦帶，即：三門峽—新安礦帶、龍門—鞏義礦帶、登封—新密礦帶、鰲頭—楚嶺礦帶、汝州—禹州礦帶、宜陽—寶豐礦帶(圖1)[6]。以上成礦帶賦存于陜澠煤田、新安煤田、宜洛煤田、偃龍煤田、滎鞏煤田、登封煤田、新密煤田、臨汝煤田、禹州煤田、平項山煤田等10個煤田及其周邊范圍的上石炭統(tǒng)本溪組。

圖1 河南省鋁土礦帶分布Figure 1 Bauxite deposit zones distribution in Henan Province

2 “煤下鋁”礦床成因類型

河南省的鋁土礦成礦經(jīng)歷了阜平、五臺運動，使元古界和太古界褶皺、變質(zhì)、混合巖化，構(gòu)成古老的結(jié)晶基底，在此基礎(chǔ)上沉積了元古界到古生界以基-中酸性火山巖、淺海相陸源碎屑、鎂-鈣質(zhì)碳酸巖為主的巖石建造[7]。加里東期，本區(qū)整體抬升，形成了風(fēng)化產(chǎn)物的源地，經(jīng)歷了130～150Ma的風(fēng)化剝蝕[8]。

至石炭世，因受華力西運動的影響，古陸地逐漸下沉，海水再次入侵，在古陸邊緣盆地、淺洼地、溶洞中首先沉積了以鐵質(zhì)為主的黏土巖、鐵鋁質(zhì)頁巖；隨著沉積環(huán)境的改變又先后沉積了鋁土礦、硅質(zhì)較高的黏土巖，以及含生物碎屑灰?guī)r，形成了碳酸鹽巖古溶蝕洼地―中石炭統(tǒng)本溪組含礦巖系―太原組生物灰?guī)r為蓋層的統(tǒng)一體[9]。

因此，河南省的鋁土礦礦床屬海灣潟湖相沉積型鋁土礦，為碳酸鹽巖侵蝕面上的沉積型一水硬鋁石礦床[10]。從成礦地質(zhì)條件分析，該類礦床經(jīng)歷了兩個成礦階段[11]，首先生成以膠體化學(xué)沉積為主的鋁土礦，后經(jīng)水動力作用，使礦體破碎，經(jīng)短距離搬運后以機(jī)械沉積為主，生成內(nèi)碎屑鋁土礦[12]。河南省鋁土礦礦床賦存在石炭系本溪組內(nèi)，屬產(chǎn)于碳酸鹽巖古風(fēng)化侵蝕面上的沉積鋁土礦，其產(chǎn)出形態(tài)嚴(yán)格受碳酸鹽巖古風(fēng)化侵蝕面的巖溶地形控制[13]。

上石炭統(tǒng)本溪組鋁土礦含礦巖系為一多礦種共伴生的成礦系列，共生礦產(chǎn)有耐火黏土、鐵礬土(菱鐵礦)、硫鐵礦(“山西式”鐵礦)和煤[14]，伴生礦產(chǎn)有鎵、氧化鋰和稀土。其中鋁土礦與共生礦產(chǎn)呈明顯的垂直分帶：每出現(xiàn)一次煤線或炭質(zhì)泥巖，即表明一次海相變?yōu)殛懴嗟倪^程，即一次成礦過程。單個成礦垂向分帶由頂?shù)降祝好簩莹D耐火黏土―鋁土礦―鐵礬土(菱鐵礦)―硫鐵礦(“山西式”鐵礦)。多層鋁土礦或鋁土礦夾耐火黏土是多次成礦的結(jié)果，多次氧化―還原作用的疊加使得硫鐵礦(“山西式”鐵礦)一直處在最底部。

3 找礦方法研究

由于傳統(tǒng)的物化探手段在鋁土礦找礦過程中無法達(dá)到定性、定厚的作用，現(xiàn)階段河南省仍然采用鉆探與采樣分析化驗結(jié)合的方式進(jìn)行鋁土礦勘查。隨著鋁土礦的勘查開發(fā)從露頭礦、淺部礦向深部隱伏礦即“煤下鋁”轉(zhuǎn)變，勘查深度加大伴意味著找礦成本大幅增加。在現(xiàn)階段找礦技術(shù)無法取得突破的情況下，如何利用現(xiàn)有地質(zhì)資料、找礦技術(shù)方法優(yōu)選找礦靶區(qū)、提高鉆孔見礦率、降低找礦成本是現(xiàn)階段“煤下鋁”找礦過程中急需解決的問題。

河南省鋁土礦賦存于上石炭統(tǒng)本溪組中，礦體連續(xù)性較差，空間形態(tài)多呈似層狀、漏斗狀、囊狀等。一個鋁土礦礦床多由數(shù)種礦體形態(tài)組成，礦體形態(tài)的轉(zhuǎn)變多呈成過渡關(guān)系：如以似層狀礦體為主的礦區(qū)，在其露頭和淺部，局部可有透鏡狀或溶斗狀礦體；而以漏斗、囊狀礦體為主的礦區(qū)，深部也可轉(zhuǎn)化為似層狀礦體；若干個漏斗狀礦體，也可以互相復(fù)合，形成大型綜合礦體。一般來說層狀礦多為貧礦，漏斗狀、囊狀礦多為富礦，漏斗狀、囊狀礦存在于底盤碳酸鹽巖的古漏斗中，其產(chǎn)出形態(tài)嚴(yán)格受古風(fēng)化侵蝕面的碳酸鹽巖巖溶地形控制。因此“煤下鋁”找礦的關(guān)鍵是找含礦層段本溪組和找鋁土礦沉積漏斗。

河南省通過實施找礦突破戰(zhàn)略行動，埋深2 000m以淺的煤炭資源已基本查明，繼而“煤下鋁”的含礦層段本溪組的分布范圍、埋深等賦存情況也已大致摸清，故現(xiàn)階段“煤下鋁”找礦僅須解決怎樣找鋁土礦沉積漏斗。由于漏斗狀鋁土礦嚴(yán)格受其沉積基底的碳酸鹽巖漏斗控制，故而可以尋找沉積基底的碳酸鹽巖漏斗間接輔助尋找鋁土礦沉積漏斗。通過查閱大量地質(zhì)資料進(jìn)行綜合整理分析研究后得出以下輔助尋找鋁土礦沉積漏斗的方法。

1)利用已有煤勘資料二次集成繪制本溪組沉積相古地理圖，圈定鋁土礦基底的碳酸鹽巖巖溶漏斗的分布范圍，輔助“煤下鋁”重點找礦靶區(qū)的選取。通過對河南省多個典型礦區(qū)的煤、鋁勘查資料綜合對比研究發(fā)現(xiàn)：連續(xù)沉積的山西組、太原組和含礦層段本溪組的厚度變化具協(xié)同性—呈層狀展布，厚度不穩(wěn)定局部呈漏斗狀，主采煤層亦有如上特征。表明含煤地層山西組、太原組沉積時期仍發(fā)育繼承性巖溶，主采煤層、山西組及太原組的厚度變化能在一定程度上反映鋁土礦沉積時期的碳酸鹽巖侵蝕面的巖溶地形情況。

河南省涉村煤下鋁勘查項目在實施過程中充分運用該找礦理論發(fā)現(xiàn)數(shù)個厚大的鋁土礦沉積漏斗(圖2、圖3)，取得重大找礦突破[15]。

圖2 064勘探線地質(zhì)剖面圖Figure 2 Geological section of prospecting line No.064

圖3 072勘探線地質(zhì)剖面圖Figure 3 Geological section of prospecting line No.072

工程見礦率大幅提升。淺部礦區(qū)鉆孔見礦率45%左右，該礦區(qū)施工鉆孔120孔，71孔見鋁土礦，工程見礦率達(dá)59.13%。

發(fā)現(xiàn)數(shù)個富厚的鋁土礦沉積漏斗。項目施工鉆孔120孔，71孔見鋁土礦，其中11孔見礦鉛直厚度>8m，見大厚度工程占比15.49%。其中ZK06418鉆孔見礦鉛直總厚57.80m，是河南省煤下鋁勘查過程中見礦厚度最大的鉆孔；ZK07220鉆孔見礦鉛直厚度26.19m，A/S達(dá)20.7，是河南省煤下鋁勘查過程中見礦最為富厚的鉆孔之一。

以上成果的取得充分證明了該找礦理論指導(dǎo)“煤下鋁”找礦的可行性。

2)利用物探方法輔助尋找鋁土礦沉積漏斗。雖然物探手段無法做到定性、定厚鋁土礦的作用，但是可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)可大致解譯黃土覆蓋區(qū)鋁土礦基底碳酸鹽巖不整合面的起伏形態(tài)(圖4)，從而大致確定碳酸鹽巖巖溶漏斗的分布范圍，達(dá)到間接找礦的目的，輔助攻克“煤下鋁”找礦難關(guān)。

圖4 064勘探線奧陶紀(jì)古風(fēng)化面解譯圖Figure 4 Ordovician paleoweathering surface interpretation map of prospecting line No.064

4 結(jié)論

1)通過河南省主要鋁土礦礦體賦存狀態(tài)、礦石類型、礦石礦物成分、化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造的研究，認(rèn)為河南省鋁土礦礦床多屬海灣潟湖相沉積型一水硬鋁石鋁土礦礦床。該類礦床經(jīng)歷了兩個成礦階段，首先生成以膠體化學(xué)沉積為主的鋁土礦，后經(jīng)水動力作用，使礦體破碎，經(jīng)短距離搬運后以機(jī)械沉積為主，生成內(nèi)碎屑鋁土礦。河南省鋁土礦礦床賦存在石炭系本溪組內(nèi)，屬產(chǎn)于碳酸鹽巖古風(fēng)化侵蝕面上的沉積鋁土礦，其產(chǎn)出形態(tài)受碳酸鹽巖古風(fēng)化侵蝕面的巖溶地形控制。

2)通過查閱大量地質(zhì)資料進(jìn)行綜合整理分析研究后發(fā)現(xiàn)，一是利用已有煤勘資料二次集成繪制本溪組沉積相古地理圖圈定鋁土礦基底的碳酸鹽巖巖溶漏斗的分布范圍，輔助“煤下鋁”重點找礦靶區(qū)的選??；二是采用可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)解譯鋁土礦基底碳酸鹽巖不整合面的起伏形態(tài)用以圈定碳酸鹽巖巖溶漏斗的分布范圍，亦可輔助“煤下鋁”找礦。