侯夢懷,劉雪嬌
(1.山西省第三地質(zhì)工程勘察院,山西 晉中 030620;2.山西省地震局,山西 太原 030021;3.太原大裂谷動(dòng)力學(xué)國家野外觀測研究站,山西 太原 030025)
研究區(qū)位于孝義市范圍內(nèi)河?xùn)|煤田中部東緣,屬呂梁山系,為典型的黃土高原地貌,地形切割較強(qiáng)烈,地勢總體呈北西高南東低特征。
區(qū)內(nèi)地層為沉積巖,巖性單一,以半堅(jiān)硬巖類為主。呈現(xiàn)南東向傾斜的單斜構(gòu)造,地層傾角在5°~12°之間,多發(fā)育波浪式平緩褶曲[1]。
2.1.1 奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)
上段僅在礦區(qū)北部溝谷及山坡上出露,為一套巖性單一而穩(wěn)定的灰黑、灰色厚-巨厚層質(zhì)純石灰?guī)r,其出露厚度最厚約80m。
下段普遍出露于各溝谷中,以深灰色厚層狀石灰?guī)r、灰白色、黃綠色泥灰?guī)r夾石膏脈及白云巖組成。出露厚度一般10m~20m,最厚約50m[1,2]。
2.1.2 石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)
是賦礦層位,與下伏地層平行不整合接觸。本組分為兩段,下段(C2b1)地層為含礦段,平均厚度6.76m,巖(礦)層由下至上分別為山西式鐵礦、鐵質(zhì)粘土巖、鋁土礦、硬質(zhì)耐火粘土礦、粘土巖,其顏色變化由褐色逐漸過渡為灰白色。上段(C2b2)地層底部以一層不穩(wěn)定的黑灰色石灰?guī)r(多相變?yōu)榛野咨皫r)與下段分界,厚3.27m~18.94m,平均厚度10.09m。
2.1.3 石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)
與下伏地層整合接觸。底部為一層中-粗粒砂巖,以其為界分割該組地層與本溪組地層。該組地層分為上下兩段,受剝蝕作用影響,礦區(qū)內(nèi)出露不全。下段(C3t1)地層平均厚33.84m,主要由灰黑、灰白色砂巖、砂質(zhì)泥巖、煤、粘土巖、石灰?guī)r組成。上段(C3t2)地層出露不全,平均厚45.83m,巖性為灰色泥巖、石灰?guī)r。
2.1.4 第四系中上更新統(tǒng)(Q2+3)
覆蓋全區(qū)80%以上,由黃色亞砂土、砂土組成,局部可見松散的礫石層,厚4.80m~72.71m。
2.1.5 第四系全新統(tǒng)(Q4)
分布于溝谷底部,巖層為礫石砂土,厚0m~10m。
對于呂梁復(fù)背斜的東翼而言,該礦區(qū)位于單斜構(gòu)造的翼部之上,區(qū)內(nèi)無大的構(gòu)造,僅見有角度平緩呈波浪式起伏的小型褶曲,其規(guī)模很小,分布在全礦區(qū)且數(shù)量較多,地層總體傾向SE,傾角在2°~15°之間。
鋁土礦賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組下段中下部、奧陶系中統(tǒng)峰峰組灰?guī)r侵蝕面之上,礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出[2,3],礦層傾角2°~15°,平均為7°;受成礦條件影響,礦體邊界呈不規(guī)則狀。區(qū)內(nèi)發(fā)育鋁土礦礦體13個(gè),礦體厚度為0.50m~7.87m,平均厚度1.91m,其中Ⅲ、Ⅴ號礦體為該區(qū)主礦體。
Ⅲ號礦體位于礦區(qū)西部偏北,平面呈不規(guī)則狀;礦體南北長1135m~1465m,東西寬537m~1180m,礦體面積0.89km2;礦體厚度0.54m~6.15m,平均厚度2.31m,礦體內(nèi)有沉積無礦天窗2個(gè),面含礦系數(shù)89.84%;夾石工程率32.11%,夾石厚度0.50m~1.90m,平均0.93m。
Ⅴ號礦體位于礦區(qū)東部,平面呈不規(guī)則狀;礦體南北長3338m~5739m,東西寬2737m~348m,礦體面積5.52km2;礦體厚度0.52m~6.61m,平均厚度1.99m,礦體內(nèi)沉積無礦天窗9個(gè),剝蝕無礦天窗1個(gè),面含礦系數(shù)95.88%;夾石工程率22.03%,夾石厚度0.50m~1.61m,平均0.89m。
礦石成分。礦石礦物主要為一水硬鋁石和高嶺石,副礦物有赤鐵礦、褐鐵礦和針鐵礦[3,4]。
據(jù)基本分析結(jié)果,礦石主要化學(xué)成分及含量為Al2O3:40.06%~79.92%,平均64.48%、SiO2:0.58%~28.08%,平 均12.28%、Fe2O3:0.32%~41.31%,平 均4.81%、TiO2:0.75%~7.00%,平均2.43%,以上四種總和大于礦石化學(xué)成分總量的84%。
據(jù)《鋁土礦、冶鎂菱鎂礦地質(zhì)勘查規(guī)范》(DZ/T0202-2002)附錄B鋁土礦石品級標(biāo)準(zhǔn)(GB3497-83)[5],全區(qū)單工程鋁土礦礦石中Fe2O3含量最小0.32%,最大41.31%,全區(qū)平均含量4.81%,礦石中S含量最小0.007%,最大0.172%,平均含量0.039%,礦區(qū)鋁土礦工業(yè)類型屬含鐵低硫型鋁土礦,全區(qū)單工程鋁土礦礦石中Al2O3品位最小40.06%,最大79.92%,全區(qū)平均64.48%;單工程A/S最小2.60,最大135.84,全區(qū)平均5.25,礦石品級為Ⅳ級[1]。
區(qū)內(nèi)鋁土礦礦體圍巖、夾石的礦物成分其頂板為硬質(zhì)耐火粘土礦、粘土巖,主要礦物成分為高嶺石、其次為一水硬鋁石、伊利石等;鐵質(zhì)粘土巖由高嶺石、一水硬鋁石、赤褐鐵礦不同比例混合,有時(shí)含部分伊利石;底板為山西式鐵礦為赤鐵礦、褐鐵礦,部分為菱鐵礦[6]。頂板、夾石、底板各類巖(礦)石主要化學(xué)成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3和TiO2,其化學(xué)特征表現(xiàn)為鋁含量低、硅含量高、鋁硅比低。
據(jù)前人研究得知,由于加里東運(yùn)動(dòng)影響使得華北地區(qū)整體抬升,在經(jīng)受長期風(fēng)化作用的影響下,區(qū)域內(nèi)的早古生代碳酸鹽巖和前震旦紀(jì)古老變質(zhì)巖普遍發(fā)生紅土化,進(jìn)而形成了大面積的風(fēng)化殼,為鋁土礦成礦提供了物質(zhì)來源。直到本溪期地殼逐漸下降,繼而發(fā)生了海侵,破壞了大部分前期形成的風(fēng)化殼,鋁土礦、鐵質(zhì)粘土巖和山西式鐵礦位于侵蝕面上,不具沉積特征,反而呈現(xiàn)出不規(guī)則漸變過渡的風(fēng)化殼特征,海侵的發(fā)生為鋁土礦成礦物質(zhì)的搬運(yùn)、沉積提供了有利條件[2,6]。
礦區(qū)在晚石炭世巖相古地理環(huán)境為泄湖相區(qū)靠近硅酸鹽臺(tái)地的邊緣地帶,是沉積鋁土礦的有利場所。隨著海水對陸地的侵進(jìn),在臺(tái)地邊緣洼地形成了垂向上底部為鐵質(zhì)層(鐵礦和鐵質(zhì)粘土巖),中部為鋁土礦層,頂部為硅質(zhì)較多的粘土巖(礦)及硬質(zhì)耐火粘土礦的成礦沉積序列。沉積期前古地貌直接影響了該區(qū)鋁土礦層的沉積厚度,表現(xiàn)為在相對低洼處厚度較大,而相對較高的地方厚度較小的特征,說明鋁土礦層厚度與含礦段厚度呈正相關(guān)的關(guān)系。
綜上所述,本區(qū)礦床成因主要是古風(fēng)化殼上的富含鋁質(zhì)的物質(zhì)在經(jīng)歷海侵的過程中被古陸上的地表水,以膠體的方式搬運(yùn)到盆地斜坡地段堆積成鋁土礦。