雷顯權 劉福春 唐華東 熊有為 劉恩彥

（1.長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410019；2.中南大學資源與安全工程學院，湖南 長沙 410083；3.河南省有色金屬地質礦產(chǎn)局第六地質大隊，河南 鄭州 450016）

鋁土礦是24種列入我國戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄的大宗緊缺礦產(chǎn)之一。作為當今世界上鋁生產(chǎn)和鋁消費第一大國，我國龐大的鋁工業(yè)產(chǎn)能對鋁土礦資源的消耗量持續(xù)居高不下［1］。由于國內鋁土礦資源供給能力不足，需從國外大量進口以彌補需求缺口，導致我國鋁土礦資源對外依存度過高，資源供應安全形勢嚴峻［2］。雖然我國鋁土礦資源總量較為豐富，近年來找礦成果也很顯著，但查明資源量總體偏低［3］，亟需進一步加大找礦勘查力度，提升我國鋁土礦資源保障能力。

河南省西北部是我國重要的鋁土礦產(chǎn)地［4-6］，目前已發(fā)現(xiàn)的鋁土礦床和礦點主要分布在焦作—濟源、陜州—新安、嵩山—箕山和汝州—寶豐等4個片區(qū)［4］，其中之一就是位于三門峽與洛陽之間的陜州—澠池—新安成礦帶，簡稱陜澠新成礦帶。研究結果顯示，該成礦帶累計探明鋁土礦儲量超過2億t，尚未發(fā)現(xiàn)和查明的資源潛力仍然巨大［7-9］。因此，在本區(qū)尋找新的優(yōu)質鋁土礦床，成為保障河南省乃至整個中國鋁行業(yè)可持續(xù)、高質量發(fā)展重要而緊迫的任務。近年來，圍繞鋁土礦找礦這一目標，本區(qū)實施了多個“煤下鋁”整裝勘查項目［10-12］，取得了豐富的找礦成果。前人對本區(qū)鋁土礦的地質特征［13-15］、成礦條件［16］、礦床成因［17］、成礦規(guī)律［18-20］、找礦預測［21-22］和資源開發(fā)等［23］進行了許多研究和探索，但缺乏對本區(qū)構造控礦作用的系統(tǒng)性研究。

基于課題組在本區(qū)開展鋁土礦找礦勘查工作實踐中取得的新發(fā)現(xiàn)和新認識，結合以往地質勘查和研究成果，概述本區(qū)鋁土礦的成礦地質條件、礦床分布情況及其地質特征，系統(tǒng)總結區(qū)域及典型礦區(qū)地質構造發(fā)育特征，詳細分析區(qū)域構造形成演化機制以及地質構造對鋁土礦成礦和破壞等方面的控制作用，討論并指出構造控礦研究尤其是正斷層破礦作用研究對本區(qū)鋁土礦找礦、勘查和開采工作的重要意義。

1 區(qū)域地質概況

據(jù)《河南省區(qū)域地質志》，陜澠新成礦帶大地構造位置處于中朝準地臺華北陸塊南緣、華熊臺緣坳陷澠池—確山陷褶斷束西北部［24］，所在成礦區(qū)帶屬豫北—豫西鋁土礦成礦區(qū)（Ⅲ級區(qū)帶）、澠池—魯山礦集區(qū)（IV級區(qū)帶）［25］。區(qū)域地層屬華北地層區(qū)，沉積巖廣泛分布，厚度巨大。地層發(fā)育較齊全，除了奧陶系上統(tǒng)、志留系、泥盆系和石炭系下統(tǒng)缺失外，前寒武系熊耳群、汝陽群、洛峪群至新生界古近系、新近系、第四系在區(qū)內均有出露。

石炭系上統(tǒng)本溪組（C2b）是本區(qū)鋁土礦含礦層位，為一套鐵鋁質混合沉積層，平行不整合覆蓋于奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（O2m）碳酸鹽巖之上。含礦巖系一般包括3段：下段（C2b1）為鐵質黏土巖、頁巖，局部鐵質富集形成山西式鐵礦；中段（C2b2）為鋁（黏）土礦層，主要為鋁土礦、硬質黏土礦；上段（C2b3）為鋁質黏土巖、頁巖、粉砂巖，局部夾碳質頁巖或煤線層。含礦層上覆地層由老至新依次為石炭系上統(tǒng)太原組（C2t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、二疊系下—中統(tǒng)石盒子組（P1-2s）和第四系（Q）。除第四系與下伏地層呈角度不整合接觸外，其余地層之間均為整合接觸關系。

區(qū)域上由西往東發(fā)育陜州斷陷盆地、澠池向斜盆地和新安向斜盆地，發(fā)育近EW向、NW向和NE向3組斷裂構造。其中，近EW向和NW向主干斷裂主要為印支—燕山期形成的壓性或壓扭性逆斷層；NE向斷裂主要為張性正斷層，除陜州斷陷盆地與澠池向斜盆地之間的數(shù)條規(guī)模較大者是印支—燕山期擠壓—剪張耦合作用的產(chǎn)物外，其余大多形成于喜山期伸展變形環(huán)境。受3組斷裂影響，形成許多地質斷塊，對鋁土礦的空間展布起著重要控制作用（圖1）。

區(qū)域巖漿巖不甚發(fā)育，地表零星出露，見中元古界熊耳群中性火山巖，北部和南部有少量燕山期石英斑巖侵入中上元古界，西部局部有燕山期花崗斑巖侵入石炭系。本區(qū)巖漿巖多為淺成侵入相，對鋁土礦影響極弱。

2 鋁土礦床分布及其地質特征

陜澠新成礦帶鋁土礦床（點）主要分布在三門峽市陜州區(qū)、澠池縣和洛陽市新安縣境內，根據(jù)礦床（點）的空間分布情況及其與區(qū)域構造發(fā)育的關系，可劃分為西礦帶、中礦帶和東礦帶3個子礦帶［7-9］。其中，西礦帶和中礦帶以扣門山斷裂為界，中礦帶和東礦帶以龍?zhí)稖蠑嗔褳榻?。各礦帶礦床分布范圍、礦體（層）特征、礦石品位和代表性礦床的基本情況見表1。

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研究表明，本區(qū)鋁土礦的成因類型為沉積型。含礦層受石炭系上統(tǒng)本溪組控制，形成于奧陶系古巖溶風化殼之上。礦體形態(tài)主要呈層狀、似層狀、透鏡狀或溶斗狀，受成礦時的沉積環(huán)境和古地形控制。在地形較平坦、沉積環(huán)境較穩(wěn)定地區(qū)，形成層狀、似層狀礦體；在地形起伏較大的巖溶洼地，形成透鏡狀礦體；在地形高差懸殊的溶斗發(fā)育地區(qū)，形成溶斗狀礦體（圖2）。層狀、似層狀和透鏡狀礦體產(chǎn)狀與頂?shù)装鍑鷰r基本一致，溶斗狀礦體因形態(tài)明顯下凹而與頂?shù)装瀹a(chǎn)狀有明顯差異（圖3）。

鋁土礦石顏色主要呈不同程度的灰色，部分呈灰褐色、黃褐色、黃綠色。礦石結構主要有晶粒結構、鮞狀結構、豆狀結構、粒屑結構、碎屑結構以及它們之間的過渡混合結構。礦石構造主要有致密塊狀、條帶狀（層紋狀）、蜂窩狀和土狀（粗糙狀）構造。按礦石結構、構造劃分自然類型，可分為致密狀、礫屑狀、豆鮞狀、蜂窩狀、碎屑狀鋁土礦，以及它們之間的復合類型。礦石中含鋁礦物主要為一水硬鋁石，含量一般為55%～85%；含硅礦物主要為云母、高嶺石和伊利石。此外，礦石中還含有赤鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦、銳鈦礦、方解石、三水鋁石等微量礦物。

礦石主要化學成分為 Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2和LOSS，一般占95%以上，次要化學成分為CaO、MgO、K2O、Na2O、S、Li2O、Ga等。其中：K2O和Na2O為伴生有益組分，可以減少氧化鋁溶出過程中的堿耗；Ga為伴生有用元素，可在氧化鋁生產(chǎn)過程中綜合回收利用；Li2O雖然為有用稀有組分，但是大多未達到綜合利用品位要求；SiO2和S為有害成分，高硅、高硫礦石一般難以直接利用，溶出之前往往需要增加脫硅、脫硫流程，增加生產(chǎn)成本；Fe2O3對溶出過程也有一定的不利影響，可通過赤泥選鐵技術進行回收。

3 區(qū)域構造特征及其形成演化機制

3.1 區(qū)域構造發(fā)育總體特征

本區(qū)地層產(chǎn)狀總體較為平緩，區(qū)域構造以斷裂和斷塊為主，褶皺作用相對較弱。區(qū)域上發(fā)育近EW向、NW向和NE向3組斷裂，這些斷裂連同由它們交叉切割形成的斷塊、斷陷盆地和局部隆起，構成了本區(qū)地質構造的總體格架。研究表明，這3組斷裂最早形成于印支期，并持續(xù)活動至喜山期，具有多期活動疊加和力學性質復雜的特點［6，26］。

（1）近EW向斷裂組。由以硤石—義馬逆斷層為主干斷層的一系列逆斷層組成。硤石—義馬斷層在本區(qū)長約70 km，總體走向近EW，主斷層面傾向S—SW，傾角35°～68°，斷距大于1 km，是一條由北向南逆沖的大型壓扭性斷裂，晚期具有張性活動跡象。構造分析結果表明，該斷層是印支—燕山期構造擠壓作用的產(chǎn)物，對本區(qū)中、新生代構造變形和沉積作用具有一定的控制作用。

（2）NW向斷裂組。由區(qū)域東部龍?zhí)稖夏鏀鄬蛹捌渑詡鹊拇渭売馉顢嗔押臀鞑繑?shù)條正斷層組成。龍?zhí)稖蠑鄬邮前渡稀遴P區(qū)域斷裂的一段，在本區(qū)長約25 km，總體走向NW，傾向NE，傾角大于60°，是在印支—燕山期構造壓剪作用下形成的一條左旋走滑—逆斷層。與主斷層走向近平行的片理帶和小型背斜反映了構造擠壓作用，與主斷層呈銳角相交的伴生羽狀斷裂反映了構造剪切作用。區(qū)域西部的NW向正斷層則是喜山期區(qū)域伸展作用的產(chǎn)物。

（3）NE向斷裂組。由數(shù)條長10～20 km的近于平行的正斷層組成，其中規(guī)模較大的有扣門山斷層、煤窯溝斷層和鹿馬斷層。該組斷裂總體走向NE，傾向NW或SE，傾角大于65°，主要為張性正斷層。斷層兩盤地層通常還發(fā)育與其走向近于平行的寬緩褶皺，表明局部存在一定的擠壓作用。在鋁土礦勘查過程中發(fā)現(xiàn)，本區(qū)各個礦區(qū)或其周邊都較發(fā)育近NE向、規(guī)模不等的正斷層。該組斷裂構造的活動期次主要有兩期，早期印支—燕山期剪張作用形成的正斷層主要分布于區(qū)域西部陜州斷陷盆地與澠池向斜盆地之間，晚期喜山期伸展環(huán)境形成的正斷層則在整個區(qū)域都有發(fā)育。

3.2 區(qū)域構造形成機制和演化過程

本區(qū)位于華北板塊南緣，區(qū)域構造演化與華北—揚子板塊的陸—陸碰撞作用以及西太平洋板塊的俯沖作用密切相關［27-29］，中、新生代構造變形主要經(jīng)歷了印支—中燕山期擠壓—剪張變形和晚燕山—喜山期伸展變形這兩期具有不同構造作用環(huán)境的發(fā)展過程。

3.2.1 印支—中燕山期構造擠壓—剪張變形階段

印支期末，古東秦嶺洋關閉，華北板塊與揚子板塊發(fā)生碰撞造山作用，本區(qū)進入陸內構造演化階段。在東秦嶺造山帶擠壓隆升環(huán)境條件下，本區(qū)從西往東發(fā)育了一系列山前拗陷盆地，如三門峽盆地、澠池—義馬盆地和洛陽盆地。燕山期陸內造山作用持續(xù)加強，拗陷盆地進一步發(fā)育，在近SN向不對稱擠壓作用下，形成了近EW向的硤石—義馬逆斷層和NW向的龍?zhí)稖献呋鏀鄬?，在區(qū)域左旋剪張作用的耦合作用下，形成了扣門山斷層、煤窯溝斷層、鹿馬斷層等一系列NE向正斷裂。3組不同方向的斷裂相互交錯，將拗陷盆地分割成多個地質斷塊，構成了本區(qū)后續(xù)構造演化的基本格架（圖4（a））。

3.2.2 晚燕山—喜山期區(qū)域伸展變形階段

侏羅紀末，受西太平洋板塊俯沖作用影響，本區(qū)構造體制開始由后碰撞造山擠壓環(huán)境向伸展環(huán)境轉變。伸展作用在中—晚白堊世達到高峰，并一直持續(xù)至喜山期。在區(qū)域伸展作用下，本區(qū)早期構造形跡復活，正斷層廣泛發(fā)育，斷陷構造進一步發(fā)展，逐步演化形成當前區(qū)域構造格局（圖4（b））。

4 典型鋁土礦區(qū)構造發(fā)育特征

為了研究礦區(qū)構造對鋁土礦床的控制作用，收集并梳理了陜澠新成礦帶8個典型礦區(qū)的構造發(fā)育信息，見表2。其中：西礦帶2個礦區(qū)，中礦帶4個礦區(qū)，東礦帶2個礦區(qū)，確保了礦床分布具有充分的代表性。經(jīng)統(tǒng)計分析可以發(fā)現(xiàn)，各礦區(qū)構造均以正斷層為主，并對礦體產(chǎn)生破壞作用。

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5 地質構造對鋁土礦的控制作用

成礦前的古老基底構造和成礦后的中、新生代構造變形，對本區(qū)鋁土礦的成礦、賦存和分布具有非常顯著的控制作用，主要表現(xiàn)在2個方面：①區(qū)域構造控制礦床在廣域上的空間展布；②正斷層對礦體連續(xù)性和完整性造成破壞。

5.1 區(qū)域構造控制礦床空間展布

本區(qū)鋁土礦在晚石炭世通過沉積成礦作用形成于奧陶系古巖溶風化殼之上。成礦前古隆起和古拗陷的分布規(guī)律，控制著含礦巖系和礦層的形成或缺失，成礦作用主要發(fā)生在拗陷區(qū)的邊部及其與隆起區(qū)的過渡地帶（圖1）。

印支—中燕山期構造擠壓—剪張作用，形成了陸內擠壓型拗陷盆地，產(chǎn)生了3組不同方向和性質的斷裂。這3組斷裂的交叉切割、差異運動及其組合效應，形成了眾多規(guī)模不等的地質斷塊，控制著鋁土礦的空間展布。以扣門山斷裂和龍?zhí)稖蠑嗔褳榻?，陜澠新成礦帶被劃分為西、中、東3個各具特點的子礦帶。

晚燕山—喜山期伸展變形繼承了早期構造形跡，促使早期地質斷塊復活并發(fā)生相對升降運動，形成了許多地塹、地壘和斷陷構造，控制著鋁土礦層的保存和出露定位。在斷陷盆地，含礦巖系和礦層保存條件較好，但因埋深較大通常不易被發(fā)現(xiàn)。在相對隆起區(qū)，礦層埋藏較淺容易出露地表，保存條件較差，常因剝蝕作用強烈而消失殆盡。

5.2 正斷層破壞礦體的連續(xù)性和完整性

在礦區(qū)尺度上，構造控礦作用主要表現(xiàn)為正斷層對鋁土礦體連續(xù)性和完整性的破壞，即正斷層破礦作用。從上述8個典型礦區(qū)的構造發(fā)育特征（表2）來看，礦區(qū)地層多呈單斜產(chǎn)出，雖有起伏但總體產(chǎn)狀平緩；礦區(qū)構造以斷裂為主，絕大多數(shù)為正斷層，偶有逆斷層也是礦區(qū)或礦帶的邊界斷裂。

正斷層破礦作用主要有2種表現(xiàn)形式：①在剖面上，含礦巖系和礦層被斷層錯斷，沿走向或傾向不連續(xù)，斷面兩側存在縱向落差；如果構造作用強烈或礦巖強度較弱，還會導致礦體支離破碎。②在平面上，由于正斷層效應，含礦巖系或礦層通常會重復出現(xiàn)，但其間會缺失礦體，反映在礦體水平投影圖上即為出現(xiàn)無礦天窗。部分代表性礦區(qū)的正斷層破礦特征見表3和圖5。

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6 對找礦、勘查和開采的重要意義

6.1 區(qū)域構造特征對地質找礦的指導作用

成礦帶的空間展布特征和礦床的定位分布規(guī)律為地質找礦明確了方向。目前本區(qū)已查明的鋁土礦床和礦點主要分布在拗陷盆地的北半部邊緣地區(qū)，如陜州斷陷盆地北部，澠池向斜盆地西部、北部和東部，新安向斜盆地西部和西北部。盆地中部和南半部均未見礦，其原因可能為：根本未成礦，或者礦體埋藏太深而尚未被發(fā)現(xiàn)，或者已在盆山耦合演化過程中破壞殆盡。因此，在預測找礦目標和制定找礦方案時，應遵循這一成礦規(guī)律，并加強構造控礦研究。此外，斷裂切割礦體并將其抬升至近地表或直接出露地表，也有助于找礦發(fā)現(xiàn)。

6.2 正斷層對資源勘查和開采的重要影響

根據(jù)代表性礦區(qū)斷裂構造發(fā)育特征的統(tǒng)計分析結果可以發(fā)現(xiàn)，正斷層在本區(qū)各礦區(qū)的發(fā)育及其對礦體完整性和連續(xù)性的破壞是一種普遍現(xiàn)象。而且，除了少數(shù)大型斷裂外，一般正斷層多為隱伏斷層，通常難以識別和發(fā)現(xiàn)。在資源勘查和采礦實踐中，正斷層破礦作用所產(chǎn)生的不利影響是廣泛而嚴重的，主要表現(xiàn)在如下3個方面，本研究結合圖6進行簡要分析。

（1）對于資源勘查，如果沒有查明正斷層，則會造成對礦體的控制程度不足，影響對礦床勘查類型和礦體變化特征的準確判斷。如圖6（a）所示，由于沒有實施加密鉆孔，未能控制隱伏斷層，導致礦體圈連不合理。實施加密鉆孔之后，發(fā)現(xiàn)并控制了隱伏正斷層，正確圈連了礦體（圖6（a'））。對比圖6（a）和圖6（a'）可以發(fā)現(xiàn)，兩種礦體圈連方式的差異性非常明顯。因此，準確識別和有效控制隱伏正斷層對客觀準確評價礦體特征非常重要。

（2）對于資源儲量估算，如果沒有剔除正斷層無礦天窗，則會導致資源儲量被高估。圖6（b）和圖6（b'）分別顯示了有、無斷層條件下的礦體水平投影資源儲量估算范圍?？梢钥闯?，在未發(fā)現(xiàn)和控制正斷層條件下的資源儲量估算范圍明顯偏大，而且遺漏了因正斷層效應所導致的無礦天窗。

（3）對于礦山設計和開采，如果沒能發(fā)現(xiàn)正斷層并準確定位，則會造成采礦工程布置不當和投資浪費，影響礦山正常建設生產(chǎn)。圖6（c）顯示了根據(jù)無斷層礦體剖面圖所布置的采礦巷道和上山工程，圖6（c'）顯示了上述工程在有斷層礦體剖面圖上的投影?？梢钥闯觯傻V工程明顯偏離礦體真實位置，難以有效進行礦體回采，只能變更采礦工程設計，已施工的工程也將報廢。

根據(jù)回顧性調查，正斷層破礦作用所造成的不良問題在本區(qū)許多勘查區(qū)、老礦山和在建礦山都很突出。因此，在資源勘查和礦山開發(fā)過程中，應對正斷層破礦作用給予足夠重視并加強研究，盡量將其不利影響降到最低程度。

7 結論

（1）陜澠新成礦帶中、新生代構造變形以斷裂、斷塊和斷陷構造為主。在印支—中燕山期近SN向不對稱擠壓和左旋剪張耦合作用下，形成了近EW向、NW向和NE向3組不同方向、性質的斷裂和一系列地質斷塊。在晚燕山—喜山期伸展環(huán)境下，正斷層和斷陷構造進一步發(fā)展，逐步形成本區(qū)當前構造格局。

（2）成礦前的基底構造和成礦后的斷裂、斷塊構造對本區(qū)鋁土礦成礦、保存和空間展布具有重要控制作用。沉積成礦主要發(fā)生在古拗陷邊部及其與古隆起的過渡地帶，保存良好的礦床主要分布于拗陷盆地的北半部邊緣地區(qū)，并被區(qū)域斷裂分割為3個各具特點的子礦帶，這為地質找礦指明了方向。

（3）正斷層在本區(qū)各礦區(qū)普遍發(fā)育，且多為不易發(fā)現(xiàn)的隱伏斷層，其控礦作用主要表現(xiàn)為對鋁土礦層連續(xù)性和完整性的破壞，給礦床勘探、資源儲量估算和礦山設計開采造成了非常嚴重的不利影響，因此應重視和加強對礦區(qū)正斷層的勘查識別及其破礦作用的研究。