山西保德—興縣一帶鋁土礦成礦地質特征淺析

于 磊

山西保德—興縣一帶是指位于山西省西北部保德縣的橋頭以南至興縣奧家灣以北區域,是山西近年來在鋁土礦勘查工作上取得重大找礦成果重要的鋁土礦成礦地帶。

1 區域地質背景

1)區域地層。該區區域地層主要出露有：古生界奧陶系中統上馬家溝組,以泥灰巖、白云質灰巖為主。石炭系中統本溪組,以泥頁巖、鋁質頁巖及黏土巖為主;上統太原組,以巖性主要為淺色中、細粒砂巖為主,含煤。二疊系下統山西組,以砂巖、石英砂巖及薄煤層煤線組成;下石盒子組,以黃綠色砂巖、砂質頁巖為主。二疊系上統上石盒子組,以砂質頁巖、砂質泥巖為主;石千峰組,以砂巖為主。三疊系下統劉家溝組,以紫紅色粉砂巖、長石砂巖為主;和尚溝組,以砂質泥巖、粉砂巖為主;三疊系中統二馬營組,以紫紅色砂質泥巖為主,夾中粒長石砂巖;這些基巖地層主要出露于區內較深的沖溝中。上第三系上新統紅土和第四系中上更新統黃土覆蓋于基巖地層上。

2)區域構造。本區地處鄂爾多斯斷塊,興縣—石樓南北向褶皺帶北東部。沉積巖系地層總體產狀傾向西 ,傾角 5°～15°,個別地段 20°左右。

3)區域礦產。本區屬河東煤田的北段部分,因此區有豐富的煤炭資源,賦存于石炭系上統太原組及二疊系山西組,山西組中穩定、較穩定煤層有 6#、8#煤,以氣煤為主。太原組中穩定、較穩定煤層有 9#、10#、11#、12#煤 ,以氣煤為主。

鋁土礦在本區也是得天獨厚,賦存于煤田淺部邊緣地帶的奧陶系石灰巖風化殼不整合面之上的石炭系中統本溪組的下段地層 (鐵鋁段)中。

在近 5年來,本區在鋁土礦的地質找礦上,取得重大的勘查找礦成果。區內經詳查以上工作的大型鋁土礦床就有保德縣石且河、興縣楊家溝、奧家灣、賀家圪臺 4處。提交鋁土資源達數億噸。與鋁土礦密切共生的有硬質耐火黏土、山西式鐵礦等資源量也很可觀。

2 典型礦床保德縣石且河鋁土礦簡述

1)礦體特征。石且河礦區出露地層與區域地層一致,由老到新依次為：奧陶系中統上馬家溝組;石炭系中統本溪組、上統太原組;二疊系下統山西組、下石盒子組,上統上石盒子組;上第三系上新統靜樂組;第四系上更新統及全新統?；鶐r主要出露于礦區內張家溝、郝家塔溝、桑塔溝、扒樓溝的溝谷兩側及溝底。松散覆蓋層廣布于山梁上。礦區地層屬單斜構造,總體向西傾斜,區內褶皺不發育。區內共見 4條斷層,沿走向長度一般為 50～200 m,最大斷距不超過 20m,對礦體破壞不大。

鋁土礦賦存于石炭系中統本溪組一段中上部,奧陶系中統峰峰組灰巖侵蝕面之上。礦層下界距奧陶系灰巖侵蝕面 0～5 m,平均 2 m。礦體南北長 10.65 km,東西寬 0.40～2.10 km,面積 13.60 km2。資源量達億噸。目前,受煤炭采礦權制約,礦體呈一南北向的狹長帶狀。礦體呈層狀產出,產狀平緩,傾向西,偏北,傾角 5°～15°。礦層與上覆圍巖界線比較明顯。礦體結構簡單,主要為一層,礦體內偶爾可見一層夾石。礦體厚度一般為 1.00～6.00 m,最厚達 9.43 m,平均 3.60 m,屬穩定型。礦層主體埋深 6.22～299.14 m,平均 124.40 m。賦存標高 810～1 175 m,最高點位于郝家塔村以東礦區露頭邊界,最低點位于扒樓溝村以西礦區邊界。僅礦區東部露頭附近可露采。

2)礦石自然類型。礦石自然類型鋁土礦按結構可劃分為致密狀、粗糙狀、碎屑狀鋁土礦三大類,另有少量的鮞狀鋁土礦。

致密狀鋁土礦礦物成分主要為隱晶質—水硬鋁石和黏土類礦物,次為氧化鐵、氫氧化鐵等礦物。另含有少量鋯石 (呈自形柱狀晶體)等?；瘜W成分含量：Al2O340.21%～75.24%,平均 55.98%;SiO21.08%～20.78%,平均 8.79%;Fe2O31.63%～42.04%,平均 16.99%;TiO21.20%～3.51%,平均2.20%,A/S平均為 6.37。

粗糙狀鋁土礦礦物成分主要為一水硬鋁石、黏土礦物高嶺石及少量鐵質礦物等組成。化學成分含量：Al2O340.62%～78.95%,平均 63.59%;SiO20.86%～20.30%,平均 6.27%,Fe2O31.18%～39.35%,平均 11.69%;TiO21.54%～4.35%,平均 2.49%。A/S平均為 11.51。

碎屑狀鋁土礦分為碎屑狀和礫狀 2種。碎屑形態為不規則棱角狀,碎屑與其膠結物為準同生產物;礫石成分為各種類型鋁土礦和鋁土、黏土巖等組成?；瘜W成分含量：A l2O340.05%～74.09%,平均58.91%;SiO20.95%～22.28%,平均 5.89%,Fe2O31.45%～42.49%,平均 16.96%;TiO21.15%～5.54%,平均 2.19%。A/S平均為 10.00。

鋁土礦總體上北部致密狀礦石類型比例較高;中部以粗糙狀、碎屑狀礦石類型為主;南部以碎屑狀礦石類型為主。

3)礦石礦物成分。礦石礦物成分以一水硬鋁石為主,呈隱晶、微晶鱗片狀、粒狀,自形程度高時為板條狀;其次為黏土質礦物,含 1%～50%的氧化鐵質礦物,及少量鋯石、重晶石、電氣石、角閃石、黃鐵礦、方鉛礦、銳鈦礦、金紅石等礦物,見表 1。

表 1 鋁土礦人工重砂相對含量表

據 X光衍射鑒定,其礦相組成：以一水硬鋁石為主,次為高嶺石、銳鈦礦,極少量金紅石。

4)礦石化學成分。礦石化學成分,據全區統計：Al2O340.05%～78.95%,平均 58.41%;SiO20.86%～29.44%,平均 7.33%;Fe2O31.18%～28.56%,平均 15.50%;TiO21.15%～5.76%,平均 2.27%;A/S 2.60～90.34,平均為 7.97。Al2O3+SiO2+Fe2O3+TiO2一般在 80.36%～88.26%左右。

鋁土礦石以中鋁低硅高鐵為特征,Al2O3含量的集中區域為 40%～75%,其中以 50%～65%最為密集,占全區樣品總量的 52%;SiO2含量一般 ＜9%,占到樣品總量的 69%;Fe2O3含量一般≥6%,其中含量為 6%～15%,占到總數的 34%,含量≥15%,占到總數的 49%。A/S值一般≥10,占樣品總量的 51%。

全區單工程Al2O3含量為 42.86%～76.67%,一般為 50%～65%。含量 ＞60%的區域主要集中在三個區域：郝家塔以北、桑塔村和扒樓溝村附近,以扒樓溝村附近最高,總體上北部較高。

全區單工程 Fe2O3含量為 1.80%～46.07%,一般為 10%～25%。高鐵區主要分布在郝家塔以北、桑塔村中南部,其規律性不明顯。

區內單工程 A/S值為 2.60～54.69,一般為3.72～17.66,平均 7.97。A/S值 ＞10以上的區域與A l2O3含量 ＞60%以上的區域基本吻合。

5)鋁土礦伴生組分。伴生組分特征,礦石中伴生有益組分鎵和稀土元素已達到綜合利用的工業品位。鎵的平均含量 0.007%,稀土總量平均值為0.079%。有害組分平均含量 MgO 0.961%,CaO 1.936%,S 1.328%,P2O50.904%,TiO22.54%(見表 2、表 3、表 4)。

表 2 鋁土礦組合分析結果 (平均值%)

表 3 鋁土礦全分析結果 (平均值%)

表 4 稀土氧化物分析結果 (平均值)

6)礦體頂底板及夾石。本區鋁土礦層直接頂板類型較多,其中以黏土巖、鋁土巖及硬質耐火黏土為主,偶見黑色頁巖等,在礦區東部礦層露頭一線局部遭剝蝕,黃土為其直接頂板。礦層底板以鐵質黏土巖和鐵礦為主,黏土巖、鋁土巖次之,也有部分工程礦層直接覆蓋在了奧陶系灰巖之上。

礦體內夾石一般為一層,主要分布在北中部。夾石厚度 0.15～2.38 m。其成分主要為褐鐵礦、鐵質黏土巖、黏土巖及鋁土巖等,一般呈不規則團塊狀或透鏡體狀分布。

3 鋁土礦礦床地質特征

1)礦床賦存部位。本區鋁土礦賦存于石炭系中統本溪組一段中上部 (含礦巖系或俗稱鐵鋁巖段),奧陶系中統上馬家組灰巖侵蝕面之上。礦層下界距奧陶系灰巖侵蝕面一般為 0～6 m。礦體多受巖溶負地形控制。

2)礦體基本特征。與全省其它成礦區礦床分布特點一樣,本區鋁土礦體基本保留了原始堆積時的形態特征。平面分布于呂梁古陸或古島的的西北側與煤田邊緣分布范圍一致。礦體形態變化不大,為似層狀及透鏡狀產出,傾角平緩 10°～20°,礦體厚度一般1.5～4 m,單礦體長度可達數千米或更多。礦體結構簡單,以單層礦為主。

3)礦石礦物。礦石礦物成分以一水硬鋁石為主,呈隱晶、微晶鱗片狀、粒狀,自形程度高時為板條狀;其次為高嶺石等黏土質礦物,少量鐵質礦物,微量的鋯石、重晶石、電氣石、角閃石、黃鐵礦、方鉛礦、銳鈦礦、金紅石等礦物。

4)礦石化學成分。鋁土礦化學成分一般為Al2O340%～79%,平均 60%左右;SiO20.80%～30%,平均 8%左右;Fe2O31%～29%,平均 12%左右;TiO21.15%～5.76%,平均 2%左右;A/S 2.60～90.34,平均為 8左右。以北部含鐵趨勢較高。

5)結構特征及礦石類型。區內礦石結構以碎屑結構、致密狀為主,以粗糙結構質量為佳。伴生的稀土元素、與鎵等含量可達到綜合利用品位。礦石工業類型以高鐵型鋁土礦為主。

6)礦體的頂底板及夾石巖性。鋁土礦層直接頂板類型較多,其中以黏土巖、鋁土巖及硬質耐火黏土為主,偶見黑色頁巖等。

礦層底板以鐵質黏土巖和鐵礦為主,黏土巖、鋁土巖次之,也有部分工程礦層直接覆蓋在了奧陶系灰巖之上。

礦體內夾石一般呈不規則團塊狀或透鏡體狀分布。主要成分為褐鐵礦、鐵質黏土巖、黏土巖及鋁土巖等。

4 巖相古地理成礦環境

1)巖相古地理環境。石炭紀是我國北方受限陸表海環境,山西的中奧陶世晚期受加里東運動影響隆起為陸,經歷了約 1.5億年的風化剝蝕,直到中石炭世早期,才逐漸下沉,接受沉積,由于地殼運動的不均衡性,造成局部地區的隆起與凹陷。在山西省受限的陸表海內,本區的東南存在有呂梁古島,本區正好是一靠近呂梁古陸西側的瀉湖洼地。在構造運動的影響下,頻繁發生海進海退引發了含礦巖系沉積和環境的頻繁更替,呂梁古陸的紅土化物質,相應在濱海、巖溶洼地、瀉湖洼地等古斜坡形成濁積巖產生堆積。

2)鐵鋁巖段沉積環境。本區鐵鋁巖段的沉積相,主要有深水還原相、鋁土礦石相、沼澤、泥炭沼澤相。本區的深水還原相主要是碳酸巖相,從巖石特征來看,鐵礦層及鐵質黏土呈塊狀或水平層理產出,巖石具有含屑泥狀結構、流動構造。說明具有泥流及濁流性質,是早期海侵的產物。鋁土礦礦石相集中體現在礦體的內部結構上,鋁土礦缺少層理與水平層理,是水下重力流快速沉積特點,常見有濁積巖相。在鐵鋁巖段頂部主要為陸相環境。

鐵鋁巖期從早到晚發生一個完整的海進海退事件。地殼運動頻繁的發生,海水突發后退與前進,引起沉積成礦的多次重復,鋁土礦的成礦期正處于海退海進的交互期,沉積盆地及附近范圍內成礦物質又極為豐富,亦使形成大型礦床有了可能。

5 結 論

1)礦床成因。晚石炭世早期,前寒武紀變質巖、巖漿巖經濕熱多雨的氧化帶條件下被強烈改造,經紅土化作用形成大量紅土物質和鋁質紅土豆、鮞及紅土碎屑。在海侵 (泛)作用影響下,含鋁土礦物的鈣紅土風化殼經地表水系搬運,在淺海中或以濁流、泥石流、或風暴相等微相機械沉積,分異成碎屑狀、致密狀鮞狀鋁土礦。以膠體形式搬運可形成致密狀、膠狀鋁土礦。在鋁土礦的沉積過程中,淺海的巖溶洼地及瀉湖洼地是鋁土礦重要的形成環境和沉積場所。之后經一系列的埋藏、壓實、固結成巖成為原始的鋁土礦床。后經地殼抬升重新使其處于氧化條件進一步脫硅、去鐵、表生風化作用的改造,形成紅土—沉積形鋁土礦床。

2)找礦標志。鋁土礦賦存于奧陶系中統灰巖侵蝕面上,石炭系中統本溪組下段中上部,層穩定,嚴格受層位控制。加之上伏太原組底部中粗粒 (晉祠)砂巖,是尋找鋁土礦間接的標志。另外在溝谷中也尋找原生露頭或磚石,以及民采鐵礦老硐等可作找礦的直接標志。

3)找礦與勘查工作前景。在保德縣的橋頭以北一帶,從古地理環境分析,已不利于鋁土礦成礦,以賦存鐵釩土為主,因含鐵量高的緣故,硬質黏土也已零散小透鏡賦存。

在橋頭一線以南至興縣的奧家灣一線,處于鋁土礦成礦這一有利沉積區域,鋁土礦成地質條件較好,是已知的重要鋁土礦成礦帶。在該帶內仍有較好的鋁土礦找礦與地質勘查前景。但不利的因素是目前在本溪組出露沿傾向上在 500 m以淺地帶的鋁土礦富集區,鋁土礦的找礦與地質勘查已深受煤礦采礦權的制約已無法進行正常的鋁土礦的地質勘查工作,只能在其礦權外的淺部窄小地帶內工作,極大地影響了該區鋁土礦地質找礦的縱深發展。