河南登封煤田煤下鋁(黏)土礦地質特征及找礦方向*

田鵬州　劉文斌　張藝耀　王征征　李新亮

(河南省煤田地質局一隊)

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河南登封煤田煤下鋁(黏)土礦地質特征及找礦方向*

田鵬州劉文斌張藝耀王征征李新亮

(河南省煤田地質局一隊)

摘要河南登封煤田煤下鋁(黏)土礦位于鰲頭—西白坪鋁(黏)土礦成礦帶深部，在分析區域成礦地質條件、礦區地質特征的基礎上，對鋁(黏)土礦體地質特征、成礦規律、礦床成因進行了詳細討論，并分別從地層、含礦巖系、構造、頂板、底板、地表露頭、共生礦產等方面總結了區內鋁(黏)土礦找礦標志。研究結果表明：該區域找礦方向為本溪組分布區，特別是地層厚度大于8 m的區域，該區鋁(黏)土礦資源潛力和找礦前景較可觀。

關鍵詞煤下鋁礦床地質特征成礦規律礦床成因找礦標志找礦前景

我國鋁土礦資源較豐富，已探明的鋁土礦儲量中，可供露天開采的較少，優質鋁土礦更少。為確保我國氧化鋁工業的可持續發展，增加后備資源量，有必要大力開展煤下鋁的勘查工作。河南登封煤田面積較大，鋁土礦賦存層位(本溪組)發育，成礦潛力良好。本研究結合前人研究成果[1-6]，對登封煤田煤下鋁(黏)土礦成礦規律、富集規律進行詳細研究，并對鋁(黏)土礦床成因及找礦標志進行探討，為區內進一步開展鋁(黏)土礦找礦工作提供依據。

1區域成礦地質條件

1.1古地理特征

勘查區位于箕山古島與嵩山古島的結合部位，隸屬于華北地臺南緣，地層分區劃屬豫西嵩箕小區。勘查區構造活動經歷了阜平運動、五臺運動以及熊耳運動，致使下元古界與上太古界地層變形劇烈，褶皺發育，并有不同程度的混合巖化，在此基礎上，沉積中—上元古界至下古生界地層[1]。在加里東期，勘查區抬升穩定，形成古陸，地層褶皺變形構造基本不發育，古陸殼歷時約1.6億a的風化、剝蝕和夷平。進入晚石炭世中期，區域海西運動強烈，產生海侵運動，使該區域除嵩山古島和箕山古島之外的負地形區均被海水浸沒。在濱淺海瀉湖、湖沼等淺水相環境中，古地理環境適宜，沉積大量晚石炭世富鐵、鋁、硅建造。晚二疊世后期，研究區地層逐漸抬升，海水慢慢退去，直至中生代，發育成為陸相盆地，接受大面積沉積。之后由于印支運動和燕山運動，該區侏羅系及之前的蓋層發生褶皺，斷裂構造發育，形成了許多大斷裂，為現今構造的基本格局。該區位于嵩山古島和箕山古島之間的坳陷盆地內，為濱岸瀉湖相沉積環境(圖1)[3]。石炭系整體平行不整合于寒武系或奧陶系碳酸鹽巖侵蝕面上，構造形態呈現出較強的繼承性，表現為褶皺近EW向，斷裂則以NE向為主，EW、SN向的斷裂較少。

圖1　嵩箕地區上石炭統本溪組巖相

1.2成礦地質條件

勘查區位于華北板塊南部，嵩箕斷隆復式背斜南翼西部，灣子溝—臨汝向斜北部。在成礦區劃上，屬于豫西鋁(黏)土礦成礦區、嵩箕鋁(黏)土礦成礦亞區、西白栗坪—臨汝鰲頭鋁(黏)土礦成礦帶內。該區基底地層為新太古界登封群和古元古界嵩山群，其上分布有一套下古生界海相碎屑巖-碳酸鹽建造和上古生界—中生界海陸交互相含煤建造和陸相碎屑巖建造。自古元古代末期嵩山運動后，嵩箕地區的構造運動主要為升降運動，形成了寒武系底界、奧陶系底界及上石炭統底界等3個區域性平行不整合構造，豫西地區鋁(黏)土礦均產于上石炭統底界的區域性古風化侵蝕面上。鋁(黏)土礦成礦區受燕山期運動的影響較大，使中生代地層形成了開闊的背斜、向斜構造。區域內的構造-巖漿活動較微弱，沉積環境較平靜，有利于沉積礦產(煤、鋁土礦、黏土礦等)的形成和保存[7]。據河南省地質調查院2005—2008年完成的“河南省重要成礦區帶1∶5萬區域礦產調查”項目成果和區域重力場鋁(黏)土礦成礦場特征，結合地質構造樣式綜合分析，認為該區重力異常低(負)值帶及其周圍高(正)值重力異常區(帶)的接觸過渡部位，特別是高(正)值一側的重力異常緩坡部位，為鋁(黏)土礦的有利成礦部位。

1.3區域構造特征

登封煤田總體為一近EW走向的向斜構造，向斜兩翼分別與嵩山背斜和箕山背斜相依，向斜中部窄(石道一帶)，東西兩端寬，整個礦區形態呈啞鈴型。區內發育EW、NW、NE向構造。根據該類構造的展布方向、構造類型和構造復雜程度，可將登封礦區由北至南劃分為嵩山復背斜構造復雜區、穎陽—蘆店滑動構造區、登封礦區南部較簡單構造區和箕山復背斜構造復雜區。區內斷裂雖然方向各異，但一般延伸較遠，多為線狀斷裂，斷裂走向與地層走向呈平行或斜交，為走向斷層或斜向斷層。一般來說，EW向斷層為走向斷層，多為階梯狀，少為地塹、地壘，NW、NE向斷層為斜向，分別為左行、右行平移斷層，在平面上呈平行排列，從而整體上形成南北成帶、東西成塊的形態。正斷層往往成組出現，呈階梯狀、地塹地壘狀斷層組合；逆斷層一般呈疊瓦狀排列[8-10]。

2礦區地質特征

礦區位于穎陽—蘆店向斜南翼，區內西部地層NE走向，在大郭溝至白坪為近EW向，往東又轉為NE向，傾向總體為NW—N—NW向的單斜構造，地層傾角15°～35°，西陡東緩，構造形跡以斷裂為主，區內有數條近EW、NW、近SN、NE等4組規模不等的斷層，東部伴有滑動構造，該類構造破壞了地層和礦體的連續性。礦區地層區劃屬華北地層區豫西分區之嵩箕小區。區內地層主要發育有古生界、中生界和新生界，包括寒武系、奧陶系、石炭系上統本溪組和太原組、二疊系下統山西組和下石盒子組、二疊系上統上石盒子組和石千峰組、三疊系、古近系、新近系及第四系。礦區大致呈長條狀，東西長約52 km，南北寬1.6～8.4 km。鋁(黏)土礦層賦存于石炭系本溪組地層中，該地層為一套以鋁鐵質黏土巖為主的海侵前濱海(岸)湖泊相沉積建造，地表多有出露。本溪組地層不整合于奧陶系中統馬家溝組碳酸巖長期間斷的古風化侵蝕面上，頂板為石炭系上統太原組生物碎屑灰巖或炭質黏土巖，局部為煤層。區內以往煤田勘查時施工的260余個鉆孔揭露了本溪組的含鋁巖系。近年來，區內開展鋁(黏)土礦整裝勘查工作施工的57個鉆孔，均揭露了本溪組的含鋁巖系。礦區含礦巖系為一套含鋁、鐵黏土巖層，厚1.74～42.37 m，平均厚10.67 m，w(Al2O3)33.28%～79.15%，A/S值為1.0～17.0。該套巖系中含有規模不等的鋁土礦體，局部礦體發育較好，品位未達到鋁土礦工業指標的，多符合耐火黏土礦的標準。該套地層上部巖性主要有黏土巖、耐火黏土礦、鋁土礦，下部為含鐵或鐵質黏土巖、赤鐵礦及硫鐵礦等。鋁土礦呈透鏡狀、似層狀，主要賦存于含鋁巖系的中、上部。該區鋁(黏)土礦實為臨汝鰲頭—西白坪鋁(黏)土礦成礦帶的深部自然延深。

3礦體地質特征

根據各礦體的產狀及平面分布特征，該區由西至東可劃分為5個礦段：大郭溝逆斷層以西為第Ⅰ礦段(老君堂礦段)，大郭溝逆斷層以東、建新莊斷層以西為第Ⅱ礦段(郭溝礦段)，建新莊斷層以東、安莊逆斷層以西為第Ⅲ礦段(新新礦段)，安莊逆斷層以東、經線19690000以西為第Ⅳ礦段(磴槽礦段)，經線19690000以東為第Ⅴ礦段(白坪礦段)。結合施工情況，本研究僅對主礦體(Ⅰ1#礦體)進行分析(圖2)。該礦體位于普查區西部老君堂段，由此次施工的ZKI6514等10個鉆孔和區外ZK17081等7個鉆孔控制，礦體走向NE—SE，傾向NW—NE，傾角平均15°，礦體頂板產狀與圍巖基本一致，礦體平面形態呈“M”形，剖面上呈似層狀，礦體走向控制長約3 000 m，傾向寬200～700 m。受礦體平面形態復雜、淺部有港彎存在、東北部礦體邊界尚未圈閉等因素的影響，單工程礦體厚度最小為0.80 m，最大為12.40 m，厚度變化系數為90.56%，礦體厚度穩定程度為不穩定，礦體埋深73.00～410.00 m，賦存標高468.00～191.00m。礦石品位：w(Al2O3)55.63%、w(SiO2)15.89%、w(Fe2O3) 5.96%、w(TiO2) 2.36%、w(S) 2.28%、燒失量為13.87%、A/S值為3.6。礦體結構主要為碎屑狀、豆鮞狀結構。該礦體在西南方向和深部仍有延伸。

圖勘探線礦體傾向)地質剖面

4礦床類型及找礦標志

4.1礦床類型及成因

區內鋁(黏)土礦與河南其他地區的鋁(黏)土礦一致，為產于碳酸鹽巖古風化侵蝕面上的沉積型鋁(黏)土礦。最具代表性的鋁土礦成因有膠體化學沉積說、紅土或鈣紅土殘坡積學說以及紅土沉積成因說[7-9]。根據研究區鋁(黏)土礦的巖相古地理、成礦作用、含礦巖系及礦體特征，認為用紅土沉積成因說解釋較合理。區內鋁(黏)土礦的成礦過程為：河南省的鋁(黏)土礦是由早古生代碳酸鹽巖經過長期風化侵蝕形成黏土風化殼，在晚石炭世紅土化過程中形成三水型鋁土礦，在外力作用下，以碎屑顆粒形式，經搬運在鄰近的瀉湖、海灣中聚集沉積，而后經歷成巖后階段和表生富集作用，形成了現今一水型沉積鋁土礦床。具體來講：①加里東運動致使區域整體抬升，寒武系或奧陶系的碳酸鹽巖經受長期風化剝蝕，因物理和化學風化作用的影響，活潑的K、Na、Ca、Mg等被帶走，Al、Si、Fe等殘留原地，晚石炭世時期氣候濕熱，風化殼中的黏土物質進一步紅土化，形成硬水鋁石等礦物，硅鋁酸巖礦物在紅土化作用的后期被完全分解，可溶性元素被運移，不易溶的鐵和鋁的氧化物及部分SiO2在原地殘留堆積，逐漸發育成水鋁石、褐鐵礦的殘留富集堆積；②隨著晚石炭世沉積作用的開始，華北地區開始出現陸表海，在原地堆積的水鋁石及部分黏土質礦物通過地表水流以及不間斷的洪水重力流的搬運，沉積于深海的瀉湖、海灣環境中，通常較細的其他物質易被搬運至遠處的湖盆中心，粗粒的碎屑狀物質易在濱淺海地帶沉積，形成鋁(黏)土礦體；③沉積作用完成后，在上覆沉積物和水體的壓力、溫度、時間等作用下發生成巖作用，鐵的氧化物在還原環境下被還原為低價氧化物，形成黃鐵礦、綠泥石等，并致使鋁土礦顏色變淺，水鋁石發生重結晶作用，三水鋁石變為一水軟鋁石，再形成一水硬鋁石，后期沉積構造作用使鋁土礦保存、抬升，出露地表并接受風化淋濾和剝蝕。

4.2鋁(黏)土礦成礦規律

(1)礦床嚴格受碳酸鹽巖古風化殼構造的控制。勘查區鋁(黏)土礦床產出于奧陶系的古風化面上，其形成與奧陶系或寒武系碳酸鹽巖的風化剝蝕作用緊密相關。在區域抬升、地層接受剝蝕期間的物理和化學風化過程中，形成了以Al、Si、Fe質為主要成分的鈣紅土風化殼。進入晚石炭世，基底下沉、整體海侵，該類鈣紅土風化殼在低洼處沉積，形成了含礦巖系和鋁(黏)土礦床。

(2)主礦體產出于嵩箕古島邊緣的凹陷部位。勘查區及周邊的主礦體物質來源于晚石炭世箕山古島的侵蝕區，在地表徑流作用下沉積于古島邊緣的凹陷部位。礦體的展布方向與古侵蝕區基本一致，大多呈NE向，部分近EW向。各礦段礦體展布方向的變化也與古島邊緣凹陷區一致。

(3)礦體產于石炭系本溪組中、上段。勘查區的鋁(黏)土礦、耐火黏土礦主要產于本溪組中、上段。

(4)礦體的形態嚴格受古巖溶洼地形態的控制。區內的鋁(黏)土礦體形態包括層狀、似層狀、透鏡狀、洼斗狀等，其中層狀、似層狀礦體多發育于古平坦洼地或溶盆內；扁豆狀、透鏡狀礦體則主要形成于溶洼中，洼斗狀礦體一般形成于溶斗內。

(5)區內鋁(黏)土礦體的厚度、品位與其含礦巖系的厚度關系密切。統計顯示，鋁(黏)土礦的厚度、品位與含礦巖系成正相關關系，即含礦巖系的厚度越大，礦體的厚度也偏大，品位一般也偏高；含礦巖系厚度越小，礦體的厚度亦小，并且礦石品位一般較貧。通常情況下，當區域內本溪組含鋁巖系的厚度小于3～5 m時，不易形成具有工業價值的礦體。

4.3找礦標志

(1)地層。區內鋁(黏)土礦賦存于上石炭統本溪組鋁鐵巖系內，本溪組厚度僅數米至數十米，底部常有紫紅色鐵質黏土巖，巖性特征明顯，是尋找鋁(黏)土礦的直接標志。

(2)含礦巖系。礦體厚度與品位受含鋁巖系厚度的制約，含鋁巖系厚度愈大，則礦體厚度愈大，礦石品位愈高，反之則相反。通常厚度小于3～5 m的含鋁巖系不含礦。找礦重點區域為本溪組地層厚度大于8 m的區域和淺部靠近已知礦體的區域。

(3)構造。登封煤田煤下鋁找礦應在背斜翼部和向斜核部及其兩翼進行。

(4)頂板。鋁(黏)土礦的間接頂板為太原組石灰巖，該段為灰黑色，常有蜓科和海百合等海生動物化石，全區發育，層位穩定，可作為尋找鋁(黏)土礦的間接標志。

(5)底板。含礦巖系在預查區西部直接覆蓋于寒武系白云質灰巖的古侵蝕面上，含礦巖系在預查區東部直接覆蓋于奧陶系石灰巖的侵蝕面上，其形態、產狀、厚度均受基底地貌的控制。

(6)地表露頭。區內南部存在大量的民采采坑和鋁(黏)土礦采坑，為該區尋找盲礦、隱伏礦的直接線索。

(7)共生礦產。區內上部下二疊紀二1煤層全區發育，位于太原組底部的一1煤層局部發育，在本溪組內共生的耐火黏土礦、下部的硫鐵礦、赤鐵礦、鐵質黏土都可作為間接找礦標志。

5結語

登封煤田煤下鋁土礦床位于華北板塊南部，西鄰嵩箕斷隆復式背斜，北鄰灣子溝至臨汝向斜，屬于西白栗坪—臨汝鰲頭鋁土礦成礦帶，嵩箕鋁土礦成礦小區，為白栗坪—臨汝鰲頭鋁土礦成礦帶的深部自然延伸。礦床賦存在上石炭統本溪組地層內，屬產于碳酸鹽巖古風化侵蝕面上的沉積鋁土礦，礦體在剖面上呈似層狀、透鏡狀。該區域鋁(黏)土礦連續性差，一般為“雞窩礦”，單礦體規模一般為小型。經初步勘查，該區域鋁(黏)土礦資源量已達大型規模，老君堂段東部施工鉆孔均見礦，顯示該區域有進一步尋找大型礦床規模的資源潛力。在對區內鋁(黏)土礦床地質特征、礦床成因、成礦規律詳細分析的基礎上，對區內找礦標志進行了總結，認為今后該區鋁(黏)土礦的找礦重點為嵩箕古島邊緣的凹陷部位，找礦方向為本溪組地層分布區，重點為本溪組地層厚度大于8 m的地區和淺部靠近已知礦區的找礦有望區，主要為第Ⅰ礦段(老君堂礦段)和第Ⅴ礦段(白坪礦段)。

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(收稿日期2016-01-18)

Geological Characteristics and Prospecting Direction of the Bauxite Under Coal Deposits of the Coalfield in Dengfeng City,Henan Province

Tian PengzhouLiu WenbinZhang YiyaoWang ZhengzhengLi Xinliang

(The First Team of Henan Coalfield Geological Bureau)

AbstractThe bauxite deposit under coal deposits in Dengfeng coalfield, Henan province is located under the depth of Aotou-Xibaiping bauxite mineralization belt. Based on analyzing the regional metallogenic geological conditions,geological characteristics of the mining area, the ore-body geological characteristics,metallogenic regularity, deposit genesis are discussed in detail, the prospecting marks of bauxite are summarized from the aspects of stratum, ore-bearing rock series, tectonic, roof, basement,surface outcrop, paragenetic minerals. The research results show that the regional prospecting direction is the distribution area of Benxi formation,especially the area that the formation thickness is larger than 8 m, the research results further indicated that the resources potential and prospecting prospect of bauxite in the mining area are considerable.

KeywordsBauxite under coal deposits, Deposit geological characteristics, Metallogenic regularity, Deposit genesis, Prospecting mark, Prospecting prospect

*河南省國土資源廳地質勘查基金項目(編號：豫國土資發[2013]7號；豫國土資發[2014]3號)。

田鵬州(1986—)，男，工程師，451150 河南省新鄭市煙廠大街189號。