山西鋁土礦礦床成因及古地理環(huán)境分析

李鳳浩，霍彥萌

（1.河北省地礦局地質勘查技術中心，河北 石家莊 050000；2河北省地礦局第九地質大隊，河北 邢臺 054000）

1 山西鋁土礦礦體特征分析

從北到南，從西到東一共將山西鋁土礦集中區(qū)分成Ⅰ區(qū)到Ⅶ七個區(qū)域，其中Ⅰ區(qū)鋁土礦集中區(qū)是保德—興縣，Ⅱ區(qū)是原平—寧武區(qū)，Ⅲ區(qū)是陽泉集中區(qū)，Ⅳ區(qū)是臨縣—交口區(qū)，Ⅴ區(qū)是沁源集中區(qū)，Ⅵ區(qū)是武鄉(xiāng)集中區(qū)，Ⅶ區(qū)是平陸集中區(qū)[1]。

分析山西鋁土礦的特征，首先鋁土礦資源分布較廣但是又很集中，主要分布在上述七個區(qū)域，其以中小型規(guī)模的礦床為主。

1.1 礦石結構、構造和礦石質量

Ⅰ區(qū)黃輝頭礦區(qū)的各類礦石中，一水硬鋁石、高嶺石是主要礦物，褐鐵礦、赤鐵礦是次要礦物，電氣石、綠泥石、方解石是微量礦物，金紅石是主要的重礦物。礦石結構可分成半粗糙狀、粗糙狀、碎屑狀、致密狀和鮞狀，其中以致密狀和半粗糙狀礦石結構為主[2]。

Ⅱ區(qū)西紅河區(qū)的鋁土礦最鮮明的特征是顏色差異巨大，有白土礦、白灰土礦，還有綠礦和紅礦，但以白土礦為主，質量較好，綠礦和紅礦較少。該區(qū)域的礦石礦物成分多達20多種，主要礦物成分是氫氧化物，其次是黏土礦物和鐵礦物。

Ⅲ區(qū)白土坡礦區(qū)的礦石礦物成分主要為一水硬鋁石，其次是高嶺石，按照結構來分，該區(qū)域礦石結構中碎屑狀的礦石含量最多。

Ⅳ區(qū)西宋莊區(qū)域的鋁土礦礦石礦物成分較多，其中依然以一水硬鋁石和高嶺石為主，碎屑狀結構的礦石也是該區(qū)域的主要礦石結構。Ⅴ區(qū)陽坡礦區(qū)的主要成分為鋁的氫氧化物，其次是黏土礦和鐵礦物，該區(qū)域的礦石結構主要以碎屑狀為主。

Ⅵ區(qū)天洼礦區(qū)的主要礦物是黏土礦物和一水硬鋁石，礦石結構中碎屑狀結構含量最多。

Ⅶ區(qū)下坪礦區(qū)的鋁土礦礦石主要結構為鮞狀和豆鮞狀，礦石化學成分中氧化鋁含量最高，鋁硅的含量次之。

1.2 縱向沉積相變化特征

鋁土礦在形成時垂向共生有山西式礦產和黏土礦，從西紅河礦區(qū)的礦層圖分析來看，縱向沉積共生礦產中先沉積下部的山西式礦產資源，然后再向上變成鐵質黏土礦和鋁土礦，再向上形成硬質黏土礦。

從化學成分來看，氧化鋁和氧化硅的成分最多，而在礦層的底部氧化鋁的含量變低，氧化硅的含量則隨著氧化鋁的變化呈反向變化，即越往上氧化硅的含量越少，而越往下反而越多。氧化鐵在下部含量最高而形成了山西式鐵礦和鐵質黏土礦。

從礦石類型變化來看，礦層的中部主要以一水硬鋁石為主，且是粗糙裝的鋁土礦較多，上下部分則是致密狀的鋁土礦和碎屑狀鋁土礦。

1.3 伴生礦產結構分析

山西省主要七個集中鋁土礦區(qū)域中，鋁土礦共生礦產主要有耐火黏土礦、山西式礦產資源，另外礦石中的伴生有稀有元素和稀土元素。

圖1 山西省鋁土礦集中區(qū)及其構造區(qū)帶圖

2 山西鋁土礦礦床成因分析

2.1 物質來源和成礦分析

山西地塊在早石炭世晚期可以分成若干個古大陸、古島，這些古大陸和古島基地的鋁硅酸類、碳酸鹽類等物質在溫暖潮濕的環(huán)境下在上億年的風化、剝蝕以后形成了紅土風化殼物質，成為山西鋁土礦成礦的主要物質來源。在早石炭世晚期，山西省從南至北、從東到西的地勢都很高，剝蝕度也高，受到海泛的影響，風化殼中含有的鋁硅鐵等物質在海水沖刷下形成了膠體或懸浮物質而被帶到了低洼處，在機械作用和水酸堿值不斷變化的條件下產生分異沉積現象，鐵質和鋁質一起被沖刷到湖盆中，鐵質和碳酸鹽發(fā)生化學反應而率先沉積下來形成了山西式鐵礦，而鋁質和黏土質因為粒度和比重較小所以沉積的速度較慢，在沉積中又被酸性水沖刷發(fā)生了礦物性質變化，在鋁質進入海盆時硅元素大于鋁元素，沉淀除了黏土巖和鋁土頁巖。

2.2 伴生稀有、稀土元素

鋁土礦中的伴生稀有和稀土元素都是堿性物質，這些物質在持續(xù)的風化作用下，其形成的氫氧化物在到底一定值的酸堿度以后開始沉淀。在地表水作用下，限制了伴生稀有和稀土元素的遷移，遇到黏土礦物便被吸附富集，從而在古陸固定區(qū)域富集沉積下來。

2.3 微量礦物

鋁土礦礦石中的微量礦物主要包括鋯石、金紅石和電氣石等碎屑礦物，對這些礦物的外形特征進行分析可知，微量礦物物質來源主要是基地的碳酸鹽巖類。

總的來說，因為鋁質惰性較大、活動性小，所以鋁土礦礦床成因應該和母巖較近，是濱海湖泊相沉積型礦床。

3 山西鋁土礦古地理環(huán)境特征分析

3.1 古水流方向

受到海泛作用的影響，山西省北部地勢較高、東部地勢比西部地勢高，由此可以推斷出古海水是從東北方向侵入，向西南方向并流的，在鋁土礦中存在碎屑結構，這又說明了鋁土礦在形成期間的海水流動量較大、速度較快。在西南部區(qū)域出現了鮞狀鋁土礦說明當時古環(huán)境變化十分頻繁。在北部礦區(qū)的鋁土礦致密狀結構的礦石較多，說明該區(qū)域位于湖泊的中部，水流穩(wěn)定、水流量不大。

3.2 古地形

山西省的鋁土礦大部分呈層狀、似層狀，還有一部分是港灣狀，大部分鋁土礦是持續(xù)沉積沉淀下來的，在基地低洼地帶，所以鋁土礦較厚。也有一部分沒有持續(xù)沉積，導致礦體整體較薄，局部地段受到地形的影響出現了沉積間斷，主要是因為在沉積時受到了基底灰?guī)r侵蝕面不平坦地勢的影響。

3.3 古環(huán)境和古氣候

在海侵時，受到礦物活動性的影響，大量含有鋁硅元素、鐵元素的物質被沖刷到了母巖附近的湖泊并沉積下來。分析礦石化學成分可知，粗糙狀的礦石要比碎屑狀和鮞狀的礦石品位較高，說明形成粗糙狀的礦石是在臨湖泊區(qū)域，其該區(qū)域的湖泊開闊，水勢相對平穩(wěn)，水的酸度較大利于脫硅，從而形成了高品位的鋁土礦。

4 礦產找礦發(fā)展方向

對山西省的礦體特征、礦床成因和古地理環(huán)境進行了解以后，考慮到鋁土礦硬度較大、形成條件嚴苛，所以找礦時應該主要集中在石炭系本溪組下段地層，在發(fā)現石炭系本溪組下段地層較薄，構造比較低洼時可能存在厚度較大的礦體。

5 結語

綜上所述，本文對山西省鋁土礦礦產資源的特點和礦體的特征、礦床形成的原因和古地理環(huán)境進行了分析探討。山西作為全國礦產資源最集中的地區(qū)，其集中礦產區(qū)域的礦體形成主要和古地理環(huán)境水流方向、古地形和氣候環(huán)境以及古地質構造變化有關，分析清楚鋁土礦形成原因、分布特點以后，才能采用針對性的找礦技術尋找到具有價值的能為社會發(fā)展提供服務的礦產資源。