河南高家莊鋁土礦礦床成因及找礦前景分析

楊賀杰，蔣 磊，胡 偉，李俊鋒，趙景武

(1.河南省有色金屬地質礦產局第三地質大隊，河南 鄭州 450016；2. 河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心，河南 鄭州 450016)

0 引言

高家莊鋁土礦區位于魯山縣西北部約41 km的倉頭鄉高家莊一帶，行政區劃隸屬于魯山縣倉頭鄉高家莊管轄，是河南省鋁土礦找礦遠景區之一。自20世紀50年代起，先后有秦嶺區測隊、中南地質局、河南省地質礦產廳區域地質調查隊、河南省地質礦產勘查開發局區域地質調查隊等分別在區內作了1∶20萬魯山幅重新修測、1∶25萬平頂山幅區域地質調查及煤礦詳查工作，對區內的構造帶進行了劃分并對斷層進行定名和詳細描述。通過本次工作，在礦區新發現并勘查鋁土礦體4條，提交了一處小型鋁土礦礦床[1]。

通過總結前人研究成果，結合此次勘查研究，對礦區成礦地質背景、礦床地質特征等開展分析，并對礦床成因、找礦前景進行探討，為區域內同類型礦床的勘查工作提供了一定的借鑒意義。

1 區域地質背景

高家莊鋁土礦區屬華北地臺南緣、華熊臺緣坳陷，位于三門峽—魯山逆沖斷裂帶的南部，自西向東展布有兩個大的逆沖斷層，屬于河南省鋁土礦四級成礦區最南端的汝州—寶豐—魯山鋁土礦帶[2]，為河南省富鋁土礦集中區，研究區成礦條件較好，礦石品位較富，具有一定的規模和外圍找礦前景。

區域內分布地層由老至新為太古宇太華巖群、中元古界汝陽群、古生界寒武系及石炭系、二疊系、中生界白堊系及第四系全新統，石炭系本溪組為本區鋁土礦主要礦源層，巖性為鋁土礦，高鋁黏土及含鐵質黏土。本區地質構造屬于華北陸塊，地質構造演化經歷了三個階段：中元古界前造山階段，晚古生代—三疊紀主造山階段，侏羅—白堊紀后造山階段[3]。區內巖漿巖不甚發育，侵入巖僅分布有鉀長花崗巖，呈脈狀或巖墻侵入于太古宇和中元古界中。區域礦產以沉積礦床為主，主要是煤、鋁土礦、高嶺土、耐火黏土、水泥灰巖等，另外有花崗石石材及鉀長花崗巖等。

2 礦區地質概況

2.1 礦區地層

礦區地層屬于華北地層區豫西地層分區澠池—確山地層小區。出露地層由老至新：太古宇太華巖群(Ar)斜長角閃片麻巖，中元古界汝陽群云夢山組(Pt2y)紫色、紫紅色石英巖，下寒武統朱砂洞組(∈1z)和饅頭組(∈1m)灰綠色頁巖、泥質粉砂巖、膏溶灰巖，中寒武統張夏組(∈2z)白云巖、石灰巖，中石炭統本溪組和太原組(C2b+t)高鋁黏土、煤層、生物灰巖，第四系全新統(Q)砂、礫石及砂質黏土(圖1)。

圖1 魯山縣高家莊鋁土礦礦區地質及構造簡圖Fig.1 Geological and structural map of Gaojiazhuang bauxite deposit in Lushan County

2.2 構造

研究區范圍內的構造以逆沖斷層為主要表現形式，由F1逆沖斷層、F2逆沖斷層和F1、F2形成的石板河巖席、紅石嶺巖席及胡葉嶺飛來峰、紅土嶺飛來峰組成礦區構造格架。青草嶺逆沖斷層在礦區內形成胡葉嶺飛來峰和紅土嶺飛來峰被推覆于中石炭統煤系地層之上，推測推覆面之下尚有鋁土礦體的存在。

2.3 巖漿巖

區內巖漿活動不強烈。僅在太古宇太華巖群中和中元古界云夢山組石英(砂)巖中沿裂隙侵入的鉀長花崗巖脈(墻)，長度一般可達幾十米至150 m以上，寬由十余米至幾十米，總體展布呈NW方向平行產出。巖石呈肉紅色，中細粒結構，塊狀構造。主要礦物組成有鉀長石(45%～65%)、斜長石(10%～15%)及少量的黑云母。

3 礦床地質特征

3.1 礦體地質特征

研究區鋁土礦礦體賦存于石炭系本溪組含鋁巖系地層中，于寒武系張夏組灰巖風化殼之上。由于逆沖斷裂構造的推覆作用，本溪組含鋁巖系在研究區內的分布一部分裸露于地表，約占面積的65%；另一部分被覆蓋于飛來峰之下，約占面積的35%。鋁土礦礦體的分布受寒武系張夏組灰巖古地形風化面的特征所控制，外部形態和內部結構嚴格受基底寒武系古侵蝕面起伏控制，其厚度、品位與寒武系古侵蝕面關系密切。根據鋁土礦礦體產出的部位，古地形基本上可以分為三種類型：一是裂隙溶蝕坑；二是古地形起伏的坳陷部分；三是較平坦的地段。三種古地形的不同類型和鋁土礦的形成關系密切。前兩種古地形易形成鋁土礦礦體，后一種古地形僅有含鋁黏土巖。本區鋁土礦形成于古地形低洼坳陷部位，經本次工作，在區內發現并勘查鋁土礦體4條(圖1)，基本特征見表1。

表1 高家莊礦區鋁土礦特征Table 1 List of characteristics of bauxite orebodies in Gaojiazhuang mining area

Ⅳ號礦體：該礦體分布于礦區中部，礦體走向NW277°～311°，傾向SW，傾角42°～76°。礦體底板為鐵質黏土巖，頂板為普通黏土巖，礦體產狀與頂底板圍巖產狀基本一致。形態呈不規則長條形，長約420 m，寬約62 m，賦存高程474～506 m，埋深0～32 m。整個礦體平均品位：Al2O357.47%，SiO210.02%，Fe2O314.73%，TiO23.64%，Loss 10.56%，A/S值5.7。

Ⅴ號礦體：該礦體分布于礦區西部，礦體走向NW262°～350°，傾向SW，傾角16°～28°。礦體底板為鐵質黏土巖，頂板為普通黏土巖，礦體產狀與頂底板圍巖產狀基本一致。形態呈不規則多邊形，長約368 m，寬約221 m，賦存高程442～508 m，埋深0～66 m(圖2)。整個礦體平均品位：Al2O357.19%，SiO210.38%，A/S值 4.0。

圖2 魯山縣高家莊鋁土礦區第504勘探線剖面圖Fig.2 Sectional map of exploration line No.504 in Gaojiazhuang bauxite mining area in Lushan County

3.2 礦石特征

1)礦石組成特征。礦石的主要礦物成分僅見一水硬鋁石，次要礦物成分有高嶺石、伊利石，高嶺石和伊利石在礦石中的含量呈負相關關系，在垂向上高嶺石分布在礦體上部，伊利石分布在礦體下部。礦石的少量礦物：蒙脫石、針鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦以及其他黏土礦物。

2)礦石結構構造。區內礦石呈礫屑狀、砂(粒)狀、蜂巢狀、豆鮞狀和致密狀結構，礦石主要構造類型為塊狀、層狀構造。

3)礦石化學組分特征。區內鋁土礦礦石的主要化學成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S、Loss等，通過對研究區具有代表性的Ⅴ號礦體礦石中常見組分Al2O3、SiO2和A/S值作曲線圖(圖3)。據礦石品級標準，礦區礦石平均品級為Ⅴ級。

3.3 礦體(層)圍巖和夾石

區內鋁土礦直接頂板的巖性多為黏土巖，呈灰—灰黑色，偶見植物化石碎片。厚度一般為1～10 m。

圖3 高家莊鋁土礦Ⅴ號礦體礦石Al2O3、SiO2含量和A/S值分布曲線圖

鋁土礦的直接底板為石炭系本溪組下段(C2b1)鐵質黏土巖，由紫紅、褐、雜色含鐵黏土巖構成，厚度一般為3～4.5 m。鋁土礦的直接底板之下即為中寒武統張夏組白云巖及豹皮灰巖。

4 礦床成因

4.1 礦床成因

研究區鋁土礦的成因，是通過對寒武系碳酸鹽巖頂部的沉積間斷面的古地貌特征、古風化殼的發育特征的分析研究和對上石炭統本溪組含礦巖系的沉積序列、空間分布、巖相變化、化石遺存、成礦規律的解讀而認識的[4]。本區鋁土礦產于碳酸鹽巖古風化侵蝕面上的中石炭統本溪組內，鋁土礦床形成的古地理環境為古陸與淺海之間的準平原上的湖盆，受石炭系的海侵作用影響較大，屬古風化殼-沉積型一水硬鋁石鋁土礦床。

晚石炭紀，豫西鋁土礦成礦區處于NW—SE走向的秦嶺—大別古陸和NE—SW走向的中條古陸之間的港灣狀地帶內[5]。寒武紀—中奧陶紀后，華北地臺抬升為陸，經過漫長地質時期的風化剝蝕和強烈的化學風化作用，形成了準平原，寒武—奧陶紀時期氣候濕熱，碳酸鹽巖易形成形態復雜的巖溶化地貌。早期形成的風化殼物質富含鋁、硅、鐵等惰性組分，在水動力作用和物理化學作用下不斷地被帶入巖溶負地形形成的湖泊內，風化殼物質伴隨著巖溶湖泊的演化而發生陸解作用，并發生進一步的沉積分異。晚石炭世末期，地殼緩慢下沉，海水反復進退，巖溶洼地已被風化殼物質填平補齊，湖泊發展成為沼澤，鋁(黏)土礦的早期成礦作用形成[6-8]。至二疊紀時期，成礦物質被二疊紀沉積物覆蓋壓實、脫水成巖。

成礦后，受造山運動等地質作用影響，發生逆沖推覆構造，使得北部寒武系覆蓋在本區鋁土礦含礦巖系之上，后經長期的風化作用等對原生鋁土礦起了改造作用，受中生代以后的陸內造山運動，使表生作用對鋁土礦進行了脫硅脫硫的改造，鋁土礦得以富集并保存，直至形成現今的鋁土礦體[9-10]。許多鋁土礦的勘查資料顯示露頭礦、淺部礦貧硫，而深部礦富硫，這應是鋁土礦后生改造作用的一個證據。

4.2 控礦因素

4.2.1 長期的沉積間斷對成礦的控制作用

本次研究區位于華北地臺南緣，受加里東運動影響，自中奧陶世抬升為陸地，至中石炭世重新下降，歷經長達約1.4億年的沉積間斷，在時間和空間上都為本區鋁土礦的形成創造了良好的條件；隆起的基底碳酸鹽巖長期遭受風化剝蝕的結果，上寒武統已被剝蝕了大部分，剝蝕物繼續接受物理化學作用，為鋁土礦形成提供了豐富的物質來源；1.4億年的沉積間斷形成的準平原化的湖盆，成為鋁土礦積聚成礦的容礦場所。因此，長期的沉積間斷是本區鋁土礦形成的先決條件。

4.2.2 古氣候對成礦的控制作用

與沉積礦床中大多數金屬元素不同，鋁是以唯一的氧化形式(Al3+)在地表出現的，氣候條件對鋁土礦形成有明顯的控制作用，低緯度的濕熱氣候有利于鋁土礦形成[11]。據河南地礦局科研所資料，中石炭世河南中部位于北緯6.9°～33.82°，屬熱帶—亞熱帶地區。多雨的古氣候對基底碳酸鹽巖的鈣化和黏土礦物的鋁土化進程起重要作用，本區鋁土礦的形成受此古氣候影響。

4.2.3 古地形對成礦的控制作用

根據鋁土礦礦體產出的部位，古地形基本上可以分為三種類型：一是裂隙溶蝕坑；二是古地形起伏的坳陷部分；三是較平坦的地段。三種古地形的不同類型和鋁土礦的形成關系密切。前兩種古地形易形成鋁土礦礦體，后一種古地形僅有含鋁黏土巖。經研究發型本區鋁土礦形成于古地形低洼坳陷部位，由于本區鋁土礦形成后受后期地殼水平升降運動影響較小，所以礦區現代地形和古地形有明顯的繼承關系。礦區地勢較低或溝谷中心易形成厚度大且較為連續礦體，如本區Ⅳ號礦體、Ⅴ號礦體，而地勢較高的形成礦體厚度小、礦質差，如Ⅱ號礦體、Ⅶ號礦體。

4.2.4 古構造對成礦的控制作用

加里東運動后，本區地殼穩定上升下降，大地構造環境極為穩定，中石炭世碳酸鹽遭受漫長的侵蝕風化作用，形成的古風化殼為鋁土礦提供了豐富的成礦物質來源，1.4億年的沉積間斷所形成的準平原化的的地貌條件，為鋁土礦的積聚創造了有利的成礦場所。從全區資料實際地質資料可以證明，中石炭統與下伏奧陶系、寒武系的灰巖直接均呈平行不整合接觸，鋁土礦的產生受這一不整合面嚴格控制。

5 找礦標志及方向

5.1 找礦標志

通過礦床成因、控礦因素分析等研究，總結了高家莊鋁土礦的找礦標志：

1)本區鋁土礦賦礦層位為中石炭統本溪組巖系，豫西本溪組厚度僅十幾米至幾十米，底部常有紫紅色鐵質黏土巖，野外易識別。因此，在第四系沉積物覆蓋區，如難以發現中石炭統時，可以尋找鋁土礦床的基底地層中奧陶統或寒武系白云巖，同時應注意尋找鋁土礦床的蓋層上石炭統—二疊系煤系地層，均可作為尋找鋁土礦床的近礦標志。

2)由于構造推覆作用，礦區內中石炭統本溪組和太原組不易分開。因此，把太原組作為找鋁土礦隱伏礦體的間接標志，是切實可行的，總的看來中石炭統本溪組和太原組(C2b+t)，其下部為鐵鋁質黏土，紫紅色含鐵鋁土礦及灰黃色鋁質黏土(或鋁土礦)；上部有生物碎屑灰巖夾砂質頁巖及煤線，該組的煤線(層)由于受構造的推覆作用，煤層產狀經常變化，厚度不太穩定。

3)根據上述鋁土礦礦床成因，巖相古地理特征成了重要的找礦標志，溶斗、溶洼、溶盆等巖溶負地形成為尋找鋁土礦的有利地段。

5.2 找礦方向

1)區域內一系列向南逆沖的推覆體及斷層，系華北陸塊向南逆沖形成的梨式斷層[12]，使老地層覆蓋于新地層之上，在地表出露了寒武系，但寒武系下，仍賦存有石炭系，使得鋁土礦巖系得以保留。研究區由于受青草嶺逆沖斷層影響，形成胡葉嶺飛來峰和紅土嶺飛來峰，被推覆于上石炭統煤系地層之上，推覆面之下尚存在有煤層，為本次勘查工作的主要對象，筆者推測推覆面之下尚有鋁土礦體的存在。因此，在研究區北部及西部地區分布的大面積的寒武系，有較大的找礦前景。

2)本區淺部和淺中部鋁土礦體地質勘查工作程度較高，找礦成果有限，今后鋁土礦找礦應由地表轉入淺中部尋找氧化礦體，或轉為尋找地下隱伏的原生鋁土礦體，擴大找礦空間。

6 結論

1)高家莊鋁土礦區位于三門峽—魯山逆沖斷裂帶的南部，自西向東展布有兩個大的逆沖斷層，屬于河南省鋁土礦四級成礦區最南端的汝州—寶豐—魯山鋁土礦帶，為河南省富鋁土礦集中區。

2)鋁土礦礦體賦存于石炭系本溪組含鋁巖系地層中，于寒武系張夏組灰巖風化殼之上，寒武系碳酸鹽巖風化殼為鋁土礦的主要物質來源，鋁土礦床形成的古地理環境為古陸與淺海之間的準平原上的湖盆，受石炭系的海侵作用影響較大，屬古風化殼-沉積型一水硬鋁石鋁土礦床。

3)礦區飛來峰推覆面之下有鋁土礦體的存在的可能，在研究區北部及西部地區分布的大面積的寒武系，有較大的找礦前景，通過進一步勘查有望發現新的鋁土礦體。