山西省孝義市響義礦區(qū)鋁土礦礦床地質(zhì)特征及成因分析

侯夢懷，劉雪嬌

（1.山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西 晉中 030620；2.山西省地震局，山西 太原 030021；3.太原大裂谷動力學國家野外觀測研究站，山西 太原 030025）

1 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)位于孝義市范圍內(nèi)河東煤田中部東緣，屬呂梁山系，為典型的黃土高原地貌，地形切割較強烈，地勢總體呈北西高南東低特征。

區(qū)內(nèi)地層為沉積巖，巖性單一，以半堅硬巖類為主。呈現(xiàn)南東向傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角在5°～12°之間，多發(fā)育波浪式平緩褶曲[1]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

2.1.1 奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）

上段僅在礦區(qū)北部溝谷及山坡上出露,為一套巖性單一而穩(wěn)定的灰黑、灰色厚-巨厚層質(zhì)純石灰?guī)r,其出露厚度最厚約80m。

下段普遍出露于各溝谷中,以深灰色厚層狀石灰?guī)r、灰白色、黃綠色泥灰?guī)r夾石膏脈及白云巖組成。出露厚度一般10m～20m，最厚約50m[1，2]。

2.1.2 石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）

是賦礦層位，與下伏地層平行不整合接觸。本組分為兩段，下段(C2b1)地層為含礦段，平均厚度6.76m，巖（礦）層由下至上分別為山西式鐵礦、鐵質(zhì)粘土巖、鋁土礦、硬質(zhì)耐火粘土礦、粘土巖，其顏色變化由褐色逐漸過渡為灰白色。上段(C2b2)地層底部以一層不穩(wěn)定的黑灰色石灰?guī)r（多相變?yōu)榛野咨皫r）與下段分界，厚3.27m～18.94m，平均厚度10.09m。

2.1.3 石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）

與下伏地層整合接觸。底部為一層中-粗粒砂巖，以其為界分割該組地層與本溪組地層。該組地層分為上下兩段，受剝蝕作用影響，礦區(qū)內(nèi)出露不全。下段(C3t1)地層平均厚33.84m，主要由灰黑、灰白色砂巖、砂質(zhì)泥巖、煤、粘土巖、石灰?guī)r組成。上段(C3t2)地層出露不全，平均厚45.83m，巖性為灰色泥巖、石灰?guī)r。

2.1.4 第四系中上更新統(tǒng)（Q2+3）

覆蓋全區(qū)80%以上，由黃色亞砂土、砂土組成，局部可見松散的礫石層，厚4.80m～72.71m。

2.1.5 第四系全新統(tǒng)(Q4)

分布于溝谷底部,巖層為礫石砂土，厚0m～10m。

2.2 構(gòu)造

對于呂梁復背斜的東翼而言，該礦區(qū)位于單斜構(gòu)造的翼部之上，區(qū)內(nèi)無大的構(gòu)造，僅見有角度平緩呈波浪式起伏的小型褶曲，其規(guī)模很小，分布在全礦區(qū)且數(shù)量較多，地層總體傾向SE，傾角在2°～15°之間。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

鋁土礦賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組下段中下部、奧陶系中統(tǒng)峰峰組灰?guī)r侵蝕面之上，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出[2，3]，礦層傾角2°～15°，平均為7°；受成礦條件影響，礦體邊界呈不規(guī)則狀。區(qū)內(nèi)發(fā)育鋁土礦礦體13個，礦體厚度為0.50m～7.87m，平均厚度1.91m，其中Ⅲ、Ⅴ號礦體為該區(qū)主礦體。

Ⅲ號礦體位于礦區(qū)西部偏北，平面呈不規(guī)則狀；礦體南北長1135m～1465m，東西寬537m～1180m，礦體面積0.89km2；礦體厚度0.54m～6.15m，平均厚度2.31m，礦體內(nèi)有沉積無礦天窗2個，面含礦系數(shù)89.84%；夾石工程率32.11%，夾石厚度0.50m～1.90m，平均0.93m。

Ⅴ號礦體位于礦區(qū)東部，平面呈不規(guī)則狀；礦體南北長3338m～5739m，東西寬2737m～348m，礦體面積5.52km2；礦體厚度0.52m～6.61m，平均厚度1.99m，礦體內(nèi)沉積無礦天窗9個，剝蝕無礦天窗1個，面含礦系數(shù)95.88%；夾石工程率22.03%，夾石厚度0.50m～1.61m，平均0.89m。

3.2 礦石質(zhì)量

礦石成分。礦石礦物主要為一水硬鋁石和高嶺石，副礦物有赤鐵礦、褐鐵礦和針鐵礦[3，4]。

據(jù)基本分析結(jié)果，礦石主要化學成分及含量為Al2O3：40.06%～79.92%，平均64.48%、SiO2：0.58%～28.08%，平 均12.28%、Fe2O3：0.32%～41.31%，平 均4.81%、TiO2：0.75%～7.00%，平均2.43%，以上四種總和大于礦石化學成分總量的84%。

3.3 礦石類型和品級

據(jù)《鋁土礦、冶鎂菱鎂礦地質(zhì)勘查規(guī)范》(DZ/T0202-2002)附錄B鋁土礦石品級標準(GB3497-83)[5]，全區(qū)單工程鋁土礦礦石中Fe2O3含量最小0.32%，最大41.31%，全區(qū)平均含量4.81%，礦石中S含量最小0.007%，最大0.172%，平均含量0.039%，礦區(qū)鋁土礦工業(yè)類型屬含鐵低硫型鋁土礦，全區(qū)單工程鋁土礦礦石中Al2O3品位最小40.06%，最大79.92%，全區(qū)平均64.48%；單工程A/S最小2.60，最大135.84，全區(qū)平均5.25，礦石品級為Ⅳ級[1]。

3.4 圍巖及夾石

區(qū)內(nèi)鋁土礦礦體圍巖、夾石的礦物成分其頂板為硬質(zhì)耐火粘土礦、粘土巖，主要礦物成分為高嶺石、其次為一水硬鋁石、伊利石等；鐵質(zhì)粘土巖由高嶺石、一水硬鋁石、赤褐鐵礦不同比例混合，有時含部分伊利石；底板為山西式鐵礦為赤鐵礦、褐鐵礦，部分為菱鐵礦[6]。頂板、夾石、底板各類巖(礦)石主要化學成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3和TiO2，其化學特征表現(xiàn)為鋁含量低、硅含量高、鋁硅比低。

4 礦床成因

據(jù)前人研究得知，由于加里東運動影響使得華北地區(qū)整體抬升，在經(jīng)受長期風化作用的影響下，區(qū)域內(nèi)的早古生代碳酸鹽巖和前震旦紀古老變質(zhì)巖普遍發(fā)生紅土化，進而形成了大面積的風化殼，為鋁土礦成礦提供了物質(zhì)來源。直到本溪期地殼逐漸下降，繼而發(fā)生了海侵，破壞了大部分前期形成的風化殼，鋁土礦、鐵質(zhì)粘土巖和山西式鐵礦位于侵蝕面上，不具沉積特征，反而呈現(xiàn)出不規(guī)則漸變過渡的風化殼特征，海侵的發(fā)生為鋁土礦成礦物質(zhì)的搬運、沉積提供了有利條件[2，6]。

礦區(qū)在晚石炭世巖相古地理環(huán)境為泄湖相區(qū)靠近硅酸鹽臺地的邊緣地帶，是沉積鋁土礦的有利場所。隨著海水對陸地的侵進，在臺地邊緣洼地形成了垂向上底部為鐵質(zhì)層(鐵礦和鐵質(zhì)粘土巖)，中部為鋁土礦層，頂部為硅質(zhì)較多的粘土巖(礦)及硬質(zhì)耐火粘土礦的成礦沉積序列。沉積期前古地貌直接影響了該區(qū)鋁土礦層的沉積厚度，表現(xiàn)為在相對低洼處厚度較大，而相對較高的地方厚度較小的特征，說明鋁土礦層厚度與含礦段厚度呈正相關(guān)的關(guān)系。

綜上所述，本區(qū)礦床成因主要是古風化殼上的富含鋁質(zhì)的物質(zhì)在經(jīng)歷海侵的過程中被古陸上的地表水，以膠體的方式搬運到盆地斜坡地段堆積成鋁土礦。