煤下铝土矿成矿规律

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摘要：铝土矿主要赋于石炭系本溪组中，在河南省西部分布较广，资源量较大。随着近年我国铝工业的快速发展，本地浅部及中深部的矿产资源已得到快速的开发和利用，为了缓解当前资源瓶颈的约束、保障经济社会持续发展，河南省西部煤层深部铝土矿床将是近期及未来主要勘查和开发的方向。

关键词：煤下铝土矿;成矿规律;勘查前景;河南西部

河南省西部自上世纪五十年代初期，已陆续有专业地质队伍和教授专家组成的调查组进入该区进行煤和铝的勘查研究工作。通过地质队伍和科技工作者的努力，至目前为止，在该区300m以浅区域内已探明并提交多个大、中型铝土矿区报告，提交了铝土矿资源储量达2亿多吨，给河南及我国的铝工业发展提供了有力的资源保障，为确保铝工业的持续快速地发展，进行煤下铝的勘查开发工作势在必行。

1区域地质概况

铝土矿资源在河南省主要分布在豫西地区,该地区包括洛阳新安县至三门峡陕县一带，西起扣门山断层以西陕县断陷盆地北缘的七里沟，东至位于龙潭沟断层以东的新安向斜盆地西北缘，东西绵延百余千米，是河南西部较大的铝土矿田,区内地层比较齐全，沉积岩广泛分布，岩浆岩出露面积较小，构造比较发育,主要矿种有铝土矿、粘土矿、煤、铁矿、硫铁矿、石英砂岩、石灰岩等，其中以铝土矿、煤、石英砂岩为主要矿产资源。

1.1地层及含矿岩系特征

1.1.1地层本区地层属华北地层区,除上奥陶统、志留系、泥盆系及石炭系下统缺失外，自前寒武系至新生界均有出露，沉积厚度巨大，显示地台型沉积特点。从震旦系的陆相碎屑岩到寒武系、奥陶系的海相碳酸盐岩，从中上石炭统的海陆交替相的铝质岩、碳酸盐岩、含煤泥质岩、碎屑岩到二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系的陆相碎屑岩，显示了两次较大的沉积旋回，造成不同成因的多种岩性的岩石类型。

1.1.2含矿岩系特征

含矿岩系为石炭系上统本溪组的一套铁铝碎屑岩相。本溪组地层在豫西各地沉积的厚度和岩性基本相似，但部分地段也有一些不同程度的变化。从三门峡至新安一带以豆鲕状、碎屑状铝土矿建造为特征，砂砾岩很少见，这是海湾沉积的特征，也正是沉积铝土矿的良好场所。

含矿岩系由下而上可分三段：下段为铁质页岩，深部为菱铁页岩、黄铁页岩，局部夹“山西式”铁矿小透镜体，一般厚5～10m；中段为铝土矿层，主要由铝土矿和粘土矿组成，一般厚1～10m，局部较厚；上部为粘土页岩、粉砂质页岩夹碳质页岩、薄煤层或煤线，一般厚0.5～3m。

1.2构造

区域构造具有“一穹”、“三向”、三组断层交错的扇形地垒拱断特点。“一穹”即北段村穹窿；“三向”即陕县断陷盆地、渑池向斜盆地、新安向斜盆地；三组断层指北东向、北西向和近东西向三组断层，断层形成年代均为燕山期。三组断层相互交错，将穹窿和向斜分割成断块状，形成以扣门山断层和龙潭沟断层为界的三大地垒式扇形断块，对铝土矿的展布起着重要的控制作用。

1.3岩浆岩

铝土矿分布地区火成岩出露面积很小，且分布零星。除中元古界熊耳群较广泛分布有中性火山岩外，在北部和南部有少量的燕山期石英斑岩侵入中上元古界地层中。在西部有零星的燕山期花岗斑岩呈岩床状侵入石炭系地层中，本地区火成岩基本上属于浅成相。一般对铝土矿体影响较小。

2矿床地质特征

2.1矿体（层）形态、产状特征本区铝土矿的含矿层是由铝土矿和粘土矿组成，含矿层处于本溪组构成的含矿岩系的中上部，一般呈单斜产出，铝土矿和粘土矿在矿物成份和化学成份上具有渐变的关系，在厚度上呈互为消长的关系。从矿床的整体而言，粘土矿多作为铝土矿的从属矿种出现，它一般赋存在铝土矿的顶部和底部，少数作为铝土矿的夹层出现。铝土矿矿体的形态、大小有三种基本形态，即层状—似层状、透镜状（扁豆状）、溶斗状。三者之间均有过渡类型，且可在同一矿区出现而互相连结。

矿体产状总体上与围岩一致，但溶斗状矿体的产状特殊，它上大下小，其层理从矿体周边向中心倾斜，与顶、底板围岩产状都不一致。

2.2铝土矿的物质成份

2.2.1矿物成份铝土矿石的主要矿物为一水硬铝石、高岭石，次要矿物为伊利石、水云母，微量矿物有叶绿泥石、赤铁矿、黄铁矿、针铁矿、菱铁矿、锐钛矿、金红石、埃洛石、地开石、电气石、榍石、锆英石、方解石、石英、三水铝石等。一水硬铝石含量（质量分数）55%～85%。

2.2.2化学成份

铝土矿的主要化学成份Al2O3,SiO2,Fe2O3和TiO2，占总量的80%以上，次要成份为CaO,MgO,Na2O,K2O,S以及伴生有用元素Ga。

Al2O3在矿石中的含量质量等级一般为50%～70%，区内平面上表现为西高东低，南高北低，在垂直方向上从下到上具有“低—高—低”的类似抛物线的规律性，常与品位变化曲线有一个峰值区相适应；Al2O3与SiO2具有明显的反比关系，Al2O3与TiO2，Ga有十分明显的正比关系。砂状、蜂窝状矿石品位高，砾屑状矿石多为中—高品位，致密状、豆鲕状矿石一般品位较低。

2.3矿石结构构造

矿石结构。按矿物的结晶特征划分为矿石多呈它形柱状晶粒结构，自形、半自形晶粒结构，泥晶或隐晶质结构等；按矿物颗粒形态划分为矿石多呈砾屑（碎屑）状、砂（粒）状、蜂窝状、豆鲕状和致密状结构。

矿石构造。矿石主要构造类型为块状、微层状、层状构造。

2.4矿石类型

按矿石结构构造特征划分为砾屑状、蜂窝状、砂状、豆鲕状、致密状铝土矿，以及它们之间的过渡类型。根据铝土矿的矿物组成及化学成分特征，可分为低硫—低铁、低硫—高铁、高硫—低铁、高硫—高铁4种工业类型。其中低硫—低铁型矿石为主要类型。

2.5成矿规律

1)铝土矿床严格赋存于奥陶系古风化侵蚀面上的石炭系本溪组中上部。

2)含矿岩系建造主要为稳定大陆岩区的铝土铁质建造。

3)不同类型岩溶侵蚀面所形成的铝土矿床具有不同的地质特征。本溪组含矿岩系与顶底板的界线呈上平下凹的特点，主要是由于下伏基底在成矿前的岩溶作用造成的，下伏岩溶侵蚀面的起伏程度，决定了岩溶负地形（洼地、洼斗）的发育程度，亦由此控制了含矿岩系的厚度变化及铝土矿体的规模和形态。

4)铝土矿—粘土矿矿石类型的空间变化规律。铝土—粘土矿层实际上主要是由含量互相消长的几种矿物组成的，因组成比例的不同，从而可分为富铝矿、普通铝土矿、高铝粘土矿、硬质粘土矿等。在含矿层内，这些不同的矿石类型常分别成层，其界线有时较明显，有时则逐渐过渡。

5)矿体的厚度、品位与含矿岩系厚度的关系。一般来说，矿体的厚度、品位与含矿岩系的厚度呈正相关关系，即含矿岩系的厚度大，矿石的品位亦较高，反之亦然。

6)Al与TiO2,Al与SiO2的不同相关关系。

Al2O3,SiO2,Fe2O3,TiO2是铝土矿中主要的化学组分，四项总和达±80%，统计分析表明，Al2O3与TiO2呈正相关，相关系数一般为0.2～0.7；而.Al2O3与SiO2则为负相关，相关系数一般为-0.9。这种不同的相关性说明了本区含矿岩系的原岩物质经历过彻底的钙红土化作用，实现了铝硅分离的地球化学过程。

2.6找矿标志及找矿方向

2.6.1地层铝土矿成矿时代为石炭系上统本溪组含矿岩系，一般分上、中、下三个岩性段。

上部岩段（C2b

3）为富硅、少铝的粘土页岩。沿倾向延伸常相变成含炭质页岩夹煤层（线）。

中部岩段（C2b

2）主要为铝土矿及耐火粘土。铝土矿常以单层产出，在它的上下有层状或似层状耐火粘土及粘土页岩。

下部岩段（C2b

1）为富铁、富硅低铝的粘土岩及古风化壳残积物组成。

含矿岩系层位稳定，岩性特征明显，是寻找铝土矿的前提条件。

2.6.2基底地貌特征

含矿岩系直接覆盖在中奥陶统（O2m）灰岩剥蚀面上，古侵蚀面经历了一亿多年风化剥蚀，形成许多大小不等，形态各异的溶坑等岩溶地貌，是形成铝土矿的良好场所，矿体的形态、产状、厚度均受古地形的控制。

研究基底地貌特征，寻找古岩溶岩坑对寻找铝土矿具有重要意义。

2.6.3古地理特征

含矿岩系，分布在三门峡—新安古海盆与中条古陆相连接的部位，是成矿的有利地段。其古陆周围沉积了铝（粘）土矿成矿区、带和赋存着一些富铝土矿床和优质高铝粘土矿床。

同时根据多年豫西地区铝土矿的找矿经验和资料表明，勘查工作中，应注重对上石炭统C2t太原组沉积覆盖层的变化和岩石类型的分析，对发现下伏含矿层铝土矿的质量品质有很大帮助。一般该层若有颗粒粗大的砂砾岩覆盖时，下层含矿层所赋存的铝土矿质量较次，矿层厚度亦较薄；若该层沉积覆盖为细粒砂岩，且较均匀，则预示含矿层所赋存的铝土矿质量较好，矿层厚度亦大。

3煤下铝土矿的勘查

煤下铝的勘查，即是指对300m以深，不包括现有的铝土矿采、探矿证，煤矿区煤层深部的铝土矿勘查。根据铝土矿成因特点和矿床的赋存条件，以及多年铝土矿找矿经验表明，煤层深部隐伏铝土矿体同是河南省西部铝土矿区成矿带的一部分，其含矿层位亦即是该地区浅部已查明的各大、中型铝矿床含矿层位向深部的自然延伸，其深部是可以找到大型乃至特大型铝土矿床的。

3.1深部铝土矿勘查成功的前提

煤矿区深部铝土矿勘查不同于浅部露头出露区域，通常没有矿体的直观反应，铝土矿的成矿地质特点也决定了深部勘查的难度远大于浅部。因而河南省西部开展深部铝土矿的勘查工作，即应在充分掌握和分析上述铝土矿成矿等地质特征外，更要认真收集、对比石炭系中统岩性柱状图，收集掌握大中型铝土矿区已完成的中深孔钻探资料、收集掌握有关煤矿详细地质资料及开采情况；同时，根据区内岩相古地理特征等找矿标志，认真分析、筛选、确定找矿靶区。在此基础上预测深部矿化情况开展工作，才能事半功倍、取得深部铝土矿勘查成功。

3.2深部铝土矿内部结构及矿石质量特征一般而言，铝土矿随深度增加，矿石A/S下降且变化系数增大，S平均含量升高且分布不均，铁含量变化大，矿体内部天窗、夹层增多、边界也更为复杂。

根据2007年郑州豫源地质勘查技术服务有限对曹窑煤矿深部的铝土矿勘查结果，与曹窑矿区浅部铝土矿及与贾家洼西矿区浅部铝土矿石结果对比（表1），可以大致掌握区内深部铝土矿的变换规律。

通过对比可以看出铝土矿床沿倾向的变化大于沿走向的变化。浅部铝土矿床矿石品位高（A/S7.1~5.7）、含硫(质量分数)低（0.113%~0.153%）、矿石体重偏低（2.94~2.95t/m3），而曹窑煤矿深部铝土矿体矿石品位低（A/S为5.1~4.6）、含硫(质量分数)高（0.86%~1.23%）、矿石体重偏高（2.97t/m3）。

值得注意的是，在总体矿石品位偏低（A/S为5.1~4.6）的背境中，仍有约1/3的样品A/S＞7；在总体矿石S含量(质量分数)偏高（0.86%~1.23%）的背境中，仍有约3/5的样品S含量(质量分数)＜0.8%；由于A/S变化系数大（207.5%），矿体内部结构更为复杂（天窗、港湾、夹层增多）。

同浅部相同的是，当矿体厚度大时、矿石品位亦高、S含量相对亦低。

3.3曹窑矿区以西深部铝土矿找矿有望地段曹窑矿区位于河南省西部中段，区域上位于陕县断陷盆地及渑池向斜西边缘，属河南省西部铝土矿成矿区的西矿带。该区内已查明大中型铝土矿区有渑池县贾家洼铝土矿区、水泉洼铝土矿区、高桥矿铝土区、曹窑矿铝土区；陕县柿树沟铝土矿区、崖底铝土矿区、杜家沟铝土矿区、支建铝土矿区等。

根据调查，该区曹窑煤矿以西至陕县五门沟煤矿、渑池县关底沃煤矿至渑池县黄漫煤矿不规则三角区域，面积约90km2范围内为本次圈定的找矿潜力地段。

铝土矿资料调查显示，本区铝土矿体厚度为0.50～21.37m，一般3.80m，其中相邻支建矿区矿体平均厚6.01m，水泉洼矿区矿体平均厚3.83m，柿树沟矿区矿体平均厚3.68m；由郑州豫源地质勘查技术服务有限公司2007年完成的《渑池县曹窑煤矿深部铝土矿详查》Ⅰ，Ⅱ号矿体算术平均厚度分别达5.37m,5.00m。因此，综合以上资料，曹窑煤矿以西煤层深部铝土矿体平均厚度约为4.0m左右，勘查区可参加资源量预算面积约达30km2以上，预计该区深部铝土矿资源量可获1.5×108t左右，具有良好的找矿潜力。曹窑矿以西煤层下铝土矿有望地段找矿成功，将会快速推进河南省西部煤下铝找矿工作全面开展。

3.4深部铝土矿勘查方法

深部铝土矿找矿工作与浅部勘查工作有明显的不同，同时，更要正确认识到深部铝土矿勘查工作的难度。进行深部铝土矿勘查应大量收集和利用区内已有的地质资料和煤矿有关资料及煤矿开采情况，认真分析研究，合理开展和布置物探工程，如地震、电测深等，收集含有铝土矿含矿岩系底板灰岩的掩埋深度、地层产状及断裂构造等地质信息，了解和掌握工作区的采空区位置及分布，配合大网度的深孔钻探验证，依托政策的支持，加大深部铝土矿勘查的投入，推进铝土矿整装勘查的早日实施，实现煤下铝的找矿重大突破。

3.5深部铝土矿勘查的重大意义

在铝土矿找矿难度不断增加、资源瓶颈制约日益严重的形势下，大力开展河南省西部煤矿区深部铝土矿勘查工作势在必行。

根据调查显示，河南省西部已查明的部分铝土矿资源储量，据不完全统计，约在2.6×108t左右，绝大部分位于300m以浅，经多年的强力开采，现保有探明储量约为1.3×108t，目前本地区氧化铝企业每年消耗的资源储量近1000×104t。按目前的生产速度，该区仍可动用的铝土矿资源储量，尚能维持生产年限约在10～15年之间。而从铝土矿的普查—详查—筹建矿山—矿山正式投产、达产的周期大约要经过8～10年，尽快提交新的、大型的铝土矿资源基地的勘查工作迫在眉睫。

因此，在《国务院关于加强地质工作的决定》(国发〔2006〕4号)精神的指导下，同时有省国土资源厅政策保障和地方主管、企业的大力支持，开展河南省西部煤矿区深部隐伏铝土矿体的找矿工作是我国矿产资源勘查的客观要求，是缓解当前资源瓶颈约束、保障经济社会持续发展的重要举措。同时，开展此项工作，有利于促进全国矿业经济持续健康的发展、提高矿业竞争力，对于地方经济的建设及社会和谐稳定都具有重要的意义。