西窯礦區鋁土礦礦床地質特征及其成礦規律

王鳳宇

西窯礦區位于平陸縣東部，該區地處中條山中部，南側緊臨黃河，屬構造侵蝕低山區，地形總體北高南低，北部黃土覆蓋面積較大，南部溝谷發育，屬低山丘陵地貌。

1 區域地質

該區位于豫皖斷塊，濟源—澠池塊坳之澠池斷凹中，區內古生界海相及海陸交互相沉積巖系發育，石炭系本溪組鐵鋁巖系大面積分布，形成了較大規模的鋁土礦層;巖層呈平緩的波浪式褶皺，斷裂構造發育。該區域出露地層由老至新為下元古界中條群，中元古界汝陽群，下古生界寒武系、奧陶系，上古生界石炭系、二疊系，新生界第三系、第四系。區內地質構造比較簡單，地層總體呈由北西向南東傾斜的單斜構造，沿傾向多呈舒緩波狀。斷裂構造比較發育，受中條山東側大斷裂影響，區域斷裂多為北東—南西向，傾向北西，局部南東，傾角較大，一般大于70°，主要為正斷層，切割了整個古生界地層。本區巖漿活動較弱，巖漿巖分布不多，僅在區域中南部南頭嶺一帶沿溝谷出露有花崗斑巖體，呈巖株狀侵入于奧陶系、石炭系和二疊系地層中，受其烘烤作用所致，石炭系煤層變質為天然焦炭或無煙煤。本區域礦產較為豐富，以煤、鋁土礦、山西式鐵礦、耐火粘土礦為主，石膏、石灰巖亦有產出，已不同程度地被開發利用。

2 礦區地質

2.1 礦區地層

礦區出露巖性主要為奧陶系厚層灰巖;石炭系的本溪組和太原組，二疊系有下石盒子組的長石石英砂巖、泥巖，上石盒子組的長石石英砂巖、泥巖夾砂巖，第四系的黃土、殘坡積物等。本溪組沉積于奧陶系中統馬家溝組之上，與下伏馬家溝組地層呈平行不整合接觸，最大厚度為73.44m，最小厚度為13.66m，平均厚度為26.80m。本溪組為區內含礦巖系，地層由下至上巖性依次為山西式鐵礦(硫鐵礦)，灰褐、灰黑色鐵質粘土巖，硬質粘土礦，碎屑狀鋁土礦或粗糙狀鋁土礦、灰 ～深灰色粘土巖(局部可達到粘土礦)、泥巖或煤線，頂部為生物碎屑灰巖。

2.2 礦區構造

本區自古生代以來，地殼基本固結而不再有強烈擠壓褶皺，本區位于豫皖斷塊，濟源—澠池塊坳之澠池斷凹中，地質構造比較簡單，地層總體呈由北西向南東傾斜的單斜構造，傾角 12°左右，沿傾向上多呈舒緩波狀。由于斷裂構造較發育，斷距一般大于 40m，最大130m左右，對礦體的連續性破壞較大，斷裂特征如下:

F1斷裂:位于礦區南部，走向為北東—南西，因被第四系覆蓋斷續出現，斜穿整個礦區，南西部延長至黃河，北東部即至礦區邊緣，長達1 450m，該斷層為一正斷層，總體傾向315°，傾角80°，斷距60m。F2斷裂:位于F1北側上盤，為一正斷層，因被第四系覆蓋，礦區內斷續出露525m，斷距大于100m，傾向315°，傾角80°。

3 礦體、礦石特征

3.1 礦體特征

3.1.1 礦體形態、產狀及規律

區內鋁土礦層均被上覆地層覆蓋，在礦區以南沿黃河岸邊呈帶狀出露，礦體呈似層狀、透鏡狀、漏斗狀產出，其形態嚴格受奧陶系古風化面控制。礦層厚度在 0.5 m～15.54m之間，平均2.52m，低凹處厚度大，且形成兩層礦體，連續性較好，且質量相對較好，凸起處厚度薄或無礦，形成無礦“天窗”。鋁土礦層賦存于石炭系本溪組中上部含礦層位中，礦層產狀與地層產狀基本一致，總體 120°～145°∠5°～15°，但局部受古風化面控制而變化大。

3.1.2 礦體厚度及變化規律

本礦區鋁土礦受奧陶系古風化面凹凸不平控制，厚度有明顯差異，礦體厚度與本溪組厚度正相關，礦體厚度沿走向和傾向呈波浪式起伏變化，經全區 23個見礦孔統計，鋁土礦最大厚度為11.48m，最小厚度為 0.5 m，一般為 1 m～3 m，平均厚度為2.52m。礦體厚度變化系數1.05%，大于80%。據統計結果可以看出，厚度頻率曲線為偏態，不對稱大(見表1)。所以，礦體厚度變化屬不穩定范疇。

表1 鋁土礦厚度頻率統計表

3.2 礦石特征

3.2.1 結構、構造

本區鋁土礦礦石結構主要有碎屑狀、鮞狀、粗糙狀、致密狀等。礦石構造有塊狀、孔穴狀、薄層狀等，以塊狀為主。

3.2.2 礦物成分

鋁土礦礦石的礦物成分主要為鋁礦物、硅礦物和鐵礦物，三者占礦石礦物含量 95%以上，其余為少量鈦礦物和微量礦物。該礦區鋁土礦礦石的礦物成分以一水硬鋁石為主，含量占礦石總量的50%～95%，一般大于85%，偶見三水鋁石，次為高嶺石，含量占礦石總量的5%～43%，一般在12%左右，與一水硬鋁石含量成反相關關系。礦石中還含有少量的水云母、蒙脫石、赤鐵礦、黃鐵礦、綠泥石及微量有機質。

3.3 礦石類型

該區為沉積型鋁土礦礦床，依據礦石結構，構造大致可劃分出豆鮞—鮞狀、碎屑狀、粗糙狀三種自然類型，碎屑狀和粗糙狀為主要類型。

4 礦床成因、成礦控制因素及成礦規律

4.1 礦床成因

本區鋁土礦的形成是與加里東運動分不開的，本區位于中條塊隆的南部邊緣。當奧陶系沉積成巖之后，由于加里東運動影響，整個華北地臺上升為陸，本區也隨著陸臺的升起，遭受長約1.5億年的風化剝蝕，直到上石炭初期才逐漸下沉，接受沉積。在長期風化剝蝕過程中，由于氣候炎熱潮濕，礦區北部的中條凸起及南部秦嶺古陸巖系，特別是鋁硅酸鹽巖石得到充分風化、剝蝕和分解，其中活潑組分(如K，Na，Ca，Mg等)淋濾流失，而相對穩定的組分(如Al，Fe，Ti，Si等)則殘留下來。中石炭世早期，地殼下降，海水入浸。古風化殼上殘留的鐵鋁紅土，在水動力作用下，以碎屑懸浮物形式從風化物中帶出，運移至海中，并按照各自不同的化學行為分別沉淀，當運移到海灣凹地之后，起初由于pH值低，海水中含有較多的SiO2，因此先沉積高嶺石質鋁土泥巖和二價鐵，形成鐵的富集。以后由于海水pH值的改變，SiO2的含量逐漸減少，在海水中的中性鹽類作用下，使保護氧化鋁的腐植化合物受到破壞，而使鋁發生凝集沉積而生成鋁土礦床。

4.2 成礦控制因素

該區鋁土礦的生成是受基底巖石古地形和沉積環境的控制。由于中奧陶統上部泥質灰巖，經長期的風化、淋濾、剝蝕，形成了凹凸不平的準平原，故古地形低凹部位先接受鋁的沉積，得到較充分的沉積富集，故礦體厚。凸起的部位在低凹處沉積夷平后，才接受沉積，但由于沉積環境的改變，很快就結束了成礦作用，因此形成凸起地段礦體薄或無礦。

從全區來看，礦體中主要化學成分相對穩定，變化不大，但古地形低凹部位，隨著礦體厚度的變大，礦石中 Al2O3含量增大，SiO2含量降低，礦石質量提高。在古地形凸起部位則反之，所以古地形條件和沉積環境決定了本區鋁土礦的基本特征。

4.3 成礦規律

鋁土礦層賦存于石炭系本溪組中上部含礦層位中。

平陸縣東部、夏縣南部的 120余平方千米范圍內鋁土礦成礦地質條件主要受古地貌環境和后期的構造風化剝蝕作用控制，根據區域內已有的地質資料分析，奧陶系古風化面在海浸前，應是起伏不平的溝槽狀地貌，溝槽的展布方向應大多為北西向或北北西向。其深淺不一，分布不均，以至形成鋁土礦層后，在斷面其形態表現為漏斗狀或扁豆狀，在古地貌低凹處形成厚大礦體，礦石質量好;在古地貌凸起處礦層變薄或沉積無礦。

[1] 山西省地球物理化學勘查院.山西省平陸縣西窯礦區鋁土礦詳查報告[R].2005-2007.

[2] 曾永孚.沉積巖石學[M].北京:地質出版社，2007.

[3] 袁見齊，朱上慶，翟裕生.礦床學[M].北京:地質出版社，2000.