山西省坡頭—西山頭一帶鋁土礦地質特征及成因

廉凱龍 豆貫銘 柴 晨

(1.山西省地球物理化學勘查院，山西 運城 044004； 2.河南省第一地質礦產調查院，河南 洛陽 471012)

山西省坡頭—西山頭一帶鋁土礦地質特征及成因

廉凱龍1豆貫銘2柴 晨1

(1.山西省地球物理化學勘查院，山西 運城 044004； 2.河南省第一地質礦產調查院，河南 洛陽 471012)

從山西省坡頭—西山頭一帶鋁土礦區的地質特征出發，對礦區的地層、構造、礦床地質特征、礦石特征及化學成分進行了分析，并對礦床的成因進行了論述，為該地區的地質勘察工作奠定了基礎。

鋁土礦，礦床，地質特征，成因

0 引言

鋁土礦是金屬鋁、鎵和稀土元素的重要來源，中國鋁土礦床主要分布在山西、河南、廣西和貴州等省[1]，坡頭—西山頭一帶鋁土礦區位于山西省運城市南部，濟源—澠池塊坳之澠池斷凹的東部，北與中條山塊隆接觸。區內古生界海相及海陸交互相沉積地層發育，石炭系本溪組大面積分布，發育較大規模的鋁土礦礦床。

1 礦區地質特征

1.1 地層

礦區出露地層由老到新依次為古生界寒武系下統朱砂硐組(∈1z)、饅頭組(∈1-2m)、中統張夏組(∈2z)、寒武系上統—奧陶系下統三山子組(∈3-O1s)、奧陶系中統馬家溝組(O2m)、石炭系中統本溪組(C2b)、上統太原組(C3t)、二疊系下統山西組(P1s)、下石盒子組(P1x)、上統上石盒子組(P2s)、新生界古近系始新統門里組(E2m)、坡底組(E2p)、新近系上新統保德組(N2b)、靜樂組(N2j)、第四系中更新統(Q2)、全新統(Q4)。

鋁土礦主要賦存于石炭系本溪組地層中，本溪組與下伏馬家溝組地層為平行不整合接觸，據鉆探資料統計，本溪組厚度為1.54 m～56.50 m，平均厚度為16.95 m。本溪組由下而上分為一段(C2b1)和二段(C2b2)。本溪組一段(C2b1)為本區含礦段，平行不整合于奧陶系中統馬家溝組地層之上，由下至上巖性分別為：山西式鐵礦，鐵質粘土巖或鐵鋁巖，鋁土礦，硬質耐火粘土礦，粘土巖等。本溪組二段(C2b2)通常位于硬質耐火粘土礦或粘土巖之上，巖性由下至上為砂質泥巖、長石石英砂巖、生物碎屑灰巖等。

1.2 構造

礦區內構造較復雜，主要構造類型為向斜構造和斷裂構造。向斜構造位于礦區西南部，主要表現為構造兩翼自奧陶系馬家溝組—二疊系下石盒子組地層相對出現，且兩翼產狀相反，其走向為NW300°，向斜軸部位于坡頭村—關浮沱村一線，多被靜樂組地層履蓋。礦區內斷層發育，斷層類型均為正斷層，規模較大斷裂有十幾條之多，對礦層影響較大。

2 礦床及礦石特征

2.1 礦床地質特征

區內鋁土礦主要賦存在本溪組中上部，礦體形態復雜，受奧陶系侵蝕面影響和控制，主要呈窩子狀、透鏡狀、似層狀產出，產狀變化大。鋁土礦礦體厚度為0.40 m～14.55 m，平均厚度為2.45 m，厚度變化系數為94%，厚度變化不穩定。根據自然剝蝕分割及工程見礦情況，本次工作共圈定鋁土礦礦體14個，其中主要礦體有3個，現分述如下：

1)AL1礦體。

南北長約456 m，東西寬約380 m，平面上呈近似長方形，呈單斜產出，礦體傾向220°～230°，傾角約9°～12°，賦存標高為503.55 m～601.22 m。礦體平均厚度為2.31 m，Al2O3平均品位為70.37%，SiO2平均品位為9.12%，Fe2O3平均品位為1.64%，A/S平均為7.7。

2)AL2礦體。

東西寬約1 818 m，南北長約995 m，平面上呈不規則多邊形，形態較為復雜，礦體平面上形成4個沉積無礦天窗，賦存標高為342.69 m～651.61 m。礦體平均厚度為2.89 m，Al2O3平均品位為62.55%，SiO2平均品位為12.21%，Fe2O3平均品位為5.35%，A/S平均為5.1。

3)AL8礦體。

東西總長約2 200 m，南北寬765 m，平面上呈不規則長條形狀，礦體傾向110°～160°，傾角約6°～14°，賦存標高394.03 m～556.17 m。礦體平均厚度2.30 m，Al2O3平均品位為63.22%，SiO2平均品位為14.54%，Fe2O3平均品位為2.38%，A/S平均為4.3。

2.2 礦石特征及自然類型

據野外觀察及巖礦鑒定結果對礦區內鋁土礦的結構和構造類型進行了劃分，區內鋁土礦的結構類型主要為豆鮞狀結構、碎屑狀結構、粗糙狀結構、致密狀結構，構造類型主要為塊狀構造，其次為似層狀構造。按照鋁土礦結構類型可將礦區內鋁土礦自然類型分為四類，即豆鮞狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦、粗糙狀鋁土礦、致密狀鋁土礦，其中以豆鮞狀鋁土礦和碎屑狀鋁土礦為主，現分述如下：

1)豆鮞狀鋁土礦。

占區內礦石總量的60%，為區內主要礦石自然類型，主要分布在礦體中上部，呈深灰～暗灰色，豆鮞狀結構，塊狀構造，主要礦物成分一水硬鋁石含量約為80%，其Al2O3含量為40.80%～79.34%，平均為64.01%。

2)碎屑狀鋁土礦。

占區內礦石總量的30%，為區內重要礦石自然類型，主要分布在礦體的中、下部，呈暗灰色，碎屑狀結構，塊狀構造，主要礦物成分一水硬鋁石含量為82%，其Al2O3含量為40.31%～77.19%，平均為61.63%。

3)粗糙狀鋁土礦。

占區內礦石總量的5%，為區內次要礦石自然類型，主要位于礦體的中、上部，多呈深灰色，致密狀結構，塊狀構造，主要礦物成分一水硬鋁石含量約為60%，其Al2O3含量為50.64%～74.35%，平均為63.41%。

4)致密狀鋁土礦。

占區內礦石總量的5%，為區內次要礦石自然類型，主要位于礦體的中部，多呈深灰色，粗糙狀結構，塊狀、似層狀構造。主要礦物成分一水硬鋁石含量約為85%，其Al2O3含量為59.18%～79.73%，平均為73.19%，是區內品位最好的鋁土礦礦石類型。

2.3 礦石化學成分

本區鋁土礦的化學成分為Al2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2，CaO，K2O，Na2O，MgO等，其中Al2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2的總量占總成分的85%，是鋁土礦中主要化學成分。

根據鋁土礦單樣分析結果數據統計，鋁土礦中Al2O3含量為40.31%～79.73%，平均為63.12%，品位變化系數為12%；SiO2含量為0.82%～22.66%，平均品位為13.30%，變化系數為42%；Fe2O3含量為0.4%～29.87%之間，平均品位為3.53%，變化系數為131%；TiO2含量為4.59%～1.39%，平均品位為3.02%，變化系數為16%；A/S值為2.6～91.2，平均為4.7，變化系數為213%。以上數據表明，Al2O3，SiO2，TiO2含量變化穩定，Fe2O3含量和A/S變化不穩定。

3 礦床成因

世界上許多鋁土礦沉積環境具有海陸交替的特點[2]，本區的鋁土礦沉積環境也正是如此。中奧陶世末期，受加里東運動的影響，本區上升為陸，形成一個較寬闊的碳酸鹽臺地。在經歷了志留紀、泥盆紀以及早石炭世長達1.5億年的沉積間斷之后，在中石炭世時，海水自東南方向入侵本區。在沉積間斷過程中，古陸上廣泛出露的碳酸鹽巖風化分解，其中的K，Na，Ca，Mg等元素大多數被淋失，Al，Si，Fe，Ti等元素相對富集，并殘留在紅土風化殼中。中石炭世海水侵入，在水動力作用下，富鐵鋁的紅土以碎屑懸浮物形式從風化殼中帶出，并按各自的化學特性分別沉淀下來。在海侵初期的堿性介質中，鐵質首先以Fe(OH)2的形式沉積在巖溶凹地，形成鐵礦或鐵質粘土巖。鐵礦或鐵質粘土巖在沉積的同時，也遭受風化、剝蝕遷移的影響，起到填平補齊的作用[3]。隨著水體中pH值的變化和鋁質濃度的增加，鋁質開始呈凝膠狀Al(OH)3沉淀，膠狀的Al(OH)3具易流動性，因而容易在低洼處(如湖泊、瀉湖)富集形成鋁土巖層或鋁土礦床[4]。此時形成的鋁土礦床礦物成分主要為Al(OH)3，是原始的三水鋁石礦床。

在此之后，海水動蕩不定，反復進退，使早期沉積尚未完全固結的鋁土礦體遭受岸流、波浪及潮汐水流的沖刷破碎，形成了大小不等的碎屑角礫。在海流、潮汐的搬運過程中，伴隨著水體中的剩余鋁質沉淀下來，形成了碎屑狀鋁土礦。當水動力條件增大時，鋁土礦碎屑呈滾動式搬運，經過破碎磨圓，形成了原始的豆粒、鮞粒，在重力作用下逐漸下沉，形成了豆鮞狀鋁土礦。在此之后，海水逐漸退去，隨著地殼上升，水體變淺，水體中有機質的逐漸增多，使pH向酸性演化，SiO2在酸性介質條件下最易沉淀，從而形成了硬質粘土礦或粘土巖。因此，剖面中自下而上具有鐵→鋁→硅的沉積特點。

伴隨著晚古生代含煤巖系及中生代二疊系的沉積，三水鋁石礦床逐漸處于深埋狀態。由于重負荷加大，大地溫度增高，以及巖漿活動的影響，三水鋁石礦脫水壓實變成一水硬鋁石，從而形成了現在的一水硬鋁石礦床。

4 結語

1)坡頭—西山頭一帶鋁土礦礦床賦存于石炭系中統本溪組地層中，其下伏地層為奧陶系中統馬家溝組，鋁土礦體主要呈窩子狀、透鏡狀、似層狀產出；礦石類型主要有豆鮞狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦、致密狀鋁土礦、粗糙狀鋁土礦；化學成分以Al2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2為主，Al2O3，SiO2，TiO2含量變化穩定，Fe2O3含量和A/S變化不穩定。

2)本區鋁土礦的形成經歷了海侵到海退的沉積環境演化旋回，在經歷了化學風化、富集、破碎、搬運、沉積、埋深脫水等過程之后，形成了現在的一水硬鋁石型鋁土礦礦床。

[1] 李再會.重慶南川—武隆鋁土礦礦物學、地球化學特征[J].沉積與特提斯地質，2012，32(3)：87-100.

[2] 布申斯基.鋁土礦地質學[M].北京：地質出版社，1984：129-130.

[3] 張巧梅.黃門鋁土礦地質特征及成因分析[J].西部探礦工程，2013(3)：89-92.

[4] 蔣文鈺，代麗芬，歐陽月娣.鋁土礦成因與礦石類型關系的探討[J].南方國土資源,2013(1)：39-40.

Bauxite geology features and causes in Potou-Xishantou region of Shanxi province

Lian Kailong1Dou Guanming2Chai Chen1

(1.ShanxiGlobalPhysical&ChemistrySurveyInstitute,Yuncheng044004,China;2.Henan1stGeological&MineralExplorationInstitute,Luoyang471012,China)

Starting from geological features of Potou-Xishantou region of Shanxi province, the paper analyzes stratum, structure, deposit geology features, mineral features and chemical components, and discusses deposit causes, which has laid a foundation for the regional geology survey.

bauxite, deposit, geological features, causes

2015-06-28

廉凱龍(1988- )，男，助理工程師; 豆貫銘(1985- )，男，助理工程師； 柴 晨(1990- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)25-0091-02

P966

A