河南陜縣史家莊鋁土礦地質(zhì)特征及成因淺析

2016-08-22 09:58:48魯正清趙曉寧

地球 2016年3期

■　魯正清　趙曉寧

（1河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)勘查院河南鄭州450001；2河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司河南鄭州450053）

■魯正清趙曉寧

（1河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)勘查院河南鄭州450001；2河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司河南鄭州450053）

史家莊礦區(qū)位于陜縣-澠池-新安鋁土礦成礦帶的西礦帶，區(qū)內(nèi)出露地層以中生界和新生界為主，含礦巖系為石炭系上統(tǒng)本溪組，其沉積環(huán)境為陸-沼相，為一套鋁-硅建造，所含礦產(chǎn)為鋁土礦、耐火粘土礦，局部見"山西式"鐵礦。本次通過研究區(qū)域地層、構(gòu)造、巖漿活動(dòng)等對(duì)鋁土礦形成的控制作用，討論礦質(zhì)的來源、沉出的空間與方式等成因問題，并系統(tǒng)論述鋁土礦主要控礦因素，概括了鋁土礦的成礦模式及找礦標(biāo)志。

鋁土礦地質(zhì)特征成因類型史家莊礦床

1　區(qū)域地質(zhì)背景

史家莊礦區(qū)位于河南陜縣境內(nèi)，屬王家后鄉(xiāng)管轄。本區(qū)大地構(gòu)造位置為中朝準(zhǔn)地臺(tái)華熊臺(tái)緣坳陷的澠池一確山陷褶斷束的西北部，陜縣斷陷盆地北緣。區(qū)域出露地層主要有中元古界熊耳群、汝陽群，新元古界洛峪群、震旦系、古生界寒武系、中下奧陶統(tǒng)、上石炭統(tǒng)、二疊系、中生界三疊系、侏羅系、白堊系，新生界古近系、新近系和第四系。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，分為北東向（扣門山斷層）、北西向（龍?zhí)稖蠑鄬樱⒔鼥|西向（義馬斷層）和近南北向四組斷層組，各方向斷層組相互交錯(cuò)，將區(qū)內(nèi)向斜盆地分割成以扣門山斷層和龍?zhí)稖蠑鄬訛榻绲娜蟮貕臼缴刃螖鄩K，對(duì)鋁、煤巖系的展布起著重要的控制作用。巖漿巖活動(dòng)有熊耳群的中基性火山巖，北部和南部中上元古界地層侵入的少量燕山期石英斑巖，北部石炭系地層零星侵入的燕山期花崗斑巖、閃長玢巖等，它們基本上都屬淺成相，對(duì)鋁土礦影響甚小。

區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)有煤、鋁（粘）土礦、鐵礦、石灰?guī)r、石英巖、石英砂巖等，煤和鋁（粘）土礦資源規(guī)模大，是本區(qū)的主要礦產(chǎn)。

2　礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1地層

礦區(qū)屬華北地層區(qū)豫西地層分區(qū)澠池一確山小區(qū)，出露地層有中生界的奧陶系、石炭系、二疊系及新生界的第四系。

奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（O2m）：分布于北部沿黃河南岸及中部的溝谷中出露，巖性以灰黑色厚層狀白云巖為主，夾薄層泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，底部有一層厚0.3m不穩(wěn)定的燧石角礫巖。地層總的傾向南東130～160°，傾角10～20°。由于構(gòu)造作用影響，地層產(chǎn)狀局部變化較大。未見底，厚度不詳。

石炭系上統(tǒng)本溪組（C2b）：分布于北部沿黃河南岸出露、中部嶺北村西部有零星露頭，為本區(qū)鋁土礦含礦巖系。地層總體產(chǎn)狀傾向南東130～150°，傾角5～25°，平均傾角14°左右。該組與上覆地層太原組整合接觸，與下伏地層奧陶系呈平行不整合接觸。礦體賦存于含礦巖系的中上部，屬沉積型鋁土礦礦床。根據(jù)工程資料統(tǒng)計(jì)自下而上可分為3個(gè)巖性段。下段鐵質(zhì)粘土巖：紫、褐紅色、灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、薄層狀構(gòu)造，鐵質(zhì)多呈褐紅色鮞狀，局部為褐鐵礦、赤鐵礦，染手。層厚1.35～11.15m，平均厚5.10m。中段鋁土礦、鋁土巖：為灰—灰黃色，碎屑狀結(jié)構(gòu)，塊狀、蜂窩狀構(gòu)造，達(dá)不到鋁土礦時(shí)，多相變?yōu)殇X土巖，質(zhì)硬。層厚1.00～10.38m，平均厚4.27m。上段粘土巖：灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、薄層狀構(gòu)造，含植物根莖化石。層厚1.20～3.80m，平均2.33m。

石炭系上統(tǒng)太原組（C2t）：為一套海陸交互相沉積，巖性主要為石英砂巖、(炭質(zhì))粉砂巖、頁巖、生物碎屑灰?guī)r和煤層,平均厚度19.32m。根據(jù)巖性組合分3個(gè)巖性段，下段石英砂巖：灰—灰白色，粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，有時(shí)過渡為細(xì)砂巖，硅質(zhì)膠結(jié)，堅(jiān)硬，是太原組與本溪組地層的分界標(biāo)志。層厚1.88～10.10m，平均4.95m。中段為細(xì)砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，灰色，細(xì)粒、粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，含較多的白云母碎片，不穩(wěn)定。層厚6.00～26.31m，平均11.14m。上段生物碎屑灰?guī)r：灰、黑色。產(chǎn)大量蜓科、海百合生物化石，方解石細(xì)脈發(fā)育，巖石多溶蝕坑，是太原組和山西組地層的分界標(biāo)志層。層厚2.20～8.30m，平均5.29m。

二疊系（P）：出露二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組，大面積出露中部和南東部。為一套湖泊沼澤相的泥炭質(zhì)沉積和陸源碎屑沉積，總體傾向南東140～160°，傾角11～30°，受斷裂和巖漿巖的影響，地層出露不連續(xù)，產(chǎn)狀不穩(wěn)定。山西組（P1s）：底部粉砂巖，夾深灰、黑色炭質(zhì)泥巖（閃長玢巖侵入于該部位）。中部細(xì)砂巖，夾粉砂質(zhì)、炭質(zhì)泥巖，灰色，黑色，含植物碎片化石，含大量云母。上部粉砂巖、夾細(xì)砂巖，灰色，薄層理，含云母。層厚68.09～78.83m，平均74.77m。下石盒子組（P1x）:下部紫斑泥巖夾薄層灰紫色細(xì)砂巖；中部細(xì)砂巖夾泥巖、青灰色粉砂巖；上部泥巖夾粉砂巖，灰—灰紫色薄層理清楚。本組層厚131.70～139.54m，平均厚度135.62m。

第四系（Q）：主要分布于北部曲里和廟后一帶。底部主要為礫石、姜結(jié)仁等。上部黃土，褐紅色。層厚4.15～61.08m，平均厚度36m。

2.2構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造簡單，褶皺不發(fā)育，地層呈單斜產(chǎn)出，傾向140～160°，傾角10～25°。區(qū)內(nèi)有F1和F2兩條北東向斷層，對(duì)地層產(chǎn)狀變化有一定的影響，造成地層局部缺失。

F1正斷層：即區(qū)域上的曲里正斷層；位于曲里北西部，出露長度2km，兩端延伸出圖，走向北東—南西，傾向115～130°，傾角80°，構(gòu)造帶寬5～25m，在北東段構(gòu)造角礫巖為灰?guī)r，泥灰?guī)r，鈣質(zhì)膠結(jié)，角礫大小1～5cm，呈棱角狀。斷層南東盤下降，導(dǎo)致二疊系、石炭系太原組地層與奧陶系地層直接接觸，斷距為30～80m。對(duì)礦體無影響，僅破壞了礦系地層的連續(xù)。

F2正斷層：即區(qū)域上的張上正斷層；位于史家莊-南崖下一帶，出露長度約2.35km，走向北東—南西，兩端延伸出圖，傾向305～335°，傾角80°，構(gòu)造帶寬1～20m,南西段構(gòu)造角礫巖為灰?guī)r、砂巖。鈣泥質(zhì)膠結(jié)，角礫大小1～10cm，呈棱角狀。斷層北西盤下降，導(dǎo)致二疊系山西組地層與奧陶系地層直接接觸，斷距為40～90m。距礦系部位較遠(yuǎn)，對(duì)礦體、礦系地層均無影響。

2.3巖漿巖

零星出露于西北部，為燕山晚期中性淺成侵入巖，巖性為石英閃長玢巖。

表1　鋁土礦礦體特征一覽表

3　礦床特征

3.1礦體特征

鋁土礦層賦存于奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r古侵蝕面之上，含礦地層為石炭系上統(tǒng)本溪組，在礦區(qū)北部出露較為連續(xù)，礦層單一，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。依據(jù)鋁土礦工業(yè)指標(biāo)一般要求和工程控制情況，本次全區(qū)共圈定4個(gè)鋁土礦體（表1），礦體產(chǎn)出標(biāo)高346～620m，長度520～600m，斜寬50～500m，厚度0.80～7.60m，算術(shù)平均厚度3.46m。單樣統(tǒng)計(jì)Al2O352.35～75.93%，平均68.64%；SiO23.14～25.76%，平均9.39%；Fe2O30.52～7.90%，平均2.20%；鋁硅比2.2～21.7，平均鋁硅比7.3。平面形態(tài)呈不規(guī)則的多邊形，總體傾向140°左右，平均傾角15°左右，礦體總面積193327m2，總資源儲(chǔ)量204.98萬噸，為一伴生有鎵的鋁土礦床。

3.2礦石質(zhì)量特征

鋁土礦主要礦物成分為一水硬鋁石；次要礦物為高嶺石、伊利石、絹云母等粘土礦物；微量礦物有黃鐵礦、金紅石、榍石、電氣石、剛玉等。

按鋁土礦物的集合體形狀主要分為碎屑狀結(jié)構(gòu)、致密狀結(jié)構(gòu)及豆鮞狀結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要為塊狀和蜂窩狀構(gòu)造。按礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造劃分，鋁土礦自然類型主要為碎屑狀、致密塊狀、豆鮞狀及蜂窩狀鋁土礦。本區(qū)鋁土礦Fe2O3在0.87～10.82%之間，屬含鐵型和低鐵型鋁土礦，以含鐵型為主。礦石全部為氧化礦石，S含量0.075～0.22%，平均0.13%，屬低硫型鋁土礦礦石。

4　礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1礦床成因

本區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)華熊臺(tái)緣坳陷的澠池一確山陷褶斷束的西北部，含礦巖系是沉積在奧陶系碳酸鹽巖的侵蝕面之上，而鋁粘土層則通常在含礦巖系的上段發(fā)育。礦床為形成于上石炭世沼澤瀉湖相等一類局限性的沉積地層中，鋁土礦賦存于石炭系上統(tǒng)本溪組中上部的一套含鐵鋁粘土巖建造中，呈層狀展布，局部呈“雞窩”狀產(chǎn)出。層位穩(wěn)定，礦石具豆鮞狀、致密狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，這套鐵鋁建造從下而上可分為：赤（褐）鐵礦（硫鐵礦）、鋁土礦或粘土礦、煤等礦產(chǎn)，以上特征表明鋁土礦為濱淺海-瀉湖相環(huán)境中形成的沉積礦產(chǎn)。本礦區(qū)礦床的成因類型為沉積型一水硬鋁石礦礦床。

史家莊鋁土礦床位于陜縣—澠池—新安鋁土礦成礦帶的西礦帶，是豫西地區(qū)富鋁礦的產(chǎn)地之一。奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖古侵蝕面的微巖溶地貌，起著控制成礦的重要作用，控制著礦體的形態(tài)、規(guī)模及眶石質(zhì)量的好壞。但微巖溶地貌的控制作用是重要的而不是唯一的，在某些地段，介質(zhì)環(huán)境、水動(dòng)力條件等因素，可能起著更重要的作用。根據(jù)本區(qū)研究現(xiàn)狀對(duì)鋁土礦成因觀點(diǎn)引述如下：

（1）紅土風(fēng)化殼階段是本區(qū)初始鋁土礦的主要成礦階段。本區(qū)寒武紀(jì)與奧陶紀(jì)碳酸鹽巖巖石在加里東運(yùn)動(dòng)的作用下抬升，并經(jīng)受長期的物理和化學(xué)風(fēng)化，使巖石中的K、Na、Ca、Mg等可溶性元素不斷被帶走，而不溶組份等形成風(fēng)化殘余物留了下來。此階段長達(dá)1億多年，使數(shù)百米厚碳酸鹽巖巖石中的成礦物質(zhì)斂集到幾米至幾十米厚的粘土巖中，為石炭世鋁土礦的形成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

石炭世濕熱的氣候，粘土質(zhì)沉積物中的水云母、高嶺石在紅土化作用下形成鋁土礦、含水氧化鐵、蛋白石。隨著風(fēng)化作用的進(jìn)行，在弱酸性環(huán)境中，SiO2進(jìn)一步淋濾，Al2O3、Al、Fe、Ti元素作為最終殘余產(chǎn)物，形成鋁土礦原地堆積。其過程可用下式表示：