豫西地區鋁土礦床主要控礦因素研究

黃自力，李國平

（1.河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，河南鄭州450016；2.河南省有色金屬地質勘查總院，河南鄭州450052）

豫西地區是我國一個十分重要的鋁土礦產地，通過近60年的努力，目前在豫西地區先后發現了幾十個中到大型的鋁土礦床。搞清楚區域鋁土礦床成礦的主要控制因素對加快該區鋁土礦的勘查，尤其是深部勘查具有重要意義。本文依據所掌握的大量鋁土礦資料，嘗試對這一問題做初步探討。

1 早古生代鈣紅土型古風化殼

豫西鋁土礦為典型的巖溶型鋁土礦，所有的鋁土礦區勘查資料都顯示，這些鋁土礦床主要賦存在下古生界寒武系、奧陶系碳酸鹽巖的不整合面上，產出嚴格受早古生代鈣紅土型古風化殼的控制。

豫西地區位于華北地臺南部，受加里東運動的影響，自中奧陶世末上升為陸，歷經晚奧陶世、志留紀、泥盆紀及早石炭世，至晚石炭世重新下降，沉積間斷長約一億四千萬年，形成了巨厚的鈣紅土型古風化殼，為區域鋁土礦的形成創造了良好條件：

（1）長期隆起的基底碳酸鹽巖及鄰近地區古陸的鋁硅酸鹽、碳酸鹽巖，在適宜的氣候條件下，遭受了強烈的風化剝蝕，從而為鋁土礦形成提供了豐富的成礦物質。

（2）長期的沉積間斷所形成的準平原化地貌，也會為鋁土礦積聚創造有利的空間場所。

據統計，世界上大多數巖溶型鋁土礦床也都賦存在具有長期沉積間斷的古風化殼上。布申斯基（1976）認為，形成鋁土礦所要求的最短時間周期為2Ma～5Ma。對巖溶型鋁土礦來說，由于基底碳酸鹽巖的Al2O3含量相對于鋁硅酸鹽巖石要低很多，因此要形成同樣數量級的鋁土礦，所需的時間要更長一些。例如，前蘇聯烏拉爾鋁土礦產于中泥盆世的不整合面上，法國阿里埃日鋁土礦產于上侏羅統的古巖溶風化面上，匈牙利鋁土礦賦存在上三疊統的不整合面上等。總之，世界上幾乎所有的巖溶型鋁土礦的形成都離不開長期沉積間斷和古風化殼，豫西地區也不例外。

2 炎熱潮濕的古氣候條件

一般認為，巖溶型鋁土礦的形成需要地表巖石徹底的紅土化，而紅土化需要在低緯度炎熱潮濕的氣候條件下才能形成。

辛尼欽（1976）認為地表巖石紅土化的最優氣候條件為：

（1）年平均氣溫：26℃；

（2）最熱月份的平均氣溫：30℃；

（3）最冷月份的平均氣溫：20℃；

（4）平均日氣溫的年累計值：9000℃～10000℃；

（5）有雨月份數：10～11個月；

（6）干燥月份數：1～2個；

（7）年降雨量：1200～1500mm；

（8）氣候類型：熱帶季風。

通常這種濕熱氣候存在于低緯度地區。據統計，新生代以來，世界上所形成的鋁土礦分布范圍基本上都在小于30°的低緯度區，如印度、牙買加、圭亞那的鋁土礦。現代形成的所羅門島產于碳酸鹽巖臺地上的鈣紅土型鋁土礦也在赤道附近。

河南省地質科學研究所曾對豫西部分地區的鋁土礦石、砂巖、鐵鋁質粘土巖采集的古地磁樣品進行測試，經計算得出晚石炭世時河南中部地區位于北緯6.9°～33.82°之間，屬低緯度熱帶—亞熱帶地區，當時豫西地區應為炎熱潮濕的古氣候環境。

3 古區域構造

古區域構造對鋁土礦的形成及分布有重要影響。晚石炭世豫西地區古區域構造活動對該區鋁土礦床成礦的控制作用至少表現在3個方面：

（1）中岳運動后，豫西地區在古老的結晶基底上形成了地臺型下古生界碳酸鹽巖建造。加里東運動使全區抬升為陸，但地層基本未受褶皺，因而在遭受1億多年的風化剝蝕，在晚石炭世海侵之前，下古生界仍保持原始的水平沉積狀態，為準平原化地貌提供了得天獨厚的基礎條件。

（2）晚石炭世時期，豫西地區區域構造的基本格局以隆起區與坳陷區相間呈近東西向分布為基本特征。主要的古隆起區從北往南有濟源西—武陟古隆起區、岱嵋寨古隆起區、嵩山古隆起區、箕山—長葛古隆起區等。在這些隆起區之間的坳陷區有濟源坳陷、澠池坳陷、龍門—鞏義坳陷、登封—新密坳陷等。這些坳陷區構成了本區晚石炭世的主要沉積區，成為區內鋁土礦成礦的主要沉積場所。

（3）古斷裂構造影響古基底巖溶的發育，從而影響區域鋁土礦床的形成與分布。本區眾多鋁土礦區礦層厚度等值線圖表明，鋁土礦體的等厚線有定向排列的特征，即使是凹斗狀礦體，其空間分布組合也明顯具有定向排列和等距性出現的規律，說明古巖溶的發育是受一定的古斷裂方向或2組斷裂的交匯控制。

4 古地形地貌

古地形地貌常控制鋁土礦床的區域總體分布及特點。晚石炭世時期，豫西地區地形地貌總的特點是西南地區高，東北地區低，地形總體起伏不大。當時的沉積作用主要是對古地形的補齊填平作用，因此古地形地貌對含礦系厚度及鋁土礦成礦的控制作用十分明顯。在沉積盆地相對低洼處，由于深度較大，接受沉積物多，含礦系的沉積厚度大，鋁土礦石品位較富，厚度大。而處于相對凸起的水下高地附近，含礦系厚度小，形成的鋁土礦薄，品位貧，部分地區甚至缺失鋁土礦層，以粘土礦為主。

5 古巖溶盆地

資料顯示，控制豫西地區鋁土礦床形成與分布的古巖溶盆地主要有溶斗、溶洼、溶盆及平坦洼地等。

在平坦洼地發育階段，由于長期的巖溶作用，使巖溶負地貌的面積不斷擴大，地形起伏變小，構成長度在十幾千米的大型洼地，接受沉積的鋁土礦含礦系的厚度一般較穩定，含礦系厚度往往在10～20m左右，而礦體以層狀或似層狀產出，連續性好，單個礦體長度常大于1000m，厚度通常小于3m，多為貧礦。

在溶盆發育階段，由于地殼處于相對穩定的狀態，地下水的水平作用增強，垂直滲入帶的厚度減小，所形成的封閉或半封閉盆狀地形內接受鋁土礦的沉積。在沉積區域內的巖相古地理條件適宜，成礦物質來源豐富時，常可形成似層狀、透鏡狀礦體，厚度較穩定，礦石品位變化小，以中等品位為主，礦體連續性較好。如偃師夾溝鋁土礦床。

在溶洼發育階段，地下水從垂直滲入轉為以水平作用為主，垂直滲透階段所形成的溶斗受地下水的側向溶蝕逐步擴展，負地形的面積逐漸占優勢，形成幅寬達數百米，邊坡平緩，底部較平坦的閉合負地形，在剖面上多呈碟狀，構成較好的鋁土礦儲礦空間，礦體多以透鏡狀、扁豆狀產出，礦石品位較高。如登封大冶鋁土礦等。

在溶斗發育階段，地下水以垂直滲入作用為主，形成直徑百余米，深十幾米至幾十米的閉合負地形。鋁土礦沉積在溶斗內以溶斗狀產出，礦體產狀突然變陡，且傾向指向溶斗中心，邊坡一般50°～60°，礦體的厚薄、礦石的貧富與溶斗的深度和閉合程度明顯相關。溶斗越深，其所控制的礦體就越厚，礦石越富。溶斗是河南優質厚大鋁土礦控礦的主要古巖溶類型，幾乎所有優質厚大鋁土礦體都產于溶斗之中。

6 巖相古地理環境

豫西地區鋁土礦常形成于特定的巖相古地理環境中，不同的巖相古地理環境形成的鋁土礦床特點明顯不同。

6.1 豫西地區晚石炭世時期的古地理概貌

自中奧陶世末期至早石炭世末，由于加里東運動的影響，豫西地區地殼一直處于緩慢上升狀態。長期的風化剝蝕造成本區準平原化的巖溶地貌。

晚石炭世初期開始的大規模海侵使本區大部成為陸表海。由于西北的中條古陸和西南的秦嶺古陸的阻擋，整個海區呈西端收斂，東端撒開的三角形。沉積區內尚有次級隆起區（帶）存在，多呈東西走向。由北向南有濟源西—武陟隆起區、岱嵋寨隆起區、嵩山隆起區、箕山—長葛隆起區等。這些隆起區在海水入侵后，成為島或島群出現，并自然地將沉積區劃分為不同的幾個次級沉積區。中期開始海退，由于沉積區淺水陸棚區非常寬廣，加上次級隆起區本身對海水起著障壁作用，極易造成局部封閉的瀉湖沉積區。不但減弱了海水的能量，同時也形成了相對局限的地球化學環境。由于各地河流淡水注入或淡水補給的情況不同，各瀉湖的含鹽度也不盡相同，造成生物面貌和痕量元素含量上的差異。隨著海水進一步退卻和水下高地露出水面，湖盆的局限性更加明顯。根據鶴壁一帶及永城一帶的剖面資料，其本溪組不但厚度大，且上部有海相灰巖的存在，向東北方向，灰巖層數、厚度均逐漸增大。看來中石炭世的海侵方向是從北西、北東2個方向侵入本區的，致使各個湖盆沉積作用的差異更加顯著。

6.2 晚石炭世古地理環境對鋁土礦成礦的控礦作用

本區晚石炭世時期的古隆起區有嵩箕古島、秦嶺古陸、岱嵋寨古島等。圍繞這些古隆起區的沉積盆地有陜澠湖盆、新安湖盆、登封湖盆、禹州湖盆、寶汝湖盆和鄭洛海灣等。

上述潟湖和海灣為河南鋁土礦床主要的沉積地區。一方面是由于在封閉的環境中有利于周圍鋁土礦成礦物質的聚集；另一方面局限的沉積盆地容易造成停滯的水體狀態，氧不活潑，這種相對平靜的地球化學環境有利于Al(OH)3膠體溶液的絮凝作用。雖然膠體作用形成的鋁土礦在整體上處于次要地位，但在局部地段，在有利的環境中也可以呈不容忽視的因素而出現。

6.3 巖相對鋁土礦成礦的控礦作用

除焦作、濟源的部分地區晚石炭世早期有碎屑巖沉積外，其它大部分地區均是以湖坪相和瀉湖相的粘土巖為主的沉積。從巖相組合的平面分布規律可知，全區的鋁土礦分布區是在鋁—鐵質巖巖石組合類型為主體的背景上與鐵—鋁質巖及鋁質巖區相一致的，這些巖區一般都在距古陸不遠的濱—淺湖區，而遠離濱岸的湖心或深湖區則多數為鐵—泥巖區或泥質巖區。在巖石組合上為高嶺石粘土礦或水云母粘土巖，含較多的黃鐵礦結核或菱鐵礦鮞粒，含硬水鋁石很少，在粒度上以粉砂屑和泥屑為主。由于湖盆中有湖間高地的存在，因此這些高地周圍的洼地中也有利于形成鋁土礦工業礦體堆積。

7 結論

從上述分析可見，控制豫西地區鋁土礦成礦的主要因素為：

（1）豫西鋁土礦床主要賦存在下古生界寒武系、奧陶系碳酸鹽巖的不整合面上，產出嚴格受早古生代鈣紅土型古風化殼的控制。

（2）豫西地區鋁土礦床主要形成于晚石炭世低緯度炎熱潮濕的古氣候條件，這種濕熱氣候條件有利于碳酸鹽巖基底的鈣紅土化，從而有利于鋁土礦床的形成。

（3）晚石炭世時期，古隆起區與古坳陷區相間呈近東西向分布的基本特點控制了區內主要鋁土礦成礦帶和鋁土礦田的空間分布。鋁土礦主要分布于坳陷區內，同時古斷裂構造影響古基底巖溶的發育，從而影響區內鋁土礦床的形成與分布。

（4）古地形地貌影響鋁土礦含礦系厚度，進而影響鋁土礦體的厚度變化和鋁土礦石的貧富和礦石品質。

（5）不同的古巖盆形態控制不同特點的鋁土礦床形成。

（6）豫西地區鋁土礦常形成于濱淺海環境的潟湖和海灣中，主要含礦系巖相為鐵-鋁質粘土巖巖相及鋁質粘土巖巖相。

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