豫西偃龍地區本溪組含鋁巖系的結構特征

朱洪立，宋世豪，邢 舟，周紅春，陳永才

（1.河南理工大學資源環境學院，河南焦作454000；2.河南省地礦局第四地質勘查院，河南鄭州450001）

1 概述

豫西偃龍（偃師縣—龍門鎮）地區位于華北陸塊南緣，處于北西—近東西向秦嶺—大別山造山帶北緣與呂梁—太行北東向隆起帶交匯部位（圖1-2），偃龍地區本溪組鋁土礦屬于篙箕成礦區偃師—鞏義—滎陽鋁土礦成礦帶的一部分[1]。目前普遍認為，鋁元素不可能以溶液或膠體的形式遷移至沉積區[2]，它們是原地沉積的原巖經不同程度的降解作用所致，與紅土型鋁土礦的成因相似[3-5]。所以，鋁土礦中應存在有大量的與原巖降解作用有關的結構，但目前，從這一出發點對鋁土礦的結構研究尚不深入。本項研究以豫西偃龍地區本溪組含鋁巖系鉆孔為研究對象（圖1-1），運用鉆孔巖芯觀察、偏光顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析等研究方法對含鋁巖系的結構進行研究，以期揭示原巖在降解過程中所形成的結構類型。

2 含鋁巖系基本地質特征

研究區含鋁巖系總體上以鋁土質泥巖為主，部分鉆孔含鋁巖系的中上部夾有厚度不等的豆鮞狀（碎屑）鋁土礦，與下伏中奧陶統馬家溝組平行不整合接觸，向上部炭質含量逐漸增加，過渡為太原組底部的煤層（線）。含鋁巖系的厚度受下伏馬家溝組碳酸鹽巖的明顯控制，變化較大（0～95m），一般在10～15m。

該區鋁土礦資源豐富，長期勘探表明，含礦地層的下部為深灰色鋁土質泥巖，以鐵、鋁、硅含量高為特征，致密塊狀構造，見有不規則的紋層，紋層常由顏色較淺的條帶顯示出來，寬度較小，一般在毫米級，與中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦呈漸變接觸關系；含礦地層中部為豆鮞（碎屑）狀鋁土礦，以鋁含量高為特征，灰色，整體呈塊狀，?？梢姷戒X土質泥巖夾層，厚度變化很大，最大可達60m，局部可低于10m，與上部鋁土質泥巖呈截然接觸關系；含礦地層上部主要為灰黑色鋁土質泥巖，以硅含量高為特征，水平微細紋層發育，常夾有毫米級的煤線，向上部煤線逐漸增多，最后過渡為本溪組與太原組交界的煤層（線）。所以，含礦地層在垂向上常顯示出高Al粘土巖—礦體—高A1粘土巖的“三明治”式組合，且常伴隨有不同的結構和構造以及相對應的Al2O3、SiO2和Fe2O3等化學組成的差異[6-7]。

3 本溪組含鋁巖系結構特征

3.1 顆粒

本溪組含鋁巖系的顆粒可以分成4類：第一類是原巖降解程度較弱，保留有原巖假象的顆粒，可稱為殘余顆粒；第二類是在原巖降解過程中所形成的顆粒，主要指豆粒和鮞粒；第三類是在原巖降解過程中所形成的礦物顆粒，主要指結晶程度各異的微晶、細晶、粗晶等顆粒，稱為新生礦物顆粒；第四類是原巖降解過程中同沉積變形的剛性和塑性顆粒，可稱為撕裂顆粒。

圖1 偃龍地區大地構造位置和地質簡圖

3.1.1 殘余顆粒

這類顆粒的特點是保留有原巖的假象，但礦物成分已發生顯著的變化。主要出現在風化淋濾程度較弱的地層中，如果風化淋濾強，原巖發生徹底的改造，較難保留。這類顆粒主要出現在上部和下部的鋁土質泥巖中，偏光鏡下，可見粘土礦物主要呈隱晶質集合體存在，少量的薄板狀和不規則粒狀粘土礦物微晶散布于隱晶質集合體中，下部鋁土質泥巖中主要為伊利石，上部鋁土質泥巖中主要為高嶺石。電鏡下可見形態各異的片狀顆粒呈微細層狀（每個細微層約1μm厚）排列，經能譜分析，下部鋁土質泥巖主要元素有K、Fe、Mg、Al、Si、O，其中K含量較高，符合伊利石的元素特征。上部鋁土質泥巖主要元素為Al、Si、O，且Al與Si原子比近于相等，進一步證明為高嶺石。但電鏡下鑒別的這些粘土礦物不具有六邊形、鱗片形和板條形等形態，而呈微層狀的堆積形態，推測它們可能是原巖顆粒的假象。

3.1.2 豆粒和鮞粒

豆粒和鮞粒的組成和形態相似，主要是粒度的差別，前者粒徑大于2mm，后者小于2mm。宏觀上，豆粒和鮞粒形態以不規則的圓球狀居多，常見長軸呈定向排列并平行于層理的橢球狀；微觀上，豆鮞常見相互鑲嵌現象，豆鮞多見有不規則的核心，有時核心由較小的碎屑和鮞的集合體組成，一般在3～10μm，核心向外逐漸呈圓狀，并由顏色深淺差異顯示出層圈狀，層圈的外側多可見到鐵質包殼，在核心和外圈層有時可以見到三叉狀或不規則裂隙。根據本區豆鮞粒的基本特點，本文贊同巴多西的觀點[3]，認為豆鮞粒是原巖降解的產物，以硬水鋁石為主的豆鮞是原巖降解程度較高的標志。

3.1.3 新生礦物顆粒

含鋁巖系的礦物學研究表明，本區含鋁巖系中所見到的礦物均為自生礦物。粘土礦物主要呈隱晶質或微晶存在，鋁礦物主要呈微晶、細晶存在。隱晶質或微晶的粘土礦物主要分布在下部和上部鋁土質泥巖中，中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦中，硬水鋁石含量較高，但結晶程度差異較大，往往豆鮞中結晶程度較好。上述礦物顆粒完全不能代表含鋁巖系原巖的顆粒，它們應當是原巖不同程度的水解產物。

3.1.4 撕裂顆粒

撕裂顆粒按照粒級可劃分為礫、砂和粉砂，顆粒形態多樣，主要表現為棱角狀、半圓狀和撕裂狀。常與不同粒度的豆鮞粒伴生在一起。巖芯中碎屑顆粒長軸往往有定向排列，在鏡下，見到硬水鋁石含量差異所組成的顆粒呈現明顯的斑狀結構，具有長軸定向排列特征，與膠結物組成的流動紋層相間排列。根據上面的描述，碎屑顆粒主要為2種，一種為棱角分明的“剛性”顆粒，一種是具有流動特征的“塑性”顆粒，反映了顆粒形成時固結程度的差異，它們主要是在原巖降解過程中且沒有完全固結時，由于塑性流動所產生的。顆粒硬水鋁石的含量和結晶程度的差異似乎與固結程度有著重要的聯系，一般是固結程度較好的“剛性”顆粒硬水鋁石含量高，結晶程度好。這些顆粒被改造后，仍受到塑性流變的影響，“剛性”顆粒受到塑性流變后，進一步破碎，具有書斜式構造的形態，“塑性”顆粒受到塑性流變后，則產生進一步撕裂，甚至有一定的旋轉，均能指示塑性流動的方向。

3.2 膠結物

下部和上部鋁土質泥巖主要礦物成分為隱晶質粘土礦物，少量的粘土礦物微晶散布其中，主要呈致密塊狀。豆鮞（碎屑）狀鋁土礦中的膠結物主要由呈隱晶質或微晶的鋁礦物和粘土礦物組成。膠結物主要呈2種狀態存在：如果顆粒含量較高，則膠結物中流動紋層不發育，根據顆粒的支撐類型，膠結類型可以是基底式膠結或接觸式膠結；如果顆粒含量少，則膠結物無論是巖芯中還是顯微鏡下，都表現出明顯的流動構造，流動紋層呈波浪狀、褶曲狀、不規則狀等形態，大致平行排列，紋層寬度不一，相互交匯和分叉。上述2種狀態的膠結物在垂向上往往為相互過渡關系，并沒有明顯的界線，往往下部為流動紋層發育的膠結物，上部逐漸過渡為流動紋層不發育的膠結物，它們與膠結的顆粒一起構成了厚度不一的多個序列。

3.3 結構類型

根據含鋁巖系顆粒和膠結物的基本特征及它們之間的關系，可以分為以下結構類型。

3.3.1 交代殘余結構

殘余顆粒含量大于75%，主要出現在上、下部的鋁土質泥巖中，殘余顆粒主要呈片狀，形狀不規則，成分主要為隱晶質或微晶的伊利石和高嶺石，其中分布有大小不一的孔洞，充填有結晶較好的粘土礦物。

3.3.2 豆鮞結構

豆鮞粒的含量較高，且大于碎屑含量，含有硬水鋁石新生礦物顆粒，膠結物主要為自生結晶較差的硬水鋁石和粘土礦物，整體呈基底式膠結，局部見有豆鮞相互接觸呈接觸式膠結現象，常出現在中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦層中。

3.3.3 碎屑結構

與豆鮞結構相似，所不同的是顆粒的組成主要是碎屑顆粒，其含量大于豆鮞的含量，也含有大量的硬水鋁石新生礦物顆粒。膠結物成分主要為自生結晶較差的硬水鋁石和粘土礦物，整體呈基底式膠結。常出現在中部豆鮞（碎屑）狀鋁土礦層中。

4 結論

豫西偃龍地區本溪組含鋁巖系中的顆粒主要為殘余顆粒、豆鮞和鮞粒、新生礦物顆粒、撕裂顆粒，膠結物主要為隱晶質的粘土礦物和鋁礦物，組成交代殘余結構、豆鮞結構和碎屑結構3種類型。上下部的鋁土質泥巖中殘余顆粒發育，主要為交代殘余結構；中部豆鮞狀鋁土礦中，撕裂顆粒、豆鮞和鮞粒發育，主要為豆鮞結構和碎屑結構，并伴隨有流動現象。含鋁巖系不同層位結構的差異主要與原巖的降解程度有關，并且較強的降解程度往往伴隨有強烈的流動現象。