山西盂縣王子臺—南小坪鋁土礦礦床地質特征及其成因分析

郭政斌，王浩乾，劉 安，王明明

(中國冶金地質總局三局，山西 太原 030000)

1 區域地質特征

山西省盂縣王子臺—南小坪鋁土礦區大地構造位置處于華北板塊(Ⅰ)山西塊隆(Ⅱ)塊沁水塊坳(Ⅲ)北緣盂縣塊坪東緣[1]。

區域內出露地層有：古生界下寒武統張夏組(∈2z)、上寒武統崮山組(∈3g)；中奧陶統下馬家溝組(O2x)、上馬家溝組(O2s)、峰峰組(O2f )；中石炭統本溪組(C2b)、上石炭統太原組(C3t)；下二疊統山西組(P1s)、下石盒子組(P1x)、上二疊統上石盒子組(P2s)及新生界第四系地層[1]。

區域構造簡單，區域構造軸向多呈北東向開闊寬緩之褶皺，地層傾角約6～28°，斷層多為正斷層，逆斷層在本區不甚發育。區內未見巖漿巖出露。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區出露地層為中奧陶統峰峰組(O2f )、中石炭統本溪組(C2b)、上石炭統太原組(C3t)及新生界第四系上更新統馬蘭組(Q3m)，現由老到新分述如下。

2.1.1 中奧陶統峰峰組 (O2f )

主要分布于礦區中西部，主要巖性上部為青灰色中—厚層狀灰巖，中部為灰—灰白色泥晶灰巖、白云質灰巖，下部為黃色泥質白云巖。礦物成分以方解石為主。結構以致密狀和假礫狀為主，塊狀構造。厚度50～70m。

2.1.2 中石炭統本溪組 (C2b)

主要出露于礦區中部及西南部。本溪組上部為灰白色、灰黃色的泥巖、砂質泥巖，細砂巖，下部為灰色粘土巖、鋁土礦、鐵質粘土巖和山西式鐵礦，該組厚度一般為13m，層位較穩定，以硬質粘土巖上部的石灰巖或砂巖的底為界可將本組分為兩段。地層與下伏奧陶系石灰巖為平行不整合接觸。

(1)下段(C2b1)：是本區鋁土礦賦存層位，主要由山西式鐵礦、含鐵粘土巖、鋁土礦、硬質粘土巖及粘土巖等組成。巖層在顏色上由褐紅、褐黃色漸變為深灰、灰白色，厚度＞8m。本段厚度一般在3.3～10.1m，平均厚 5.98m。

(2)上段(C2b2)：由黑色頁巖、鈣質頁巖、砂巖、砂質頁巖等組成，厚度一般在0～42.3m，平均厚36.3m。

2.1.3 上石炭統太原組 (C3t)

僅礦區東南部見其少量出露，巖性主要由黑灰色頁巖、煤、砂巖及灰巖組成，總厚約68.66m，與中石炭統本溪組地層整合接觸。

2.1.4 第四系上更新統馬蘭組(Q3m)

分布于礦區東部，主要為沖積、洪坡積黃土狀亞粘土和亞砂土，厚度0～11m。

2.2 礦區構造

礦區內斷裂構造不發育，因受奧陶系古侵蝕面影響，石炭系及其以上地層呈舒緩波狀起伏，形成了開闊寬緩的褶皺構造，褶皺軸總體走向為NE-SW向，傾角7～10°，礦區構造類型屬于簡單。

礦區內地層總體向東南緩傾，礦區東南部可見石炭系太原組地層出露，其地勢較低，北部見奧陶系峰峰組地層出露，其地勢較南部太原組地層高約50～100m。依據地層層面傾向及地形高低，推測該處存在一構造斷層，該斷層作用使得北部較老的奧陶系峰峰組地勢高于南部的太原組地層。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

王子臺—南小坪鋁土礦礦體一般呈層狀、似層狀產出，結構簡單，大部分礦體呈單層產出，局部地段有夾層，夾層巖性主要為粘土巖、鐵質粘土巖[2]。根據礦體分布范圍及特征對其劃分為3個礦體，編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(表1)。

表1 王子臺—南小坪鋁土礦礦體特征

3.1.1 Ⅰ號礦體

Ⅰ號礦體位于礦區中西部，平面呈不規則形態。南北長約990m，東西長約285m，礦體面積約為0.16km2。該礦體主要由8條探槽工程控制，見礦厚度為0.50～4.80m，平均厚度1.87m，埋深2.0～5.0m，平均3.5m。礦體品位如下：Al2O362.80%～76.51%，平均67.49%；A/S 4.63 ～ 26.82，平均 7.50；Fe2O30.67% ～ 22.73%，平均 5.25%。為含鐵型品級Ⅲ級的鋁土礦。

3.1.2 Ⅱ號礦體

Ⅱ礦體位于礦區中西部，平面呈不規則形態，東西長約1 060m，南北長約515m，礦體面積約為0.19km2。該礦體主要由7條探槽工程控制，見礦厚度 1.00 ～ 5.70m，平均 3.15m，埋深 1.8 ～ 5.4m，平均3.6m。礦體品位如下：Al2O360.56%～72.61%，平 均 64.92%；A/S 3.76 ～ 8.80， 平 均 5.42；Fe2O30.70%～12.34%，平均3.13%。為含鐵型品級Ⅳ級的鋁土礦。

3.1.3 Ⅲ號礦體

Ⅲ號礦體位于礦區南部，平面呈不規則形態，東西長約355m，南北長約545m，礦體面積約為0.08km2。該礦體主要由3條探槽工程控制，見礦厚度 1.80～ 4.60m，平均 3.18m，埋深1.8～ 4.4m，平均 3.0m。礦體品位如下：Al2O369.95% ～ 78.39%， 平 均 73.79%；A/S 6.21 ～36.46，平均 11.79；Fe2O30.846% ～ 2.63%，平均1.72%。為低鐵型品級Ⅱ級的鋁土礦。

3.1.4 礦體工業指標

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體的平均工業指標見表3，參照DZ/T0202-2002《鋁土礦、冶鎂菱鎂礦地質勘查規范》中的鋁土礦礦床一般工業指標[3]，礦區鋁土礦Al2O3平均67.82%，A/S平均6.84，達到一水硬鋁石型鋁土礦標準。

表3 王子臺—南小坪鋁土礦礦體平均工業指標

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石結構構造

礦石結構以鮞粒狀為主，次為豆鮞狀、碎屑結構，塊狀構造。

3.2.2 礦石成分

礦石的主要礦物成分為一水硬鋁石，次為粘土礦物，少量氧化鐵質。礦石主要化學成分為Al2O3、SiO2、TiO2、Fe2O3，占礦石化學成分總量的84%以上。

3.3 礦石類型及品級

本區鋁土礦石工業類型屬于一水硬鋁石型低硫含鐵型鋁土礦[3]，礦石品級為Ⅳ級。

3.4 圍巖及夾石

鋁土礦致密堅硬，穩固性好，其頂板多為硬質粘土礦，穩定性較差。其底板多為鐵質粘土巖及山西式鐵礦，穩固性較差。夾石為硬質粘土巖、粘土巖。

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因

本區鋁土礦成礦物質主要來源于基底碳酸鹽巖的古風化殼[4-6]。另外還有古陸、古島古老的結晶巖石風化產物的補充。

加里東運動使整個華北地區抬升，經受長期風化剝蝕形成準平原化地形，奧陶系碳酸鹽巖經受長期的風化作用形成鈣紅土型風化殼，到本溪期地殼開始緩慢下降，發生海侵，此時風化殼大多數遭到破壞，僅少數地段(地形較平緩、低凹的地帶)有部分風化殼殘留形成風化殼型鋁土礦[7]。

隨著海侵逐漸向前推進，古風化殼由近及遠地遭到破壞，位于海侵邊部的古風化殼以鐵質為主的上部物質首先被地表水及潮水呈機械狀態(或部分被溶解)近距離搬運到近海盆地中接受沉積，形成了山西式鐵礦或鐵質粘土巖，表現出巖石物質成分不均勻、呈團塊狀、無層理、厚度變化大的特點。然后是風化殼內以鋁質為主的物質被碎解、搬運、再沉積，形成鋁土礦(位于C2b1中下部，即舊稱之為G層鋁土礦)。最后是風化殼中的硅質的碎解、搬運、再沉積，形成粘土巖及硬質耐火粘土礦，從而形成了由下到上的Fe-Al-Si垂直層序。

當沉積盆地中有上述物質再次補給時，會有上述垂直層序的重復變化出現，因而鋁土礦上部有時可見到鐵質粘土巖的現象或重復出現鋁土礦層。綜上，本區鋁土礦屬瀉湖—淺海相沉積型鋁土礦床。

4.2 找礦標志

(1)鋁土礦為沉積型礦床，其層位位于底部，石炭系本溪組地層是找礦的地層標志。

(2)鋁土礦一般為灰、灰白及灰黃色，呈豆鮞狀或粗糙狀結構，質硬，性脆，比重大，外觀易于鑒別，又因其抵抗風化能力強，受地表剝蝕在地貌上易形成陡坎，是尋找鋁土礦的地貌標志。

(3)古侵蝕面相對低凹處的鋁土礦、粘土礦含礦層厚，且質量好，而反之則厚度小，品質差。

(4)鋁土礦礦床受古地貌的影響較明顯，在古侵蝕面相對低凹，本溪組厚度大且分布范圍較大的地段，有望找到大型礦床[8-10]。