貴州省凱里市貓貓巖鋁土礦賦存特征及開采技術條件

楊智勇

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局六總隊）

貴州是鋁土礦資源大省，目前探明和保有的鋁資源量近4 億t，約占全國總量的16%，居全國第二位［1-2］。貴州省凱里市貓貓巖鋁土礦具有40 多年的開采歷史，而凱里至黃平地區是貴州省近幾年重點勘查的一處鋁土礦整裝勘查區。目前，凱里至黃平地區鋁土礦整裝勘查工作已結束，基本探明2處大型礦床，多處中小型礦床，主要鋁土礦礦床為苦李井礦床、魚洞礦床、鐵廠溝礦床、王家寨礦床等。前人對鋁土礦床地質特征及成因等方面進行了較為詳細的探索［3-6］，本研究在此基礎上，結合新的勘查成果，分析貓貓巖鋁土礦的賦存特征、成礦規律以及礦床開采技術條件，以利于進一步的探礦及采礦工作。

1 區域地質

凱里市貓貓巖鋁土礦位于揚子準地臺之黔北臺隆遵義斷拱貴陽復雜構造變形區與黔南臺陷的交接地帶，區域內出露地層由新到老主要有二疊系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系。區內褶皺屬黃平復式向斜南段，主要次級褶皺有魚洞向斜和苦李井單斜，控制了本區含礦層的分布和鋁土礦的產出，其他次級向斜如重安江向斜、下城寨向斜、河灣向斜等梁山組含礦系已被風化剝蝕，核部出露地層為泥盆系上統或志留系。

本區礦產主要有鋁、鐵、煤、耐火黏土、硫和水泥用、制堿石灰巖礦，均為外生礦床，其中除水泥用石灰巖礦產于奧陶系下統桐梓組、紅花園組，為中厚層生物屑亮晶灰巖外，鋁、鐵、煤、耐火黏土、硫均產于二疊系中統梁山組。

2 礦體特征

2.1 含礦巖系特征

礦區含礦巖系為二疊系中統梁山組（P2l），分含鐵、含鋁巖系和含煤巖系，由一套含鐵鋁土頁巖、含菱鐵礦頁巖、鋁土礦、鋁質巖、鋁質泥巖（頁巖）石英砂巖、含煤巖系的炭質頁巖組成，其厚度及巖系組成變化較大，其厚度嚴格受其下古溶蝕地貌控制，與下伏地層呈假整合接觸。

含鐵巖系、含鋁巖系、含煤巖系沒有明顯界線，其巖性由下到上為菱鐵礦層、含鐵鋁土質黏土巖、鋁土質黏土巖、致密狀鋁土巖、鋁土礦、鋁質黏土巖、石英砂巖及煤巖系的炭質頁巖。鋁土礦賦存于含鋁巖系中，礦層下部常有鋁土頁巖和黏土巖層，上部亦有鋁土巖分布，但下部的鋁土頁巖和鋁土巖鐵質含量逐漸增高，局部含較多的結核狀菱鐵礦，構成含鐵巖系。

2.2 礦床成因類型

貓貓巖鋁土礦區有2種礦床類型：沉積型鋁土礦和堆積型鋁土礦。沉積型鋁土礦主要分布于格田礦段和背后坡礦段，礦體有A1、A2、A3、A4、A5、A7、A9、A10，產于梁山組中部的含鋁巖系中，呈似層狀、透鏡狀，產狀平緩，厚度變化較大。堆積型鋁土礦是由沉積鋁土礦體經風化、剝蝕作用后，原地殘留或經短途搬運堆積形成，主要分布在團坡礦段，有A6 和A8。礦體規模較小，產狀不穩定，上伏地層為第四系，如圖1所示。沉積型鋁土礦是該區的主要類型，根據下伏地層巖性及主要鋁礦物成分，沉積型鋁土礦屬于產于碳酸鹽巖侵蝕面上的水硬鋁石鋁土礦床。

2.3 礦體特征

礦區共圈定10 個鋁土礦體，主要分布于礦區北部的背后坡礦段、中部的格田礦段、西部的團坡礦段。礦體數據如表1所示。

根據采集的巖礦試驗數據結果，礦體特征描述如下。

（1）形態規模。礦區鋁土礦礦體規模小至中型，礦體集中分布于礦區北部巖后坡，中部格田水庫、西部團坡一帶，走向北東，傾向南東，空間形態多為似層狀、透鏡狀，平面形態多為不規則狀、長條狀、橢圓狀等。控制礦體長約87～1 160 m，延深23～990 m，礦體厚度變化于1.70～2.62 m，平均厚度為1.96 m，礦體的平面形態因受基底古地形制約，呈不規則狀，整體平面形態較復雜，屬形態較復雜類型。

（2）礦體（層）產狀。礦體順層產出，產狀與地層一致，傾角多在6°～8°，局部達10°。

（3）礦體（層）厚度。平均厚度為1.96 m，平均厚度變化系數為55.40%，厚度較薄，在分布上無明顯的規律性。厚度有一定的集中值，1.0～2.0 m 所占比例達70%，厚度相對連續性較差，厚度變化系數為30.18%～104.01%。

（4）礦石品位。Al2O3最低為59.73%，最高為74.22%，平均為63.02%，品位變化系數為5.30%～23.46%，平均品位變化系數為14.70%；SiO2最低為8.39%，最高為15.82%，平均為13.51%；鋁硅比（A/S）［7］最低為3.85，最高為7.89，平均為4.84。

從鋁硅比變化情況分析，鋁硅比A/S＞8.0 占15.4%，1.8＜A/S＜8.僅占74.6%，變化系數為30.7%；Al2O3變化系數為6.1%，說明該礦體品位變化均勻。

3 鋁土礦Al2O3含量與鋁硅比值的變化規律

工作區內，實際完成探槽157條（3 662.76 m3），刻槽采樣526 件，完成鉆探35 個（1 644.3 m），巖芯樣121 件，經過239 件樣品分析結果統計，Al2O3平均含量為63.02%，SiO2平均含量為13.51%，A/S 平均為4.84。其中Al2O3≥70% 占14.07%，65%≤Al2O3＜70%占20%，60%≤Al2O3＜65% 占20.7%，Al2O3＜60% 占45.2%。從統計中可明顯看出，凡Al2O3含量大于70%，則鋁硅比值多大于9，并且大部分在15 以上；若65%

4 成礦規律

（1）梁山組地層可分為2 種巖相，泥質巖相是指以鋁土巖、鋁土質頁巖和鋁土礦為主，不含砂巖或少含砂巖的相區；碎屑巖相區是指以砂巖為主的相區。2 個相區是逐漸過渡，從柱狀對比圖上可知，背后坡礦段、格田礦段、團坡礦段為泥質巖相區；在背后坡礦段一帶見碎屑巖，寬約1 km，在ZK140-50 號鉆孔中砂巖層厚達2.30 m。礦區大部分礦體均產于泥質巖中。

（2）礦區中鐵礦層厚度大則鋁土礦層薄，鋁土礦層厚度大則鐵礦層薄。含礦巖系底板白云巖及含礦巖系下部鋁土質黏土巖中Fe2O3含量越低，其上部形成的鋁土礦Al2O3含量越高，質量越好，反之則差。故在礦區中尋找含礦巖系下部及底板白云巖中Fe2O3含量較低地段，其形成的礦體品位高、厚度大，亦是該區的找礦方向［8-9］。

（3）礦區鋁土礦體均產于二疊系中統梁山組（P2l）中下部地層中，含礦巖系厚度越大則形成的礦體中Al2O3含量越高。含礦巖系厚度與其中Al2O3含量呈正比，特別是在古巖溶洼地、漏斗、落水洞中含礦巖系厚度大，礦體形成較厚且鋁硅比越高。在礦區局部范圍內尋找古巖溶凹地可能發現較大的鋁土礦體，如格田礦段的ZK110-58 及TC1495、TC1409 等工程，均在古巖溶凹地的中心部位見到了礦體。

5 礦床開采技術條件

5.1 水文地質條件

礦區鋁土礦體埋藏標高在845～1 080 m。格田水庫旁的A5、A7 礦體部分標高位于格田水庫基準水位線以下，井工開采可能造成礦井突水，礦山開采設計應注意這一問題；其余礦體埋藏均在945 m 水平以上，即當地侵蝕基準面以上。從鉆孔的簡易水文觀測來看，所有鉆孔均為漏水孔，礦層上覆巖層為透水層，礦床主要以季節性的大氣降水間接充水為主，而且地形有利于自然排水。

礦區水文勘探類型多數為以季節性的大氣降水間接充水為主的礦床，大部分礦體位于地下水位之上，水文地質條件簡單；A5、A7 礦體位于格田水庫邊上，礦體部分位于水庫水位線以下，地下開采可能造成礦坑充水及突水事故，水文地質條件中等復雜。

5.2 工程地質條件

5.2.1 礦體頂底板穩定性

對礦區深度大于50 m 的鉆孔進行了RQD 值統計，統計結果如表2所示。礦體底板泥盆系高坡場組（D3gp）白云巖RQD 為74.3%，巖石質量等級為Ⅲ級，巖體中等完整；間接頂板二疊系棲霞組（P2q）灰巖RQD值為82.1%，巖石質量等級為Ⅱ～Ⅲ級，巖體中等至較完整。綜上所述，礦體底板及間接頂板均為物理力學性質較堅硬、巖體較完整、巖石質量較好的白云巖和灰巖組成。

5.2.2 陡巖及邊坡穩定性

通過對礦床地質特征的研究可以看出，礦床露天開采過程中形成邊坡及陡巖的巖層主要為頂板二疊系棲霞組（P2q）灰巖和礦體底板泥盆系高坡場組（D3gp）白云巖，本次工作對上述2 種巖石均進行采樣測試，其測試結果見表3。

通過試驗結果可以看出，底板白云巖巖心單軸抗壓強度為25.6～60.1 MPa；礦體間接頂板灰巖巖心單軸抗壓強度為35.4～40 MPa。由于整個礦區巖層緩傾角呈單斜產出，總體巖石結構較完整。露天開采過程中形成的邊坡在剝采比小于15的情況下是相對穩定的。

5.2.3 工程地質類型

礦區地形地貌條件簡單，幾個主礦體平均埋深40 m 左右，露采對生態環境影響較大，而坑采其含礦巖系厚度變化較大，局部地段礦體直接頂底板變化為軟質的頁巖、黏土巖，硬度小，巖石較軟弱，容易發生礦山工程地質問題。因此，礦床工程地質條件中等復雜。

5.3 環境地質條件

經礦區現狀地質災害調查，發現危巖及邊坡分布1 處，采礦活動堆積體3 處，可能引發崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂縫及泥石流等地質災害的可能較小，危害程度小到中等。采礦廢碴堆積物是泥石流的物源物質，在暴雨季節有發生泥石流的可能，危害程度較小。其分布區的地質特征、規模大小、地質災害發生的可能性和對礦山環境破壞及危害程度如表4 所示。同時發現礦區地質災害主要分布在村民住宅及飲用水水庫，如果一旦發生地質災害，將會對當地居民及大風洞鄉生活用水造成重大影響。

綜合分析，區內地形地貌條件中等、含礦層及頂底板巖性較穩定，礦層上覆地層在露采情況下局部可形成崩塌地質災害，對周圍環境影響較大，但礦區構造簡單，人口密度較小，礦體位于地下潛水面以上，礦山開采對地下水位影響較小，環境地質條件為中等類型。

6 結論

（1）貓貓巖鋁土礦礦體賦存于二疊系中統梁山組，分含鋁巖系、含鐵巖系和含煤巖系，三者沒有明顯界線。鋁土礦礦體在空間形態上呈似層狀、透鏡狀產出，在平面上呈長條狀、不規則狀、透鏡狀順層產出，產狀與巖層產狀一致，傾角為6°～10°。

（2）礦體中Al2O3與SiO2含量之間呈明顯的負相關；鋁土礦體的厚度與含礦巖系的厚度成正相關；鐵礦層的厚度與鋁土礦層的厚度相互成消長關系。

（3）礦區水文地質條件簡單至中等，工程地質條件中等，環境地質條件中等，確定礦山開采方式為露采及坑采，需要進一步查明礦層上部陡崖、邊坡的穩定性，杜絕礦山開采時可能產生的滑塌、塌陷、地裂等地質災害。

致 謝項目組在野外工作期間，得到了礦業權人貴州其亞鋁業有限公司的大力支持，在此深表感謝。