豫西陜澠新鋁土礦成礦帶構造特征及其控礦作用

雷顯權 劉福春 唐華東 熊有為 劉恩彥

（1.長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410019；2.中南大學資源與安全工程學院，湖南 長沙 410083；3.河南省有色金屬地質礦產局第六地質大隊，河南 鄭州 450016）

鋁土礦是24種列入我國戰略性礦產目錄的大宗緊缺礦產之一。作為當今世界上鋁生產和鋁消費第一大國，我國龐大的鋁工業產能對鋁土礦資源的消耗量持續居高不下［1］。由于國內鋁土礦資源供給能力不足，需從國外大量進口以彌補需求缺口，導致我國鋁土礦資源對外依存度過高，資源供應安全形勢嚴峻［2］。雖然我國鋁土礦資源總量較為豐富，近年來找礦成果也很顯著，但查明資源量總體偏低［3］，亟需進一步加大找礦勘查力度，提升我國鋁土礦資源保障能力。

河南省西北部是我國重要的鋁土礦產地［4-6］，目前已發現的鋁土礦床和礦點主要分布在焦作—濟源、陜州—新安、嵩山—箕山和汝州—寶豐等4個片區［4］，其中之一就是位于三門峽與洛陽之間的陜州—澠池—新安成礦帶，簡稱陜澠新成礦帶。研究結果顯示，該成礦帶累計探明鋁土礦儲量超過2億t，尚未發現和查明的資源潛力仍然巨大［7-9］。因此，在本區尋找新的優質鋁土礦床，成為保障河南省乃至整個中國鋁行業可持續、高質量發展重要而緊迫的任務。近年來，圍繞鋁土礦找礦這一目標，本區實施了多個“煤下鋁”整裝勘查項目［10-12］，取得了豐富的找礦成果。前人對本區鋁土礦的地質特征［13-15］、成礦條件［16］、礦床成因［17］、成礦規律［18-20］、找礦預測［21-22］和資源開發等［23］進行了許多研究和探索，但缺乏對本區構造控礦作用的系統性研究。

基于課題組在本區開展鋁土礦找礦勘查工作實踐中取得的新發現和新認識，結合以往地質勘查和研究成果，概述本區鋁土礦的成礦地質條件、礦床分布情況及其地質特征，系統總結區域及典型礦區地質構造發育特征，詳細分析區域構造形成演化機制以及地質構造對鋁土礦成礦和破壞等方面的控制作用，討論并指出構造控礦研究尤其是正斷層破礦作用研究對本區鋁土礦找礦、勘查和開采工作的重要意義。

1 區域地質概況

據《河南省區域地質志》，陜澠新成礦帶大地構造位置處于中朝準地臺華北陸塊南緣、華熊臺緣坳陷澠池—確山陷褶斷束西北部［24］，所在成礦區帶屬豫北—豫西鋁土礦成礦區（Ⅲ級區帶）、澠池—魯山礦集區（IV級區帶）［25］。區域地層屬華北地層區，沉積巖廣泛分布，厚度巨大。地層發育較齊全，除了奧陶系上統、志留系、泥盆系和石炭系下統缺失外，前寒武系熊耳群、汝陽群、洛峪群至新生界古近系、新近系、第四系在區內均有出露。

石炭系上統本溪組（C2b）是本區鋁土礦含礦層位，為一套鐵鋁質混合沉積層，平行不整合覆蓋于奧陶系中統馬家溝組（O2m）碳酸鹽巖之上。含礦巖系一般包括3段：下段（C2b1）為鐵質黏土巖、頁巖，局部鐵質富集形成山西式鐵礦；中段（C2b2）為鋁（黏）土礦層，主要為鋁土礦、硬質黏土礦；上段（C2b3）為鋁質黏土巖、頁巖、粉砂巖，局部夾碳質頁巖或煤線層。含礦層上覆地層由老至新依次為石炭系上統太原組（C2t）、二疊系下統山西組（P1s）、二疊系下—中統石盒子組（P1-2s）和第四系（Q）。除第四系與下伏地層呈角度不整合接觸外，其余地層之間均為整合接觸關系。

區域上由西往東發育陜州斷陷盆地、澠池向斜盆地和新安向斜盆地，發育近EW向、NW向和NE向3組斷裂構造。其中，近EW向和NW向主干斷裂主要為印支—燕山期形成的壓性或壓扭性逆斷層；NE向斷裂主要為張性正斷層，除陜州斷陷盆地與澠池向斜盆地之間的數條規模較大者是印支—燕山期擠壓—剪張耦合作用的產物外，其余大多形成于喜山期伸展變形環境。受3組斷裂影響，形成許多地質斷塊，對鋁土礦的空間展布起著重要控制作用（圖1）。

區域巖漿巖不甚發育，地表零星出露，見中元古界熊耳群中性火山巖，北部和南部有少量燕山期石英斑巖侵入中上元古界，西部局部有燕山期花崗斑巖侵入石炭系。本區巖漿巖多為淺成侵入相，對鋁土礦影響極弱。

2 鋁土礦床分布及其地質特征

陜澠新成礦帶鋁土礦床（點）主要分布在三門峽市陜州區、澠池縣和洛陽市新安縣境內，根據礦床（點）的空間分布情況及其與區域構造發育的關系，可劃分為西礦帶、中礦帶和東礦帶3個子礦帶［7-9］。其中，西礦帶和中礦帶以扣門山斷裂為界，中礦帶和東礦帶以龍潭溝斷裂為界。各礦帶礦床分布范圍、礦體（層）特征、礦石品位和代表性礦床的基本情況見表1。

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研究表明，本區鋁土礦的成因類型為沉積型。含礦層受石炭系上統本溪組控制，形成于奧陶系古巖溶風化殼之上。礦體形態主要呈層狀、似層狀、透鏡狀或溶斗狀，受成礦時的沉積環境和古地形控制。在地形較平坦、沉積環境較穩定地區，形成層狀、似層狀礦體；在地形起伏較大的巖溶洼地，形成透鏡狀礦體；在地形高差懸殊的溶斗發育地區，形成溶斗狀礦體（圖2）。層狀、似層狀和透鏡狀礦體產狀與頂底板圍巖基本一致，溶斗狀礦體因形態明顯下凹而與頂底板產狀有明顯差異（圖3）。

鋁土礦石顏色主要呈不同程度的灰色，部分呈灰褐色、黃褐色、黃綠色。礦石結構主要有晶粒結構、鮞狀結構、豆狀結構、粒屑結構、碎屑結構以及它們之間的過渡混合結構。礦石構造主要有致密塊狀、條帶狀（層紋狀）、蜂窩狀和土狀（粗糙狀）構造。按礦石結構、構造劃分自然類型，可分為致密狀、礫屑狀、豆鮞狀、蜂窩狀、碎屑狀鋁土礦，以及它們之間的復合類型。礦石中含鋁礦物主要為一水硬鋁石，含量一般為55%～85%；含硅礦物主要為云母、高嶺石和伊利石。此外，礦石中還含有赤鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦、銳鈦礦、方解石、三水鋁石等微量礦物。

礦石主要化學成分為 Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2和LOSS，一般占95%以上，次要化學成分為CaO、MgO、K2O、Na2O、S、Li2O、Ga等。其中：K2O和Na2O為伴生有益組分，可以減少氧化鋁溶出過程中的堿耗；Ga為伴生有用元素，可在氧化鋁生產過程中綜合回收利用；Li2O雖然為有用稀有組分，但是大多未達到綜合利用品位要求；SiO2和S為有害成分，高硅、高硫礦石一般難以直接利用，溶出之前往往需要增加脫硅、脫硫流程，增加生產成本；Fe2O3對溶出過程也有一定的不利影響，可通過赤泥選鐵技術進行回收。

3 區域構造特征及其形成演化機制

3.1 區域構造發育總體特征

本區地層產狀總體較為平緩，區域構造以斷裂和斷塊為主，褶皺作用相對較弱。區域上發育近EW向、NW向和NE向3組斷裂，這些斷裂連同由它們交叉切割形成的斷塊、斷陷盆地和局部隆起，構成了本區地質構造的總體格架。研究表明，這3組斷裂最早形成于印支期，并持續活動至喜山期，具有多期活動疊加和力學性質復雜的特點［6，26］。

（1）近EW向斷裂組。由以硤石—義馬逆斷層為主干斷層的一系列逆斷層組成。硤石—義馬斷層在本區長約70 km，總體走向近EW，主斷層面傾向S—SW，傾角35°～68°，斷距大于1 km，是一條由北向南逆沖的大型壓扭性斷裂，晚期具有張性活動跡象。構造分析結果表明，該斷層是印支—燕山期構造擠壓作用的產物，對本區中、新生代構造變形和沉積作用具有一定的控制作用。

（2）NW向斷裂組。由區域東部龍潭溝逆斷層及其旁側的次級羽狀斷裂和西部數條正斷層組成。龍潭溝斷層是岸上—襄郟區域斷裂的一段，在本區長約25 km，總體走向NW，傾向NE，傾角大于60°，是在印支—燕山期構造壓剪作用下形成的一條左旋走滑—逆斷層。與主斷層走向近平行的片理帶和小型背斜反映了構造擠壓作用，與主斷層呈銳角相交的伴生羽狀斷裂反映了構造剪切作用。區域西部的NW向正斷層則是喜山期區域伸展作用的產物。

（3）NE向斷裂組。由數條長10～20 km的近于平行的正斷層組成，其中規模較大的有扣門山斷層、煤窯溝斷層和鹿馬斷層。該組斷裂總體走向NE，傾向NW或SE，傾角大于65°，主要為張性正斷層。斷層兩盤地層通常還發育與其走向近于平行的寬緩褶皺，表明局部存在一定的擠壓作用。在鋁土礦勘查過程中發現，本區各個礦區或其周邊都較發育近NE向、規模不等的正斷層。該組斷裂構造的活動期次主要有兩期，早期印支—燕山期剪張作用形成的正斷層主要分布于區域西部陜州斷陷盆地與澠池向斜盆地之間，晚期喜山期伸展環境形成的正斷層則在整個區域都有發育。

3.2 區域構造形成機制和演化過程

本區位于華北板塊南緣，區域構造演化與華北—揚子板塊的陸—陸碰撞作用以及西太平洋板塊的俯沖作用密切相關［27-29］，中、新生代構造變形主要經歷了印支—中燕山期擠壓—剪張變形和晚燕山—喜山期伸展變形這兩期具有不同構造作用環境的發展過程。

3.2.1 印支—中燕山期構造擠壓—剪張變形階段

印支期末，古東秦嶺洋關閉，華北板塊與揚子板塊發生碰撞造山作用，本區進入陸內構造演化階段。在東秦嶺造山帶擠壓隆升環境條件下，本區從西往東發育了一系列山前拗陷盆地，如三門峽盆地、澠池—義馬盆地和洛陽盆地。燕山期陸內造山作用持續加強，拗陷盆地進一步發育，在近SN向不對稱擠壓作用下，形成了近EW向的硤石—義馬逆斷層和NW向的龍潭溝走滑—逆斷層，在區域左旋剪張作用的耦合作用下，形成了扣門山斷層、煤窯溝斷層、鹿馬斷層等一系列NE向正斷裂。3組不同方向的斷裂相互交錯，將拗陷盆地分割成多個地質斷塊，構成了本區后續構造演化的基本格架（圖4（a））。

3.2.2 晚燕山—喜山期區域伸展變形階段

侏羅紀末，受西太平洋板塊俯沖作用影響，本區構造體制開始由后碰撞造山擠壓環境向伸展環境轉變。伸展作用在中—晚白堊世達到高峰，并一直持續至喜山期。在區域伸展作用下，本區早期構造形跡復活，正斷層廣泛發育，斷陷構造進一步發展，逐步演化形成當前區域構造格局（圖4（b））。

4 典型鋁土礦區構造發育特征

為了研究礦區構造對鋁土礦床的控制作用，收集并梳理了陜澠新成礦帶8個典型礦區的構造發育信息，見表2。其中：西礦帶2個礦區，中礦帶4個礦區，東礦帶2個礦區，確保了礦床分布具有充分的代表性。經統計分析可以發現，各礦區構造均以正斷層為主，并對礦體產生破壞作用。

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5 地質構造對鋁土礦的控制作用

成礦前的古老基底構造和成礦后的中、新生代構造變形，對本區鋁土礦的成礦、賦存和分布具有非常顯著的控制作用，主要表現在2個方面：①區域構造控制礦床在廣域上的空間展布；②正斷層對礦體連續性和完整性造成破壞。

5.1 區域構造控制礦床空間展布

本區鋁土礦在晚石炭世通過沉積成礦作用形成于奧陶系古巖溶風化殼之上。成礦前古隆起和古拗陷的分布規律，控制著含礦巖系和礦層的形成或缺失，成礦作用主要發生在拗陷區的邊部及其與隆起區的過渡地帶（圖1）。

印支—中燕山期構造擠壓—剪張作用，形成了陸內擠壓型拗陷盆地，產生了3組不同方向和性質的斷裂。這3組斷裂的交叉切割、差異運動及其組合效應，形成了眾多規模不等的地質斷塊，控制著鋁土礦的空間展布。以扣門山斷裂和龍潭溝斷裂為界，陜澠新成礦帶被劃分為西、中、東3個各具特點的子礦帶。

晚燕山—喜山期伸展變形繼承了早期構造形跡，促使早期地質斷塊復活并發生相對升降運動，形成了許多地塹、地壘和斷陷構造，控制著鋁土礦層的保存和出露定位。在斷陷盆地，含礦巖系和礦層保存條件較好，但因埋深較大通常不易被發現。在相對隆起區，礦層埋藏較淺容易出露地表，保存條件較差，常因剝蝕作用強烈而消失殆盡。

5.2 正斷層破壞礦體的連續性和完整性

在礦區尺度上，構造控礦作用主要表現為正斷層對鋁土礦體連續性和完整性的破壞，即正斷層破礦作用。從上述8個典型礦區的構造發育特征（表2）來看，礦區地層多呈單斜產出，雖有起伏但總體產狀平緩；礦區構造以斷裂為主，絕大多數為正斷層，偶有逆斷層也是礦區或礦帶的邊界斷裂。

正斷層破礦作用主要有2種表現形式：①在剖面上，含礦巖系和礦層被斷層錯斷，沿走向或傾向不連續，斷面兩側存在縱向落差；如果構造作用強烈或礦巖強度較弱，還會導致礦體支離破碎。②在平面上，由于正斷層效應，含礦巖系或礦層通常會重復出現，但其間會缺失礦體，反映在礦體水平投影圖上即為出現無礦天窗。部分代表性礦區的正斷層破礦特征見表3和圖5。

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6 對找礦、勘查和開采的重要意義

6.1 區域構造特征對地質找礦的指導作用

成礦帶的空間展布特征和礦床的定位分布規律為地質找礦明確了方向。目前本區已查明的鋁土礦床和礦點主要分布在拗陷盆地的北半部邊緣地區，如陜州斷陷盆地北部，澠池向斜盆地西部、北部和東部，新安向斜盆地西部和西北部。盆地中部和南半部均未見礦，其原因可能為：根本未成礦，或者礦體埋藏太深而尚未被發現，或者已在盆山耦合演化過程中破壞殆盡。因此，在預測找礦目標和制定找礦方案時，應遵循這一成礦規律，并加強構造控礦研究。此外，斷裂切割礦體并將其抬升至近地表或直接出露地表，也有助于找礦發現。

6.2 正斷層對資源勘查和開采的重要影響

根據代表性礦區斷裂構造發育特征的統計分析結果可以發現，正斷層在本區各礦區的發育及其對礦體完整性和連續性的破壞是一種普遍現象。而且，除了少數大型斷裂外，一般正斷層多為隱伏斷層，通常難以識別和發現。在資源勘查和采礦實踐中，正斷層破礦作用所產生的不利影響是廣泛而嚴重的，主要表現在如下3個方面，本研究結合圖6進行簡要分析。

（1）對于資源勘查，如果沒有查明正斷層，則會造成對礦體的控制程度不足，影響對礦床勘查類型和礦體變化特征的準確判斷。如圖6（a）所示，由于沒有實施加密鉆孔，未能控制隱伏斷層，導致礦體圈連不合理。實施加密鉆孔之后，發現并控制了隱伏正斷層，正確圈連了礦體（圖6（a'））。對比圖6（a）和圖6（a'）可以發現，兩種礦體圈連方式的差異性非常明顯。因此，準確識別和有效控制隱伏正斷層對客觀準確評價礦體特征非常重要。

（2）對于資源儲量估算，如果沒有剔除正斷層無礦天窗，則會導致資源儲量被高估。圖6（b）和圖6（b'）分別顯示了有、無斷層條件下的礦體水平投影資源儲量估算范圍。可以看出，在未發現和控制正斷層條件下的資源儲量估算范圍明顯偏大，而且遺漏了因正斷層效應所導致的無礦天窗。

（3）對于礦山設計和開采，如果沒能發現正斷層并準確定位，則會造成采礦工程布置不當和投資浪費，影響礦山正常建設生產。圖6（c）顯示了根據無斷層礦體剖面圖所布置的采礦巷道和上山工程，圖6（c'）顯示了上述工程在有斷層礦體剖面圖上的投影。可以看出，采礦工程明顯偏離礦體真實位置，難以有效進行礦體回采，只能變更采礦工程設計，已施工的工程也將報廢。

根據回顧性調查，正斷層破礦作用所造成的不良問題在本區許多勘查區、老礦山和在建礦山都很突出。因此，在資源勘查和礦山開發過程中，應對正斷層破礦作用給予足夠重視并加強研究，盡量將其不利影響降到最低程度。

7 結論

（1）陜澠新成礦帶中、新生代構造變形以斷裂、斷塊和斷陷構造為主。在印支—中燕山期近SN向不對稱擠壓和左旋剪張耦合作用下，形成了近EW向、NW向和NE向3組不同方向、性質的斷裂和一系列地質斷塊。在晚燕山—喜山期伸展環境下，正斷層和斷陷構造進一步發展，逐步形成本區當前構造格局。

（2）成礦前的基底構造和成礦后的斷裂、斷塊構造對本區鋁土礦成礦、保存和空間展布具有重要控制作用。沉積成礦主要發生在古拗陷邊部及其與古隆起的過渡地帶，保存良好的礦床主要分布于拗陷盆地的北半部邊緣地區，并被區域斷裂分割為3個各具特點的子礦帶，這為地質找礦指明了方向。

（3）正斷層在本區各礦區普遍發育，且多為不易發現的隱伏斷層，其控礦作用主要表現為對鋁土礦層連續性和完整性的破壞，給礦床勘探、資源儲量估算和礦山設計開采造成了非常嚴重的不利影響，因此應重視和加強對礦區正斷層的勘查識別及其破礦作用的研究。