河南濟源鋁土礦地質特征探討

中圖分類號：P536 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)20-0118-04

DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2025.20.027

Abstract:Jiyuanbauxiteminingarea islocatedatthesouthernfotoftheTaihang Mountains，closetotheYellowRiver， andhasabundantbauxiteresources.Thegeological structureofthisareaiscomplex.Thestrataincludegeologicalunitssuchas theQuaternary，Carboniferous，PermianandOrdovician.Thegroundwatersystemismainlydividedintothreewater-bearing groups.Themain magmaticrocksintheminingareaaredevelopedinthemiddebasicvoleanicrocksoftheXionger Groupin theMiddleProterozoic，theintrusiverocksoftheYanshanianperiod，andtheolivinebasaltoftheDa'anFormationintheMesoCenozoic.BauxitemainlyocursinthemiddlesectionoftheBenxiFormationoftheUpperCarboniferous System.Thethickness oftheorebodychangesgreatly.Themineralcomposionismainlybauxite，acompaniedbyassociatedmineralssuchasclay mineralsandiron-manganeseoxides.Thespatialdistributionoftheorebodyissignificantlyaffectedbytectonicmovementand thestabilityoftheminingarearequiresspecialatention.Throughthestudyofthegeologicalcharacteristicsoftheminigarea， themetallogenicmechanismandgeologicalbackgroundhavebeenrevealed，providingscientificbasisforfutureexplorationand development.

Keywords: Jiyuan； bauxite；mineralization; geological setting;metallogenic mechanism

河南濟源礦區位于太行山南麓，南側緊鄰黃河，地理坐標為北緯 34^°58^′～35^°08^′ ，東經 112^°27^′～112^° 37^′ 。該區域屬于暖溫帶大陸性氣候，年平均氣溫約為15^°C ，極端最高氣溫可達 41.4^°C ，最低氣溫可降至- -18°C 0礦區地勢總體上中間高、四周低，西北高、東南低，海拔標高從 160m 到 639.10m 不等，一般標高介于400至 500m 之間，屬于低山丘陵區。礦區內的地形切割中等，溝谷縱橫交錯，呈現出明顯的“V\"字形地貌特征。區內水系屬黃河水系，徑流條件良好，澗底河作為礦區最大的河流，自北東向南西注入黃河[1-2]。

根據河南省地下水系統分區，本區地下水系統被歸類為黃河北孔隙地下水子系統。該區出露的主要地層包括太古界林山群、元古界熊耳群及古生界的寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和三疊系。按照含水層巖性特征、孔隙性質、埋藏條件及地質時代等因素，將地下水劃分為以下3個主要的含水組。

第四系松散孔隙含水層：分布在山頂平臺的黃土層，少量分布于溝谷之中，主要由亞黏土、鈣質結核及碎石組成。黃土賦水性差，民井涌水量極小，不能滿足供給。

石炭系-二疊系下統灰巖砂巖裂隙含水組：由石炭系上統灰巖、砂巖、頁巖互層與二疊系下統砂巖、頁巖互層組成。此含水組在地表裂隙較為發育，但大都為泥質、砂質半充填，平均裂隙率 6% ，且多為閉合或半閉合型，含水性受裂隙控制，故含水不均勻，單位涌水量一般低于 0.1L/s?m ，屬于弱含水層。

奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層：主要成分為方解石，含有泥質和硅質，自然厚度大，溶裂隙較發育，富水性強，分布面積廣，水質較好，是礦區重要的含水層之一。

此外，礦區的年平均降水量為 600～700mm ，降水集中在7、8、9三個月，占全年降水的 60% 以上。每年11月至次年2月為霜凍期。礦區年平均蒸發量約為1 500mm 。小浪底水庫作為礦區附近最大的地表水體，庫容達126.5億 m³ 淤沙庫容75.5億 m³ ，長期有效庫容51億 m³ ，正常高水位 275m ，可作為地下水排泄基準面。

1礦區地質

1.1地層

礦區的地層屬于華北地層區豫西小區澠池新安小區，主要由不同地質時代的沉積巖構成。這些地層按照其含水性和巖石特性可以進一步細分為以下幾類。

第四系(Q)：分布在山頂平臺的黃土層，少量分布于溝谷之中，主要由亞黏土、鈣質結核及碎石組成。黃土賦水性差，民井涌水量極小，不能滿足供給。第四系覆蓋在其他地層之上，厚 2.6m 至 69.69m ，分布范圍廣泛，主要巖性為土黃色、棕紅色亞黏土夾鈣質結核及碎石，黏土顆粒較大，分選性差，含水性及透水性差，屬局部含水的弱含水層，受大氣降水補給，以地下和地表徑流形式排泄。

石炭系(C)：主要由上統(C2t的灰巖、砂巖、頁巖互層組成。該層灰巖連續性不是很好，故含水性不均勻，且富水性差。石炭系太原組地層在地表出露面積較少，面積大約 1.6km² ，一般與礦體露頭線接觸，主要分為2個延續帶：第一是從馬界南部的石炭系地層順礦體露頭線展延到西莊、南莊、南嶺一帶；第二是從黑溝崖地石炭系地層順著礦體露頭展延到后溝、硫磺四礦一帶。石炭系上統地層寬度較窄，出露地表的巖性為生物灰巖、砂巖、黏土頁巖、炭質頁巖及砂質頁巖等。礦區石炭系地層呈單斜產出，傾角 10^° 左右，傾向東偏北，受古地理環境和剝蝕影響，沉積厚度不均勻，最大厚度 70.32m ，最小厚度 0.12m ，一般厚度 4～15m 。鉆孔可見灰巖層最多4層，一般1\\~2層，厚度變化大，一般鉆孔灰巖總厚度在 2～4m ，有些鉆孔灰巖厚度達不到 1m ，有些鉆孔厚度達到十數米，單層最大厚度10.38m ，最小厚度 0.12m ，灰巖厚度一般 3～6m ，而灰巖連續情況不是很好，局部鉆孔未見灰巖。在本層中，鉆孔常見漏水、縮徑現象，漏水、縮徑巖層一般為灰巖、長石砂巖。

二疊系(P)：主要由下統(P1)的砂巖、頁巖互層組成。該層雖然裂隙較發育，但大都為泥質、砂質半充填，平均裂隙率 6% ，但多為閉合、半閉合型，而其含水性受裂隙控制，故含水不均勻，且富水性差。二疊系地層在地表大范圍出露，面積約 13.7km² ，大部分出露礦區外圍的東部及斷層F1的南部與斷層F2的北部，主要巖性為石英砂巖、長石砂巖、砂質頁巖、炭質頁巖及黏土頁巖等。地層呈單斜產出，傾角 10^° 左右，傾向東偏北。在礦區內，因受剝蝕沉積影響，礦區內少有出露，僅在礦區上木萍上方區域少量出露。該層主要砂巖與頁巖互層產出，而與石炭系上統接觸地帶并無明顯的隔水層存在，故把石炭系上統與二疊系下統地層合并為一個含水組。

奧陶系(O)：主要成分是方解石，含有泥質和硅質，自然厚度大，溶裂隙較發育，富水性強，分布面積廣。通過泉眼調查，流量較小 Q=0.5L/s ，地下水屬HCO3-Ca類型水，水質較好。奧陶系地層在地表出露面積較為廣泛，主要集中在礦區的西部和南部地區，呈不規則形狀展延，出露面積大約 11km² ，地層的邊緣部位離礦體露頭很近，甚至接觸。本層為灰巖，主要成分為方解石，含有泥質和硅質，地層呈單斜產出，傾角 4^°～15^° ，平均 10^° ，總體傾向北東方向，分布較為廣泛，厚度大，根據礦區的深溝切割，露出地表的灰巖厚度已達250余米。

1.2構造

礦區位于2條近東西向斷裂之間的地壘狀隆起帶上，即王爺廟斷層(F1)和逢石河斷層(F2)。這2條斷層對礦區地質構造有著重要影響[3]。

王爺廟斷層(F1)：走向北西 290^°～320^° ，傾向南西，傾角 70^°～82^° ，長約 4500m ，斷距 20～150m 。該斷層為一條正斷裂，破碎帶巖性復雜，具有較強的賦水性。其主要由頁巖、黏土巖和炭質頁巖組成，厚度較薄。由42個鉆孔資料統計，厚 0～9.85m ，平均 1.15m 且有62個鉆孔此層缺失。位于鋁土礦層之上，作為礦層直接頂板，未來開采時，不具隔水意義。

逢石河斷層(F2)：走向近東西，傾向正北，傾角50^°～60^° ，長約 4600m ，斷距 100m 左右。同樣是一條正斷裂，且在斷層兩側存在明顯的地層差異。斷層破碎帶及其邊緣地帶，巖溶裂隙發育，裂隙半充填，充填物為方解石、泥質、砂質，灰巖方解石結晶程度在斷層灰巖局部地段較高。斷層特征表明其具有一定的阻水能力。

礦區內的其他構造如褶皺和節理裂隙也對礦區地質條件產生了一定的影響。例如，褶皺的存在改變了地層的原始產狀，使得某些地段的礦體形態變得復雜，增加了開采難度；而節理裂隙則為地下水提供了良好的通道，影響了礦區的水文地質條件。

1.3 巖漿巖

中元古代時期，濟源地區經歷了顯著的火山活動，形成了熊耳群中的中基性火山巖。這類火山巖主要出露于王屋山地區、岱嵋寨隆起及北秦嶺構造帶的靈寶一洛寧一汝陽地區的隆起中心部位。熊耳期火山巖是該地區早期重要的巖漿活動產物，其形成時間大約在1613百萬年前( Ma) ，與洛峪口組中的沉凝灰巖暗示的火山活動時間相吻合，表明這一時期該地區存在活躍的火山噴發。巖石類型主要包括安山巖、玄武巖及其相關的火山碎屑巖。進入中生代燕山期，濟源地區發生了零星但重要的侵入巖活動。這類侵入巖主要分布在陜縣鋁土礦區一帶，其他鋁土礦區則未見此類侵入巖的存在。燕山期侵入巖通常順層產出，對鋁土礦床的影響不大。巖石類型主要為花崗質巖類，如花崗巖、閃長巖等，呈現等粒狀結構或斑狀結構，礦物組成以石英、鉀長石、斜長石和黑云母為主。這類侵入巖體的出現反映了當時區域內的構造變動，但由于它們一般順層產出，對周圍的鋁土礦床并未產生明顯影響。到了中-新生代，濟源地區再次經歷了一次重要的火山活動，形成了被稱為“大安組\"的陸相橄欖玄武巖及相應的火山碎屑巖系。這套地層主要分布在伊川縣葛寨至汝陽縣大安一帶。巖石類型主要為橄欖玄武巖，顏色多為暗綠色或黑色，具有細粒結構或輝綠結構，有時可見到杏仁狀構造。這類火山巖的形成與區域內的拉張構造環境密切相關，標志著華北板塊邊緣發生了大規模的伸展作用，導致深部地幔物質上升并發生部分熔融，最終通過裂隙系統噴發出地表。這種火山活動不僅塑造了當地獨特的地貌景觀，也在一定程度上影響了區域內的礦產資源分布。

2 礦體地質

礦區的鋁土礦主要賦存于石炭系上統本溪組中段（C2b2），礦體內部結構簡單，顏色多為淺灰、灰白色，厚度變化較大，通常在 2～6m 之間，最厚可達 17m 。礦石類型以礫屑狀和致密塊狀為主，其中致密塊狀礦石較為堅硬，垂直方向上的抗壓強度較高。礦體直接頂板為炭質頁巖巖組，而直接底板則為鐵質頁巖巖組；當缺失石炭系下統時，奧陶系灰巖成為間接或直接底板。

礦體與下伏奧陶系中統上馬家溝組灰巖呈平行不整合接觸。這種接觸關系不僅反映了成礦時期的地質背景，也為理解礦床形成機制提供了線索。由于缺乏明確的巖槳作用跡象，可以初步判斷該礦床是在特定的沉積環境下形成的，隨后經歷了復雜的構造變動和后期改造過程

3 礦體特征

礦區內的鋁土礦體表現出如下特點。

厚度變化：礦體厚度變化較大，從幾厘米到十幾來不等，這取決于礦體的具體位置及其所處的地層環境。據189個鉆孔資料統計，大多數孔可見到軟弱層，這些軟弱層巖石顆粒膠結性能很差，力學強度低，巖體質量多屬壞-極壞級。非但如此，它們吸水后膨脹，呈塑性狀態，干燥后收縮，呈固態且產生裂隙。更有害的是，有些軟弱層極薄且互相疊加又反復出現，綿延整個礦區。

礦物成分：礦石中的礦物成分主要包括鋁土礦本身及其他伴生礦物，如黏土礦物、鐵錳氧化物等。這些伴生礦物的存在不僅影響了鋁土礦的質量，也可能為綜合開發利用提供機會。例如，鐵錳氧化物可以用作冶金工業中的原料，而黏土礦物則可用于陶瓷生產等領域。

物理力學性質：根據賈溝、張窯院、石寺礦區的物理力學性質參數參考數值，鋁土礦的天然容重約為2.73g/cm³ ，極限抗壓強度介于 67.5～441.7MPa 之間，表明其巖石半堅硬，巖體質量較差。具體來說，鋁土礦巖芯中見有一組裂隙發育，傾角為 90^° ，沿其垂直方向抗壓強度較高，局部因裂隙影響強度降低，屬半堅硬巖石。該組巖芯中見有一組裂隙發育，傾角為 90^° 。

空間展布：礦體的空間分布受到多種因素的影響，包括構造運動、沉積環境變化等。一般來說，礦體沿著特定的構造帶展布，形成了具有一定規律性的礦化帶。通過對礦區已有鉆孔數據的分析，可以繪制出礦體的空間展布圖，這對于指導后續的礦山建設和資

源評價具有重要意義。

礦體穩定性：考慮到礦區地質條件的復雜性，特別是軟弱層和裂隙系統的存在，礦體穩定性是一個值得關注的問題。研究表明，礦體頂底板巖性質量較差，石炭系太原組灰巖巖體質量較好，但是厚度太薄，有時整個厚度甚至不足 1m ，頁巖與灰巖互層，頁巖厚度不一;軟弱層(黏土頁巖、炭質頁巖、薄煤層)分布較為廣泛，而且連續性較強，影響礦床開采時巷道的穩定性。露天開采邊坡的穩定性也較差。因此，在進行礦山設計時，必須充分考慮這些不利因素，采取有效的支護措施，確保安全生產。

4形成機制

礦區鋁土礦的形成可能與古地理環境密切相關，尤其是在特定時期的海洋退卻過程中，形成了適宜鋁土礦沉積的條件。同時，后期的新構造運動也對礦床的保存起到了重要作用。此外，礦區所在的地理位置靠近黃河，歷史上頻繁發生的洪水事件也可能促進了鋁土礦的堆積和保存。然而，具體的成礦機制還需要結合更詳細的地球化學分析、同位素研究等方法來進一步探討[5-7]。

從沉積學角度來看，鋁王礦的形成往往伴隨著紅土化作用的發生。在這個過程中，母巖中的鋁元素被釋放出來，并在適當的條件下沉淀下來，最終形成富含鋁礦物的沉積物。紅土化作用的發生需要溫暖濕潤的氣候條件及足夠的氧化還原電位，這些條件在當時的環境中得到了滿足。此外，頻繁的洪水事件也可能促進鋁土礦的堆積和保存，尤其是在靠近黃河的地區，歷史上的洪水活動為礦體的形成創造了理想的沉積環境。根據礦區地質資料，石炭系上統本溪組中段（C2b2）作為鋁土礦的主要賦存層位，其形成時期正處于海平面下降階段，導致陸地暴露面積增加，有利于紅土化作用的發展。與此同時，區域內的構造抬升作用促使了河流網絡的重新組織，加速了物質搬運和沉積過程，為鋁土礦的集中提供了有利條件[8-9]。

格局，也在一定程度上影響了礦體的空間展布。例如構造裂隙為地下水提供了良好的通道，促進了礦體內外物質交換；而斷層活動則可能導致礦體變形，增加了開采難度。為了更精確地揭示礦體的形成機制，地球化學和同位素分析提供了寶貴的線索。通過測量礦石中的微量元素和同位素比值，可以追蹤成礦物質的來源，推斷成礦流體的性質，并確定礦體形成的溫度、壓力條件。例如氧同位素（8180）和碳同位素（813C）的研究可以幫助區分不同的沉積環境，而鍶同位素L 87Sr/86Sr ）比值則反映了礦石形成時所處的構造背景。這些數據對于理解礦體的成因機制和空間分布規律具有重要意義。

綜上所述，通過對河南濟源鋁土礦區地質特征的研究，可以更好地理解該地區礦產資源的分布規律及其形成的地質背景，從而為未來的勘探開發提供科學依據和技術支持。未來的工作應繼續關注礦區內的構造演化、礦體的空間展布及潛在的環境地質問題，確保資源開發利用的同時保護好當地生態環境。

另一方面，礦區位于小浪底水庫北側，地層呈單斜產出，傾向 40^°～80^° ，傾角 4^°～15^° ，平均 9^° 。礦區重要的斷裂有2條，為王爺廟斷裂和逢石河斷裂，礦區次級斷裂不發育。這些構造特征不僅塑造了當前的地貌

參考文獻：

[1]陳旺.豫西濟源西部鋁土礦成礦地質環境[J].地質與勘探，2007(1):26-31.

[2]盧社香.河南省的鋁土礦[J].地質與資源，2009，18(1):37-41.

[3]李志暉，陳鵬，王小高，等.河南下冶鋁土礦床地質特征及成礦規律[J].礦產勘查，2014，5(5)：720-727.

[4]趙利華.豫西晚石炭世喀斯特型鋁土礦成因[D].北京：中國地質大學（北京），2020.

[5]魏昆侖，侯翔，薛亞飛.淺析濟源下冶鋁土礦厚大礦體成因[J].世界有色金屬，2023(20)：232-234.

[6]徐林剛，孫莉，孫凱.中國鋁土礦的成礦規律、關鍵科學問題與研究方法[J].礦床地質，2023，42(1)：22-40.

[7]袁躍清.河南省鋁土礦床成因探討[J].礦產與地質，2005(1)：52-56.

[8]杜遠生，余文超.沉積型鋁土礦的陸表淋濾成礦作用：兼論鋁土礦床的成因分類[J].古地理學報，2020，22(5)：812-826.

[9]孫雪飛，劉學飛，左鵬飛，等.華北南緣石炭紀仁村大型喀斯特型鋁土礦物質來源與成礦過程研究[J].巖石學報，2023，39(2):600-620.