西窑矿区铝土矿矿床地质特征及其成矿规律

王凤宇

西窑矿区位于平陆县东部，该区地处中条山中部，南侧紧临黄河，属构造侵蚀低山区，地形总体北高南低，北部黄土覆盖面积较大，南部沟谷发育，属低山丘陵地貌。

1 区域地质

该区位于豫皖断块，济源—渑池块坳之渑池断凹中，区内古生界海相及海陆交互相沉积岩系发育，石炭系本溪组铁铝岩系大面积分布，形成了较大规模的铝土矿层;岩层呈平缓的波浪式褶皱，断裂构造发育。该区域出露地层由老至新为下元古界中条群，中元古界汝阳群，下古生界寒武系、奥陶系，上古生界石炭系、二叠系，新生界第三系、第四系。区内地质构造比较简单，地层总体呈由北西向南东倾斜的单斜构造，沿倾向多呈舒缓波状。断裂构造比较发育，受中条山东侧大断裂影响，区域断裂多为北东—南西向，倾向北西，局部南东，倾角较大，一般大于70°，主要为正断层，切割了整个古生界地层。本区岩浆活动较弱，岩浆岩分布不多，仅在区域中南部南头岭一带沿沟谷出露有花岗斑岩体，呈岩株状侵入于奥陶系、石炭系和二叠系地层中，受其烘烤作用所致，石炭系煤层变质为天然焦炭或无烟煤。本区域矿产较为丰富，以煤、铝土矿、山西式铁矿、耐火粘土矿为主，石膏、石灰岩亦有产出，已不同程度地被开发利用。

2 矿区地质

2.1 矿区地层

矿区出露岩性主要为奥陶系厚层灰岩;石炭系的本溪组和太原组，二叠系有下石盒子组的长石石英砂岩、泥岩，上石盒子组的长石石英砂岩、泥岩夹砂岩，第四系的黄土、残坡积物等。本溪组沉积于奥陶系中统马家沟组之上，与下伏马家沟组地层呈平行不整合接触，最大厚度为73.44m，最小厚度为13.66m，平均厚度为26.80m。本溪组为区内含矿岩系，地层由下至上岩性依次为山西式铁矿(硫铁矿)，灰褐、灰黑色铁质粘土岩，硬质粘土矿，碎屑状铝土矿或粗糙状铝土矿、灰 ～深灰色粘土岩(局部可达到粘土矿)、泥岩或煤线，顶部为生物碎屑灰岩。

2.2 矿区构造

本区自古生代以来，地壳基本固结而不再有强烈挤压褶皱，本区位于豫皖断块，济源—渑池块坳之渑池断凹中，地质构造比较简单，地层总体呈由北西向南东倾斜的单斜构造，倾角 12°左右，沿倾向上多呈舒缓波状。由于断裂构造较发育，断距一般大于 40m，最大130m左右，对矿体的连续性破坏较大，断裂特征如下:

F1断裂:位于矿区南部，走向为北东—南西，因被第四系覆盖断续出现，斜穿整个矿区，南西部延长至黄河，北东部即至矿区边缘，长达1 450m，该断层为一正断层，总体倾向315°，倾角80°，断距60m。F2断裂:位于F1北侧上盘，为一正断层，因被第四系覆盖，矿区内断续出露525m，断距大于100m，倾向315°，倾角80°。

3 矿体、矿石特征

3.1 矿体特征

3.1.1 矿体形态、产状及规律

区内铝土矿层均被上覆地层覆盖，在矿区以南沿黄河岸边呈带状出露，矿体呈似层状、透镜状、漏斗状产出，其形态严格受奥陶系古风化面控制。矿层厚度在 0.5 m～15.54m之间，平均2.52m，低凹处厚度大，且形成两层矿体，连续性较好，且质量相对较好，凸起处厚度薄或无矿，形成无矿“天窗”。铝土矿层赋存于石炭系本溪组中上部含矿层位中，矿层产状与地层产状基本一致，总体 120°～145°∠5°～15°，但局部受古风化面控制而变化大。

3.1.2 矿体厚度及变化规律

本矿区铝土矿受奥陶系古风化面凹凸不平控制，厚度有明显差异，矿体厚度与本溪组厚度正相关，矿体厚度沿走向和倾向呈波浪式起伏变化，经全区 23个见矿孔统计，铝土矿最大厚度为11.48m，最小厚度为 0.5 m，一般为 1 m～3 m，平均厚度为2.52m。矿体厚度变化系数1.05%，大于80%。据统计结果可以看出，厚度频率曲线为偏态，不对称大(见表1)。所以，矿体厚度变化属不稳定范畴。

表1 铝土矿厚度频率统计表

3.2 矿石特征

3.2.1 结构、构造

本区铝土矿矿石结构主要有碎屑状、鲕状、粗糙状、致密状等。矿石构造有块状、孔穴状、薄层状等，以块状为主。

3.2.2 矿物成分

铝土矿矿石的矿物成分主要为铝矿物、硅矿物和铁矿物，三者占矿石矿物含量 95%以上，其余为少量钛矿物和微量矿物。该矿区铝土矿矿石的矿物成分以一水硬铝石为主，含量占矿石总量的50%～95%，一般大于85%，偶见三水铝石，次为高岭石，含量占矿石总量的5%～43%，一般在12%左右，与一水硬铝石含量成反相关关系。矿石中还含有少量的水云母、蒙脱石、赤铁矿、黄铁矿、绿泥石及微量有机质。

3.3 矿石类型

该区为沉积型铝土矿矿床，依据矿石结构，构造大致可划分出豆鲕—鲕状、碎屑状、粗糙状三种自然类型，碎屑状和粗糙状为主要类型。

4 矿床成因、成矿控制因素及成矿规律

4.1 矿床成因

本区铝土矿的形成是与加里东运动分不开的，本区位于中条块隆的南部边缘。当奥陶系沉积成岩之后，由于加里东运动影响，整个华北地台上升为陆，本区也随着陆台的升起，遭受长约1.5亿年的风化剥蚀，直到上石炭初期才逐渐下沉，接受沉积。在长期风化剥蚀过程中，由于气候炎热潮湿，矿区北部的中条凸起及南部秦岭古陆岩系，特别是铝硅酸盐岩石得到充分风化、剥蚀和分解，其中活泼组分(如K，Na，Ca，Mg等)淋滤流失，而相对稳定的组分(如Al，Fe，Ti，Si等)则残留下来。中石炭世早期，地壳下降，海水入浸。古风化壳上残留的铁铝红土，在水动力作用下，以碎屑悬浮物形式从风化物中带出，运移至海中，并按照各自不同的化学行为分别沉淀，当运移到海湾凹地之后，起初由于pH值低，海水中含有较多的SiO2，因此先沉积高岭石质铝土泥岩和二价铁，形成铁的富集。以后由于海水pH值的改变，SiO2的含量逐渐减少，在海水中的中性盐类作用下，使保护氧化铝的腐植化合物受到破坏，而使铝发生凝集沉积而生成铝土矿床。

4.2 成矿控制因素

该区铝土矿的生成是受基底岩石古地形和沉积环境的控制。由于中奥陶统上部泥质灰岩，经长期的风化、淋滤、剥蚀，形成了凹凸不平的准平原，故古地形低凹部位先接受铝的沉积，得到较充分的沉积富集，故矿体厚。凸起的部位在低凹处沉积夷平后，才接受沉积，但由于沉积环境的改变，很快就结束了成矿作用，因此形成凸起地段矿体薄或无矿。

从全区来看，矿体中主要化学成分相对稳定，变化不大，但古地形低凹部位，随着矿体厚度的变大，矿石中 Al2O3含量增大，SiO2含量降低，矿石质量提高。在古地形凸起部位则反之，所以古地形条件和沉积环境决定了本区铝土矿的基本特征。

4.3 成矿规律

铝土矿层赋存于石炭系本溪组中上部含矿层位中。

平陆县东部、夏县南部的 120余平方千米范围内铝土矿成矿地质条件主要受古地貌环境和后期的构造风化剥蚀作用控制，根据区域内已有的地质资料分析，奥陶系古风化面在海浸前，应是起伏不平的沟槽状地貌，沟槽的展布方向应大多为北西向或北北西向。其深浅不一，分布不均，以至形成铝土矿层后，在断面其形态表现为漏斗状或扁豆状，在古地貌低凹处形成厚大矿体，矿石质量好;在古地貌凸起处矿层变薄或沉积无矿。

[1] 山西省地球物理化学勘查院.山西省平陆县西窑矿区铝土矿详查报告[R].2005-2007.

[2] 曾永孚.沉积岩石学[M].北京:地质出版社，2007.

[3] 袁见齐，朱上庆，翟裕生.矿床学[M].北京:地质出版社，2000.