山西省坡头—西山头一带铝土矿地质特征及成因

廉凯龙 豆贯铭 柴 晨

(1.山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044004； 2.河南省第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471012)

山西省坡头—西山头一带铝土矿地质特征及成因

廉凯龙1豆贯铭2柴 晨1

(1.山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044004； 2.河南省第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471012)

从山西省坡头—西山头一带铝土矿区的地质特征出发，对矿区的地层、构造、矿床地质特征、矿石特征及化学成分进行了分析，并对矿床的成因进行了论述，为该地区的地质勘察工作奠定了基础。

铝土矿，矿床，地质特征，成因

0 引言

铝土矿是金属铝、镓和稀土元素的重要来源，中国铝土矿床主要分布在山西、河南、广西和贵州等省[1]，坡头—西山头一带铝土矿区位于山西省运城市南部，济源—渑池块坳之渑池断凹的东部，北与中条山块隆接触。区内古生界海相及海陆交互相沉积地层发育，石炭系本溪组大面积分布，发育较大规模的铝土矿矿床。

1 矿区地质特征

1.1 地层

矿区出露地层由老到新依次为古生界寒武系下统朱砂硐组(∈1z)、馒头组(∈1-2m)、中统张夏组(∈2z)、寒武系上统—奥陶系下统三山子组(∈3-O1s)、奥陶系中统马家沟组(O2m)、石炭系中统本溪组(C2b)、上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上统上石盒子组(P2s)、新生界古近系始新统门里组(E2m)、坡底组(E2p)、新近系上新统保德组(N2b)、静乐组(N2j)、第四系中更新统(Q2)、全新统(Q4)。

铝土矿主要赋存于石炭系本溪组地层中，本溪组与下伏马家沟组地层为平行不整合接触，据钻探资料统计，本溪组厚度为1.54 m～56.50 m，平均厚度为16.95 m。本溪组由下而上分为一段(C2b1)和二段(C2b2)。本溪组一段(C2b1)为本区含矿段，平行不整合于奥陶系中统马家沟组地层之上，由下至上岩性分别为：山西式铁矿，铁质粘土岩或铁铝岩，铝土矿，硬质耐火粘土矿，粘土岩等。本溪组二段(C2b2)通常位于硬质耐火粘土矿或粘土岩之上，岩性由下至上为砂质泥岩、长石石英砂岩、生物碎屑灰岩等。

1.2 构造

矿区内构造较复杂，主要构造类型为向斜构造和断裂构造。向斜构造位于矿区西南部，主要表现为构造两翼自奥陶系马家沟组—二叠系下石盒子组地层相对出现，且两翼产状相反，其走向为NW300°，向斜轴部位于坡头村—关浮沱村一线，多被静乐组地层履盖。矿区内断层发育，断层类型均为正断层，规模较大断裂有十几条之多，对矿层影响较大。

2 矿床及矿石特征

2.1 矿床地质特征

区内铝土矿主要赋存在本溪组中上部，矿体形态复杂，受奥陶系侵蚀面影响和控制，主要呈窝子状、透镜状、似层状产出，产状变化大。铝土矿矿体厚度为0.40 m～14.55 m，平均厚度为2.45 m，厚度变化系数为94%，厚度变化不稳定。根据自然剥蚀分割及工程见矿情况，本次工作共圈定铝土矿矿体14个，其中主要矿体有3个，现分述如下：

1)AL1矿体。

南北长约456 m，东西宽约380 m，平面上呈近似长方形，呈单斜产出，矿体倾向220°～230°，倾角约9°～12°，赋存标高为503.55 m～601.22 m。矿体平均厚度为2.31 m，Al2O3平均品位为70.37%，SiO2平均品位为9.12%，Fe2O3平均品位为1.64%，A/S平均为7.7。

2)AL2矿体。

东西宽约1 818 m，南北长约995 m，平面上呈不规则多边形，形态较为复杂，矿体平面上形成4个沉积无矿天窗，赋存标高为342.69 m～651.61 m。矿体平均厚度为2.89 m，Al2O3平均品位为62.55%，SiO2平均品位为12.21%，Fe2O3平均品位为5.35%，A/S平均为5.1。

3)AL8矿体。

东西总长约2 200 m，南北宽765 m，平面上呈不规则长条形状，矿体倾向110°～160°，倾角约6°～14°，赋存标高394.03 m～556.17 m。矿体平均厚度2.30 m，Al2O3平均品位为63.22%，SiO2平均品位为14.54%，Fe2O3平均品位为2.38%，A/S平均为4.3。

2.2 矿石特征及自然类型

据野外观察及岩矿鉴定结果对矿区内铝土矿的结构和构造类型进行了划分，区内铝土矿的结构类型主要为豆鲕状结构、碎屑状结构、粗糙状结构、致密状结构，构造类型主要为块状构造，其次为似层状构造。按照铝土矿结构类型可将矿区内铝土矿自然类型分为四类，即豆鲕状铝土矿、碎屑状铝土矿、粗糙状铝土矿、致密状铝土矿，其中以豆鲕状铝土矿和碎屑状铝土矿为主，现分述如下：

1)豆鲕状铝土矿。

占区内矿石总量的60%，为区内主要矿石自然类型，主要分布在矿体中上部，呈深灰～暗灰色，豆鲕状结构，块状构造，主要矿物成分一水硬铝石含量约为80%，其Al2O3含量为40.80%～79.34%，平均为64.01%。

2)碎屑状铝土矿。

占区内矿石总量的30%，为区内重要矿石自然类型，主要分布在矿体的中、下部，呈暗灰色，碎屑状结构，块状构造，主要矿物成分一水硬铝石含量为82%，其Al2O3含量为40.31%～77.19%，平均为61.63%。

3)粗糙状铝土矿。

占区内矿石总量的5%，为区内次要矿石自然类型，主要位于矿体的中、上部，多呈深灰色，致密状结构，块状构造，主要矿物成分一水硬铝石含量约为60%，其Al2O3含量为50.64%～74.35%，平均为63.41%。

4)致密状铝土矿。

占区内矿石总量的5%，为区内次要矿石自然类型，主要位于矿体的中部，多呈深灰色，粗糙状结构，块状、似层状构造。主要矿物成分一水硬铝石含量约为85%，其Al2O3含量为59.18%～79.73%，平均为73.19%，是区内品位最好的铝土矿矿石类型。

2.3 矿石化学成分

本区铝土矿的化学成分为Al2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2，CaO，K2O，Na2O，MgO等，其中Al2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2的总量占总成分的85%，是铝土矿中主要化学成分。

根据铝土矿单样分析结果数据统计，铝土矿中Al2O3含量为40.31%～79.73%，平均为63.12%，品位变化系数为12%；SiO2含量为0.82%～22.66%，平均品位为13.30%，变化系数为42%；Fe2O3含量为0.4%～29.87%之间，平均品位为3.53%，变化系数为131%；TiO2含量为4.59%～1.39%，平均品位为3.02%，变化系数为16%；A/S值为2.6～91.2，平均为4.7，变化系数为213%。以上数据表明，Al2O3，SiO2，TiO2含量变化稳定，Fe2O3含量和A/S变化不稳定。

3 矿床成因

世界上许多铝土矿沉积环境具有海陆交替的特点[2]，本区的铝土矿沉积环境也正是如此。中奥陶世末期，受加里东运动的影响，本区上升为陆，形成一个较宽阔的碳酸盐台地。在经历了志留纪、泥盆纪以及早石炭世长达1.5亿年的沉积间断之后，在中石炭世时，海水自东南方向入侵本区。在沉积间断过程中，古陆上广泛出露的碳酸盐岩风化分解，其中的K，Na，Ca，Mg等元素大多数被淋失，Al，Si，Fe，Ti等元素相对富集，并残留在红土风化壳中。中石炭世海水侵入，在水动力作用下，富铁铝的红土以碎屑悬浮物形式从风化壳中带出，并按各自的化学特性分别沉淀下来。在海侵初期的碱性介质中，铁质首先以Fe(OH)2的形式沉积在岩溶凹地，形成铁矿或铁质粘土岩。铁矿或铁质粘土岩在沉积的同时，也遭受风化、剥蚀迁移的影响，起到填平补齐的作用[3]。随着水体中pH值的变化和铝质浓度的增加，铝质开始呈凝胶状Al(OH)3沉淀，胶状的Al(OH)3具易流动性，因而容易在低洼处(如湖泊、泻湖)富集形成铝土岩层或铝土矿床[4]。此时形成的铝土矿床矿物成分主要为Al(OH)3，是原始的三水铝石矿床。

在此之后，海水动荡不定，反复进退，使早期沉积尚未完全固结的铝土矿体遭受岸流、波浪及潮汐水流的冲刷破碎，形成了大小不等的碎屑角砾。在海流、潮汐的搬运过程中，伴随着水体中的剩余铝质沉淀下来，形成了碎屑状铝土矿。当水动力条件增大时，铝土矿碎屑呈滚动式搬运，经过破碎磨圆，形成了原始的豆粒、鲕粒，在重力作用下逐渐下沉，形成了豆鲕状铝土矿。在此之后，海水逐渐退去，随着地壳上升，水体变浅，水体中有机质的逐渐增多，使pH向酸性演化，SiO2在酸性介质条件下最易沉淀，从而形成了硬质粘土矿或粘土岩。因此，剖面中自下而上具有铁→铝→硅的沉积特点。

伴随着晚古生代含煤岩系及中生代二叠系的沉积，三水铝石矿床逐渐处于深埋状态。由于重负荷加大，大地温度增高，以及岩浆活动的影响，三水铝石矿脱水压实变成一水硬铝石，从而形成了现在的一水硬铝石矿床。

4 结语

1)坡头—西山头一带铝土矿矿床赋存于石炭系中统本溪组地层中，其下伏地层为奥陶系中统马家沟组，铝土矿体主要呈窝子状、透镜状、似层状产出；矿石类型主要有豆鲕状铝土矿、碎屑状铝土矿、致密状铝土矿、粗糙状铝土矿；化学成分以Al2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2为主，Al2O3，SiO2，TiO2含量变化稳定，Fe2O3含量和A/S变化不稳定。

2)本区铝土矿的形成经历了海侵到海退的沉积环境演化旋回，在经历了化学风化、富集、破碎、搬运、沉积、埋深脱水等过程之后，形成了现在的一水硬铝石型铝土矿矿床。

[1] 李再会.重庆南川—武隆铝土矿矿物学、地球化学特征[J].沉积与特提斯地质，2012，32(3)：87-100.

[2] 布申斯基.铝土矿地质学[M].北京：地质出版社，1984：129-130.

[3] 张巧梅.黄门铝土矿地质特征及成因分析[J].西部探矿工程，2013(3)：89-92.

[4] 蒋文钰，代丽芬，欧阳月娣.铝土矿成因与矿石类型关系的探讨[J].南方国土资源,2013(1)：39-40.

Bauxite geology features and causes in Potou-Xishantou region of Shanxi province

Lian Kailong1Dou Guanming2Chai Chen1

(1.ShanxiGlobalPhysical&ChemistrySurveyInstitute,Yuncheng044004,China;2.Henan1stGeological&MineralExplorationInstitute,Luoyang471012,China)

Starting from geological features of Potou-Xishantou region of Shanxi province, the paper analyzes stratum, structure, deposit geology features, mineral features and chemical components, and discusses deposit causes, which has laid a foundation for the regional geology survey.

bauxite, deposit, geological features, causes

2015-06-28

廉凯龙(1988- )，男，助理工程师; 豆贯铭(1985- )，男，助理工程师； 柴 晨(1990- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)25-0091-02

P966

A