河南登封煤田煤下铝(黏)土矿地质特征及找矿方向*

田鹏州　刘文斌　张艺耀　王征征　李新亮

(河南省煤田地质局一队)



河南登封煤田煤下铝(黏)土矿地质特征及找矿方向*

田鹏州刘文斌张艺耀王征征李新亮

(河南省煤田地质局一队)

摘要河南登封煤田煤下铝(黏)土矿位于鳌头—西白坪铝(黏)土矿成矿带深部，在分析区域成矿地质条件、矿区地质特征的基础上，对铝(黏)土矿体地质特征、成矿规律、矿床成因进行了详细讨论，并分别从地层、含矿岩系、构造、顶板、底板、地表露头、共生矿产等方面总结了区内铝(黏)土矿找矿标志。研究结果表明：该区域找矿方向为本溪组分布区，特别是地层厚度大于8 m的区域，该区铝(黏)土矿资源潜力和找矿前景较可观。

关键词煤下铝矿床地质特征成矿规律矿床成因找矿标志找矿前景

我国铝土矿资源较丰富，已探明的铝土矿储量中，可供露天开采的较少，优质铝土矿更少。为确保我国氧化铝工业的可持续发展，增加后备资源量，有必要大力开展煤下铝的勘查工作。河南登封煤田面积较大，铝土矿赋存层位(本溪组)发育，成矿潜力良好。本研究结合前人研究成果[1-6]，对登封煤田煤下铝(黏)土矿成矿规律、富集规律进行详细研究，并对铝(黏)土矿床成因及找矿标志进行探讨，为区内进一步开展铝(黏)土矿找矿工作提供依据。

1区域成矿地质条件

1.1古地理特征

勘查区位于箕山古岛与嵩山古岛的结合部位，隶属于华北地台南缘，地层分区划属豫西嵩箕小区。勘查区构造活动经历了阜平运动、五台运动以及熊耳运动，致使下元古界与上太古界地层变形剧烈，褶皱发育，并有不同程度的混合岩化，在此基础上，沉积中—上元古界至下古生界地层[1]。在加里东期，勘查区抬升稳定，形成古陆，地层褶皱变形构造基本不发育，古陆壳历时约1.6亿a的风化、剥蚀和夷平。进入晚石炭世中期，区域海西运动强烈，产生海侵运动，使该区域除嵩山古岛和箕山古岛之外的负地形区均被海水浸没。在滨浅海泻湖、湖沼等浅水相环境中，古地理环境适宜，沉积大量晚石炭世富铁、铝、硅建造。晚二叠世后期，研究区地层逐渐抬升，海水慢慢退去，直至中生代，发育成为陆相盆地，接受大面积沉积。之后由于印支运动和燕山运动，该区侏罗系及之前的盖层发生褶皱，断裂构造发育，形成了许多大断裂，为现今构造的基本格局。该区位于嵩山古岛和箕山古岛之间的坳陷盆地内，为滨岸泻湖相沉积环境(图1)[3]。石炭系整体平行不整合于寒武系或奥陶系碳酸盐岩侵蚀面上，构造形态呈现出较强的继承性，表现为褶皱近EW向，断裂则以NE向为主，EW、SN向的断裂较少。

图1　嵩箕地区上石炭统本溪组岩相

1.2成矿地质条件

勘查区位于华北板块南部，嵩箕断隆复式背斜南翼西部，湾子沟—临汝向斜北部。在成矿区划上，属于豫西铝(黏)土矿成矿区、嵩箕铝(黏)土矿成矿亚区、西白栗坪—临汝鳌头铝(黏)土矿成矿带内。该区基底地层为新太古界登封群和古元古界嵩山群，其上分布有一套下古生界海相碎屑岩-碳酸盐建造和上古生界—中生界海陆交互相含煤建造和陆相碎屑岩建造。自古元古代末期嵩山运动后，嵩箕地区的构造运动主要为升降运动，形成了寒武系底界、奥陶系底界及上石炭统底界等3个区域性平行不整合构造，豫西地区铝(黏)土矿均产于上石炭统底界的区域性古风化侵蚀面上。铝(黏)土矿成矿区受燕山期运动的影响较大，使中生代地层形成了开阔的背斜、向斜构造。区域内的构造-岩浆活动较微弱，沉积环境较平静，有利于沉积矿产(煤、铝土矿、黏土矿等)的形成和保存[7]。据河南省地质调查院2005—2008年完成的“河南省重要成矿区带1∶5万区域矿产调查”项目成果和区域重力场铝(黏)土矿成矿场特征，结合地质构造样式综合分析，认为该区重力异常低(负)值带及其周围高(正)值重力异常区(带)的接触过渡部位，特别是高(正)值一侧的重力异常缓坡部位，为铝(黏)土矿的有利成矿部位。

1.3区域构造特征

登封煤田总体为一近EW走向的向斜构造，向斜两翼分别与嵩山背斜和箕山背斜相依，向斜中部窄(石道一带)，东西两端宽，整个矿区形态呈哑铃型。区内发育EW、NW、NE向构造。根据该类构造的展布方向、构造类型和构造复杂程度，可将登封矿区由北至南划分为嵩山复背斜构造复杂区、颖阳—芦店滑动构造区、登封矿区南部较简单构造区和箕山复背斜构造复杂区。区内断裂虽然方向各异，但一般延伸较远，多为线状断裂，断裂走向与地层走向呈平行或斜交，为走向断层或斜向断层。一般来说，EW向断层为走向断层，多为阶梯状，少为地堑、地垒，NW、NE向断层为斜向，分别为左行、右行平移断层，在平面上呈平行排列，从而整体上形成南北成带、东西成块的形态。正断层往往成组出现，呈阶梯状、地堑地垒状断层组合；逆断层一般呈叠瓦状排列[8-10]。

2矿区地质特征

矿区位于颖阳—芦店向斜南翼，区内西部地层NE走向，在大郭沟至白坪为近EW向，往东又转为NE向，倾向总体为NW—N—NW向的单斜构造，地层倾角15°～35°，西陡东缓，构造形迹以断裂为主，区内有数条近EW、NW、近SN、NE等4组规模不等的断层，东部伴有滑动构造，该类构造破坏了地层和矿体的连续性。矿区地层区划属华北地层区豫西分区之嵩箕小区。区内地层主要发育有古生界、中生界和新生界，包括寒武系、奥陶系、石炭系上统本溪组和太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、二叠系上统上石盒子组和石千峰组、三叠系、古近系、新近系及第四系。矿区大致呈长条状，东西长约52 km，南北宽1.6～8.4 km。铝(黏)土矿层赋存于石炭系本溪组地层中，该地层为一套以铝铁质黏土岩为主的海侵前滨海(岸)湖泊相沉积建造，地表多有出露。本溪组地层不整合于奥陶系中统马家沟组碳酸岩长期间断的古风化侵蚀面上，顶板为石炭系上统太原组生物碎屑灰岩或炭质黏土岩，局部为煤层。区内以往煤田勘查时施工的260余个钻孔揭露了本溪组的含铝岩系。近年来，区内开展铝(黏)土矿整装勘查工作施工的57个钻孔，均揭露了本溪组的含铝岩系。矿区含矿岩系为一套含铝、铁黏土岩层，厚1.74～42.37 m，平均厚10.67 m，w(Al2O3)33.28%～79.15%，A/S值为1.0～17.0。该套岩系中含有规模不等的铝土矿体，局部矿体发育较好，品位未达到铝土矿工业指标的，多符合耐火黏土矿的标准。该套地层上部岩性主要有黏土岩、耐火黏土矿、铝土矿，下部为含铁或铁质黏土岩、赤铁矿及硫铁矿等。铝土矿呈透镜状、似层状，主要赋存于含铝岩系的中、上部。该区铝(黏)土矿实为临汝鳌头—西白坪铝(黏)土矿成矿带的深部自然延深。

3矿体地质特征

根据各矿体的产状及平面分布特征，该区由西至东可划分为5个矿段：大郭沟逆断层以西为第Ⅰ矿段(老君堂矿段)，大郭沟逆断层以东、建新庄断层以西为第Ⅱ矿段(郭沟矿段)，建新庄断层以东、安庄逆断层以西为第Ⅲ矿段(新新矿段)，安庄逆断层以东、经线19690000以西为第Ⅳ矿段(磴槽矿段)，经线19690000以东为第Ⅴ矿段(白坪矿段)。结合施工情况，本研究仅对主矿体(Ⅰ1#矿体)进行分析(图2)。该矿体位于普查区西部老君堂段，由此次施工的ZKI6514等10个钻孔和区外ZK17081等7个钻孔控制，矿体走向NE—SE，倾向NW—NE，倾角平均15°，矿体顶板产状与围岩基本一致，矿体平面形态呈“M”形，剖面上呈似层状，矿体走向控制长约3 000 m，倾向宽200～700 m。受矿体平面形态复杂、浅部有港弯存在、东北部矿体边界尚未圈闭等因素的影响，单工程矿体厚度最小为0.80 m，最大为12.40 m，厚度变化系数为90.56%，矿体厚度稳定程度为不稳定，矿体埋深73.00～410.00 m，赋存标高468.00～191.00m。矿石品位：w(Al2O3)55.63%、w(SiO2)15.89%、w(Fe2O3) 5.96%、w(TiO2) 2.36%、w(S) 2.28%、烧失量为13.87%、A/S值为3.6。矿体结构主要为碎屑状、豆鲕状结构。该矿体在西南方向和深部仍有延伸。

图勘探线矿体倾向)地质剖面

4矿床类型及找矿标志

4.1矿床类型及成因

区内铝(黏)土矿与河南其他地区的铝(黏)土矿一致，为产于碳酸盐岩古风化侵蚀面上的沉积型铝(黏)土矿。最具代表性的铝土矿成因有胶体化学沉积说、红土或钙红土残坡积学说以及红土沉积成因说[7-9]。根据研究区铝(黏)土矿的岩相古地理、成矿作用、含矿岩系及矿体特征，认为用红土沉积成因说解释较合理。区内铝(黏)土矿的成矿过程为：河南省的铝(黏)土矿是由早古生代碳酸盐岩经过长期风化侵蚀形成黏土风化壳，在晚石炭世红土化过程中形成三水型铝土矿，在外力作用下，以碎屑颗粒形式，经搬运在邻近的泻湖、海湾中聚集沉积，而后经历成岩后阶段和表生富集作用，形成了现今一水型沉积铝土矿床。具体来讲：①加里东运动致使区域整体抬升，寒武系或奥陶系的碳酸盐岩经受长期风化剥蚀，因物理和化学风化作用的影响，活泼的K、Na、Ca、Mg等被带走，Al、Si、Fe等残留原地，晚石炭世时期气候湿热，风化壳中的黏土物质进一步红土化，形成硬水铝石等矿物，硅铝酸岩矿物在红土化作用的后期被完全分解，可溶性元素被运移，不易溶的铁和铝的氧化物及部分SiO2在原地残留堆积，逐渐发育成水铝石、褐铁矿的残留富集堆积；②随着晚石炭世沉积作用的开始，华北地区开始出现陆表海，在原地堆积的水铝石及部分黏土质矿物通过地表水流以及不间断的洪水重力流的搬运，沉积于深海的泻湖、海湾环境中，通常较细的其他物质易被搬运至远处的湖盆中心，粗粒的碎屑状物质易在滨浅海地带沉积，形成铝(黏)土矿体；③沉积作用完成后，在上覆沉积物和水体的压力、温度、时间等作用下发生成岩作用，铁的氧化物在还原环境下被还原为低价氧化物，形成黄铁矿、绿泥石等，并致使铝土矿颜色变浅，水铝石发生重结晶作用，三水铝石变为一水软铝石，再形成一水硬铝石，后期沉积构造作用使铝土矿保存、抬升，出露地表并接受风化淋滤和剥蚀。

4.2铝(黏)土矿成矿规律

(1)矿床严格受碳酸盐岩古风化壳构造的控制。勘查区铝(黏)土矿床产出于奥陶系的古风化面上，其形成与奥陶系或寒武系碳酸盐岩的风化剥蚀作用紧密相关。在区域抬升、地层接受剥蚀期间的物理和化学风化过程中，形成了以Al、Si、Fe质为主要成分的钙红土风化壳。进入晚石炭世，基底下沉、整体海侵，该类钙红土风化壳在低洼处沉积，形成了含矿岩系和铝(黏)土矿床。

(2)主矿体产出于嵩箕古岛边缘的凹陷部位。勘查区及周边的主矿体物质来源于晚石炭世箕山古岛的侵蚀区，在地表径流作用下沉积于古岛边缘的凹陷部位。矿体的展布方向与古侵蚀区基本一致，大多呈NE向，部分近EW向。各矿段矿体展布方向的变化也与古岛边缘凹陷区一致。

(3)矿体产于石炭系本溪组中、上段。勘查区的铝(黏)土矿、耐火黏土矿主要产于本溪组中、上段。

(4)矿体的形态严格受古岩溶洼地形态的控制。区内的铝(黏)土矿体形态包括层状、似层状、透镜状、洼斗状等，其中层状、似层状矿体多发育于古平坦洼地或溶盆内；扁豆状、透镜状矿体则主要形成于溶洼中，洼斗状矿体一般形成于溶斗内。

(5)区内铝(黏)土矿体的厚度、品位与其含矿岩系的厚度关系密切。统计显示，铝(黏)土矿的厚度、品位与含矿岩系成正相关关系，即含矿岩系的厚度越大，矿体的厚度也偏大，品位一般也偏高；含矿岩系厚度越小，矿体的厚度亦小，并且矿石品位一般较贫。通常情况下，当区域内本溪组含铝岩系的厚度小于3～5 m时，不易形成具有工业价值的矿体。

4.3找矿标志

(1)地层。区内铝(黏)土矿赋存于上石炭统本溪组铝铁岩系内，本溪组厚度仅数米至数十米，底部常有紫红色铁质黏土岩，岩性特征明显，是寻找铝(黏)土矿的直接标志。

(2)含矿岩系。矿体厚度与品位受含铝岩系厚度的制约，含铝岩系厚度愈大，则矿体厚度愈大，矿石品位愈高，反之则相反。通常厚度小于3～5 m的含铝岩系不含矿。找矿重点区域为本溪组地层厚度大于8 m的区域和浅部靠近已知矿体的区域。

(3)构造。登封煤田煤下铝找矿应在背斜翼部和向斜核部及其两翼进行。

(4)顶板。铝(黏)土矿的间接顶板为太原组石灰岩，该段为灰黑色，常有蜓科和海百合等海生动物化石，全区发育，层位稳定，可作为寻找铝(黏)土矿的间接标志。

(5)底板。含矿岩系在预查区西部直接覆盖于寒武系白云质灰岩的古侵蚀面上，含矿岩系在预查区东部直接覆盖于奥陶系石灰岩的侵蚀面上，其形态、产状、厚度均受基底地貌的控制。

(6)地表露头。区内南部存在大量的民采采坑和铝(黏)土矿采坑，为该区寻找盲矿、隐伏矿的直接线索。

(7)共生矿产。区内上部下二叠纪二1煤层全区发育，位于太原组底部的一1煤层局部发育，在本溪组内共生的耐火黏土矿、下部的硫铁矿、赤铁矿、铁质黏土都可作为间接找矿标志。

5结语

登封煤田煤下铝土矿床位于华北板块南部，西邻嵩箕断隆复式背斜，北邻湾子沟至临汝向斜，属于西白栗坪—临汝鳌头铝土矿成矿带，嵩箕铝土矿成矿小区，为白栗坪—临汝鳌头铝土矿成矿带的深部自然延伸。矿床赋存在上石炭统本溪组地层内，属产于碳酸盐岩古风化侵蚀面上的沉积铝土矿，矿体在剖面上呈似层状、透镜状。该区域铝(黏)土矿连续性差，一般为“鸡窝矿”，单矿体规模一般为小型。经初步勘查，该区域铝(黏)土矿资源量已达大型规模，老君堂段东部施工钻孔均见矿，显示该区域有进一步寻找大型矿床规模的资源潜力。在对区内铝(黏)土矿床地质特征、矿床成因、成矿规律详细分析的基础上，对区内找矿标志进行了总结，认为今后该区铝(黏)土矿的找矿重点为嵩箕古岛边缘的凹陷部位，找矿方向为本溪组地层分布区，重点为本溪组地层厚度大于8 m的地区和浅部靠近已知矿区的找矿有望区，主要为第Ⅰ矿段(老君堂矿段)和第Ⅴ矿段(白坪矿段)。

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(收稿日期2016-01-18)

Geological Characteristics and Prospecting Direction of the Bauxite Under Coal Deposits of the Coalfield in Dengfeng City,Henan Province

Tian PengzhouLiu WenbinZhang YiyaoWang ZhengzhengLi Xinliang

(The First Team of Henan Coalfield Geological Bureau)

AbstractThe bauxite deposit under coal deposits in Dengfeng coalfield, Henan province is located under the depth of Aotou-Xibaiping bauxite mineralization belt. Based on analyzing the regional metallogenic geological conditions,geological characteristics of the mining area, the ore-body geological characteristics,metallogenic regularity, deposit genesis are discussed in detail, the prospecting marks of bauxite are summarized from the aspects of stratum, ore-bearing rock series, tectonic, roof, basement,surface outcrop, paragenetic minerals. The research results show that the regional prospecting direction is the distribution area of Benxi formation,especially the area that the formation thickness is larger than 8 m, the research results further indicated that the resources potential and prospecting prospect of bauxite in the mining area are considerable.

KeywordsBauxite under coal deposits, Deposit geological characteristics, Metallogenic regularity, Deposit genesis, Prospecting mark, Prospecting prospect

*河南省国土资源厅地质勘查基金项目(编号：豫国土资发[2013]7号；豫国土资发[2014]3号)。

田鹏州(1986—)，男，工程师，451150 河南省新郑市烟厂大街189号。