山西盂县王子台—南小坪铝土矿矿床地质特征及其成因分析

郭政斌，王浩乾，刘 安，王明明

(中国冶金地质总局三局，山西 太原 030000)

1 区域地质特征

山西省盂县王子台—南小坪铝土矿区大地构造位置处于华北板块(Ⅰ)山西块隆(Ⅱ)块沁水块坳(Ⅲ)北缘盂县块坪东缘[1]。

区域内出露地层有：古生界下寒武统张夏组(∈2z)、上寒武统崮山组(∈3g)；中奥陶统下马家沟组(O2x)、上马家沟组(O2s)、峰峰组(O2f )；中石炭统本溪组(C2b)、上石炭统太原组(C3t)；下二叠统山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上二叠统上石盒子组(P2s)及新生界第四系地层[1]。

区域构造简单，区域构造轴向多呈北东向开阔宽缓之褶皱，地层倾角约6～28°，断层多为正断层，逆断层在本区不甚发育。区内未见岩浆岩出露。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层为中奥陶统峰峰组(O2f )、中石炭统本溪组(C2b)、上石炭统太原组(C3t)及新生界第四系上更新统马兰组(Q3m)，现由老到新分述如下。

2.1.1 中奥陶统峰峰组 (O2f )

主要分布于矿区中西部，主要岩性上部为青灰色中—厚层状灰岩，中部为灰—灰白色泥晶灰岩、白云质灰岩，下部为黄色泥质白云岩。矿物成分以方解石为主。结构以致密状和假砾状为主，块状构造。厚度50～70m。

2.1.2 中石炭统本溪组 (C2b)

主要出露于矿区中部及西南部。本溪组上部为灰白色、灰黄色的泥岩、砂质泥岩，细砂岩，下部为灰色粘土岩、铝土矿、铁质粘土岩和山西式铁矿，该组厚度一般为13m，层位较稳定，以硬质粘土岩上部的石灰岩或砂岩的底为界可将本组分为两段。地层与下伏奥陶系石灰岩为平行不整合接触。

(1)下段(C2b1)：是本区铝土矿赋存层位，主要由山西式铁矿、含铁粘土岩、铝土矿、硬质粘土岩及粘土岩等组成。岩层在颜色上由褐红、褐黄色渐变为深灰、灰白色，厚度＞8m。本段厚度一般在3.3～10.1m，平均厚 5.98m。

(2)上段(C2b2)：由黑色页岩、钙质页岩、砂岩、砂质页岩等组成，厚度一般在0～42.3m，平均厚36.3m。

2.1.3 上石炭统太原组 (C3t)

仅矿区东南部见其少量出露，岩性主要由黑灰色页岩、煤、砂岩及灰岩组成，总厚约68.66m，与中石炭统本溪组地层整合接触。

2.1.4 第四系上更新统马兰组(Q3m)

分布于矿区东部，主要为冲积、洪坡积黄土状亚粘土和亚砂土，厚度0～11m。

2.2 矿区构造

矿区内断裂构造不发育，因受奥陶系古侵蚀面影响，石炭系及其以上地层呈舒缓波状起伏，形成了开阔宽缓的褶皱构造，褶皱轴总体走向为NE-SW向，倾角7～10°，矿区构造类型属于简单。

矿区内地层总体向东南缓倾，矿区东南部可见石炭系太原组地层出露，其地势较低，北部见奥陶系峰峰组地层出露，其地势较南部太原组地层高约50～100m。依据地层层面倾向及地形高低，推测该处存在一构造断层，该断层作用使得北部较老的奥陶系峰峰组地势高于南部的太原组地层。

3 矿床特征

3.1 矿体特征

王子台—南小坪铝土矿矿体一般呈层状、似层状产出，结构简单，大部分矿体呈单层产出，局部地段有夹层，夹层岩性主要为粘土岩、铁质粘土岩[2]。根据矿体分布范围及特征对其划分为3个矿体，编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(表1)。

表1 王子台—南小坪铝土矿矿体特征

3.1.1 Ⅰ号矿体

Ⅰ号矿体位于矿区中西部，平面呈不规则形态。南北长约990m，东西长约285m，矿体面积约为0.16km2。该矿体主要由8条探槽工程控制，见矿厚度为0.50～4.80m，平均厚度1.87m，埋深2.0～5.0m，平均3.5m。矿体品位如下：Al2O362.80%～76.51%，平均67.49%；A/S 4.63 ～ 26.82，平均 7.50；Fe2O30.67% ～ 22.73%，平均 5.25%。为含铁型品级Ⅲ级的铝土矿。

3.1.2 Ⅱ号矿体

Ⅱ矿体位于矿区中西部，平面呈不规则形态，东西长约1 060m，南北长约515m，矿体面积约为0.19km2。该矿体主要由7条探槽工程控制，见矿厚度 1.00 ～ 5.70m，平均 3.15m，埋深 1.8 ～ 5.4m，平均3.6m。矿体品位如下：Al2O360.56%～72.61%，平 均 64.92%；A/S 3.76 ～ 8.80， 平 均 5.42；Fe2O30.70%～12.34%，平均3.13%。为含铁型品级Ⅳ级的铝土矿。

3.1.3 Ⅲ号矿体

Ⅲ号矿体位于矿区南部，平面呈不规则形态，东西长约355m，南北长约545m，矿体面积约为0.08km2。该矿体主要由3条探槽工程控制，见矿厚度 1.80～ 4.60m，平均 3.18m，埋深1.8～ 4.4m，平均 3.0m。矿体品位如下：Al2O369.95% ～ 78.39%， 平 均 73.79%；A/S 6.21 ～36.46，平均 11.79；Fe2O30.846% ～ 2.63%，平均1.72%。为低铁型品级Ⅱ级的铝土矿。

3.1.4 矿体工业指标

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体的平均工业指标见表3，参照DZ/T0202-2002《铝土矿、冶镁菱镁矿地质勘查规范》中的铝土矿矿床一般工业指标[3]，矿区铝土矿Al2O3平均67.82%，A/S平均6.84，达到一水硬铝石型铝土矿标准。

表3 王子台—南小坪铝土矿矿体平均工业指标

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石结构构造

矿石结构以鲕粒状为主，次为豆鲕状、碎屑结构，块状构造。

3.2.2 矿石成分

矿石的主要矿物成分为一水硬铝石，次为粘土矿物，少量氧化铁质。矿石主要化学成分为Al2O3、SiO2、TiO2、Fe2O3，占矿石化学成分总量的84%以上。

3.3 矿石类型及品级

本区铝土矿石工业类型属于一水硬铝石型低硫含铁型铝土矿[3]，矿石品级为Ⅳ级。

3.4 围岩及夹石

铝土矿致密坚硬，稳固性好，其顶板多为硬质粘土矿，稳定性较差。其底板多为铁质粘土岩及山西式铁矿，稳固性较差。夹石为硬质粘土岩、粘土岩。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

本区铝土矿成矿物质主要来源于基底碳酸盐岩的古风化壳[4-6]。另外还有古陆、古岛古老的结晶岩石风化产物的补充。

加里东运动使整个华北地区抬升，经受长期风化剥蚀形成准平原化地形，奥陶系碳酸盐岩经受长期的风化作用形成钙红土型风化壳，到本溪期地壳开始缓慢下降，发生海侵，此时风化壳大多数遭到破坏，仅少数地段(地形较平缓、低凹的地带)有部分风化壳残留形成风化壳型铝土矿[7]。

随着海侵逐渐向前推进，古风化壳由近及远地遭到破坏，位于海侵边部的古风化壳以铁质为主的上部物质首先被地表水及潮水呈机械状态(或部分被溶解)近距离搬运到近海盆地中接受沉积，形成了山西式铁矿或铁质粘土岩，表现出岩石物质成分不均匀、呈团块状、无层理、厚度变化大的特点。然后是风化壳内以铝质为主的物质被碎解、搬运、再沉积，形成铝土矿(位于C2b1中下部，即旧称之为G层铝土矿)。最后是风化壳中的硅质的碎解、搬运、再沉积，形成粘土岩及硬质耐火粘土矿，从而形成了由下到上的Fe-Al-Si垂直层序。

当沉积盆地中有上述物质再次补给时，会有上述垂直层序的重复变化出现，因而铝土矿上部有时可见到铁质粘土岩的现象或重复出现铝土矿层。综上，本区铝土矿属泻湖—浅海相沉积型铝土矿床。

4.2 找矿标志

(1)铝土矿为沉积型矿床，其层位位于底部，石炭系本溪组地层是找矿的地层标志。

(2)铝土矿一般为灰、灰白及灰黄色，呈豆鲕状或粗糙状结构，质硬，性脆，比重大，外观易于鉴别，又因其抵抗风化能力强，受地表剥蚀在地貌上易形成陡坎，是寻找铝土矿的地貌标志。

(3)古侵蚀面相对低凹处的铝土矿、粘土矿含矿层厚，且质量好，而反之则厚度小，品质差。

(4)铝土矿矿床受古地貌的影响较明显，在古侵蚀面相对低凹，本溪组厚度大且分布范围较大的地段，有望找到大型矿床[8-10]。