甘肃省镇原县上城子铝土石英砂矿地质特征及成因

曹向飞，刘 恋＊

（甘肃省有色金属地质勘查局兰州矿产勘查院，甘肃 兰州 730046）

1 区域地质特征

本区属华北地台鄂尔多斯台坳陇东黄土高原稳定地块，发生在燕山运动以前周缘祁吕贺构造活动带的东西向构造为本区的基础构造。侏罗纪以后，陕甘宁盆地大向斜周边受燕山运动普遍隆起，组成了一个统一的水动力系统，在以河湖陆相细碎屑岩广泛沉积的同时，也伴随着边缘地区的隆起和褶皱断裂的产生[1]。因而从本区切割黄土塬的深切河沟基底出露的地层主要以下白垩统下部环河华池组泥质砂岩粉砂岩夹页岩、泥灰岩和中部罗汉洞组长石铝土砂岩夹粉砂岩、泥岩为主，分属河漫滩相和河湖相细碎屑岩沉积，总厚在607.6m。其上直接覆盖着第四系巨厚黄土层，厚度在209m～355m，沿梁峁残塬支沟广泛分布，自下而上除个别地段与塬基底间有少量第三系临夏组砖红色粘土层外，主要为下更新统三门组浅褐红-棕红色石质黄土及砂砾层；中更新统离石组浅灰黄色黄土夹棕红色土壤层；上更新统马兰组浅灰黄色疏松黄土层。沿冲沟分布有全新统冲积砂砾石，亚砂土及河漫滩相淤积黄土层，厚度2m～10m。

近二三十年来研究区石油地质工作者通过深部勘测，查明测区内主体构造为上城子平缓背斜和朝阳川平缓背斜，控制着沿茹河一带下白垩统塬基含砂矿层的分布，其背斜轴线沿茹河近北北西向延伸，断裂较少，规模较小。

2 矿区地质特征

（1）地层。矿区内出露地层主要为组成黄土塬基底的下白垩统中部罗汉洞组河漫滩相、河湖堆积相的细-中粒砂岩、粉砂岩、泥岩。上覆地层为第四系和上更新统砂质黄土，石质黄土、亚粘土等组成。

①全新统：主要为沿茹河河谷分布的冲积层，组成Ⅰ、Ⅱ级阶地，由含砾砂石、亚粘土及淤泥黄土组成，厚2m～10m。②上更新统马兰组：遍及全区，构成黄土塬梁、峁的表层，为浅灰黄色疏松黄土，底部为棕红色故土壤层。该黄土层斜压在下部地层之上，与下伏地层为平行不整合接触。③罗汉洞组：为含砂矿层，分布于茹河沟谷两岸崖缘，主要岩性为灰、黄、棕红色块状细-中粒长石铝土砂岩，泥质砂岩夹泥质粉砂岩，砂质泥岩页岩。底部为土黄色砂岩夹少量细砾岩，属河湖相细碎屑沉积，厚度58m。

（2）构造及岩浆岩。矿区内地层起伏不大，倾角在2°～5°，产状相对变化小，断裂构造不发育。本区塬基底出露较少，从石油勘测资料看，方圆数十公里内未见规模性岩浆活动，因而属地台稳定区。

（3）地貌、水文地质特征。上城子砂矿区处于黄土高原典型地貌特征单元上，地势呈簸箕形向东南缓斜，海拔1045m～1370m高原被河谷沟谷切割后残留比高在100m～250m的平坦台地上，因而地表侵蚀是造成独特地貌单元形成的主要原因[2]。本区水系主要以黄河第三级支流茹河为主，属长年流水，含泥量大，水质较好，可灌溉，对采矿影响不大。因而本区水文地质条件相对简单。

3 矿床特征

（1）矿层特征。砂矿主要受地层构造的控制，呈近水平缓倾斜产出。但矿层厚度各地有一定的变化。主要含矿层未罗汉洞组青黄-土黄色中-细粒长石铝土砂岩层，以该区块内耕地基准面为准，砂层最小厚度约20m，最大厚度约50m，平均厚度约为35m，中间多夹有一-三层0.2m～0.4m厚泥质粉砂岩。铝土砂矿要求颗粒级在212μm～850μm之间，岩性为黄色、浅黄、浅灰色中粗砂，肉眼观察颗粒大小均匀。矿层与顶底板围岩界线明显，根据岩心样颗粒级配试验测试结果，按照确定的工业指标含砂率≥30%圈定矿层。砂矿层产状基本呈水平岩层产出，走向不明显。砂矿层倾向北东，倾角1°～5°。

在矿区范围内圈定铝土砂矿层1处，编号为K1矿层，通过10条勘查线、14个钻孔控制矿层分布范围及厚度。矿层呈层状近水平产出，矿层长度120m，宽度133 m，分布面积2321071.75m2，倾向110°，倾角2°～3°，连续性较好。单工程控制矿层厚度5.5m～24.5m，平均14.42m，厚度变化系数30.69%；矿层埋深2.3m～32.5m；矿层含砂率41.03%～79.93%，平均69.32%，变化系数11.61%；矿层覆盖层为风积粉砂层及冲积细砂、砂砾层，单工程控制矿层覆盖层厚2.3m～18.5m，平均7.03m。石英砂矿层局部夹铝土矿，呈透镜状，铝土矿层最大长度80m，最大宽度53 m，倾向110°，倾角2°～3°，连续性不好。单工程控制矿层厚度1.5m～4.5m，平均3.42m，厚度变化系数30.69%；矿层埋深2.3m～32.5m；矿层主要成分Al2O3:45.40%～79.93%，一般55.00%～65.00%，。矿层在走向上由线距136m～289m的10条勘查线控制，通过对各条勘查线厚度和含砂率统计显示：在走向上以12-12＇勘查线控制矿层厚度最大，两侧厚度相对较小，但矿层厚度总体上呈沿走向逐渐变小、沿倾向渐增的特征。

（2）矿石质量。本矿区砂矿石经岩矿薄片镜下鉴定表明，岩石由碎屑物、填隙物、孔隙所组成。碎屑物含量约占整个岩石的87%～91%以上，其成分为石英、长石、硅质岩岩屑、石英岩岩屑、火山岩岩屑、花岗岩岩屑、泥质岩岩屑等。碎屑颗粒大小均匀，一般在0.2mm～0.6㎜之间，形状为次棱角状，次园状。为中细粒-特细粒砂级。填隙含量约7-10%左右，为泥质、钙质的疏松细粉粒砂。在碎屑颗粒之间还有少量的孔隙未被充填，胶结类型为孔隙式。砂矿石以中细粒砂状结构和细粒砂状结构为主。以细层-薄层结构为主，兼有微层或叶片层出现。层理厚度在0.05m～0.01m，特细粒砂以水平层理出现居多，细-中粒砂以单向斜层理较常见，并伴有粒级韵产生。细层呈凹面向上的曲线状，倾角较小，一般在12°～25°，细层与水平层系底部界面交角硝呈收敛状。本区砂矿石经在不同地段取样对砂的颗粒级配和粗细程度用筛分析的方法进行测定。筛分析的方法用5㎜、2.5㎜、1.25㎜、0.63㎜、0.315㎜、0.16㎜的系统筛分，分别用β1、β2、β3、β4、β5、β6代表5㎜～0.16㎜各级筛上的累积，筛余百分率，求得细度模数0.6～2.5。经化学分析砂矿主要化学成份SiO290.47%、Fe2O30.45%、Al2O33.58%、CaO2.57%、MgO1.07%、Loos2.59%。

4 矿床成因及其控矿因素

上城子砂矿沉积范围大，沉积层稳定层理类型仅局限于水平层理和斜层理，粒度级序变化小，沉积岩石类型简单，主要以粉砂和中细粒砂为主，表明沉积区域地形平缓，水动力相对较弱-中等，波浪作用随水流波及不大，无明显的波纹出现。属较为稳定的河湖相。

控矿因素主要受地层沉积环境和盆地构造的综合控制。其中地层层位是制约砂矿赋存的主要场所，水动力条件是决定颗粒粗细的重要因素。燕山运动导致部分地段降起，剖面上显示高低起伏的砂矿层在不同标高地段出现。