河南高家庄铝土矿矿床成因及找矿前景分析

杨贺杰，蒋 磊，胡 伟，李俊锋，赵景武

(1.河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州 450016；2. 河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450016)

0 引言

高家庄铝土矿区位于鲁山县西北部约41 km的仓头乡高家庄一带，行政区划隶属于鲁山县仓头乡高家庄管辖，是河南省铝土矿找矿远景区之一。自20世纪50年代起，先后有秦岭区测队、中南地质局、河南省地质矿产厅区域地质调查队、河南省地质矿产勘查开发局区域地质调查队等分别在区内作了1∶20万鲁山幅重新修测、1∶25万平顶山幅区域地质调查及煤矿详查工作，对区内的构造带进行了划分并对断层进行定名和详细描述。通过本次工作，在矿区新发现并勘查铝土矿体4条，提交了一处小型铝土矿矿床[1]。

通过总结前人研究成果，结合此次勘查研究，对矿区成矿地质背景、矿床地质特征等开展分析，并对矿床成因、找矿前景进行探讨，为区域内同类型矿床的勘查工作提供了一定的借鉴意义。

1 区域地质背景

高家庄铝土矿区属华北地台南缘、华熊台缘坳陷，位于三门峡—鲁山逆冲断裂带的南部，自西向东展布有两个大的逆冲断层，属于河南省铝土矿四级成矿区最南端的汝州—宝丰—鲁山铝土矿带[2]，为河南省富铝土矿集中区，研究区成矿条件较好，矿石品位较富，具有一定的规模和外围找矿前景。

区域内分布地层由老至新为太古宇太华岩群、中元古界汝阳群、古生界寒武系及石炭系、二叠系、中生界白垩系及第四系全新统，石炭系本溪组为本区铝土矿主要矿源层，岩性为铝土矿，高铝黏土及含铁质黏土。本区地质构造属于华北陆块，地质构造演化经历了三个阶段：中元古界前造山阶段，晚古生代—三叠纪主造山阶段，侏罗—白垩纪后造山阶段[3]。区内岩浆岩不甚发育，侵入岩仅分布有钾长花岗岩，呈脉状或岩墙侵入于太古宇和中元古界中。区域矿产以沉积矿床为主，主要是煤、铝土矿、高岭土、耐火黏土、水泥灰岩等，另外有花岗石石材及钾长花岗岩等。

2 矿区地质概况

2.1 矿区地层

矿区地层属于华北地层区豫西地层分区渑池—确山地层小区。出露地层由老至新：太古宇太华岩群(Ar)斜长角闪片麻岩，中元古界汝阳群云梦山组(Pt2y)紫色、紫红色石英岩，下寒武统朱砂洞组(∈1z)和馒头组(∈1m)灰绿色页岩、泥质粉砂岩、膏溶灰岩，中寒武统张夏组(∈2z)白云岩、石灰岩，中石炭统本溪组和太原组(C2b+t)高铝黏土、煤层、生物灰岩，第四系全新统(Q)砂、砾石及砂质黏土(图1)。

图1 鲁山县高家庄铝土矿矿区地质及构造简图Fig.1 Geological and structural map of Gaojiazhuang bauxite deposit in Lushan County

2.2 构造

研究区范围内的构造以逆冲断层为主要表现形式，由F1逆冲断层、F2逆冲断层和F1、F2形成的石板河岩席、红石岭岩席及胡叶岭飞来峰、红土岭飞来峰组成矿区构造格架。青草岭逆冲断层在矿区内形成胡叶岭飞来峰和红土岭飞来峰被推覆于中石炭统煤系地层之上，推测推覆面之下尚有铝土矿体的存在。

2.3 岩浆岩

区内岩浆活动不强烈。仅在太古宇太华岩群中和中元古界云梦山组石英(砂)岩中沿裂隙侵入的钾长花岗岩脉(墙)，长度一般可达几十米至150 m以上，宽由十余米至几十米，总体展布呈NW方向平行产出。岩石呈肉红色，中细粒结构，块状构造。主要矿物组成有钾长石(45%～65%)、斜长石(10%～15%)及少量的黑云母。

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质特征

研究区铝土矿矿体赋存于石炭系本溪组含铝岩系地层中，于寒武系张夏组灰岩风化壳之上。由于逆冲断裂构造的推覆作用，本溪组含铝岩系在研究区内的分布一部分裸露于地表，约占面积的65%；另一部分被覆盖于飞来峰之下，约占面积的35%。铝土矿矿体的分布受寒武系张夏组灰岩古地形风化面的特征所控制，外部形态和内部结构严格受基底寒武系古侵蚀面起伏控制，其厚度、品位与寒武系古侵蚀面关系密切。根据铝土矿矿体产出的部位，古地形基本上可以分为三种类型：一是裂隙溶蚀坑；二是古地形起伏的坳陷部分；三是较平坦的地段。三种古地形的不同类型和铝土矿的形成关系密切。前两种古地形易形成铝土矿矿体，后一种古地形仅有含铝黏土岩。本区铝土矿形成于古地形低洼坳陷部位，经本次工作，在区内发现并勘查铝土矿体4条(图1)，基本特征见表1。

表1 高家庄矿区铝土矿特征Table 1 List of characteristics of bauxite orebodies in Gaojiazhuang mining area

Ⅳ号矿体：该矿体分布于矿区中部，矿体走向NW277°～311°，倾向SW，倾角42°～76°。矿体底板为铁质黏土岩，顶板为普通黏土岩，矿体产状与顶底板围岩产状基本一致。形态呈不规则长条形，长约420 m，宽约62 m，赋存高程474～506 m，埋深0～32 m。整个矿体平均品位：Al2O357.47%，SiO210.02%，Fe2O314.73%，TiO23.64%，Loss 10.56%，A/S值5.7。

Ⅴ号矿体：该矿体分布于矿区西部，矿体走向NW262°～350°，倾向SW，倾角16°～28°。矿体底板为铁质黏土岩，顶板为普通黏土岩，矿体产状与顶底板围岩产状基本一致。形态呈不规则多边形，长约368 m，宽约221 m，赋存高程442～508 m，埋深0～66 m(图2)。整个矿体平均品位：Al2O357.19%，SiO210.38%，A/S值 4.0。

图2 鲁山县高家庄铝土矿区第504勘探线剖面图Fig.2 Sectional map of exploration line No.504 in Gaojiazhuang bauxite mining area in Lushan County

3.2 矿石特征

1)矿石组成特征。矿石的主要矿物成分仅见一水硬铝石，次要矿物成分有高岭石、伊利石，高岭石和伊利石在矿石中的含量呈负相关关系，在垂向上高岭石分布在矿体上部，伊利石分布在矿体下部。矿石的少量矿物：蒙脱石、针铁矿、菱铁矿、黄铁矿、赤铁矿以及其他黏土矿物。

2)矿石结构构造。区内矿石呈砾屑状、砂(粒)状、蜂巢状、豆鲕状和致密状结构，矿石主要构造类型为块状、层状构造。

3)矿石化学组分特征。区内铝土矿矿石的主要化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S、Loss等，通过对研究区具有代表性的Ⅴ号矿体矿石中常见组分Al2O3、SiO2和A/S值作曲线图(图3)。据矿石品级标准，矿区矿石平均品级为Ⅴ级。

3.3 矿体(层)围岩和夹石

区内铝土矿直接顶板的岩性多为黏土岩，呈灰—灰黑色，偶见植物化石碎片。厚度一般为1～10 m。

图3 高家庄铝土矿Ⅴ号矿体矿石Al2O3、SiO2含量和A/S值分布曲线图

铝土矿的直接底板为石炭系本溪组下段(C2b1)铁质黏土岩，由紫红、褐、杂色含铁黏土岩构成，厚度一般为3～4.5 m。铝土矿的直接底板之下即为中寒武统张夏组白云岩及豹皮灰岩。

4 矿床成因

4.1 矿床成因

研究区铝土矿的成因，是通过对寒武系碳酸盐岩顶部的沉积间断面的古地貌特征、古风化壳的发育特征的分析研究和对上石炭统本溪组含矿岩系的沉积序列、空间分布、岩相变化、化石遗存、成矿规律的解读而认识的[4]。本区铝土矿产于碳酸盐岩古风化侵蚀面上的中石炭统本溪组内，铝土矿床形成的古地理环境为古陆与浅海之间的准平原上的湖盆，受石炭系的海侵作用影响较大，属古风化壳-沉积型一水硬铝石铝土矿床。

晚石炭纪，豫西铝土矿成矿区处于NW—SE走向的秦岭—大别古陆和NE—SW走向的中条古陆之间的港湾状地带内[5]。寒武纪—中奥陶纪后，华北地台抬升为陆，经过漫长地质时期的风化剥蚀和强烈的化学风化作用，形成了准平原，寒武—奥陶纪时期气候湿热，碳酸盐岩易形成形态复杂的岩溶化地貌。早期形成的风化壳物质富含铝、硅、铁等惰性组分，在水动力作用和物理化学作用下不断地被带入岩溶负地形形成的湖泊内，风化壳物质伴随着岩溶湖泊的演化而发生陆解作用，并发生进一步的沉积分异。晚石炭世末期，地壳缓慢下沉，海水反复进退，岩溶洼地已被风化壳物质填平补齐，湖泊发展成为沼泽，铝(黏)土矿的早期成矿作用形成[6-8]。至二叠纪时期，成矿物质被二叠纪沉积物覆盖压实、脱水成岩。

成矿后，受造山运动等地质作用影响，发生逆冲推覆构造，使得北部寒武系覆盖在本区铝土矿含矿岩系之上，后经长期的风化作用等对原生铝土矿起了改造作用，受中生代以后的陆内造山运动，使表生作用对铝土矿进行了脱硅脱硫的改造，铝土矿得以富集并保存，直至形成现今的铝土矿体[9-10]。许多铝土矿的勘查资料显示露头矿、浅部矿贫硫，而深部矿富硫，这应是铝土矿后生改造作用的一个证据。

4.2 控矿因素

4.2.1 长期的沉积间断对成矿的控制作用

本次研究区位于华北地台南缘，受加里东运动影响，自中奥陶世抬升为陆地，至中石炭世重新下降，历经长达约1.4亿年的沉积间断，在时间和空间上都为本区铝土矿的形成创造了良好的条件；隆起的基底碳酸盐岩长期遭受风化剥蚀的结果，上寒武统已被剥蚀了大部分，剥蚀物继续接受物理化学作用，为铝土矿形成提供了丰富的物质来源；1.4亿年的沉积间断形成的准平原化的湖盆，成为铝土矿积聚成矿的容矿场所。因此，长期的沉积间断是本区铝土矿形成的先决条件。

4.2.2 古气候对成矿的控制作用

与沉积矿床中大多数金属元素不同，铝是以唯一的氧化形式(Al3+)在地表出现的，气候条件对铝土矿形成有明显的控制作用，低纬度的湿热气候有利于铝土矿形成[11]。据河南地矿局科研所资料，中石炭世河南中部位于北纬6.9°～33.82°，属热带—亚热带地区。多雨的古气候对基底碳酸盐岩的钙化和黏土矿物的铝土化进程起重要作用，本区铝土矿的形成受此古气候影响。

4.2.3 古地形对成矿的控制作用

根据铝土矿矿体产出的部位，古地形基本上可以分为三种类型：一是裂隙溶蚀坑；二是古地形起伏的坳陷部分；三是较平坦的地段。三种古地形的不同类型和铝土矿的形成关系密切。前两种古地形易形成铝土矿矿体，后一种古地形仅有含铝黏土岩。经研究发型本区铝土矿形成于古地形低洼坳陷部位，由于本区铝土矿形成后受后期地壳水平升降运动影响较小，所以矿区现代地形和古地形有明显的继承关系。矿区地势较低或沟谷中心易形成厚度大且较为连续矿体，如本区Ⅳ号矿体、Ⅴ号矿体，而地势较高的形成矿体厚度小、矿质差，如Ⅱ号矿体、Ⅶ号矿体。

4.2.4 古构造对成矿的控制作用

加里东运动后，本区地壳稳定上升下降，大地构造环境极为稳定，中石炭世碳酸盐遭受漫长的侵蚀风化作用，形成的古风化壳为铝土矿提供了丰富的成矿物质来源，1.4亿年的沉积间断所形成的准平原化的的地貌条件，为铝土矿的积聚创造了有利的成矿场所。从全区资料实际地质资料可以证明，中石炭统与下伏奥陶系、寒武系的灰岩直接均呈平行不整合接触，铝土矿的产生受这一不整合面严格控制。

5 找矿标志及方向

5.1 找矿标志

通过矿床成因、控矿因素分析等研究，总结了高家庄铝土矿的找矿标志：

1)本区铝土矿赋矿层位为中石炭统本溪组岩系，豫西本溪组厚度仅十几米至几十米，底部常有紫红色铁质黏土岩，野外易识别。因此，在第四系沉积物覆盖区，如难以发现中石炭统时，可以寻找铝土矿床的基底地层中奥陶统或寒武系白云岩，同时应注意寻找铝土矿床的盖层上石炭统—二叠系煤系地层，均可作为寻找铝土矿床的近矿标志。

2)由于构造推覆作用，矿区内中石炭统本溪组和太原组不易分开。因此，把太原组作为找铝土矿隐伏矿体的间接标志，是切实可行的，总的看来中石炭统本溪组和太原组(C2b+t)，其下部为铁铝质黏土，紫红色含铁铝土矿及灰黄色铝质黏土(或铝土矿)；上部有生物碎屑灰岩夹砂质页岩及煤线，该组的煤线(层)由于受构造的推覆作用，煤层产状经常变化，厚度不太稳定。

3)根据上述铝土矿矿床成因，岩相古地理特征成了重要的找矿标志，溶斗、溶洼、溶盆等岩溶负地形成为寻找铝土矿的有利地段。

5.2 找矿方向

1)区域内一系列向南逆冲的推覆体及断层，系华北陆块向南逆冲形成的梨式断层[12]，使老地层覆盖于新地层之上，在地表出露了寒武系，但寒武系下，仍赋存有石炭系，使得铝土矿岩系得以保留。研究区由于受青草岭逆冲断层影响，形成胡叶岭飞来峰和红土岭飞来峰，被推覆于上石炭统煤系地层之上，推覆面之下尚存在有煤层，为本次勘查工作的主要对象，笔者推测推覆面之下尚有铝土矿体的存在。因此，在研究区北部及西部地区分布的大面积的寒武系，有较大的找矿前景。

2)本区浅部和浅中部铝土矿体地质勘查工作程度较高，找矿成果有限，今后铝土矿找矿应由地表转入浅中部寻找氧化矿体，或转为寻找地下隐伏的原生铝土矿体，扩大找矿空间。

6 结论

1)高家庄铝土矿区位于三门峡—鲁山逆冲断裂带的南部，自西向东展布有两个大的逆冲断层，属于河南省铝土矿四级成矿区最南端的汝州—宝丰—鲁山铝土矿带，为河南省富铝土矿集中区。

2)铝土矿矿体赋存于石炭系本溪组含铝岩系地层中，于寒武系张夏组灰岩风化壳之上，寒武系碳酸盐岩风化壳为铝土矿的主要物质来源，铝土矿床形成的古地理环境为古陆与浅海之间的准平原上的湖盆，受石炭系的海侵作用影响较大，属古风化壳-沉积型一水硬铝石铝土矿床。

3)矿区飞来峰推覆面之下有铝土矿体的存在的可能，在研究区北部及西部地区分布的大面积的寒武系，有较大的找矿前景，通过进一步勘查有望发现新的铝土矿体。