河南省新安县铝土矿矿床地质特征及找矿规律研究

王冠华，刘文毅，王剑锋，王明明，王巧玲

[1. 河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，河南 郑州 450000； 2. 河南省自然资源科技创新中心(多源遥感应用研究)，河南 郑州 450000]

0 前 言

研究区位于河南省新安县，是我国重要的铝土矿富集区。该区域相继开展了一系列的铝土矿地质普查工作，发现并评价了杜家沟、黄门、曹窑、贾家洼、段村、雷沟等矿区[1-4]。其中河南省地调局完成的洛阳-焦作、郑州-焦作、郑州-开封等地区1∶20万区域重力调查，显示河南省新安县一带，具有很好的铝土矿找矿前景[2-4]。本文通过对该地区以往地质、物探资料的分析，运用新的成矿理论和技术对找矿信息进行综合研究，总结铝土矿成矿条件和富集规律；初步了解铝土矿厚度及其分布范围、产状、稳定程度富集规律特征；大致了解了矿石品位、矿物成分等。对该区铝土矿找矿具有一定指导意义。

1 区域成矿地质背景

1.1 区域地质概况

华北铝土矿主要位于克拉通中央造山带，集中分布于河南、山西两省[1](见图1)。本次研究区位于豫西铝土矿矿集区内，属华北陆南缘岱嵋寨叠加褶皱(穹窿)东南侧次级穹窿，区域上断裂和褶皱构造较发育，形成了以北东、北西和近东西向断裂与宽缓褶皱交织的构造格架，总体上，嵩箕地区受近东西向和北西向构造带的约束，其中北西向构造错断了近东西向构造。

图1 华北铝土矿床分布

1.2 区域矿产特征

研究区处于河南省三门峡-渑池-新安铝土矿成矿区的杜家沟-郁山五级铝土矿成矿带的东端，为河南省富铝土集中分布区(见图2)。该成矿带分布有杜家沟、黄门、曹窑、贾家洼、段村、雷沟等矿区[5]。矿体总体南西倾，倾角13°～33°。铝土矿层厚4～6 m，最厚达40 m。Al2O3含量45.74%～77.79%，铝硅比(Al/Si)为2.39～41.37，平均7.1，矿石以富矿为主[6]。

图2 区域铝土矿床(点)分布

研究区同时处于新安煤田的东南区，煤田含煤地层为石炭—二叠系，共含煤6～23层。各煤层均位于本溪组铝土矿层之上，属铝土矿伴生矿产。煤层顶板为砂岩或砂质泥岩，底板为细砂岩、砂质泥岩。

区域上，目前已发现其他矿产主要为水泥灰岩、耐火黏土、熔剂灰岩、白云岩、硅石、菱铁矿、黄铁矿、山西式铁矿等沉积型矿产。铝土矿、山西式铁矿、黏矿、高铝黏土矿赋矿层位主要为本次勘可达百余米，厚度变化较大。

2 矿区地质概况

2.1 地层

矿区出露地层为奥陶系中统马家沟组，石炭系上统本溪组、上统太原组，二叠系山西组、下石盒子组、孙家沟组，上覆第四系[5]。其中石炭系上统本溪组为赋矿层位，下部为浅灰色豆状，鲕状铝土质泥岩；中部为浅灰色铝土岩，具鲕状、豆状结构；上部为灰白色、浅灰色铝土质泥岩，含球状、不规则状黄铁矿结核，本组地层厚1.00～4.97 m，平均2.98 m，与下覆地层马家沟组平行不整合接触。

2.2 构造

矿区构造较为复杂，断层较为发育。断裂构造主要为东部龙潭沟断裂、北部李村断层和青石山断层、南部江村断层，将矿区分割为不同的菱形块段。

2.3 地球物理特征

根据矿区断裂构造的分布情况，采用可控源音频大地电磁法研究区内电性特征，对区内断裂构造的位置形态、地层界面进行推断[4-6]。

由1线反演成果(见图3)可以看出，剖面断面图上电性差异明显，剖面小号点即南西方向以低阻为主，剖面大号点方向2 700～3 460点范围内深部存在一高阻异常体。高阻异常体呈近半圆形向深剖延伸。由高阻体电阻率的变化特征，在2 620点及3 420点附近的电阻率梯度带位置推测断层2条，分别编号为F1、F2(见图4)。

图3 1线可控源音频大地电磁二维反演

图4 1线可控源音频大地电磁解释推断

其中F1倾向南西，倾角约80°，西侧为大面积低阻区域，东侧为相对高阻区。推测F1西侧为新近系地层，东部为石炭系与奥陶系地层。F2倾向北东，倾角约70°。断层东侧电阻率明显变低，推断为新近系地层。

结合钻孔资料推测区内地层分布情况。其中2 700～3 460点深部标高-40～200 m为石炭系地层，层位西部最深，向东至2 940点逐渐变浅，然后继续向东变深。2 700～3 460点标高120 m以深为奥陶系地层。剖面其余部分推断为新近系地层。推断F1、F2断距较大，推测F1断层垂直断距大于400 m，F2断层垂直断距大于300 m。

由2线反演图(见图5)可以看到，剖面断面内电阻率以中低阻为主，在1 540点深部存在一处局部相对高阻异常，此高阻异常向深部无延伸趋势，与奥陶系灰岩反应的电性特征不一致，推测此处异常为新近系地层中的局部高阻体。因此，可以推测出日线-160 m标高以浅无明显石炭系及奥陶系地层反映。

图5 2线可控源音频大地电磁二维反演

由1线及2线反演成果可以推测，1线1 100点至2 660点之间新近系地层较厚，-280 m标高以浅无明显石炭系及奥陶系地层反映。

3 矿体(层)特征

3.1 铝土矿层

铝土矿矿体赋存于石炭系上统本溪组(含矿岩系)中段，呈似层状、透镜状，矿体的顶板围岩主要为黏土岩，底板为灰白色含角砾灰岩。

矿区共圈定一个铝土矿矿体，矿体长680 m，宽200 m，倾向约200°，倾角约18°，似层状、透镜状产出，矿石泥质结构为主，见碎屑结构，块状构造。真厚度2.81 m，Al2O3含量66.38%，Fe2O3含量1.55%，铝硅比(Al/Si)5.32，埋深150.39～170.17 m，赋存标高144.24～168.98 m，估算潜在矿产资源15.13 万t。

3.2 硬质黏土矿层

与铝土矿同属本溪组中段的产物，分布于铁质黏土岩系之上。矿体受含矿岩系控制，矿体长540 m，宽190 m，倾向约200°，倾角约18°，矿石泥质结构，块状构造。Al2O3含量45.36%，Fe2O3含量1.19%，平均真厚度1.63 m，耐火度1 700～1 780 ℃，埋深160.39～218.49 m，赋存标高107.22～187.16 m，潜在矿产资源15.46 万t。

3.3 铝土矿矿石质量

3.3.1 矿石的矿物组成

铝土矿主要由硬水铝石、黏土矿物组成。硬水铝石，呈板状、片状，d=0.003～0.035 mm，零散分布。褐铁矿，隐晶质胶状、粉末状，部分渲染黏土矿物，部分渲染主要由硬水铝石组成的砂屑。黄铁矿，显微粒状，d=0.005～0.015 mm，不均匀聚集，零散分布。

岩石粒屑由内碎屑组成，次圆-次棱角状，d=0.05～1.6 mm，多数d=0.2～1.2 mm，长轴大致定向排列，零散分布。鲕粒，次圆状，d=0.2～0.8 mm，零散分布。粒屑之间主要由铁染泥质矿物定向充填，泥微晶硬水铝石少量，构成矿石之泥状砂屑结构，定向构造。

3.3.2 矿石的化学成分

矿石化学成分中Al2O3含量66.38%、SiO2含量12.47%、铝硅比(Al/Si)5.32、Fe2O3含量1.55%，烧失量12.95%、TiO2含量2.13%、S含量0.38%。

3.3.3 矿石的结构与构造

矿石呈砂屑泥质结构，鲕粒结构(见图6)，薄层状构造。

图6 鲕粒结构(a)、砂屑泥状结构(b)

3.4 硬质黏(土矿)土矿矿石质量

3.4.1 矿石的矿物组成

岩石主要由黏土矿物组成，泥状、显微鳞片状，片理定向排列。硬水铝石，半自形粒状、板状，d=0.003～0.12 mm，多数d=0.01～0.12 mm，部分呈d=0.1～1.2 mm次棱角-次圆状砂屑聚集，零散分布。黄铁矿，显微粒状，d=0.005～0.05 mm，草莓状聚集，零散分布。褐铁矿，隐晶质胶状、粉末状，较均匀散染。

3.4.2 矿石的化学成分

矿石化学成分中Al2O3含量39.3%～48.09%、SiO2含量33.33%～41.00%、Fe2O3含量0.77%～1.43%、烧失量13.01%～17.90%、TiO2含量0.96%～2.38%、S含量0.53%～0.89%，耐火度1 700～1 780 ℃。

3.4.3 矿石的结构与构造

矿石粒状鳞片晶结构、砂屑泥状结构(见图7)，薄层状构造。

图7 砂屑泥状结构(a)、粒状鳞片晶结构(b)

4 矿床成因及找矿标志

4.1 含矿岩系特征

铝土矿赋存于石炭系本溪组中，人们往往把上石炭统本溪组称为含矿岩系。含矿岩系自下而上可分三段，其岩性特征如下：

下段：为铁质页岩，在含矿岩系的中下部和底部，含铁质较高，具有页理。由黏土质、砂质及氧化铁质等组成，局部夹有“山西式”铁矿小扁豆体或透镜体。

中段：为矿层，在含矿岩系的中上部，主要由铝土矿和黏土矿构成。铝土矿主要为灰色，呈层状、似层状、透镜状、溶斗状产出，矿层厚0.50～49.82 m。黏土矿可分硬质黏土矿和高铝黏土矿2种。黏土矿位于铝土矿的上部或下部，以位于上部者居多，一般厚2～3 m，也有部分黏土矿夹在铝土矿之中。铝土矿和黏土矿的厚度变化互为消长关系，两者相变明显。

上段：为黏土页岩、黏土岩，在含矿岩系的顶部，局部地区顶部相变为炭质页岩或煤线，性软，易风化。

4.2 成矿规律

铝土矿床严格赋存于上石炭统本溪组中。区域上含矿岩系本溪组属晚石炭世，江村铝土矿床位于豫西，严格赋存于本溪组中上部[5-6]。

含矿岩系属铁铝质岩建造，矿床所赋存的本溪组从下而上分别由铁质层、铝土矿和铝硅质层组成，上部有时可见炭质泥岩、煤线、煤层等，属稳定古陆壳区边缘的铁-铝-硅沉积序列建造，分布均匀而稳定，一般厚度仅5～20 m。如此薄而均匀的厚度反映了在成矿期的升降幅度不大。垂向上含矿岩系表现出自下而上物质成分的规律性递变，从下往上铁质递减，铝质递增，及至含矿系中上部为铝土矿，再往上过渡为铝硅质、炭硅质的海陆交互相沉积[5]。该套铁铝质岩建造在同生沉积作用下基本完成了铁-铝-硅物质的分异过程，形成了铝土矿体，此后共同经了成岩、后生作用，后期保存阶段受构造作用的影响，大部分仍埋藏于地下保存至今，一部分出露地表被风化剥蚀殆尽，另一部分出露后得以保存[6]。

4.3 矿床成因及找矿标志

豫西地区经过长时间的风化剥蚀，在秦岭和中条古陆及豫西准平原化的大地上形成了丰富的三水铝土矿、红土及吸附型稀土矿等风化产物。至早二叠世，突发性的海侵在豫西形成了广阔的潟湖潮坪-沼泽相，尽管潮坪相的潮间-潮下带为局限环境，但在周期性频发的风暴潮作用下，使该环境为富铝物质机械和化学分异均提供了较有利的条件，因而使这些富铝物质经海水的多次侵蚀、搬运和再沉积后最终就位[6]。新安地区富铝物质最后的富集、沉积就位在同生期完成，为铝土矿最重要的成矿作用期。

研究区内本溪组沉积期，发生了较明显的2次不同规模的海侵，各同生期，在成矿有利部位分别有含铝物质的进一步富集，因此，部分地段叠加沉积了2～3层富铝物质。此后，经长期的成岩、后生作用，发生脱水、黄铁矿化等复杂过程，形成了原生的铝土矿床。最后，经历了三期构造运动成为现今的铝土矿床，其中，抬升至浅表区(埋深约150 m以浅)和中深部裂隙带的铝土矿体(层)在表生作用下，黄铁矿和菱铁矿逐步氧化为赤铁矿，由于天然水的淋滤部分硅以离子形式被带走，矿体品位得以进一步提高[7-8]。

由于矿体均为隐伏矿体，含矿岩系上覆地层自下而上主要有太原组、山西组、石盒子组和新近系等，这些地层的出露结合其厚度和倾角可大致判别含铝岩系的不同分布和埋深，因而可成为隐伏矿间接的找矿标志[8]。结合区域地层分布及前人勘查资料，考虑地球物理标志，一是可据1∶5万布格重力梯级带圈定找矿远景区，二是在远景区内以可控源音频大地电磁测深剖面中反映沉积基底“奥灰面”的卡尼亚电阻率梯级带为找矿标志，间接推断含矿岩系的分布和埋深。

5 结 论

1)研究区处于河南省三门峡-渑池-新安铝土矿成矿区的杜家沟-郁山五级铝土矿成矿带的东端，铝土矿受地层、断裂控矿明显，铝土矿矿体赋存于石炭系本溪组含铁铝岩系地层中，矿床规模稳定，具有较大的找矿前景。

2)6矿体长680 m，宽200 m，真厚度2.81 m，倾向约200°，倾角约18°，似层状、透镜状产出，矿体的顶板围岩主要为黏土岩，底板为灰白色含角砾灰岩，矿石中Al2O3含量66.38%，Fe2O3含量1.55%，铝硅比(Al/Si)5.32，埋深150.39～170.17 m，赋存标高144.24～168.98 m。

3)长期的风化作用成为铝土矿的重要物质来源，在古陆与浅海之间湖陆交换的环境下，形成了铝土矿。矿体赋存于稳定的地层中，地层的出露结合其厚度和倾角可大致判别含铝岩系的不同分布和埋深，可成为隐伏矿间接的找矿标志。