河南省鋁土礦床成因探討

2005年第1期礦產(chǎn)$地質(zhì)第19卷2005年2月MINERAL RESOURCES AND GEOLOGY總第107期河南省鋁土礦床成因探討袁躍清(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊，河南安陽(yáng)455004)摘要:從成礦物質(zhì)來(lái)源入手探討河南省鋁土礦成因,認為河南省鋁土礦是在碳酸鹽巖遭受長(cháng)期強烈化學(xué)風(fēng)化剝蝕而形成大量富鋁、鐵物質(zhì)古風(fēng)化殼的基礎上,由于海侵作用,并接受陸源物質(zhì)的匯入,而在海湖盆地中逐漸沉積形成的。關(guān)鍵詞:鋁土礦;成因:Al2O3/TiO2值;物質(zhì)來(lái)源中圖分類(lèi)號:P618.45文獻標識碼:A文章編號:1001- 5663(2005)01- 0052 - 05河南省鋁土礦床主要分布于京廣鐵路以西的地1.2 新安一陜縣鋁土礦成礦區區,北界從修武到山西垣曲,大致平行于豫晉邊界,長(cháng)東起新安,西抵陜縣,呈SW-NE向展布,已有約150km,自垣曲折向西南經(jīng)夏縣、平陸南部到陜縣大、中、小型鋁土礦區33個(gè),總儲量近兩億噸,是河南長(cháng)約74km;南界從平頂山北至三門(mén)峽一線(xiàn),長(cháng)約主要優(yōu)質(zhì)鋁土礦成礦區,又可分為三個(gè)成礦帶:200km。是我國重要的鋁土礦資源基地之一。(1)西礦帶位于陜縣斷陷盆地,北段村穹窿和扣門(mén)斷層以西。區內后期斷裂構造發(fā)育,礦帶多被切1河南省鋁土礦基本特征割成大小不一的菱形斷塊，礦石以中等品位為主,兼有富礦。河南省鋁土礦位于華北地臺豫淮臺褶帶的西部，(2)中礦帶位于澠池不對稱(chēng)向斜盆地北緣,扣南鄰秦嶺地軸,西北有中條古陸,均產(chǎn)于寒武一奧陶門(mén)山斷層和龍潭溝斷層之間。礦帶呈EW向弧形分系碳酸鹽巖古風(fēng)化侵蝕面上的石炭系上統本溪組內。布,西段出露較好,礦體由西向東呈現富一貧一富含礦巖系是一套含鐵富鋁的粘土巖組合,厚度不大，貧相間的規律。但產(chǎn)出較穩定,與下伏地層呈假整合產(chǎn)出。下伏地層(3)東礦帶位于新安盆地西北翼,北段村穹窿在宜陽(yáng)一登封一禹州以北主要為中奧陶統馬家溝組和龍潭溝斷層以東地區,礦帶呈SW-NE向展布,南灰巖;往南為上寒武統白云質(zhì)灰巖或白云巖。上覆地起新安張窯院,北至濟源下冶。具有南厚北薄、南富北層為太原組。礦體呈似層狀、透鏡狀、溶斗狀產(chǎn)出,一貧顯著(zhù)變化的特點(diǎn),以中等品位礦石為主。般為單層,連續性與基底起伏情況和構造變化情況有1.3 嵩箕鋁土礦成礦區關(guān)。礦石主要由硬水鋁石組成,礦石結構以豆鮞狀、致成礦區位于嵩山、箕山、長(cháng)葛古侵蝕平原周?chē)?可密狀、蜂窩狀為主,具有高鋁、高硅、低鐵的特點(diǎn)。劃分為三個(gè)礦帶:河南省鋁土礦分布大致分為四個(gè)成礦區:焦作-(1)北礦帶位于嵩山古侵蝕平原北緣的滎陽(yáng)盆濟源、新安一陜縣、嵩箕及汝州-寶豐成礦區。地鞏義盆地和偃師盆地的南部山前凹地。東起滎陽(yáng)1.1焦作一 濟源成礦區馮中國煤化工系呈EW向帶狀展布，東起修武經(jīng)焦作、博愛(ài)、沁陽(yáng),西至濟源。以粘土有大HCNMHG,礦石品位多為中等偏礦為主,夾有中一低品位鋁土礦透鏡體。富,并有富礦體存在。①收稿日期2004-09-08 作者簡(jiǎn)介:袁躍清(1965-),男,河南內黃人,工程師,從事地質(zhì)勘查與生產(chǎn)技術(shù)管理。(2)中礦帶位于嵩山古侵蝕平原 、箕山古侵蝕以上,說(shuō)明巨厚的碳酸鹽巖在長(cháng)期化學(xué)風(fēng)化作用下，平原和長(cháng)葛古侵蝕平原之間的新密-登封盆地。礦帶鋁質(zhì)得到富集,再經(jīng)鋁土化作用,完全可以富集成鋁呈NE-SW向展布,南起自登封莊頭,北至新密白土礦。寨,已發(fā)現有鋁土礦床(點(diǎn))24個(gè)。礦體呈扁豆狀、透鏡狀及溶斗狀,礦體厚度和礦石品位變化較大,透鏡表1河南省西部鋁土礦柱狀剖面分析結果表狀礦體礦石品位較富。Table 1 Analysis result of column profile of(3)南礦帶位于 箕山、長(cháng)葛古侵蝕平原南緣的bauxite in SW part of Henan禹州向斜盆地。鋁土礦體主要分布于向斜的北東翼和地層巖生化學(xué)成分(w8/10-2) AlO3/ Al.Os/南西翼及箕山大背斜的北翼,呈弧形展布。礦體為似代號Al2O3 SiO2 TiO2 SiO2TiO2層狀、透鏡狀、溶斗狀，礦體厚度變化較大,多為中小C2 含高嶺石粘土礦 52.98 27.52 2.42 1.93 21.89型規模,屬富-中等品位礦石。豆鮞狀鋁土礦68. 7011.59 2.50 5. 9327.481.4 汝州-寶豐鋁土礦成礦區.含高嶺石鋁土礦57.47 19.76 2.312.9124. 88位于箕山古侵蝕平原與秦嶺-大別山古陸之間含鐵粘土巖30.39 36.08 1. 310.8423. 20.的汝寶盆地。呈NW- SE向展布,西北自汝陽(yáng)縣,經(jīng)水云母粘土巖34.88 45.40 1.50 0. 7723.70汝州市向南東至魯山、寶豐。礦體呈似層狀、透鏡狀,風(fēng)化灰巖3. 399.96 0.180. 3418. 83局部為溶斗狀，礦體厚度變化大，屬中等品位的礦石。O2石灰巖1.70 1.88 0.12, 9014.202鋁土礦成礦物質(zhì)來(lái)源2.3 基底碳酸鹽巖的AI/Ti(鈦率)與古陸鋁硅酸鹽巖比較成礦物源相同的各類(lèi)礦(巖)石的鈦率,-般都很2.1 成礦地質(zhì)背景分析河南省鋁土礦床的產(chǎn)出嚴格受寒武系、奧陶系分接近。鈦與鋁的這種線(xiàn)性關(guān)系,是與鋁來(lái)源于強烈風(fēng)布區的控制。從華北寒武紀-奧陶紀的各時(shí)期巖相古化的紅土化殼以及呈機械懸浮遷移有關(guān)。鋁土礦鈦率地理圖來(lái)看,區域內都是碳酸鹽巖的沉積區,中奧陶在一個(gè)相當大的成礦區中都有一定的數值,并往往反世末開(kāi)始的加里東運動(dòng)，使華北地區整體平穩地上映物源巖石的化學(xué)成份特征。從河南省鋁土礦化學(xué)組份的相關(guān)分析中也可以升,此后-直至石炭紀的漫長(cháng)地史時(shí)期中接受風(fēng)化剝看出AI2O3與TiO2呈正相關(guān),相關(guān)系數達0. 68。蝕。當時(shí)在華北大地上并沒(méi)有鋁硅酸巖類(lèi)的古陸存根據122個(gè)鋁土礦區下伏碳酸鹽巖樣的化學(xué)成.在,因此,碳酸鹽巖是華北地區風(fēng)化殼的原巖。分含量進(jìn)行統計,其w(Al2O3)為0.54X10~2~4.32.2 碳酸鹽巖-含礦系的剖面分析X10-',-般1X10-'~3X10-居多,平均為2.75X含礦系剖面是鋁土礦形成過(guò)程的客觀(guān)記錄,華北10-”;w(TiO2)為0.03X10-2~0.25X10-*,平均為鋁土礦的含礦巖系基本上是-套含鐵富鋁的粘土一0.15X10-*,AlO:/TiO2值為14. 2~30.8,平均為鋁土礦組合。從碳酸鹽巖的風(fēng)化面向上,其巖石系列18. 33(表2)。依次為:灰巖、風(fēng)化殼-含鐵粘土巖-粘土礦-鋁土河南省鋁土礦區331個(gè)各種類(lèi)型的鋁土礦石的礦，顯示了完整的遞進(jìn)演化過(guò)程。鈦率為21.7,而鄰近古陸鋁硅酸鹽巖的鈦率為16.5。在寒武系、奧陶系的侵蝕風(fēng)化面上,即鋁土礦含.從兩者的鈦率比較來(lái)看,基底碳酸鹽巖與鋁土礦更為礦巖系底部,仍不同程度地保存有0.2m至數米不等接近。鋁土礦中的Al、Ti與石灰巖中Al、Ti相比,其的黃褐色一紫紅色角礫狀風(fēng)化灰巖,根據Al2O,測試富集比分別為19. 16和19. 38,幾乎完全一致。結果,風(fēng)化灰巖中Al,O3的含量比未風(fēng)化灰巖的含量2.其底碳酸鹽巖風(fēng)化殼剝蝕與鋁土礦層厚度的關(guān)系提高了幾倍以上。在灰巖角礫間隙中充填著(zhù)水云母粘中國煤化工中奧陶統的碳酸鹽巖建土巖和褐鐵礦,其Al,O3含量又較風(fēng)化灰巖提高了幾造在MHCNMHG。中奧陶世末期,受加里十倍(見(jiàn)表1)。東運動(dòng)的影響普遍抬升成陸,此后經(jīng)歷了長(cháng)期的風(fēng)化從粘土巖到上面的粘土礦、鋁土礦,w(Al2O3)從剝蝕作用,以至形成準平原化地貌。據區域資料,中奧30X 10-2~34X 10-2又提高到52X10-2~68X 10 - 2陶統灰巖的厚度為400~ 500m,最厚的達597m,其中53表2河南省鋁土礦 區鈦率統計表僅峰峰組最大厚度為222m。上馬家溝組厚度亦在Table 2 Probability statistics of150~251m之間。如前所述,河南省鋁土礦區的峰峰bauxite mine of Henan組大多被剝蝕。據此,峰峰組的風(fēng)化殘余物的厚度即樣品w(Al2O3) w(TO2) Al2O3/達12~23m之多。按馬家溝組的w(Al2O。)為2X礦區樣品名稱(chēng)數(X10-2) (X10-2)TO210-?計算,其剝蝕殘余物的確可形成平均厚5~ 8m河南陜縣、鮞狀礦石4866. 753.2620.5的鋁土礦層。因此,基底碳酸鹽巖可以為鋁土礦的形澠池、新致密狀礦石961.982.7723. 7成提供豐富的物質(zhì)來(lái)源。安、鞏義、豆狀礦石12 66. 073.1121.2登封、新密.多孔狀礦石3671.623.8218.83鋁土礦區含礦巖系與下伏基底碳酸等20個(gè)礦區粗糙狀礦石82 72. 263. 3421.6巖的空間分布關(guān)系砂(礫)狀礦石47 68. 552.8224.3層紋狀礦石1157.42.2.4323.6河南省鋁土礦的地質(zhì)特征大同小異,以河南省新各類(lèi)礦石平均331 67. 203.1021.7安縣石寺鋁土礦區為例,探討含礦巖系與下伏基底碳.寒武系、奧陶酸鹽巖的空間分布關(guān)系。碳酸鹽巖平均122 2. 750.1518.33系碳酸鹽巖ab@C。囚:團304 s圖1河南省新安縣石寺礦區鋁土礦層厚度與中奧陶統灰巖頂面趨勢分析剩余值分布圖Fig.1 Residual value distribution of trend analysis of bauxite and middleOrdovician limestone in Shisi mine of Xit中國煤化工incea- 鋁土礦層厚度趨勢剩余值圖 b-中奧1-礦層露頭邊界線(xiàn)2- 鉆孔控制邊界線(xiàn)3- 正異常ux1.1uL1;U 751l0.0490):MYHCNMHG..4-零值線(xiàn) 5-負異常限(a為zi-1.3263;b為zi- 0. 04961)5b0 3938313.5a2囚23.圖2河南省 新安縣石寺礦區鋁土礦層厚度與O2灰巖頂面標高趨勢等值線(xiàn)圖Fig. 2 Isoline diagram of thickness tendency of bauxite layer andapex face of O2 limestone in Shisimine，Xinanxian，Henan provincea為鋁士礦層厚度趨勢圖b為O2灰巖頂面標高趨勢圖1-礦層露頭邊界線(xiàn)2- 鉆孔控制邊界線(xiàn)3-圖a鋁土礦層厚度趨勢等值線(xiàn) 圖bO2灰巖頂面標高趨勢等值線(xiàn)筆者利用石寺鋁土礦區的123個(gè)鉆孔資料,(鉆部、西部礦層厚度的等值線(xiàn)閉合圈或趨勢呈現NE孔基本均勻地分布于整個(gè)礦區,N-NW-SW一帶向,南部呈現NW向,這與基底灰巖頂面所代表的古以礦體的露頭或尖滅點(diǎn)為界,S-SE-NE-帶以鉆地形形態(tài)極為相似，說(shuō)明礦體的形成與古地形具有極孔控制到的位置為界),對礦區的鋁土礦層厚度及基其密切的關(guān)系,嚴格受古地形控制。從其剩余分布圖底灰巖的頂面利用多項式函數在三維空間對其分布來(lái)看,整個(gè)礦區大厚度礦層都分布于基底古風(fēng)化殼的形態(tài)進(jìn)行擬合。根據計算結果,繪制了其各自的剩余凹陷處，且凹陷越大,礦層的厚度也越大,在基底的隆值分布圖(圖1)。起區,礦體變薄,這充分說(shuō)明了鋁土礦的形成受當時(shí)基底灰巖頂面趨勢圖與礦層厚度趨勢圖都顯示的古地形影響且受區域構造控制。出區域構造線(xiàn)的方向(圖2),兩者具有明顯的一致性,趨勢面的值都表現為西北高東南低的趨勢,反映4鋁土礦的成礦過(guò)程為一向斜構造的北西翼。從兩者剩余值分布圖來(lái)看(圖1),兩者的分布形態(tài)也非常相似,表現為在基底根據河南各鋁土礦區的地質(zhì)特征、礦物特征、空的負值區所對應的礦層頂面也多為負值區;基底的正i死竹鍋成等特點(diǎn),結合野外實(shí)際.中國煤化工值區所對應的礦層頂面也多為正值區。即在基底古風(fēng)考THCNMHG斷如下:化面的低洼處,礦層頂面也為低洼區;基底頂面的隆仕哭阿匯之口，由丁又加里東運動(dòng)的影響,地殼起處，礦層頂面也為隆起,這表明礦層是在基底古風(fēng)抬升,使奧陶系灰巖大面積暴露于地表,遭受長(cháng)期強化殼上經(jīng)過(guò)長(cháng)期沉積形成的,兩者呈假整合關(guān)系。烈的風(fēng)化剝蝕,形成厚達幾十米的古風(fēng)化殼。在化學(xué)從礦體厚度的趨勢圖來(lái)看(圖2),在礦區的北風(fēng)化作用下,較活潑的K、Na、Ca.Mg等元素及大部55分的Si被淋濾帶走,Al、Fe殘積物相對集中而得以綜上所述,河南鋁土礦床是在寒武一奧陶系碳酸富集。鹽巖遭受長(cháng)期強烈化學(xué)風(fēng)化剝蝕而形成大量富鋁、鐵上石炭世初期,由于發(fā)生大面積海侵,形成海湖物質(zhì)古風(fēng)化殼的基礎上,在中石炭世初期,由于海侵盆地，使得經(jīng)過(guò)1億多年風(fēng)化剝蝕和從周?chē)抨懮蠋ё饔?并接受陸源物質(zhì)的匯入，而在海湖盆地中逐漸來(lái)的含Fe、Al的物質(zhì)以碎屑或細小的分散懸浮物形沉積形成的。因此,古隆起和古坳陷控制著(zhù)鋁(粘)土式匯集到海湖盆地之中。此時(shí)溫暖、潮濕的氣候,使得礦的成生和空間分布。在沉積的過(guò)程中，由于水動(dòng)力鐵質(zhì)能較快地與碳酸鹽巖作用在海湖盆地中沉積,形的影響,使得古風(fēng)化殼相對凹陷處即基底灰巖剝蝕的成菱鐵頁(yè)巖,并局部富集菱鐵礦。隨著(zhù)時(shí)間的推移,地低洼處，沉積了大量來(lái)自周?chē)鷽](méi)有固結的沉積物,因殼抬升,海水變淺,環(huán)境趨于氧化，由于湖盆的水動(dòng)力此沉積厚度就大,鋁土礦、礦層的頂底板也就越厚,常較強,沉積作用發(fā)生在波基面以上，故形成具有鮞粒在此形成厚礦、富礦。成巖之后,又經(jīng)過(guò)后期各種變化的紫紅色鐵質(zhì)頁(yè)巖。(如熱液蝕變、淋濾作用等),使得鋁土礦中的各種成上石炭世中期,地殼相對穩定,水動(dòng)力時(shí)強時(shí)弱份也發(fā)生變化,從而形成今天的鋁土礦床。由于早期鐵質(zhì)大量沉積，使其含量相對減少。由于長(cháng)在成文過(guò)程中，得到王福貴、王永爭高級工程師期與基底的石灰巖相互作用.使得海水的pH值變的指導,在此表示感謝。大,Al、Si等懸浮物開(kāi)始沉積,形成了豆鮞狀、鮞狀、碎屑狀等富鋁、硅的鋁土礦、粘土礦、粘土巖等。參考文獻:上石炭世晚期,發(fā)生海退.使海水變淺,逐步形成.[1]吳國炎,姚公-.河南鋁土礦床[M].冶金工業(yè)出版社,1996.沼澤地帶.植物大量生長(cháng)，氣候溫熱.濕潤,沉積了一[2] 何振鏞. 河南西部鋁(粘)土礦床的分布規律及成因類(lèi)型[].河南有色地質(zhì),1992.套炭質(zhì)頁(yè)巖、粘土頁(yè)巖或煤層的煤系地層。GENESIS OF BAUXITE DEPOSIT IN HENANYUAN Yue-qing(No. 1 Geological Team of Henan Nonferous Metal Geology and MineralResources Bureau, Anyang, Henan 455004 ,China)Abstract : Genesis of bauxite deposit in Henan was discussed starting from matter source of the ores. It isconsidered that bauxite deposits in Henan was formed by the gradual accumulation of the terrigenous matterbrought in by marine transgression in the sea and lake basin after forming weathering crust rich in abundantaluminum and iron matter by the strong chemical weathering and erosion of carbonate rock.Key Words : bauxite, genesis, Al2O3/TiO2，matter source中國煤化工MHCNMHG56