李建全，周红春，曹高社，张 清，陈 光，陈永才，杨园园

1.河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院，河南郑州450001；

2.河南理工大学资源环境学院，河南焦作454003

河南省偃龙煤田深部铝土矿床地质特征

李建全1，周红春1，曹高社2，张 清1，陈 光1，陈永才1，杨园园1

1.河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院，河南郑州450001；

2.河南理工大学资源环境学院，河南焦作454003

偃龙煤田深部铝土矿矿床是豫西典型的隐伏铝土矿床，赋存于中奥陶统侵蚀面之上的石炭系本溪组中.含矿岩系的厚度及矿体形态受古岩溶面控制，构造对矿体影响较大.矿石主要矿物成分为一水硬铝石、高岭石、伊利石等含铝矿物.上部铝质泥岩以高岭石为主，下部铝质泥岩以伊利石为主.铝土矿共生矿产综合开发价值大，伴生矿产有待进一步研究.

铝土矿床；矿体特征；本溪组；偃龙；河南省

0 前言

河南铝土矿分布主要在京广铁矿以西的三门峡-焦作-郑州-平顶山之间的3×104km2的三角地带中.河南省偃龙煤田深部铝土矿床属于该三角地带中嵩箕成矿区偃师-巩义-荥阳铝土矿成矿带［1］，铝（黏）土矿为赋存于寒武—奥陶系古风化剥蚀面上的一水硬铝石型铝（黏）土矿，成矿时代为晚石炭世本溪期［2-3］.许多研究者对该矿床的夹沟［4-5］、孙破-管茅［6］、焦村［7］等矿段300 m以浅的地质特征、找矿标志和控矿规律等进行了总结，但对400～700 m深部的成矿地质条件没有研究.同时矿区浅部为诸多老煤矿范围区，煤炭资源频临枯竭，为了资源转型和铝资源量的勘探，在本区实施煤下铝（黏）土矿整装勘查项目.经过130余个钻孔的勘查，初步勘查发现铝土矿已达到超大型规模.笔者通过该区的勘查工作和铝土矿成矿地质条件专题研究，对偃龙煤田深部铝土矿的地质特征进行初步总结.

1 区域地质特征

1.1 区域地层

本区地层主要为太古宇，元古宇，下古生界的寒武系、奥陶系下统，上古生界的石炭系、二叠系，以及中生界三叠系.太古宇和元古宇主要分布在嵩山复背斜的核部，古生界地层主要分布在复背斜的两翼，中新生界分布于断陷盆地中（图1）.

1.2 区域构造

区域造线方向主要呈近东西向，主要褶皱构造有嵩山、箕山复背斜，主要构造断裂有近东西、北西、北东向3组.近东西向构造对区域地形、地层控制明显，北西向断层规模大、延伸远、切割深，使得近东西向构造有明显的错动.

1.3 岩浆岩

区域上岩浆岩活动微弱，在嵩阳期—燕山期侵入岩（花岗岩）主要出现与嵩山复背斜的核部.

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区位于嵩山背斜北翼上，区内地层受嵩山背斜控制，总体为一向北倾斜的舒缓单斜构造，构造线近东西向展布.地层产状倾向350～20°，倾角12～23°.在岩溶漏斗中，本溪组下部地层倾角可达30～50°.

2.1.1 含矿岩系

本区铝土矿的含矿岩系主要由铝土矿、黏土矿、硫铁矿组成，厚0.5～57.95 m，一般1～10 m.含矿岩系赋存在上石炭统本溪组（C2b）中，自下而上分3段.

下段（C2b1）：为铁质页岩，呈紫红、褐黄、灰及深灰色，由铁质、黏土质和砂质组成，局部为泥岩，与黏土矿、铝土矿呈逐渐过渡关系.浅部风化岩石为褐铁页岩、赤铁页岩，页理发育.深部为黄铁、菱铁页岩，泥质结构，常见鲕状黄铁页岩及菱铁矿等，具叶片结构.该段中下部常由深灰、灰黑色鲕状菱铁页岩或灰、浅灰色黄铁页岩组成“山西式”硫铁矿，其厚度0～9.72 m.

中段（C2b2）：为铝土矿、黏土矿矿层，主要由铝土矿和黏土矿（硬质黏土矿或高铝黏土矿）组成，局部夹黏土矿级外品、黏土页岩或炭质页岩.铝土矿呈灰色、浅灰色，局部为深灰色，碎屑状、豆鲕状、蜂窝状结构，主要矿物为一水硬铝石，其次为高岭石、水云母等，厚度为0.40～28.15 m，平均为2.95 m，呈似层状、透镜状，在溶斗中常呈洼斗状产出.黏土矿呈深灰—灰黑色，硬而脆，具贝壳状断口，高铝黏土矿常呈致密状或稀豆鲕状结构，多位于铝土矿层的上部或下部，时常呈相变过渡并有相互消长的关系，厚度为0.39～3.92 m，平均为1.30 m.

图1 区域地质及铝土矿分布图（底图据文献［1］）Fig.1 Regional geological map with distribution of bauxite deposits（Based on Reference［1］）1—第四系（Quaternary）；2—古近系-新近系（Paleogene-Neogene）；3—三叠系（Triassic）；4—二叠系（Permian）；5—石炭系（Carboniferous）；6—奥陶系（Ordovician）；7—寒武系（Cambrian）；8—元古宇（Proterozoic）；9—太古宇（Archean）；10—元古宇花岗岩（Proterozoic granite）；11—工作范围（study area）；12—铝土矿点（bauxite occurrence）；13—断层（fault）；14—产状（attitude）

上段（C2b3）：一般以黏土页岩为主，有时相变为砂质页岩或炭质页岩.黏土页岩呈浅灰白色，局部深灰色—黑色，偶因铁质污染呈土黄、紫红等杂色，泥质结构，显页理，岩性柔软，易风化破碎，含植物化石和根系化石.矿物成分以水云母为主，次为高岭石及铁质氧化物.厚度一般在1 m至数米之间.

2.1.2 含矿岩系的顶底板

含矿岩系的底板为中奥陶统峰峰组［1，8］，为灰黄色粉晶灰岩、泥晶灰岩、砂屑灰岩夹灰白色白云岩，局部有灰白色方解石细脉，为一套海相的碳酸盐岩组合，其古岩溶特征控制矿体的形态.

含矿岩系顶板为石炭系上统太原组，与本溪组连续沉积.主要岩性下部为生物碎屑灰岩和中粗粒砂岩，夹薄层泥岩及薄煤层；中、上部为黏土岩、黏土质页岩、砂岩等；顶部为生物碎屑灰岩.厚度28.91～52.46 m，平均39.24 m.

2.2 构造

矿区内主要构造形式有褶曲、断裂和滑动构造.断裂构造以北西向的走滑（平滑）断层和高角度的伸展型断层为主，次为低角度小规模的挤压断裂.矿区内断裂构造大致可分为近东西向、北西向和北东向3组，对铝土矿影响较大的断层主要为F15、F13、F14、F7和F6（图2）.F15、F14断层使得油赵矿段的铝土矿向北平移了600 m，F14、F13断层使得寇店矿段的铝土矿向北平移了700 m，F7断层使得府店矿段的铝土矿向南西平移了320 m，F6断层使得府店矿段的铝土矿向北东方向平移了120 m.

3 矿体特征

矿区铝土矿体赋存于中奥陶统石灰岩古侵蚀面上，分布于石炭系中统本溪组的中上部.矿体的形态、大小与沉积成矿时基底地形密切相关.根据钻孔工程揭露情况，形态大体上为层状，局部呈似层状或连续的透镜状、溶斗状及不规则状，往往在古岩溶坑凹处形成厚度较大的透镜体（图3），而古岩溶坑凹中心向外逐渐变薄.例如油赵矿段167线，厚度变化从0.5～57.95 m，明显地受古侵蚀面喀斯特地形控制.在倾向上，一般由浅部往深部延伸厚度逐渐变薄.如偃师夹沟在埋深150 m以内，底板岩溶发育，厚度变化大，大的厚度较多，平均厚度达15.18 m；在埋深150～350 m范围，厚度稳定，平均厚度9.55 m；在埋深350～600 m，平均厚度只有7.77 m.

图2 偃龙煤田深部铝土矿水平投影图Fig.2 Planar map of bauxite orebodies in Yanlong orefield1—铝土矿露头（outcrop of bauxite orebody）；2—铝土矿水平投影（horizontal projection of orebody）；3—断层（fault）

图3 管茅矿段含铝土矿岩溶坑凹剖面图Fig.3 Geological section of bauxite orebody in Guanmao ore block1—第四系（Quaternary）；2—砾岩（conglomerate）；3—砂岩（sandstone）；4—泥岩（mudstone）；5—炭质泥岩（carbonaceous mudstone）；6—铁质泥岩（iron mudstone）；7—灰岩（limestone）；8—铝土矿体（bauxite orebody）；9—黏土矿体（clay orebody）；10—钻孔（drill）；11—不整合接触界线（unconformity）

目前，区内共确定铝土矿体10个，矿体一般长100～1000 m.夹沟矿段厚大的熔斗状和透镜状矿体之间由薄矿体相连，构成大型综合矿体，长度可达4000 m，厚0.5～57.95 m.

4 矿石结构与物质成分

4.1 矿石结构

偃龙深部铝土矿石的主要矿石结构为豆鲕状、碎屑状、泥晶结构.

豆鲕状结构：鲕粒由一水铝石、少量高岭石及铁质矿物组成，形态呈不规则的圆球状或椭球状，鲕径0.5～2 mm，常含豆状颗粒，粒径2～4 mm.椭球状颗粒的长轴呈略具定向排列，与整体的岩层产状和胶结物中显示的纹层相平行.

碎屑状结构：碎屑多呈次圆状、次棱角状，粒径1～5 mm，个别达15 mm.碎屑由显微晶粒状、隐晶状一水铝石及少量高岭石组成，分选较差，常具定向排列.

泥晶结构：主要由半自形晶体相互交织的一水硬铝石组成，含少量黏土矿物和金红石等.晶体一般呈板柱状，大小一般在5～20 μm，在电镜下见到结晶较好的硬水铝石常被黏土矿物所包裹，且在微空隙中见到结晶良好的硬水铝石晶体.常出现在中部豆鲕（碎屑）状铝土矿层中.

4.2 矿石构造

偃龙深部铝土矿石的主要构造有致密块状构造、纹层状构造、多孔状构造和粒序构造（图4）.

致密块状构造：主要表现为由微晶或隐晶质的黏土矿物组成的不显任何层理和纹层的块状，非常致密，手感平滑细腻，碎后呈棱角状，主要出现在上下部铝土质泥岩的不同层段.

纹层状构造：根据纹层的形态可分为水平纹层状构造和不规则纹层状构造.前者表现为成分略有差异的条带相间水平排列，每一纹层厚度在毫米级，主要出现在上部铝土质泥岩中，在其上部常可见到铝土质泥岩纹层与煤组成的纹层相间排列，最后过渡到太原组底部煤层；后者常出现在下部铝土质泥岩层的上部和整个中部豆鲕（碎屑）状铝土矿层中，形态上表现为波浪状、褶曲状，呈现明显的流动状态.

多孔状构造：矿石多空隙，大小不一，导致表面较粗糙，有砂感.在近地表风化作用下，该类构造常常变化为砂状、土状、蜂窝状等构造.这类构造常出现在中部豆鲕（碎屑）状铝土矿层.

粒序构造：粒序层理明显，多见到的是正粒序.下部粒度较粗，并与具有流动纹层的铝土质泥岩呈截然的接触，冲刷现象明显，向上部粒度逐渐减小，并且颗粒的含量也降低，逐渐过渡为铝土质泥岩.

4.3 物质成分

图4 铝土矿的矿石结构构造Fig.4 Textures and structures of bauxite from Yanlong orefieldA—泥晶结构，含黄铁矿团块（micrite texture,with pyrite lump）；B—豆鲕状结构（oolitic texture）；C—碎屑状结构（fragmental texture）；D—豆鲕状铝土矿与泥岩的接触关系（contact of oolitic bauxite and mudstone）

区域上铝土矿的矿物成分研究程度较高，本铝土矿床的夹沟、孙坡-管茅、焦村、下徐马等矿段也有不少科研单位和地勘单位进行大量分析研究［5，9-12］.主要矿物成分为一水硬铝石、高岭石、伊利石等含铝矿物，赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿、针铁矿等含铁矿物，以及锐钛矿、金红石、白钛石、板钛矿等含钛矿物.

根据含矿岩系的特征，利用扫描电镜、能谱分析、X衍射、红外光谱等方法分别对上、中、下3段的深部铝（黏）土矿的含铝矿物进行研究.

下段（C2b1）：该层位主要赋存硫铁矿，含铝矿物为黏土矿物，X衍射图谱中没有特征的硬水铝石的峰，但差热曲线表明，在520℃有一个明显的吸热峰，与硬水铝石的吸热峰相对应.但这一吸热谷较为微弱，可能说明含量较少，并且主要以隐晶质的形式存在于黏土矿物中.通过差热分析，含铝的主要矿物成分是伊利石.

中段（C2b2）：铝土矿主要赋存在该岩性段，含铝矿物主要分布在碎屑状铝土矿中的碎屑以及豆鲕状铝土矿的鲕粒和豆粒中.扫描电镜下观察，结晶较好的硬水铝石呈柱状、薄板状、板状（图5A），发育在呈不规则状、结晶较差的硬水铝石颗粒中.并发现在一些空隙中硬水铝石结晶较好，呈短柱状（图5B）.在薄片和电镜中，碎屑及豆鲕的胶结物中，结晶较好的硬水铝石填充在胶结物因体积收缩而引起的干缩裂缝中.

上段（C2b3）：主要赋存黏土矿，薄片中硬水铝石粒度很小，一般几至十几微米，呈微晶存在，均匀分布.电镜下没有发现典型的硬水铝石晶体，X衍射分析中大部分样品硬水铝石的特征峰不明显，差热分析中，硬水铝石的吸热峰也不太明显（图6），可能是硬水铝石呈微晶或隐晶质存在.但对黏土矿物X衍射分析表明其主要成分为高岭石.

图6 含矿岩系上段铝土质泥岩ZK2006-1差热曲线Fig.6 Differential thermal analysis of bauxitic mudstone in C2b3

总之，对含矿岩系垂向上的矿物研究表明：上部和下部铝土质泥岩以黏土矿物为主，含有少量呈隐晶质的硬水铝石.但上部铝质泥岩以高岭石为主，下部铝土质泥岩以伊利石为主，中部豆鲕（碎屑）状铝土矿主要以结晶较好的硬水铝石为主，含有1.4 μm的黏土矿物和少量的高岭石，反映了风化作用较为强烈.

5 主要共伴生矿产

图5 含矿岩系中部铝土矿硬水铝石扫描电镜下特征Fig.5 Microphotograph of diaspore in bauxite sample by SEMA—ZK0006-2豆鲕状矿石（oolitic textured ore）；B—ZK7608-1碎屑状矿石（fragmental textured ore）

偃龙煤田深部铝土矿初步圈出铝土矿矿体10个，规模达到超大型，与铝土矿共生的矿产有耐火黏土矿、硫铁矿、铁矾土及煤.煤炭资源是目前区内最为重要的矿产资源，其赋存在本溪组上部的石炭系太原组和二叠系山西组中，区内河南煤华集团等已开采生产几十年.耐火黏土矿一般赋存在含铝岩系的上部，初步圈出耐火黏土矿矿体18个.主黏土矿体赋存在铝土矿的上部，由于铝土矿和黏土矿呈渐变过渡关系，无明显沉积分界.黏土矿有的作为夹石赋存在铝土矿之中，有的赋存在铝土矿体之下.目前估算黏土矿资源量的规模已达大型.硫铁矿赋存在本溪组的底部，由于多数钻孔所见铝土矿与底板灰岩直接接触，硫铁矿的连续性差，初步圈出硫铁矿矿体7个，其资源量规模已达大型.

与铝土矿伴生的矿产主要有镓、锂、轻稀土氧化物和钛.本次工作还未对该类伴生矿产的资源量进行统计估算，但区域上认为该类矿产综合开发前景较好，在距本矿床约70 km的同类型郁山铝土矿，镓、锂和轻稀土氧化物等伴生矿产资源量规模达中型，钛资源量达到大型规模，具有较好的开发前景.因此应注重本铝土矿床的伴生矿产研究，同时开展相应的开发利用研究.

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LI Jian-quan1,ZHOU Hong-chun1,CAO Gao-she2,ZHANG Qing1,CHEN Guang1, CHEN Yong-cai1,YANG Yuan-yuan1

1.No.4 Institute of Geological Exploration,Henan Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Zhengzhou 450001,China;
2.College of Earth and Environment Sciences,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,Henan Province,China

The Yanlong bauxite deposit,which occurs in Carboniferous Benxi Formation on the Middle Ordovician erosion surface,is a typical concealed bauxite deposit in western Henan Province.The thickness of ore-bearing formation and shapes of bodies are controlled by the paleo-karst erosional surface,and are greatly influenced by structures.The dominant Al-bearing minerals include diaspore,kaolinite and illite.The upper and lower parts of the bauxitic mudstone are mainly based on kaolinite and illite respectively.The paragenetic minerals of bauxite have a great value,while the associated minerals need further study.

bauxite deposit;characteristics of orebody;Benxi Formation;Yanlong orefield;Henan Province

2015-10-20；

2016-01-20.编辑：张哲．

中央地勘基金河南省地质勘查基金项目［编号52（预查），8（普查）］.

李建全（1982—），男，硕士，工程师，从事地质勘查工作，通信地址河南省郑州市高新技术开发区科学大道81号地质科技大厦1221室，

E-mail//375159702@qq.com