李宇飞

（河北省建筑材料工业设计研究院，河北 石家庄 050051）

1 区域地质特征

矿区处于华北断块(Ⅱ级构造单元)吕梁-太行断块(Ⅲ级构造单元)沁水块坳(Ⅳ级构造单元)东南缘的郭道-安泽近南北向褶带(Ⅴ级构造单元)与太岳山坳缘翘起带之接合部位。区域内分布的地层有古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和新生界的新近系和第四系。

1.1 古生界寒武系 （∈）

主要岩性为：上部厚层白云岩，竹叶状灰岩，泥质白云岩，灰岩，中部薄板状灰岩夹竹叶状灰岩，中厚层状泥质灰岩夹薄层灰岩，下部为紫红色页岩夹薄层砂岩，薄层泥质灰岩，底部为含钙质石英砂岩。

1.2 古生界奥陶系 （O）

（1）古生界奥陶系下统（O1）。冶里组（O1y）：上部薄层泥质白云岩夹页岩；中部为中厚层状燧石白云岩；下部薄层状泥质白云岩，竹叶状白云岩。

亮甲山组（O1l）：厚层状白云岩，含燧石白云岩。

（2）古生界奥陶系中统（O2）。下马家沟组（O2x）：上部白云质灰岩，灰岩夹角砾状白云质泥灰岩，角砾状灰岩，下部含砾砂岩、页岩，白云质泥灰岩。上马家沟组（O2s）：主要岩性为白云质灰岩，灰岩夹白云质泥灰岩，泥质白云岩，白云质豹皮状灰岩，底部夹白云岩，角砾状白云质泥灰岩，白云质泥灰岩。峰峰组（O2f）：主要岩性为灰岩、白云质灰岩、角砾状白云质泥灰岩夹灰岩。

1.3 古生界石炭系 （C）

（1）中统本溪组（C2b）。主要岩性为：中上部为粘土质页岩，砂质页岩夹煤线及1～2层灰岩，下部为铁铝岩及铝土矿，底部常见大小不一的褐铁矿透镜体。与下伏地层呈平行不整合接触。

（2）上统太原组（C3t）。主要岩性为：上部为灰色厚层中细粒砂岩、炭质页岩、砂质页岩夹煤层，其中5、6号煤层可采。中下部三层含燧石结核灰岩和灰黑色页岩及煤线。

1.4 古生界二叠系 （P）

（1）下统山西组（P1s）。主要岩性为：上部为黄绿色页岩、灰色页岩、煤线；中部为黄绿色页岩、灰色页岩，夹灰白色厚层中粒砂岩和可采煤层；下部为灰色页岩、炭质页岩夹2层可采煤层。底部石英砂岩。

（2）下统下石盒子组（P1x）。共分两个岩性段，第一段主要岩性为：灰白色、黄绿色厚层石英砂岩，砂质页岩，灰色页岩夹煤线。第二段主要岩性为：具紫红色斑团黄绿色砂质页岩，具铁质鲕粒杂色铝土质页岩夹细砂岩及1～2层锰铁矿结核层。

（3）上统上石盒子组（P2s）。共分三个段。主要岩性为：紫红色斑团黄绿色砂质页岩夹页岩和砂岩、黄绿色厚层含砾中粗粒砂岩、含中粒砂岩、不稳定黄绿色厚层砂岩和少量暗紫红色页岩互层。

（4）上统石千峰组(P2sh)。主要岩性为：中上部为红色泥岩，底部为灰白、黄绿色含砾中粗粒砂岩，部分地区有底砾岩。

1.5 新生界新近系 （N）

上部深红色粘土、亚砂土含砾石；下部紫色砾岩夹细砂岩。

1.6 第四系 （Q）

主要岩性为：上部为粉砂土、亚粘土、中细砂，含腹足类，棕黄、浅棕色亚粘土，坚硬无节理。中部为棕褐、灰绿色有密集的深棕红色古土壤条带。底部深红色粘土含零星的钙质结核和葡萄状海绵状结核层，有的夹砂砾石透镜体。

区域地层总体呈单斜构造，走向北北东，倾向南东东。次级构造多为平缓开阔的短轴背向斜，轴线方向与区域构造线方向基本一致，断层多以北北东、北东向为主，多为正断层，倾角较大，多在50°～70°之间。

2 矿区地质特征

区内基岩地层出露四较少，仅在沟谷有大片灰岩出露，含矿层多为人工露头，多被第四系覆盖，全区覆盖面积达90%以上。地层简单，由老到新为奥陶系中统峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）和上统太原组（C3t）、第四系（Q3、Q4）地层，现分述如下。

（1）奥陶系中统峰峰组（O2f）。主要岩性为峰峰组上段的灰黑色、青灰色厚层灰岩，局部夹灰色-灰黄色泥灰岩。

（2）石炭系中统本溪组（C2b）。该组地层平行不整合于奥陶系中统峰峰组之上，是赋矿层位。按其岩性组合特征分上、下两段。

下段（C2b1）：与下伏（O2f）地层呈平行不整合接触，是铝土矿的含矿地层。自下而上一般从山西式铁矿或铁铝岩开始，依次为铝土矿、硬质耐火粘土矿、粘土岩。受奥陶系侵蚀面凹凸不平影响，含矿层在奥陶系剥蚀面低洼处厚度一般较大，而在奥陶系剥蚀面凸起处往往变薄。铝土矿的厚度与硬质耐火粘土矿、粘土岩、铁铝岩的厚度无明显的相关性，由于遭受强烈剥蚀，含矿层边界形态较复杂，在平面上显示有无矿地段呈港湾状深入矿体内部，在剖面上显示矿体被切断。铝土矿直接顶板为硬质耐火粘土矿或粘土岩，间接顶板为灰岩或砂岩，直接底板为山西式铁矿或铁铝岩，间接底板为奥陶系灰岩。上段（C2b2）：位于C2b1地层之上，与C2b1以一薄层煤线、灰岩或者黑色、粉砂岩等分开。岩性多为泥岩、细砂岩、砂页岩、粉砂岩为主。

（3）石炭系太原组（C3t）。下段（C3t1）：与下伏本溪组地层呈整合接触，底部以一层较稳定的中-粗粒或含砾粗砂岩（晋祠砂岩）与本溪组分界，向上为灰褐色细砂岩、灰色粉砂岩、褐黄色砂质页岩、黑色页岩，夹薄层煤及灰岩。上段（C3t2）：岩性为含燧石条带灰岩夹砂岩、砂质页岩、黑色页岩和煤层等。

（4）新生界第四系（Q3、Q4）。上更新统（Q3）：主要为上更新统黄土，少量红色粘土。全新统（Q4）：在山坡多为第四系残坡积土、腐殖土；在沟谷多为第四系冲积、洪积物。

矿区构造简单，地层总体呈单斜产出，总体走向北西，倾向30°～70°，倾角4°～12°。区内未见大的断裂构造形迹，局部地层随中奥陶统侵蚀基准面起伏产状有些变化，在矿区中部有规模较小的褶皱构造，地表覆盖严重。

3 矿体地质特征

（1）铝土矿赋存层位。铝土矿赋存于石炭系中统本溪组一段的中上部。总体由西北向东南逐渐降低，矿体中心部位埋深由西向东变大。矿层下界距奥陶系灰岩侵蚀面0.00m～7.17m。该段地层是奥陶系中统经历了长期风化剥蚀之后海侵初期的沉积。由于地壳总体表现为相对稳定的缓慢下降，致使含矿层在垂向上表现出一定的变化规律：一般最下部为山西式铁矿，向上依次为铁质粘土岩、铝土矿、硬质耐火粘土矿或粘土岩。矿体与顶、底板岩（矿）层界线明显或呈过度关系。从底板、矿层到顶板为一套连续沉积的铁铝岩相建造。受奥陶系侵蚀面凹凸不平的影响，该段地层在横向、纵向及垂向上都有一定的变化。

（2）矿体特征。矿体空间形态呈层状、似层状产出，其形态、规模受含矿岩系底板古地形的控制作用明显。矿体总体走向北西，倾向北东，平均47°，倾角一般4°～12°，平均8°，局部受中奥陶统侵蚀基准面起伏影响，倾角有所变大。矿层一般为一层，局部可分为2-3层，受奥陶系侵蚀面起伏变化和沉积环境的影响，出现了铝土矿局部加厚、变薄、分叉甚至尖灭的现象。矿体厚度为0.31m～4.3m，平均1.46m。

4 矿石质量

（1）矿物成分。区内铝土矿石中主要矿物成分为一水硬铝石，约占60%～80%，次为粘土矿物，约占20%～50%，含少量锆石、电气石、氧化铁质等。

（2）结构构造及类型。矿石结构：野外观察矿石结构有碎屑状、鲕状、豆鲕状、粗糙状、致密状等，镜下鉴定以碎屑结构为主，另有豆鲕状结构、砂屑结构，胶结物多为隐晶一水硬铝石及粘土矿物。矿石构造：以块状构造为主，有些矿石在镜下微具层纹状构造，胶结物以一水硬铝石为主的矿石，质地坚硬，随着粘土矿物高岭石、伊利石等含量的增高，矿石变得性脆，遇水膨胀，质量也相对较差。

矿石自然类型按其结构、构造可分为碎屑状、粗糙状矿石、鲕状及豆鲕状矿石和致密状矿石，其中以鲕状及碎屑状为主；按其主要铝矿物成分划分其自然类型为一水硬铝石铝土矿。

5 矿层顶、底板岩层特征

铝土矿体位于含矿层中下部，据见矿工程统计，顶板为粘土岩或铝质粘土岩的，占59%；顶板为硬质耐火粘土矿的，占32%；顶板直接为砂岩的，占9%。

矿体底板为硬质耐火粘土矿的，占17%；底板为铝质粘土岩、铁质粘土岩或粘土岩的，占71.5%；底板为山西式铁矿的，占9.5%；底板直接为灰岩的，占2%。

6 矿床成因及找矿标志

（1）矿床成因。矿区位于霍山古岛东南缘的沁源盆地，铝土矿成矿物质来源于基底碳酸盐岩的古风化壳以及霍山古岛的古老结晶岩石风化产物的补充。加里东运动使整个华北地区抬升，经受长期风化剥蚀形成准平原化地形，为铝土矿的形成准备了充足的陆源碎屑，同时奥陶系碳酸盐岩经受长期的风化作用，形成钙红土型风化壳，至本溪期地壳开始缓慢下降，发生海侵，海侵方向北东-北北东，风化壳遭到破坏，而在地势平缓及盆地低凹处部分风化壳残留形成风化壳型铝土矿。随着古风化壳由近及远的遭到破坏，位于海侵边部的古风化以铁质为主的上部物质首先被搬运至近海盆地中接受沉积，形成山西式铁矿或铁质粘土岩，表现为岩矿石物质成分不均匀，呈团块状，无层理，厚度变化大的特点，然后在合适的沉积环境和沉积介质中风化壳中以铝质为主的物质被碎解、搬运、再沉积，形成铝土矿，随着铁铝质的沉积，风化壳中的硅质也经碎解、搬运、沉积形成粘土岩及硬质耐火粘土矿，从而形成了自下至上的铁-铝-硅垂直层序。矿区铝土矿应属陆表海条件下的泻湖-浅海相沉积型铝土矿。

（2）找矿标志。①矿区经受强烈剥蚀，较大沟谷中均有奥陶灰岩出露，而灰岩侵蚀面上即为铝土矿的赋矿层位，因此也是铝土矿的找矿标志。②区内曾有广泛的山西式铁矿民采活动，其采矿遗迹很易寻找，山西式铁矿之上即为铝土矿层位，因此也可做为找矿标志。③铝土矿受基底地貌影响较大，在本溪组沉积较厚，古侵蚀面相对低凹处，有望找到质量好的大型矿床。

本文是在石国冬工程师精心指导和大力支持下完成的。