楊賀杰，蔣 磊，胡 偉，李俊鋒，趙景武

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016；2. 河南省有色金屬礦產(chǎn)探測(cè)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016)

0 引言

高家莊鋁土礦區(qū)位于魯山縣西北部約41 km的倉(cāng)頭鄉(xiāng)高家莊一帶，行政區(qū)劃隸屬于魯山縣倉(cāng)頭鄉(xiāng)高家莊管轄，是河南省鋁土礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)之一。自20世紀(jì)50年代起，先后有秦嶺區(qū)測(cè)隊(duì)、中南地質(zhì)局、河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)、河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)等分別在區(qū)內(nèi)作了1∶20萬(wàn)魯山幅重新修測(cè)、1∶25萬(wàn)平頂山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及煤礦詳查工作，對(duì)區(qū)內(nèi)的構(gòu)造帶進(jìn)行了劃分并對(duì)斷層進(jìn)行定名和詳細(xì)描述。通過(guò)本次工作，在礦區(qū)新發(fā)現(xiàn)并勘查鋁土礦體4條，提交了一處小型鋁土礦礦床[1]。

通過(guò)總結(jié)前人研究成果，結(jié)合此次勘查研究，對(duì)礦區(qū)成礦地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征等開(kāi)展分析，并對(duì)礦床成因、找礦前景進(jìn)行探討，為區(qū)域內(nèi)同類(lèi)型礦床的勘查工作提供了一定的借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

高家莊鋁土礦區(qū)屬華北地臺(tái)南緣、華熊臺(tái)緣坳陷，位于三門(mén)峽—魯山逆沖斷裂帶的南部，自西向東展布有兩個(gè)大的逆沖斷層，屬于河南省鋁土礦四級(jí)成礦區(qū)最南端的汝州—寶豐—魯山鋁土礦帶[2]，為河南省富鋁土礦集中區(qū)，研究區(qū)成礦條件較好，礦石品位較富，具有一定的規(guī)模和外圍找礦前景。

區(qū)域內(nèi)分布地層由老至新為太古宇太華巖群、中元古界汝陽(yáng)群、古生界寒武系及石炭系、二疊系、中生界白堊系及第四系全新統(tǒng)，石炭系本溪組為本區(qū)鋁土礦主要礦源層，巖性為鋁土礦，高鋁黏土及含鐵質(zhì)黏土。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬于華北陸塊，地質(zhì)構(gòu)造演化經(jīng)歷了三個(gè)階段：中元古界前造山階段，晚古生代—三疊紀(jì)主造山階段，侏羅—白堊紀(jì)后造山階段[3]。區(qū)內(nèi)巖漿巖不甚發(fā)育，侵入巖僅分布有鉀長(zhǎng)花崗巖，呈脈狀或巖墻侵入于太古宇和中元古界中。區(qū)域礦產(chǎn)以沉積礦床為主，主要是煤、鋁土礦、高嶺土、耐火黏土、水泥灰?guī)r等，另外有花崗石石材及鉀長(zhǎng)花崗巖等。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

2.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)地層屬于華北地層區(qū)豫西地層分區(qū)澠池—確山地層小區(qū)。出露地層由老至新：太古宇太華巖群(Ar)斜長(zhǎng)角閃片麻巖，中元古界汝陽(yáng)群云夢(mèng)山組(Pt2y)紫色、紫紅色石英巖，下寒武統(tǒng)朱砂洞組(∈1z)和饅頭組(∈1m)灰綠色頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖、膏溶灰?guī)r，中寒武統(tǒng)張夏組(∈2z)白云巖、石灰?guī)r，中石炭統(tǒng)本溪組和太原組(C2b+t)高鋁黏土、煤層、生物灰?guī)r，第四系全新統(tǒng)(Q)砂、礫石及砂質(zhì)黏土(圖1)。

圖1 魯山縣高家莊鋁土礦礦區(qū)地質(zhì)及構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological and structural map of Gaojiazhuang bauxite deposit in Lushan County

2.2 構(gòu)造

研究區(qū)范圍內(nèi)的構(gòu)造以逆沖斷層為主要表現(xiàn)形式，由F1逆沖斷層、F2逆沖斷層和F1、F2形成的石板河巖席、紅石嶺巖席及胡葉嶺飛來(lái)峰、紅土嶺飛來(lái)峰組成礦區(qū)構(gòu)造格架。青草嶺逆沖斷層在礦區(qū)內(nèi)形成胡葉嶺飛來(lái)峰和紅土嶺飛來(lái)峰被推覆于中石炭統(tǒng)煤系地層之上，推測(cè)推覆面之下尚有鋁土礦體的存在。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)不強(qiáng)烈。僅在太古宇太華巖群中和中元古界云夢(mèng)山組石英(砂)巖中沿裂隙侵入的鉀長(zhǎng)花崗巖脈(墻)，長(zhǎng)度一般可達(dá)幾十米至150 m以上，寬由十余米至幾十米，總體展布呈NW方向平行產(chǎn)出。巖石呈肉紅色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物組成有鉀長(zhǎng)石(45%～65%)、斜長(zhǎng)石(10%～15%)及少量的黑云母。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體地質(zhì)特征

研究區(qū)鋁土礦礦體賦存于石炭系本溪組含鋁巖系地層中，于寒武系張夏組灰?guī)r風(fēng)化殼之上。由于逆沖斷裂構(gòu)造的推覆作用，本溪組含鋁巖系在研究區(qū)內(nèi)的分布一部分裸露于地表，約占面積的65%；另一部分被覆蓋于飛來(lái)峰之下，約占面積的35%。鋁土礦礦體的分布受寒武系張夏組灰?guī)r古地形風(fēng)化面的特征所控制，外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴(yán)格受基底寒武系古侵蝕面起伏控制，其厚度、品位與寒武系古侵蝕面關(guān)系密切。根據(jù)鋁土礦礦體產(chǎn)出的部位，古地形基本上可以分為三種類(lèi)型：一是裂隙溶蝕坑；二是古地形起伏的坳陷部分；三是較平坦的地段。三種古地形的不同類(lèi)型和鋁土礦的形成關(guān)系密切。前兩種古地形易形成鋁土礦礦體，后一種古地形僅有含鋁黏土巖。本區(qū)鋁土礦形成于古地形低洼坳陷部位，經(jīng)本次工作，在區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)并勘查鋁土礦體4條(圖1)，基本特征見(jiàn)表1。

表1 高家莊礦區(qū)鋁土礦特征Table 1 List of characteristics of bauxite orebodies in Gaojiazhuang mining area

Ⅳ號(hào)礦體：該礦體分布于礦區(qū)中部，礦體走向NW277°～311°，傾向SW，傾角42°～76°。礦體底板為鐵質(zhì)黏土巖，頂板為普通黏土巖，礦體產(chǎn)狀與頂?shù)装鍑鷰r產(chǎn)狀基本一致。形態(tài)呈不規(guī)則長(zhǎng)條形，長(zhǎng)約420 m，寬約62 m，賦存高程474～506 m，埋深0～32 m。整個(gè)礦體平均品位：Al2O357.47%，SiO210.02%，F(xiàn)e2O314.73%，TiO23.64%，Loss 10.56%，A/S值5.7。

Ⅴ號(hào)礦體：該礦體分布于礦區(qū)西部，礦體走向NW262°～350°，傾向SW，傾角16°～28°。礦體底板為鐵質(zhì)黏土巖，頂板為普通黏土巖，礦體產(chǎn)狀與頂?shù)装鍑鷰r產(chǎn)狀基本一致。形態(tài)呈不規(guī)則多邊形，長(zhǎng)約368 m，寬約221 m，賦存高程442～508 m，埋深0～66 m(圖2)。整個(gè)礦體平均品位：Al2O357.19%，SiO210.38%，A/S值 4.0。

圖2 魯山縣高家莊鋁土礦區(qū)第504勘探線剖面圖Fig.2 Sectional map of exploration line No.504 in Gaojiazhuang bauxite mining area in Lushan County

3.2 礦石特征

1)礦石組成特征。礦石的主要礦物成分僅見(jiàn)一水硬鋁石，次要礦物成分有高嶺石、伊利石，高嶺石和伊利石在礦石中的含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在垂向上高嶺石分布在礦體上部，伊利石分布在礦體下部。礦石的少量礦物：蒙脫石、針鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦以及其他黏土礦物。

2)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造。區(qū)內(nèi)礦石呈礫屑狀、砂(粒)狀、蜂巢狀、豆鮞狀和致密狀結(jié)構(gòu)，礦石主要構(gòu)造類(lèi)型為塊狀、層狀構(gòu)造。

3)礦石化學(xué)組分特征。區(qū)內(nèi)鋁土礦礦石的主要化學(xué)成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S、Loss等，通過(guò)對(duì)研究區(qū)具有代表性的Ⅴ號(hào)礦體礦石中常見(jiàn)組分Al2O3、SiO2和A/S值作曲線圖(圖3)。據(jù)礦石品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，礦區(qū)礦石平均品級(jí)為Ⅴ級(jí)。

3.3 礦體(層)圍巖和夾石

區(qū)內(nèi)鋁土礦直接頂板的巖性多為黏土巖，呈灰—灰黑色，偶見(jiàn)植物化石碎片。厚度一般為1～10 m。

圖3 高家莊鋁土礦Ⅴ號(hào)礦體礦石Al2O3、SiO2含量和A/S值分布曲線圖

鋁土礦的直接底板為石炭系本溪組下段(C2b1)鐵質(zhì)黏土巖，由紫紅、褐、雜色含鐵黏土巖構(gòu)成，厚度一般為3～4.5 m。鋁土礦的直接底板之下即為中寒武統(tǒng)張夏組白云巖及豹皮灰?guī)r。

4 礦床成因

4.1 礦床成因

研究區(qū)鋁土礦的成因，是通過(guò)對(duì)寒武系碳酸鹽巖頂部的沉積間斷面的古地貌特征、古風(fēng)化殼的發(fā)育特征的分析研究和對(duì)上石炭統(tǒng)本溪組含礦巖系的沉積序列、空間分布、巖相變化、化石遺存、成礦規(guī)律的解讀而認(rèn)識(shí)的[4]。本區(qū)鋁土礦產(chǎn)于碳酸鹽巖古風(fēng)化侵蝕面上的中石炭統(tǒng)本溪組內(nèi)，鋁土礦床形成的古地理環(huán)境為古陸與淺海之間的準(zhǔn)平原上的湖盆，受石炭系的海侵作用影響較大，屬古風(fēng)化殼-沉積型一水硬鋁石鋁土礦床。

晚石炭紀(jì)，豫西鋁土礦成礦區(qū)處于NW—SE走向的秦嶺—大別古陸和NE—SW走向的中條古陸之間的港灣狀地帶內(nèi)[5]。寒武紀(jì)—中奧陶紀(jì)后，華北地臺(tái)抬升為陸，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)期的風(fēng)化剝蝕和強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用，形成了準(zhǔn)平原，寒武—奧陶紀(jì)時(shí)期氣候濕熱，碳酸鹽巖易形成形態(tài)復(fù)雜的巖溶化地貌。早期形成的風(fēng)化殼物質(zhì)富含鋁、硅、鐵等惰性組分，在水動(dòng)力作用和物理化學(xué)作用下不斷地被帶入巖溶負(fù)地形形成的湖泊內(nèi)，風(fēng)化殼物質(zhì)伴隨著巖溶湖泊的演化而發(fā)生陸解作用，并發(fā)生進(jìn)一步的沉積分異。晚石炭世末期，地殼緩慢下沉，海水反復(fù)進(jìn)退，巖溶洼地已被風(fēng)化殼物質(zhì)填平補(bǔ)齊，湖泊發(fā)展成為沼澤，鋁(黏)土礦的早期成礦作用形成[6-8]。至二疊紀(jì)時(shí)期，成礦物質(zhì)被二疊紀(jì)沉積物覆蓋壓實(shí)、脫水成巖。

成礦后，受造山運(yùn)動(dòng)等地質(zhì)作用影響，發(fā)生逆沖推覆構(gòu)造，使得北部寒武系覆蓋在本區(qū)鋁土礦含礦巖系之上，后經(jīng)長(zhǎng)期的風(fēng)化作用等對(duì)原生鋁土礦起了改造作用，受中生代以后的陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)，使表生作用對(duì)鋁土礦進(jìn)行了脫硅脫硫的改造，鋁土礦得以富集并保存，直至形成現(xiàn)今的鋁土礦體[9-10]。許多鋁土礦的勘查資料顯示露頭礦、淺部礦貧硫，而深部礦富硫，這應(yīng)是鋁土礦后生改造作用的一個(gè)證據(jù)。

4.2 控礦因素

4.2.1 長(zhǎng)期的沉積間斷對(duì)成礦的控制作用

本次研究區(qū)位于華北地臺(tái)南緣，受加里東運(yùn)動(dòng)影響，自中奧陶世抬升為陸地，至中石炭世重新下降，歷經(jīng)長(zhǎng)達(dá)約1.4億年的沉積間斷，在時(shí)間和空間上都為本區(qū)鋁土礦的形成創(chuàng)造了良好的條件；隆起的基底碳酸鹽巖長(zhǎng)期遭受風(fēng)化剝蝕的結(jié)果，上寒武統(tǒng)已被剝蝕了大部分，剝蝕物繼續(xù)接受物理化學(xué)作用，為鋁土礦形成提供了豐富的物質(zhì)來(lái)源；1.4億年的沉積間斷形成的準(zhǔn)平原化的湖盆，成為鋁土礦積聚成礦的容礦場(chǎng)所。因此，長(zhǎng)期的沉積間斷是本區(qū)鋁土礦形成的先決條件。

4.2.2 古氣候?qū)Τ傻V的控制作用

與沉積礦床中大多數(shù)金屬元素不同，鋁是以唯一的氧化形式(Al3+)在地表出現(xiàn)的，氣候條件對(duì)鋁土礦形成有明顯的控制作用，低緯度的濕熱氣候有利于鋁土礦形成[11]。據(jù)河南地礦局科研所資料，中石炭世河南中部位于北緯6.9°～33.82°，屬熱帶—亞熱帶地區(qū)。多雨的古氣候?qū)滋妓猁}巖的鈣化和黏土礦物的鋁土化進(jìn)程起重要作用，本區(qū)鋁土礦的形成受此古氣候影響。

4.2.3 古地形對(duì)成礦的控制作用

根據(jù)鋁土礦礦體產(chǎn)出的部位，古地形基本上可以分為三種類(lèi)型：一是裂隙溶蝕坑；二是古地形起伏的坳陷部分；三是較平坦的地段。三種古地形的不同類(lèi)型和鋁土礦的形成關(guān)系密切。前兩種古地形易形成鋁土礦礦體，后一種古地形僅有含鋁黏土巖。經(jīng)研究發(fā)型本區(qū)鋁土礦形成于古地形低洼坳陷部位，由于本區(qū)鋁土礦形成后受后期地殼水平升降運(yùn)動(dòng)影響較小，所以礦區(qū)現(xiàn)代地形和古地形有明顯的繼承關(guān)系。礦區(qū)地勢(shì)較低或溝谷中心易形成厚度大且較為連續(xù)礦體，如本區(qū)Ⅳ號(hào)礦體、Ⅴ號(hào)礦體，而地勢(shì)較高的形成礦體厚度小、礦質(zhì)差，如Ⅱ號(hào)礦體、Ⅶ號(hào)礦體。

4.2.4 古構(gòu)造對(duì)成礦的控制作用

加里東運(yùn)動(dòng)后，本區(qū)地殼穩(wěn)定上升下降，大地構(gòu)造環(huán)境極為穩(wěn)定，中石炭世碳酸鹽遭受漫長(zhǎng)的侵蝕風(fēng)化作用，形成的古風(fēng)化殼為鋁土礦提供了豐富的成礦物質(zhì)來(lái)源，1.4億年的沉積間斷所形成的準(zhǔn)平原化的的地貌條件，為鋁土礦的積聚創(chuàng)造了有利的成礦場(chǎng)所。從全區(qū)資料實(shí)際地質(zhì)資料可以證明，中石炭統(tǒng)與下伏奧陶系、寒武系的灰?guī)r直接均呈平行不整合接觸，鋁土礦的產(chǎn)生受這一不整合面嚴(yán)格控制。

5 找礦標(biāo)志及方向

5.1 找礦標(biāo)志

通過(guò)礦床成因、控礦因素分析等研究，總結(jié)了高家莊鋁土礦的找礦標(biāo)志：

1)本區(qū)鋁土礦賦礦層位為中石炭統(tǒng)本溪組巖系，豫西本溪組厚度僅十幾米至幾十米，底部常有紫紅色鐵質(zhì)黏土巖，野外易識(shí)別。因此，在第四系沉積物覆蓋區(qū)，如難以發(fā)現(xiàn)中石炭統(tǒng)時(shí)，可以尋找鋁土礦床的基底地層中奧陶統(tǒng)或寒武系白云巖，同時(shí)應(yīng)注意尋找鋁土礦床的蓋層上石炭統(tǒng)—二疊系煤系地層，均可作為尋找鋁土礦床的近礦標(biāo)志。

2)由于構(gòu)造推覆作用，礦區(qū)內(nèi)中石炭統(tǒng)本溪組和太原組不易分開(kāi)。因此，把太原組作為找鋁土礦隱伏礦體的間接標(biāo)志，是切實(shí)可行的，總的看來(lái)中石炭統(tǒng)本溪組和太原組(C2b+t)，其下部為鐵鋁質(zhì)黏土，紫紅色含鐵鋁土礦及灰黃色鋁質(zhì)黏土(或鋁土礦)；上部有生物碎屑灰?guī)r夾砂質(zhì)頁(yè)巖及煤線，該組的煤線(層)由于受構(gòu)造的推覆作用，煤層產(chǎn)狀經(jīng)常變化，厚度不太穩(wěn)定。

3)根據(jù)上述鋁土礦礦床成因，巖相古地理特征成了重要的找礦標(biāo)志，溶斗、溶洼、溶盆等巖溶負(fù)地形成為尋找鋁土礦的有利地段。

5.2 找礦方向

1)區(qū)域內(nèi)一系列向南逆沖的推覆體及斷層，系華北陸塊向南逆沖形成的梨式斷層[12]，使老地層覆蓋于新地層之上，在地表出露了寒武系，但寒武系下，仍賦存有石炭系，使得鋁土礦巖系得以保留。研究區(qū)由于受青草嶺逆沖斷層影響，形成胡葉嶺飛來(lái)峰和紅土嶺飛來(lái)峰，被推覆于上石炭統(tǒng)煤系地層之上，推覆面之下尚存在有煤層，為本次勘查工作的主要對(duì)象，筆者推測(cè)推覆面之下尚有鋁土礦體的存在。因此，在研究區(qū)北部及西部地區(qū)分布的大面積的寒武系，有較大的找礦前景。

2)本區(qū)淺部和淺中部鋁土礦體地質(zhì)勘查工作程度較高，找礦成果有限，今后鋁土礦找礦應(yīng)由地表轉(zhuǎn)入淺中部尋找氧化礦體，或轉(zhuǎn)為尋找地下隱伏的原生鋁土礦體，擴(kuò)大找礦空間。

6 結(jié)論

1)高家莊鋁土礦區(qū)位于三門(mén)峽—魯山逆沖斷裂帶的南部，自西向東展布有兩個(gè)大的逆沖斷層，屬于河南省鋁土礦四級(jí)成礦區(qū)最南端的汝州—寶豐—魯山鋁土礦帶，為河南省富鋁土礦集中區(qū)。

2)鋁土礦礦體賦存于石炭系本溪組含鋁巖系地層中，于寒武系張夏組灰?guī)r風(fēng)化殼之上，寒武系碳酸鹽巖風(fēng)化殼為鋁土礦的主要物質(zhì)來(lái)源，鋁土礦床形成的古地理環(huán)境為古陸與淺海之間的準(zhǔn)平原上的湖盆，受石炭系的海侵作用影響較大，屬古風(fēng)化殼-沉積型一水硬鋁石鋁土礦床。

3)礦區(qū)飛來(lái)峰推覆面之下有鋁土礦體的存在的可能，在研究區(qū)北部及西部地區(qū)分布的大面積的寒武系，有較大的找礦前景，通過(guò)進(jìn)一步勘查有望發(fā)現(xiàn)新的鋁土礦體。