河南省铝土矿床成因探讨

2005年第1期矿产$地质第19卷2005年2月MINERAL RESOURCES AND GEOLOGY总第107期河南省铝土矿床成因探讨袁跃清(河南省有色金属地质矿产局第一地质大队，河南安阳455004)摘要:从成矿物质来源入手探讨河南省铝土矿成因,认为河南省铝土矿是在碳酸盐岩遭受长期强烈化学风化剥蚀而形成大量富铝、铁物质古风化壳的基础上,由于海侵作用,并接受陆源物质的汇入,而在海湖盆地中逐渐沉积形成的。关键词:铝土矿;成因:Al2O3/TiO2值;物质来源中图分类号:P618.45文献标识码:A文章编号:1001- 5663(2005)01- 0052 - 05河南省铝土矿床主要分布于京广铁路以西的地1.2 新安一陕县铝土矿成矿区区,北界从修武到山西垣曲,大致平行于豫晋边界,长东起新安,西抵陕县,呈SW-NE向展布,已有约150km,自垣曲折向西南经夏县、平陆南部到陕县大、中、小型铝土矿区33个,总储量近两亿吨,是河南长约74km;南界从平顶山北至三门峡一线,长约主要优质铝土矿成矿区,又可分为三个成矿带:200km。是我国重要的铝土矿资源基地之一。(1)西矿带位于陕县断陷盆地,北段村穹窿和扣门断层以西。区内后期断裂构造发育,矿带多被切1河南省铝土矿基本特征割成大小不一的菱形断块，矿石以中等品位为主,兼有富矿。河南省铝土矿位于华北地台豫淮台褶带的西部，(2)中矿带位于渑池不对称向斜盆地北缘,扣南邻秦岭地轴,西北有中条古陆,均产于寒武一奥陶门山断层和龙潭沟断层之间。矿带呈EW向弧形分系碳酸盐岩古风化侵蚀面上的石炭系上统本溪组内。布,西段出露较好,矿体由西向东呈现富一贫一富含矿岩系是一套含铁富铝的粘土岩组合,厚度不大，贫相间的规律。但产出较稳定,与下伏地层呈假整合产出。下伏地层(3)东矿带位于新安盆地西北翼,北段村穹窿在宜阳一登封一禹州以北主要为中奥陶统马家沟组和龙潭沟断层以东地区,矿带呈SW-NE向展布,南灰岩;往南为上寒武统白云质灰岩或白云岩。上覆地起新安张窑院,北至济源下冶。具有南厚北薄、南富北层为太原组。矿体呈似层状、透镜状、溶斗状产出,一贫显著变化的特点,以中等品位矿石为主。般为单层,连续性与基底起伏情况和构造变化情况有1.3 嵩箕铝土矿成矿区关。矿石主要由硬水铝石组成,矿石结构以豆鲕状、致成矿区位于嵩山、箕山、长葛古侵蚀平原周围,可密状、蜂窝状为主,具有高铝、高硅、低铁的特点。划分为三个矿带:河南省铝土矿分布大致分为四个成矿区:焦作-(1)北矿带位于嵩山古侵蚀平原北缘的荥阳盆济源、新安一陕县、嵩箕及汝州-宝丰成矿区。地巩义盆地和偃师盆地的南部山前凹地。东起荥阳1.1焦作一 济源成矿区冯中国煤化工系呈EW向带状展布，东起修武经焦作、博爱、沁阳,西至济源。以粘土有大HCNMHG,矿石品位多为中等偏矿为主,夹有中一低品位铝土矿透镜体。富,并有富矿体存在。①收稿日期2004-09-08 作者简介:袁跃清(1965-),男,河南内黄人,工程师,从事地质勘查与生产技术管理。(2)中矿带位于嵩山古侵蚀平原 、箕山古侵蚀以上,说明巨厚的碳酸盐岩在长期化学风化作用下，平原和长葛古侵蚀平原之间的新密-登封盆地。矿带铝质得到富集,再经铝土化作用,完全可以富集成铝呈NE-SW向展布,南起自登封庄头,北至新密白土矿。寨,已发现有铝土矿床(点)24个。矿体呈扁豆状、透镜状及溶斗状,矿体厚度和矿石品位变化较大,透镜表1河南省西部铝土矿柱状剖面分析结果表状矿体矿石品位较富。Table 1 Analysis result of column profile of(3)南矿带位于 箕山、长葛古侵蚀平原南缘的bauxite in SW part of Henan禹州向斜盆地。铝土矿体主要分布于向斜的北东翼和地层岩生化学成分(w8/10-2) AlO3/ Al.Os/南西翼及箕山大背斜的北翼,呈弧形展布。矿体为似代号Al2O3 SiO2 TiO2 SiO2TiO2层状、透镜状、溶斗状，矿体厚度变化较大,多为中小C2 含高岭石粘土矿 52.98 27.52 2.42 1.93 21.89型规模,属富-中等品位矿石。豆鲕状铝土矿68. 7011.59 2.50 5. 9327.481.4 汝州-宝丰铝土矿成矿区.含高岭石铝土矿57.47 19.76 2.312.9124. 88位于箕山古侵蚀平原与秦岭-大别山古陆之间含铁粘土岩30.39 36.08 1. 310.8423. 20.的汝宝盆地。呈NW- SE向展布,西北自汝阳县,经水云母粘土岩34.88 45.40 1.50 0. 7723.70汝州市向南东至鲁山、宝丰。矿体呈似层状、透镜状,风化灰岩3. 399.96 0.180. 3418. 83局部为溶斗状，矿体厚度变化大，属中等品位的矿石。O2石灰岩1.70 1.88 0.12, 9014.202铝土矿成矿物质来源2.3 基底碳酸盐岩的AI/Ti(钛率)与古陆铝硅酸盐岩比较成矿物源相同的各类矿(岩)石的钛率,-般都很2.1 成矿地质背景分析河南省铝土矿床的产出严格受寒武系、奥陶系分接近。钛与铝的这种线性关系,是与铝来源于强烈风布区的控制。从华北寒武纪-奥陶纪的各时期岩相古化的红土化壳以及呈机械悬浮迁移有关。铝土矿钛率地理图来看,区域内都是碳酸盐岩的沉积区,中奥陶在一个相当大的成矿区中都有一定的数值,并往往反世末开始的加里东运动，使华北地区整体平稳地上映物源岩石的化学成份特征。从河南省铝土矿化学组份的相关分析中也可以升,此后-直至石炭纪的漫长地史时期中接受风化剥看出AI2O3与TiO2呈正相关,相关系数达0. 68。蚀。当时在华北大地上并没有铝硅酸岩类的古陆存根据122个铝土矿区下伏碳酸盐岩样的化学成.在,因此,碳酸盐岩是华北地区风化壳的原岩。分含量进行统计,其w(Al2O3)为0.54X10~2~4.32.2 碳酸盐岩-含矿系的剖面分析X10-',-般1X10-'~3X10-居多,平均为2.75X含矿系剖面是铝土矿形成过程的客观记录,华北10-”;w(TiO2)为0.03X10-2~0.25X10-*,平均为铝土矿的含矿岩系基本上是-套含铁富铝的粘土一0.15X10-*,AlO:/TiO2值为14. 2~30.8,平均为铝土矿组合。从碳酸盐岩的风化面向上,其岩石系列18. 33(表2)。依次为:灰岩、风化壳-含铁粘土岩-粘土矿-铝土河南省铝土矿区331个各种类型的铝土矿石的矿，显示了完整的递进演化过程。钛率为21.7,而邻近古陆铝硅酸盐岩的钛率为16.5。在寒武系、奥陶系的侵蚀风化面上,即铝土矿含.从两者的钛率比较来看,基底碳酸盐岩与铝土矿更为矿岩系底部,仍不同程度地保存有0.2m至数米不等接近。铝土矿中的Al、Ti与石灰岩中Al、Ti相比,其的黄褐色一紫红色角砾状风化灰岩,根据Al2O,测试富集比分别为19. 16和19. 38,几乎完全一致。结果,风化灰岩中Al,O3的含量比未风化灰岩的含量2.其底碳酸盐岩风化壳剥蚀与铝土矿层厚度的关系提高了几倍以上。在灰岩角砾间隙中充填着水云母粘中国煤化工中奥陶统的碳酸盐岩建土岩和褐铁矿,其Al,O3含量又较风化灰岩提高了几造在MHCNMHG。中奥陶世末期,受加里十倍(见表1)。东运动的影响普遍抬升成陆,此后经历了长期的风化从粘土岩到上面的粘土矿、铝土矿,w(Al2O3)从剥蚀作用,以至形成准平原化地貌。据区域资料,中奥30X 10-2~34X 10-2又提高到52X10-2~68X 10 - 2陶统灰岩的厚度为400~ 500m,最厚的达597m,其中53表2河南省铝土矿 区钛率统计表仅峰峰组最大厚度为222m。上马家沟组厚度亦在Table 2 Probability statistics of150~251m之间。如前所述,河南省铝土矿区的峰峰bauxite mine of Henan组大多被剥蚀。据此,峰峰组的风化残余物的厚度即样品w(Al2O3) w(TO2) Al2O3/达12~23m之多。按马家沟组的w(Al2O。)为2X矿区样品名称数(X10-2) (X10-2)TO210-?计算,其剥蚀残余物的确可形成平均厚5~ 8m河南陕县、鲕状矿石4866. 753.2620.5的铝土矿层。因此,基底碳酸盐岩可以为铝土矿的形渑池、新致密状矿石961.982.7723. 7成提供丰富的物质来源。安、巩义、豆状矿石12 66. 073.1121.2登封、新密.多孔状矿石3671.623.8218.83铝土矿区含矿岩系与下伏基底碳酸等20个矿区粗糙状矿石82 72. 263. 3421.6岩的空间分布关系砂(砾)状矿石47 68. 552.8224.3层纹状矿石1157.42.2.4323.6河南省铝土矿的地质特征大同小异,以河南省新各类矿石平均331 67. 203.1021.7安县石寺铝土矿区为例,探讨含矿岩系与下伏基底碳.寒武系、奥陶酸盐岩的空间分布关系。碳酸盐岩平均122 2. 750.1518.33系碳酸盐岩ab@C。囚:团304 s图1河南省新安县石寺矿区铝土矿层厚度与中奥陶统灰岩顶面趋势分析剩余值分布图Fig.1 Residual value distribution of trend analysis of bauxite and middleOrdovician limestone in Shisi mine of Xit中国煤化工incea- 铝土矿层厚度趋势剩余值图 b-中奥1-矿层露头边界线2- 钻孔控制边界线3- 正异常ux1.1uL1;U 751l0.0490):MYHCNMHG..4-零值线 5-负异常限(a为zi-1.3263;b为zi- 0. 04961)5b0 3938313.5a2囚23.图2河南省 新安县石寺矿区铝土矿层厚度与O2灰岩顶面标高趋势等值线图Fig. 2 Isoline diagram of thickness tendency of bauxite layer andapex face of O2 limestone in Shisimine，Xinanxian，Henan provincea为铝士矿层厚度趋势图b为O2灰岩顶面标高趋势图1-矿层露头边界线2- 钻孔控制边界线3-图a铝土矿层厚度趋势等值线 图bO2灰岩顶面标高趋势等值线笔者利用石寺铝土矿区的123个钻孔资料,(钻部、西部矿层厚度的等值线闭合圈或趋势呈现NE孔基本均匀地分布于整个矿区,N-NW-SW一带向,南部呈现NW向,这与基底灰岩顶面所代表的古以矿体的露头或尖灭点为界,S-SE-NE-带以钻地形形态极为相似，说明矿体的形成与古地形具有极孔控制到的位置为界),对矿区的铝土矿层厚度及基其密切的关系,严格受古地形控制。从其剩余分布图底灰岩的顶面利用多项式函数在三维空间对其分布来看,整个矿区大厚度矿层都分布于基底古风化壳的形态进行拟合。根据计算结果,绘制了其各自的剩余凹陷处，且凹陷越大,矿层的厚度也越大,在基底的隆值分布图(图1)。起区,矿体变薄,这充分说明了铝土矿的形成受当时基底灰岩顶面趋势图与矿层厚度趋势图都显示的古地形影响且受区域构造控制。出区域构造线的方向(图2),两者具有明显的一致性,趋势面的值都表现为西北高东南低的趋势,反映4铝土矿的成矿过程为一向斜构造的北西翼。从两者剩余值分布图来看(图1),两者的分布形态也非常相似,表现为在基底根据河南各铝土矿区的地质特征、矿物特征、空的负值区所对应的矿层顶面也多为负值区;基底的正i死竹锅成等特点,结合野外实际.中国煤化工值区所对应的矿层顶面也多为正值区。即在基底古风考THCNMHG断如下:化面的低洼处,矿层顶面也为低洼区;基底顶面的隆仕哭阿汇之口，由丁又加里东运动的影响,地壳起处，矿层顶面也为隆起,这表明矿层是在基底古风抬升,使奥陶系灰岩大面积暴露于地表,遭受长期强化壳上经过长期沉积形成的,两者呈假整合关系。烈的风化剥蚀,形成厚达几十米的古风化壳。在化学从矿体厚度的趋势图来看(图2),在矿区的北风化作用下,较活泼的K、Na、Ca.Mg等元素及大部55分的Si被淋滤带走,Al、Fe残积物相对集中而得以综上所述,河南铝土矿床是在寒武一奥陶系碳酸富集。盐岩遭受长期强烈化学风化剥蚀而形成大量富铝、铁上石炭世初期,由于发生大面积海侵,形成海湖物质古风化壳的基础上,在中石炭世初期,由于海侵盆地，使得经过1亿多年风化剥蚀和从周围古陆上带作用,并接受陆源物质的汇入，而在海湖盆地中逐渐来的含Fe、Al的物质以碎屑或细小的分散悬浮物形沉积形成的。因此,古隆起和古坳陷控制着铝(粘)土式汇集到海湖盆地之中。此时温暖、潮湿的气候,使得矿的成生和空间分布。在沉积的过程中，由于水动力铁质能较快地与碳酸盐岩作用在海湖盆地中沉积,形的影响,使得古风化壳相对凹陷处即基底灰岩剥蚀的成菱铁页岩,并局部富集菱铁矿。随着时间的推移,地低洼处，沉积了大量来自周围没有固结的沉积物,因壳抬升,海水变浅,环境趋于氧化，由于湖盆的水动力此沉积厚度就大,铝土矿、矿层的顶底板也就越厚,常较强,沉积作用发生在波基面以上，故形成具有鲕粒在此形成厚矿、富矿。成岩之后,又经过后期各种变化的紫红色铁质页岩。(如热液蚀变、淋滤作用等),使得铝土矿中的各种成上石炭世中期,地壳相对稳定,水动力时强时弱份也发生变化,从而形成今天的铝土矿床。由于早期铁质大量沉积，使其含量相对减少。由于长在成文过程中，得到王福贵、王永争高级工程师期与基底的石灰岩相互作用.使得海水的pH值变的指导,在此表示感谢。大,Al、Si等悬浮物开始沉积,形成了豆鲕状、鲕状、碎屑状等富铝、硅的铝土矿、粘土矿、粘土岩等。参考文献:上石炭世晚期,发生海退.使海水变浅,逐步形成.[1]吴国炎,姚公-.河南铝土矿床[M].冶金工业出版社,1996.沼泽地带.植物大量生长，气候温热.湿润,沉积了一[2] 何振镛. 河南西部铝(粘)土矿床的分布规律及成因类型[].河南有色地质,1992.套炭质页岩、粘土页岩或煤层的煤系地层。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中国煤化工MHCNMHG56