河南省西部煤下鋁土礦勘查前景及找礦意義論文
摘要：鋁土礦主要賦于石炭系本溪組中，在河南省西部分布較廣，資源量較大。隨著近年我國鋁工業的快速發展，本地淺部及中深部的礦產資源已得到快速的開發和利用，為了緩解當前資源瓶頸的約束、保障經濟社會持續發展，河南省西部煤層深部鋁土礦床將是近期及未來主要勘查和開發的方向。
關鍵詞：煤下鋁土礦;成礦規律;勘查前景;河南西部
河南省西部自上世紀五十年代初期，已陸續有專業地質隊伍和教授專家組成的調查組進入該區進行煤和鋁的勘查研究工作。通過地質隊伍和科技工作者的努力，至目前為止，在該區300m以淺區域內已探明并提交多個大、中型鋁土礦區報告，提交了鋁土礦資源儲量達2億多噸，給河南及我國的鋁工業發展提供了有力的資源保障，為確保鋁工業的持續快速地發展，進行煤下鋁的勘查開發工作勢在必行。
1區域地質概況
鋁土礦資源在河南省主要分布在豫西地區,該地區包括洛陽新安縣至三門峽陜縣一帶，西起扣門山斷層以西陜縣斷陷盆地北緣的七里溝，東至位于龍潭溝斷層以東的新安向斜盆地西北緣，東西綿延百余千米，是河南西部較大的鋁土礦田,區內地層比較齊全，沉積巖廣泛分布，巖漿巖出露面積較小，構造比較發育,主要礦種有鋁土礦、粘土礦、煤、鐵礦、硫鐵礦、石英砂巖、石灰巖等，其中以鋁土礦、煤、石英砂巖為主要礦產資源。
1.1地層及含礦巖系特征
1.1.1地層本區地層屬華北地層區,除上奧陶統、志留系、泥盆系及石炭系下統缺失外，自前寒武系至新生界均有出露，沉積厚度巨大，顯示地臺型沉積特點。從震旦系的陸相碎屑巖到寒武系、奧陶系的海相碳酸鹽巖，從中上石炭統的海陸交替相的鋁質巖、碳酸鹽巖、含煤泥質巖、碎屑巖到二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系的陸相碎屑巖，顯示了兩次較大的沉積旋回，造成不同成因的多種巖性的巖石類型。
1.1.2含礦巖系特征
含礦巖系為石炭系上統本溪組的一套鐵鋁碎屑巖相。本溪組地層在豫西各地沉積的厚度和巖性基本相似，但部分地段也有一些不同程度的變化。從三門峽至新安一帶以豆鮞狀、碎屑狀鋁土礦建造為特征，砂礫巖很少見，這是海灣沉積的特征，也正是沉積鋁土礦的良好場所。
含礦巖系由下而上可分三段：下段為鐵質頁巖，深部為菱鐵頁巖、黃鐵頁巖，局部夾“山西式”鐵礦小透鏡體，一般厚5～10m；中段為鋁土礦層，主要由鋁土礦和粘土礦組成，一般厚1～10m，局部較厚；上部為粘土頁巖、粉砂質頁巖夾碳質頁巖、薄煤層或煤線，一般厚0.5～3m。
1.2構造
區域構造具有“一穹”、“三向”、三組斷層交錯的扇形地壘拱斷特點。“一穹”即北段村穹窿；“三向”即陜縣斷陷盆地、澠池向斜盆地、新安向斜盆地；三組斷層指北東向、北西向和近東西向三組斷層，斷層形成年代均為燕山期。三組斷層相互交錯，將穹窿和向斜分割成斷塊狀，形成以扣門山斷層和龍潭溝斷層為界的三大地壘式扇形斷塊，對鋁土礦的展布起著重要的控制作用。
1.3巖漿巖
鋁土礦分布地區火成巖出露面積很小，且分布零星。除中元古界熊耳群較廣泛分布有中性火山巖外，在北部和南部有少量的燕山期石英斑巖侵入中上元古界地層中。在西部有零星的燕山期花崗斑巖呈巖床狀侵入石炭系地層中，本地區火成巖基本上屬于淺成相。一般對鋁土礦體影響較小。
2礦床地質特征
2.1礦體（層）形態、產狀特征本區鋁土礦的含礦層是由鋁土礦和粘土礦組成，含礦層處于本溪組構成的含礦巖系的中上部，一般呈單斜產出，鋁土礦和粘土礦在礦物成份和化學成份上具有漸變的關系，在厚度上呈互為消長的關系。從礦床的整體而言，粘土礦多作為鋁土礦的從屬礦種出現，它一般賦存在鋁土礦的頂部和底部，少數作為鋁土礦的夾層出現。鋁土礦礦體的形態、大小有三種基本形態，即層狀—似層狀、透鏡狀（扁豆狀）、溶斗狀。三者之間均有過渡類型，且可在同一礦區出現而互相連結。
礦體產狀總體上與圍巖一致，但溶斗狀礦體的產狀特殊，它上大下小，其層理從礦體周邊向中心傾斜，與頂、底板圍巖產狀都不一致。
2.2鋁土礦的物質成份
2.2.1礦物成份鋁土礦石的主要礦物為一水硬鋁石、高嶺石，次要礦物為伊利石、水云母，微量礦物有葉綠泥石、赤鐵礦、黃鐵礦、針鐵礦、菱鐵礦、銳鈦礦、金紅石、埃洛石、地開石、電氣石、榍石、鋯英石、方解石、石英、三水鋁石等。一水硬鋁石含量（質量分數）55%～85%。
2.2.2化學成份
鋁土礦的主要化學成份Al2O3,SiO2,Fe2O3和TiO2，占總量的80%以上，次要成份為CaO,MgO,Na2O,K2O,S以及伴生有用元素Ga。
Al2O3在礦石中的含量質量等級一般為50%～70%，區內平面上表現為西高東低，南高北低，在垂直方向上從下到上具有“低—高—低”的類似拋物線的規律性，常與品位變化曲線有一個峰值區相適應；Al2O3與SiO2具有明顯的反比關系，Al2O3與TiO2，Ga有十分明顯的正比關系。砂狀、蜂窩狀礦石品位高，礫屑狀礦石多為中—高品位，致密狀、豆鮞狀礦石一般品位較低。
2.3礦石結構構造
礦石結構。按礦物的結晶特征劃分為礦石多呈它形柱狀晶粒結構，自形、半自形晶粒結構，泥晶或隱晶質結構等；按礦物顆粒形態劃分為礦石多呈礫屑（碎屑）狀、砂（粒）狀、蜂窩狀、豆鮞狀和致密狀結構。
礦石構造。礦石主要構造類型為塊狀、微層狀、層狀構造。
2.4礦石類型
按礦石結構構造特征劃分為礫屑狀、蜂窩狀、砂狀、豆鮞狀、致密狀鋁土礦，以及它們之間的過渡類型。根據鋁土礦的礦物組成及化學成分特征，可分為低硫—低鐵、低硫—高鐵、高硫—低鐵、高硫—高鐵4種工業類型。其中低硫—低鐵型礦石為主要類型。
2.5成礦規律
1)鋁土礦床嚴格賦存于奧陶系古風化侵蝕面上的石炭系本溪組中上部。
2)含礦巖系建造主要為穩定大陸巖區的鋁土鐵質建造。
3)不同類型巖溶侵蝕面所形成的鋁土礦床具有不同的地質特征。本溪組含礦巖系與頂底板的界線呈上平下凹的特點，主要是由于下伏基底在成礦前的巖溶作用造成的，下伏巖溶侵蝕面的起伏程度，決定了巖溶負地形（洼地、洼斗）的發育程度，亦由此控制了含礦巖系的厚度變化及鋁土礦體的規模和形態。
4)鋁土礦—粘土礦礦石類型的空間變化規律。鋁土—粘土礦層實際上主要是由含量互相消長的幾種礦物組成的，因組成比例的不同，從而可分為富鋁礦、普通鋁土礦、高鋁粘土礦、硬質粘土礦等。在含礦層內，這些不同的礦石類型常分別成層，其界線有時較明顯，有時則逐漸過渡。
5)礦體的厚度、品位與含礦巖系厚度的關系。一般來說，礦體的厚度、品位與含礦巖系的厚度呈正相關關系，即含礦巖系的厚度大，礦石的品位亦較高，反之亦然。
6)Al與TiO2,Al與SiO2的不同相關關系。
Al2O3,SiO2,Fe2O3,TiO2是鋁土礦中主要的化學組分，四項總和達±80%，統計分析表明，Al2O3與TiO2呈正相關，相關系數一般為0.2～0.7；而.Al2O3與SiO2則為負相關，相關系數一般為-0.9。這種不同的相關性說明了本區含礦巖系的原巖物質經歷過徹底的鈣紅土化作用，實現了鋁硅分離的地球化學過程。
2.6找礦標志及找礦方向
2.6.1地層鋁土礦成礦時代為石炭系上統本溪組含礦巖系，一般分上、中、下三個巖性段。
上部巖段（C2b
3）為富硅、少鋁的粘土頁巖。沿傾向延伸常相變成含炭質頁巖夾煤層（線）。
中部巖段（C2b
2）主要為鋁土礦及耐火粘土。鋁土礦常以單層產出，在它的上下有層狀或似層狀耐火粘土及粘土頁巖。
下部巖段（C2b
1）為富鐵、富硅低鋁的粘土巖及古風化殼殘積物組成。
含礦巖系層位穩定，巖性特征明顯，是尋找鋁土礦的前提條件。
2.6.2基底地貌特征
含礦巖系直接覆蓋在中奧陶統（O2m）灰巖剝蝕面上，古侵蝕面經歷了一億多年風化剝蝕，形成許多大小不等，形態各異的溶坑等巖溶地貌，是形成鋁土礦的良好場所，礦體的形態、產狀、厚度均受古地形的控制。
研究基底地貌特征，尋找古巖溶巖坑對尋找鋁土礦具有重要意義。
2.6.3古地理特征
含礦巖系，分布在三門峽—新安古海盆與中條古陸相連接的部位，是成礦的有利地段。其古陸周圍沉積了鋁（粘）土礦成礦區、帶和賦存著一些富鋁土礦床和優質高鋁粘土礦床。
同時根據多年豫西地區鋁土礦的找礦經驗和資料表明，勘查工作中，應注重對上石炭統C2t太原組沉積覆蓋層的變化和巖石類型的分析，對發現下伏含礦層鋁土礦的質量品質有很大幫助。一般該層若有顆粒粗大的砂礫巖覆蓋時，下層含礦層所賦存的鋁土礦質量較次，礦層厚度亦較��；若該層沉積覆蓋為細粒砂巖，且較均勻，則預示含礦層所賦存的鋁土礦質量較好，礦層厚度亦大。
3煤下鋁土礦的勘查
煤下鋁的勘查，即是指對300m以深，不包括現有的鋁土礦采、探礦證，煤礦區煤層深部的鋁土礦勘查。根據鋁土礦成因特點和礦床的賦存條件，以及多年鋁土礦找礦經驗表明，煤層深部隱伏鋁土礦體同是河南省西部鋁土礦區成礦帶的一部分，其含礦層位亦即是該地區淺部已查明的各大、中型鋁礦床含礦層位向深部的自然延伸，其深部是可以找到大型乃至特大型鋁土礦床的。
3.1深部鋁土礦勘查成功的前提
煤礦區深部鋁土礦勘查不同于淺部露頭出露區域，通常沒有礦體的直觀反應，鋁土礦的成礦地質特點也決定了深部勘查的難度遠大于淺部。因而河南省西部開展深部鋁土礦的勘查工作，即應在充分掌握和分析上述鋁土礦成礦等地質特征外，更要認真收集、對比石炭系中統巖性柱狀圖，收集掌握大中型鋁土礦區已完成的中深孔鉆探資料、收集掌握有關煤礦詳細地質資料及開采情況；同時，根據區內巖相古地理特征等找礦標志，認真分析、篩選、確定找礦靶區。在此基礎上預測深部礦化情況開展工作，才能事半功倍、取得深部鋁土礦勘查成功。
3.2深部鋁土礦內部結構及礦石質量特征一般而言，鋁土礦隨深度增加，礦石A/S下降且變化系數增大，S平均含量升高且分布不均，鐵含量變化大，礦體內部天窗、夾層增多、邊界也更為復雜。
根據2007年鄭州豫源地質勘查技術服務有限對曹窯煤礦深部的鋁土礦勘查結果，與曹窯礦區淺部鋁土礦及與賈家洼西礦區淺部鋁土礦石結果對比（表1），可以大致掌握區內深部鋁土礦的變換規律。
通過對比可以看出鋁土礦床沿傾向的.變化大于沿走向的變化。淺部鋁土礦床礦石品位高（A/S7.1~5.7）、含硫(質量分數)低（0.113%~0.153%）、礦石體重偏低（2.94~2.95t/m3），而曹窯煤礦深部鋁土礦體礦石品位低（A/S為5.1~4.6）、含硫(質量分數)高（0.86%~1.23%）、礦石體重偏高（2.97t/m3）。
值得注意的是，在總體礦石品位偏低（A/S為5.1~4.6）的背境中，仍有約1/3的樣品A/S＞7；在總體礦石S含量(質量分數)偏高（0.86%~1.23%）的背境中，仍有約3/5的樣品S含量(質量分數)＜0.8%；由于A/S變化系數大（207.5%），礦體內部結構更為復雜（天窗、港灣、夾層增多）。
同淺部相同的是，當礦體厚度大時、礦石品位亦高、S含量相對亦低。
3.3曹窯礦區以西深部鋁土礦找礦有望地段曹窯礦區位于河南省西部中段，區域上位于陜縣斷陷盆地及澠池向斜西邊緣，屬河南省西部鋁土礦成礦區的西礦帶。該區內已查明大中型鋁土礦區有澠池縣賈家洼鋁土礦區、水泉洼鋁土礦區、高橋礦鋁土區、曹窯礦鋁土區；陜縣柿樹溝鋁土礦區、崖底鋁土礦區、杜家溝鋁土礦區、支建鋁土礦區等。
根據調查，該區曹窯煤礦以西至陜縣五門溝煤礦、澠池縣關底沃煤礦至澠池縣黃漫煤礦不規則三角區域，面積約90km2范圍內為本次圈定的找礦潛力地段。
鋁土礦資料調查顯示，本區鋁土礦體厚度為0.50～21.37m，一般3.80m，其中相鄰支建礦區礦體平均厚6.01m，水泉洼礦區礦體平均厚3.83m，柿樹溝礦區礦體平均厚3.68m；由鄭州豫源地質勘查技術服務有限公司2007年完成的《澠池縣曹窯煤礦深部鋁土礦詳查》Ⅰ，Ⅱ號礦體算術平均厚度分別達5.37m,5.00m。因此，綜合以上資料，曹窯煤礦以西煤層深部鋁土礦體平均厚度約為4.0m左右，勘查區可參加資源量預算面積約達30km2以上，預計該區深部鋁土礦資源量可獲1.5×108t左右，具有良好的找礦潛力。曹窯礦以西煤層下鋁土礦有望地段找礦成功，將會快速推進河南省西部煤下鋁找礦工作全面開展。
3.4深部鋁土礦勘查方法
深部鋁土礦找礦工作與淺部勘查工作有明顯的不同，同時，更要正確認識到深部鋁土礦勘查工作的難度。進行深部鋁土礦勘查應大量收集和利用區內已有的地質資料和煤礦有關資料及煤礦開采情況，認真分析研究，合理開展和布置物探工程，如地震、電測深等，收集含有鋁土礦含礦巖系底板灰巖的掩埋深度、地層產狀及斷裂構造等地質信息，了解和掌握工作區的采空區位置及分布，配合大網度的深孔鉆探驗證，依托政策的支持，加大深部鋁土礦勘查的投入，推進鋁土礦整裝勘查的早日實施，實現煤下鋁的找礦重大突破。
3.5深部鋁土礦勘查的重大意義
在鋁土礦找礦難度不斷增加、資源瓶頸制約日益嚴重的形勢下，大力開展河南省西部煤礦區深部鋁土礦勘查工作勢在必行。
根據調查顯示，河南省西部已查明的部分鋁土礦資源儲量，據不完全統計，約在2.6×108t左右，絕大部分位于300m以淺，經多年的強力開采，現保有探明儲量約為1.3×108t，目前本地區氧化鋁企業每年消耗的資源儲量近1000×104t。按目前的生產速度，該區仍可動用的鋁土礦資源儲量，尚能維持生產年限約在10～15年之間。而從鋁土礦的普查—詳查—籌建礦山—礦山正式投產、達產的周期大約要經過8～10年，盡快提交新的、大型的鋁土礦資源基地的勘查工作迫在眉睫。
因此，在《國務院關于加強地質工作的決定》(國發〔2006〕4號)精神的指導下，同時有省國土資源廳政策保障和地方主管、企業的大力支持，開展河南省西部煤礦區深部隱伏鋁土礦體的找礦工作是我國礦產資源勘查的客觀要求，是緩解當前資源瓶頸約束、保障經濟社會持續發展的重要舉措。同時，開展此項工作，有利于促進全國礦業經濟持續健康的發展、提高礦業競爭力，對于地方經濟的建設及社會和諧穩定都具有重要的意義。
參考文獻：
[1]吳國炎,姚公一.河南鋁土礦床[M].北京：冶金工業出版社，1996.
[2]翟源濤,張錄星.河南省澠池縣曹窯煤礦深部鋁土礦詳查[R].鄭州：鄭州豫源地質勘查技術服務有限公司，2007.
[3]陳全樹,姜玉平,何文平,楊言杰,等.河南省澠池縣水泉洼鋁土礦詳查報告[R].洛陽：河南省有色金屬地質礦產局第6地質大隊，2007.